Table of Contents

Междисциплинарные проекты стали краеугольным камнем современного инженерного образования, предлагая студентам платформу для интеграции знаний из нескольких областей и решения сложных, реальных проблем. Эти проекты особенно эффективны в демонстрации того, как студенты достигают конкретных результатов, требуемых ABET, ведущим органом по аккредитации инженерных и технологических программ во всем мире. Путем смешивания дисциплин, таких как механическая, электрическая, компьютерная и гражданская инженерия, студенты учатся синтезировать различные перспективы, общаться через технические границы и разрабатывать инновационные решения, которые отражают профессиональную практику. Эта статья исследует, как междисциплинарные проекты служат надежным средством для оценки и проверки результатов студентов ABET, предоставляя преподавателям практические идеи для разработки учебных программ и подготовки аккредитации.

Результаты обучения ABET Student

Аккредитация ABET является отличительной чертой качества инженерного образования, гарантируя, что программы готовят выпускников к поступлению в глобальную рабочую силу с необходимыми навыками и знаниями. Критерии ABET для аккредитации инженерных программ (2023-2024) определяют семь результатов обучения (число 1-7), которые должны продемонстрировать все выпускники. Эти результаты заменили более ранние критерии (a)-(k) и отражают более краткую, ориентированную на производительность структуру. Они:

  • Результат 1: Способность выявлять, формулировать и решать сложные инженерные задачи, применяя принципы инженерии, науки и математики.
  • Результат 2: Способность применять инженерный дизайн для производства решений, которые отвечают определенным потребностям с учетом общественного здравоохранения, безопасности и благосостояния, а также глобальных, культурных, социальных, экологических и экономических факторов.
  • Результат 3: Способность эффективно общаться с широким кругом аудиторий.
  • Результат 4: Способность признавать этические и профессиональные обязанности в инженерных ситуациях и принимать обоснованные решения, которые должны учитывать влияние инженерных решений в глобальном, экономическом, экологическом и социальном контекстах.
  • 5:1 Способность эффективно функционировать в команде, члены которой вместе обеспечивают лидерство, создают совместную и инклюзивную среду, устанавливают цели, планируют задачи и выполняют задачи.
  • Результат 6: Способность разрабатывать и проводить соответствующие эксперименты, анализировать и интерпретировать данные и использовать инженерное суждение для получения выводов.
  • Результат 7: Способность приобретать и применять новые знания по мере необходимости, используя соответствующие стратегии обучения.

Эти результаты составляют основу оценки программы во время посещения аккредитации ABET. Программы должны предоставлять доказательства того, что их учебные программы и оценки обеспечивают студентам достижение каждого результата. Междисциплинарные проекты по своей природе решают несколько результатов одновременно, что делает их мощным инструментом как для обучения, так и для оценки.

Для официальных критериев ABET, обратитесь к ABET Engineering Accreditation Criteria .

Роль междисциплинарных проектов в достижении результатов ABET

Междисциплинарные проекты требуют от студентов использовать знания и навыки из двух или более инженерных дисциплин (или из инженерных и других областей, таких как бизнес, гуманитарные науки или естественные науки). Эта интеграция отражает совместный характер современной инженерной практики, где решения таких проблем, как изменение климата, устойчивость инфраструктуры и инновации в области медицинских устройств, требуют опыта во многих областях. Ниже мы изучаем, как междисциплинарные проекты конкретно способствуют каждому результату ABET.

Решение сложных инженерных задач (Решение 1)

Сложные инженерные проблемы — это те, которые включают в себя несколько компонентов, противоречивые требования, нетехнические ограничения и необходимость инновационного мышления. Междисциплинарные проекты естественным образом представляют такую сложность. Например, проектирование автономного сельскохозяйственного беспилотника требует знания аэродинамики (механической), систем управления (электрической), компьютерного зрения (программного обеспечения) и даже агрономии для обеспечения удобства использования дрона. Студенты должны сформулировать проблему целостно, моделировать взаимодействия между подсистемами и повторять через решения. Этот процесс напрямую согласуется с результатом 1. Оценка может происходить через результаты, такие как отчеты о проектировании, результаты моделирования и демонстрации прототипов, которые отражают многогранный характер процесса решения проблем.

Применение инженерного дизайна (Outcome 2)

Инженерный дизайн в междисциплинарном контексте требует, чтобы студенты рассмотрели не только технические характеристики, но и более широкие социальные, экологические и экономические факторы. Проект по разработке системы очистки воды для недостаточно обслуживаемых сообществ, например, заставляет студентов решать проблемы с ограничениями затрат, культурным принятием, требованиями к техническому обслуживанию и воздействием на окружающую среду наряду с химическим и гидравлическим дизайном. Работая по дисциплинам, студенты учатся взвешивать компромиссы и вырабатывать решения, которые являются эффективными и ответственными. Это непосредственно соответствует Итогу 2. Факультет может оценивать проектные решения с помощью устных презентаций, обзоров дизайна и письменных обоснований, которые демонстрируют рассмотрение необходимых факторов.

Эффективная коммуникация (Outcome 3)

Междисциплинарные проекты повышают коммуникативные навыки, потому что студенты должны объяснять концепции из своей дисциплины членам команды с различным опытом. Инженер-механик, описывающий механизм теплопередачи студенту информатики или инженеру-строителю, оправдывающий выбор материала для ученого-эколога, требует ясности, адаптации и осведомленности аудитории. Студенты также производят письменные отчеты, технические чертежи и устные презентации, которые должны быть понятны для различных заинтересованных сторон. Рубрики, которые оценивают ясность связи, организацию и отзывчивость к потребностям аудитории, предоставляют доказательства для Итога 3. Для руководства по обучению коммуникации в технике см. ресурсы Американского общества инженерного образования (ASEE) .

Этические и профессиональные обязанности (Результат 4)

Когда студенты работают по различным дисциплинам, этические соображения часто становятся более очевидными, потому что влияние инженерных решений выходит за рамки одной технической области. Например, команда, разрабатывающая систему управления трафиком в умном городе, должна решать проблемы конфиденциальности (сбор данных), справедливости (какие районы получают приоритет) и безопасности (системные сбои). Междисциплинарные команды привносят различные этические перспективы, заставляя студентов формулировать и защищать свои профессиональные суждения. Назначения, которые требуют этического анализа, такие как написание позиционного документа о компромиссах или участие в структурированном этическом обосновании, могут генерировать доказательства для результата 4. Ресурсы ABET Этические ресурсы предоставляют примеры того, как встроить этические рассуждения в учебные программы.

Командная работа и сотрудничество (Outcome 5)

Результат 5 подчеркивает способность эффективно функционировать в командах, включая лидерство, сотрудничество, постановку целей и управление задачами. Междисциплинарные проекты создают аутентичный командный опыт, где члены приносят дополнительный опыт. Проект по созданию зарядной станции на солнечной энергии может включать в себя инженеров-электриков (электроника питания), инженеров-механиков (структурный дизайн) и инженеров-строителей (подготовка площадки). Студенты должны научиться делегировать задачи, планировать взаимозависимые действия и разрешать конфликты, возникающие из различных дисциплинарных норм. Оценки сверстников, уставы команд и эссе саморефлексии являются общими инструментами оценки. Программы также должны обеспечивать обучение навыкам командной работы на ранних этапах проекта для максимизации обучения. Исследования показывают, что междисциплинарные команды производят более творческие решения, но требуют преднамеренного облегчения для преодоления коммуникационных барьеров (] Национальная академия инженерии, 2005 .

Эксперименты и анализ данных (Outcome 6)

Междисциплинарные проекты часто включают в себя проектирование и проведение экспериментов, которые охватывают несколько областей. Например, команда, тестирующая новую протезную конечность, должна проектировать механические тесты (сила, усталость), электрические тесты (точность датчика) и пользовательские испытания (человеческие факторы). Студенты должны решить, какие данные собирать, как анализировать их статистически и как делать выводы, которые информируют итерации проектирования. Это согласуется с результатом 6, который ожидает, что студенты будут применять инженерное суждение для интерпретации данных. Доказательства могут поступать из лабораторных тетрадей, отчетов анализа данных и презентаций экспериментальных результатов. Программы должны обеспечить, чтобы студенты подвергались соответствующим статистическим методам и экспериментальным принципам проектирования в контексте проекта.

Обучение на протяжении всей жизни (Outcome 7)

Междисциплинарные проекты поощряют обучение на протяжении всей жизни, потому что студенты неизбежно сталкиваются с темами, не связанными с их основными знаниями. Они должны самостоятельно изучать новые концепции, программные инструменты или методологии для завершения проекта. Например, студенту-строителю, работающему над проектом мониторинга моста, может потребоваться быстро изучить базовое программирование для получения данных датчиков. Это самонаправленное обучение напрямую касается результата 7. Оценка может включать в себя отражающие эссе, где студенты могут сформулировать, какие новые знания они приобрели, как они приобрели их и как они планируют продолжить обучение. Портфели, которые документируют развитие навыков, также предоставляют убедительные доказательства.

Разработка эффективных междисциплинарных проектов

Чтобы максимизировать влияние междисциплинарных проектов на результаты ABET, преподаватели и администраторы программ должны тщательно разрабатывать как проект, так и систему оценки поддержки.

Интеграция учебных программ

Междисциплинарные проекты не должны быть изолированными событиями, а скорее встроены в последовательность курсов, которые постепенно развивают навыки. Многие программы используют курс дизайна Capstone в качестве кульминационного междисциплинарного опыта, но более ранние курсы на основе проектов в второкурсниках и младшем возрасте также могут включать междисциплинарные элементы. Например, проект «краеугольный камень» в первый год может познакомить студентов с командной работой и базовым инженерным дизайном, в то время как проект «ключевой камень» в младшем году добавляет сложность и дисциплинарную интеграцию. Карта учебной программы может помочь обеспечить, чтобы каждый результат ABET рассматривался в нескольких курсах и что междисциплинарные проекты предоставляют прямые доказательства для оценки.

Стратегии оценки

Оценка результатов ABET через междисциплинарные проекты должна быть прямой, систематической и встроенной в работу, которую производят студенты.

  • Отчеты с оценкой по рубрике: Оценка окончательных отчетов по критериям, связанным с каждым результатом. Например, оценка отчета может включать компонент для этического анализа (Outcome 4) и другой компонент для интерпретации данных (Outcome 6).
  • Устные презентации с рубриками: Оценка коммуникативных навыков (Outcome 3) и умение отвечать на вопросы о проектных решениях (Outcome 2).
  • Пер и самооценка: Соберите доказательства командной работы (Outcome 5) и обучения на протяжении всей жизни (Outcome 7).
  • Обзоры дизайна: Используйте панели факультета, чтобы судить о качестве дизайна и рассмотрении ограничений (Результат 2).
  • Прототипы и демонстрации: Убедитесь, что решение работает и соответствует спецификациям (Outcomes 1, 6).

Косвенные методы, такие как опросы при выезде, могут дополнять, но не должны заменять прямые доказательства. Программы должны архивировать образцы студенческих работ из междисциплинарных проектов для представления во время посещения аккредитации ABET.

Факультет сотрудничество и поддержка

Эффективные междисциплинарные проекты требуют сотрудничества между преподавателями из разных отделов. Это может быть сложно из-за различий в философии преподавания, распределении рабочей нагрузки и административных структурах. Школы должны предоставлять стимулы, такие как учебные кредиты, совместные назначения или финансирование для разработки учебных программ. Семинары по междисциплинарной педагогике могут помочь преподавателям изучить лучшие практики. Кроме того, наличие специального координатора проекта или центра инженерного образования может оптимизировать логистику и обеспечить последовательность.

Тематические исследования успешных междисциплинарных проектов

Несколько университетов реализовали междисциплинарные проекты, которые эффективно демонстрируют результаты ABET. Ниже приведены три примера, иллюстрирующие различные подходы.

Пример 1: Проект по созданию солнечных батарей (Мичиганский университет)

В Мичиганском университете студенты из машиностроения, электротехники и вычислительной техники сотрудничают в проектировании и строительстве пассажирского автомобиля на солнечной энергии для American Solar Challenge. Проект охватывает два семестра и включает в себя подробные обзоры дизайна, производство, тестирование и конкуренцию. Члены команды должны интегрировать термодинамику, силовую электронику, аэродинамику и встроенные системы. Проект предоставляет доказательства для всех семи результатов ABET, особенно Outcome 2 (дизайн с устойчивостью) и Outcome 5 (многодисциплинарная командная работа). Факультет оценивает результаты через отчеты о дизайне, производительность конкуренции и экспертные оценки. Дополнительную информацию можно найти на веб-сайте Университета Мичигана Solar Car Team.

Пример 2: Курс по разработке вспомогательных технологий (Олинский инженерный колледж)

Курс «Инженерия для человечества» в Колледже Олина объединяет студентов-инженеров с клиентами из организаций по обслуживанию инвалидов. Команды студентов из механических, электрических и программных инженерных работ наряду с профессиональными терапевтами и конечными пользователями для проектирования и создания пользовательских вспомогательных устройств. Междисциплинарный характер проекта заставляет студентов понимать человеческие факторы, этические обязательства и ограничения, такие как доступность и простота. Оцениваемые результаты включают этические рассуждения (Outcome 4), командную работу (Outcome 5) и обучение на протяжении всей жизни, поскольку студентам часто нужно изучать новые методы изготовления. Проект завершается демонстрацией прототипа и отчетом о дизайне. Подход Олина описан в их документации программы проектов .

Пример 3: Городская система сельского хозяйства (Школа шахт Колорадо)

В Школе шахт Колорадо, междисциплинарный проект по разработке и строительству системы контролируемого экологического сельского хозяйства для городской крыши. Команда включает в себя инженеров-строителей (структурная загрузка), инженеров-механиков (HVAC и ирригация), инженеров-электриков (освещение и контроль) и инженеров-экологов (качество воды). Студенты должны интегрировать знания в этих областях, а также учитывая экономическую осуществимость и влияние сообщества. Проект обеспечивает богатый контекст для оценки дизайна в условиях ограничений (Outcome 2), комплексного решения проблем (Outcome 1) и экспериментов (Outcome 6), поскольку студенты тестируют различные конфигурации освещения и типы культур. Подробности доступны через Mines Capstone Design Program .

Преодоление проблем в междисциплинарном образовании

Хотя междисциплинарные проекты предлагают очевидные преимущества, они также представляют собой проблемы, которые должны решать программы, чтобы не подрывать образовательную ценность и ценность оценки.

Несбалансированные дисциплинарные ожидания

Различные дисциплины имеют различные нормы для строгости, документации и решения проблем. Например, инженер-механик может расставить приоритеты тщательного анализа перед прототипированием, в то время как инженер-компьютерщик может предпочесть итеративную разработку. Эти различия могут привести к конфликтам и разочарованиям. Программы могут смягчить это, обеспечивая явную подготовку по интегрированным процессам проектирования (например, системные инженерные подходы) и путем взаимодействия с командами на ранних этапах проекта. Контрольные списки и шаблоны вех, которые определяют ожидания для каждой дисциплины, помогают стандартизировать результаты.

Последовательность оценки

Поскольку междисциплинарные проекты включают в себя несколько консультантов факультета, оценка может стать непоследовательной, если рубрики не четко определены и не откалиброваны. Программы должны проводить сессии нормирования, где студенты с выборкой баллов факультета работают вместе и обсуждают расхождения. Использование электронных портфелей со встроенными рубриками может упорядочить сбор доказательств для результатов ABET. Кроме того, наличие единого координатора курса, ответственного за оценку, обеспечивает равномерное применение критериев.

Ресурсные и логистические ограничения

Междисциплинарные проекты часто требуют специализированного лабораторного пространства, оборудования и программного обеспечения между департаментами. Учреждения должны инвестировать в общие объекты и выделять бюджеты на расходные материалы. Планирование общего времени встреч по различным специальностям также затруднено. Решения включают резервирование конкретных дней каждую неделю для работы над проектом, использование инструментов онлайн-сотрудничества и принятие общей платформы управления проектами. Административная поддержка со стороны декана имеет решающее значение для поддержки этих инициатив.

Заключение

Междисциплинарные проекты - это не просто педагогические инновации - они необходимы для демонстрации результатов обучения ABET в целостной, аутентичной манере. Требуя от студентов интеграции знаний из нескольких областей, общения через технические границы, рассмотрения этических и социальных воздействий и эффективной работы в различных командах, эти проекты непосредственно касаются всех семи результатов ABET. Кроме того, они готовят выпускников к междисциплинарному характеру современной инженерной практики, где наиболее насущные проблемы - устойчивая энергия, доступность здравоохранения, устойчивая инфраструктура - требуют сотрудничества между дисциплинами. Инженерные программы, которые инвестируют в хорошо разработанные междисциплинарные проекты в сочетании с надежными стратегиями оценки, будут не только соответствовать требованиям аккредитации, но и производить инженеров, которые адаптируются, инновационные и готовые к руководству. По мере того, как ABET продолжает развивать свои критерии, важность междисциплинарного обучения будет только расти, что делает его краеугольным камнем инженерного образования 21-го века.