Riformata la formazione ingegneristica

Dopo la caduta del muro di Berlino, che ha segnato la fine della Guerra Fredda, Earll Murman, allora capo del Dipartimento di aeronautica e astronautica del MIT, sapeva che il futuro dell'aeronautica sarebbe stato molto diverso dal suo passato. La Guerra Fredda aveva alimentato un periodo di 50 anni di intenso sviluppo di aerei, missili, satelliti e veicoli spaziali negli Stati Uniti con l'obiettivo di tenere sotto controllo gli stati comunisti. Con la caduta del comunismo nell'Europa orientale e nell'Unione Sovietica, si chiedeva Murman, sarebbe diminuito il bisogno di ingegneri aerospaziali negli Stati Uniti? Come dovrebbe adattarsi il dipartimento per essere vitale nell'era del dopoguerra? Sapevo che qualcosa doveva cambiare, ma non sapevo cosa fosse, ricorda ora. Questa domanda ha avviato la facoltà in un viaggio di 12 anni che ha trasformato il modo in cui l'aeronautica viene insegnata al MIT e in altre università qui e all'estero.

Il risultato di quel viaggio è un nuovo quadro concettuale per l'educazione con quattro direttive: concepire, progettare, implementare, operare. Il suo obiettivo è insegnare agli studenti di ingegneria non solo i fondamenti tecnici delle loro discipline, ma anche abilità non tecniche, come lavorare in gruppo, comunicare attraverso presentazioni scritte o orali e considerare il loro lavoro nel contesto della società e dell'etica professionale. Invece di enfatizzare l'analisi e la risoluzione dei problemi in un ambito teorico, le classi ora mettono in risalto i progetti basati su team in cui gli studenti attraversano il ciclo completo di ideazione, progettazione, costruzione e funzionamento. La riforma dell'istruzione ingegneristica sta avvenendo in modo frammentario in tutto il paese, ma secondo il direttore del progetto Ed Crawley '76, SM '78, ScD '81, aero/astro è l'unico dipartimento a cambiare l'intero curriculum e a rendere la progettazione e la costruzione ciclo pervasivo.

CDIO, come è noto il framework, è il risultato di numerosi sondaggi condotti dal dipartimento negli anni '90 su leader dell'industria e del governo, ex studenti ed educatori. Le indagini hanno mostrato che il successo di progetti aeronautici complessi dipende tanto dal pensiero critico e dalla modellazione quanto dalla comprensione della termodinamica. Nel 2000, CDIO è diventata una collaborazione internazionale: tre università svedesi si sono unite all'Istituto per aiutare a sviluppare il curriculum, che è stato implementato nell'autunno del 2003 in tutte e quattro le istituzioni. I collaboratori mantengono un dialogo su cosa funziona e cosa no e continuano a perfezionare il progetto. La determinazione di ulteriori membri della collaborazione è un processo selettivo gestito dalle quattro istituzioni fondatrici. Ora, con cinque nuovi membri e molte altre scuole in attesa di unirsi, CDIO è pronta a diffondersi in tutto il mondo.

Il nocciolo della questione

Nella nuova area progettuale attigua alla biblioteca, gli studenti sono raccolti intorno a una dozzina di tavoli ricoperti di carte e modelli. Il rumore sembra più quello di un confab nel centro studentesco che di quello di un dipartimento accademico. È la fine del semestre autunnale e le squadre si stanno affrettando a finire i loro progetti. Gli studenti incontrano il loro primo grande progetto di squadra nella primavera del secondo anno: usano l'intero semestre per concepire, progettare e costruire aeroplani telecomandati. Quindi le squadre hanno una competizione per testare la loro capacità di far funzionare gli aerei che hanno costruito. Peter Young '67, che ha lavorato a progetti spaziali nell'aviazione per 29 anni, gestisce i progetti degli studenti. Gli studenti di solito capiscono i concetti nelle lezioni, dice, ma applicarli in qualcosa che effettivamente costruiscono è un'esperienza che apre gli occhi. E questo è il cuore di CDIO. I progetti creano il contesto per l'insegnamento di tutte queste altre abilità, ma forniscono anche un rinforzo e una motivazione per l'apprendimento delle abilità disciplinari, afferma Crawley.

Man mano che gli studenti avanzano nel curriculum, i progetti diventano più complessi. Durante i loro ultimi tre semestri, gli studenti possono scegliere di seguire un corso di design capstone che richiede loro di integrare e applicare la loro conoscenza completa dell'aeronautica in un unico progetto. Il primo progetto di questo tipo è stato perfezionato attraverso un progetto di livello universitario che sarà testato sulla Stazione Spaziale Internazionale nel prossimo futuro. Gli studenti di Capstone hanno concepito, progettato e costruito quelle che chiamavano sfere intelligenti. Le sfere sono tre microsatelliti delle dimensioni di un pallone da calcio che si muovono a comando e possono essere programmati per funzionare insieme o da soli. Il compito finale degli studenti era quello di testare le sfere sull'aereo KC-135 della NASA, che raggiunge le condizioni di gravità quasi zero del volo spaziale eseguendo archi parabolici. Gli studenti hanno dovuto stabilire che le sfere funzionavano e quindi eseguire alcuni esperimenti limitati con esse. All'interno della stazione spaziale c'è un laboratorio per testare algoritmi per l'attracco dei satelliti e la costruzione di grandi telescopi nello spazio.

Young lavora anche con studenti che, come attività extracurricolare, vogliono costruire e pilotare esperimenti sul KC-135. Quest'estate un team di quattro studenti testerà un prototipo di un sostituto per gli strumenti della cabina di pilotaggio che aiuterà i piloti a riprendersi da rotazioni o stalli o a volare in condizioni meteorologiche avverse rispondendo alle vibrazioni dei loro sedili. Un altro progetto ha un team di studenti del MIT che lavora con gruppi dell'Università di Washington e dell'Università del Queensland in Australia per far volare topi in orbita terrestre bassa per tre mesi in un veicolo rotante che simula la gravità su Marte. Il progetto, il cui volo è previsto nel 2006, aiuterà a determinare se gli esseri umani possono viaggiare su Marte.

Apprendimento attivo

Oltre ai progetti, i docenti del MIT hanno introdotto nuovi metodi di insegnamento in aula che aiuteranno a garantire che gli studenti comprendano davvero il contenuto dei loro corsi. Questi cosiddetti metodi di apprendimento attivo rendono gli studenti partecipanti alla propria formazione invece degli appunti passivi delle lezioni tradizionali. Non pensiamo più a una classe come a un luogo in cui si raccontano informazioni agli studenti e loro le assorbono, afferma Steven Hall '80, SM '82, ScD '85. Una lezione di 50 minuti è un luogo in cui docenti e studenti collaborano per aiutare gli studenti a imparare.

Hall ha iniziato a sperimentare tecniche di apprendimento attivo nel 1999. La tecnica di maggior successo sono stati i test concettuali. Una o due volte durante una lezione, Hall farà agli studenti una domanda a scelta multipla che gli farà sapere se hanno capito il materiale. Gli studenti usano i tasti di risposta a infrarossi per registrare le loro risposte, che vanno nel computer di Hall. Quasi istantaneamente può dire se la classe ha problemi con un concetto. La prima volta che ho fatto una domanda, ho pensato che gli studenti avessero capito, ma ho scoperto che nessuno in classe sapeva di cosa stavo parlando, dice. Hall risponde in un paio di modi, a seconda di quale percentuale della classe ha problemi. A volte fa parlare gli studenti tra loro per vedere se riescono a capirlo. Altre volte aggiunge anche un'intera lezione extra di materiale per aiutare gli studenti a capire.

Un altro metodo efficace di apprendimento attivo utilizzato da Hall sono le carte fangose. Alla fine di ogni lezione, chiede agli studenti di riflettere su ciò che hanno trattato quel giorno e di descrivere su schede il materiale che hanno capito meno. Avere le carte pone un altro dilemma per un professore. Vai avanti, tieni conferenze di più, fornisci un altro set di materiali, lo nascondi e fai meglio l'anno prossimo? La soluzione di Hall è rispondere a tutte le domande e pubblicarle sul sito Web della classe, che consente agli studenti interessati di sfogliare le risposte senza gravare sugli altri studenti della classe. Le carte servono anche a un vero scopo per Hall: lo aiutano a dare forma alle lezioni future.

Sebbene il passaggio dalle lezioni tradizionali ai metodi di apprendimento attivo possa essere difficile per i docenti, Hall afferma che coloro che hanno utilizzato con successo le tecniche affermano che non insegneranno mai più alla vecchia maniera. È chiaramente superiore, sia in termini di reazione degli studenti che di esperienza della facoltà, dice. Non ha senso tornare indietro.

Diffondere la Parola

Nel 2000, il MIT aveva bisogno di una sovvenzione significativa per attuare il suo esperimento di riforma dell'istruzione. La Fondazione Knut e Alice Wallenberg, un'organizzazione svedese specializzata nel finanziamento di importanti ricerche scientifiche ed educative, ha fornito i fondi con la clausola che il MIT collabori con tre università svedesi ( vedi Collaboratori CDIO, barra laterale ) per perfezionare e attuare il progetto. Questa collaborazione ha fatto avanzare e arricchire rapidamente il progetto e ha verificato che CDIO può essere applicato a qualsiasi disciplina ingegneristica in tutto il mondo.

Ora i rappresentanti della scuola si incontrano tre volte l'anno e condividono le loro esperienze nell'incorporare le abilità CDIO nei loro corsi. Gli studenti partecipano agli incontri per fornire feedback a docenti e personale e per incontrarsi nel proprio gruppo. Conducono anche progetti di ricerca collaborativa su alcuni aspetti del CDIO.

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