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第15章 工程教育改革与实践(2)

工程背景设计课程中的企业合作感知和体验

本文研究了企业合作者在三门本科生设计课中的体验和感悟信息。研究结果揭示了企业积极参与课程设计的动机,并把商家追求的利润、对工程学毕业生的期望值以及学生的学习效果联系起来进行综合分析。研究结果还表明,有效管理和沟通在大学-企业合作中非常重要。

本文涉及三门难度递增的课程组合。每学期(13周)学生完成三学分的课程,包括两次80分钟的演讲和每周一次的180分钟实验室会议。设计三部曲的目标是使学生在为当地的产业合作者开发小规模项目的过程中,接触设计过程,介绍设计的资料和经验,补充职业技能和职业实践,学习团队合作,积累实战工作经验。设计三部曲的第一部分强调对工程职业性的理解(包括历史、规则和道德规范)、语言和文字交流的能力和项目设计过程。第二部分强调安全和工程学中的人力因素,制订项目计划和工程学模型。第三部分着重于设计商业项目的运作、道德规范和专业性、工程服务评估、ISO 认证和财政报告。

在三个课程中,由3~5个学生组成的团队需要完成一个企业合作伙伴提供的一个主要设计项目。产业合作者的招募分两阶段进行。首先一个部门为大学所有的工程学科从工业合作者们那里征集课程设计的申请。IDEA 协调员评估工业合作者们提出的项目是否真实表现出了设计任务,然后进一步评估哪一个工程学科最适合该项目。在第二个阶段,IDEA协调者和设计三部曲(DT)讲师依据范围、时间限制以及DT Ⅰ,DT Ⅱ 和DT Ⅲ可行性选择合适的项目。一旦一个课程设计被确定下来,IC将得到500美元用来资助IDEA 管理程序上的开支,和为学生团队提供基金以获得完成课程设计所需的材料。

每一个DT 导师邀请参与的IC们出席项目的第一次研讨并且简洁地给学生们介绍他们的项目。然后,学生把他们的提案交给导师,指明他们将完成哪个项目。一旦导师建立设计团队并且把IC联系信息派发给每个团队,导师和IC之间的官方交流就结束了。在这之后,学生们开始按照要求和他们的IC保持联系,获得课程设计的更多相关信息和反馈意见。在项目结束时,IC们会参加一个所有课程设计的公开介绍会。

在此研究中,数据的收集由全面的、面对面的访谈构成,访谈DT 课程中每位IC。主要的调查结果显示,IC们赞赏设计过程的复杂性和独特性。不过,他们也受到激发,不仅与学生一起参加设计项目,支持这些未来工程师的教育,而且因为学生的专业技术和新观念也给他们的企业带来净增价值。IC们把设计项目看作学生学习和展示复杂知识和技巧的机会,这些技巧是在工程实践中所固有的,包括理论知识、创造性和技术、人际关系、业务管理和表达能力。参与者通过设计项目支持IC们达到教育和商业的目标,他们表示应该在学校、DT 教授和学生之间进一步交流不同水平的设计课程目标。

工程教育与社区服务相结合:工程教育未来的主题

我们“通过发展和扩展社区服务项目中的工程计划(EPICS),对未来工程学精英们的教育进行了革新”,因而受到了表彰。我们希望大家的注意力能集中在该项目最重要的部分上,即运作方式:

在社区中长期、有回报地开展项目,为学生积累经验提供时间和环境,使学生能够增强技术深度和多学科的广度,自始至终进行自己的方案,磨炼和获得许多专业技能,制造对其社区有重要意义的产品,成为个体、工程师和公民。

EPICS是20世纪90年代早期对工程教育状况开展讨论的结果。工程教育社会服务项目主要讨论了即将毕业的学生群体,他们有深厚的技术背景但缺少获得成功所必需的其他技能。与此同时,社区服务组织在未来必须利用技术的优势来改进、协调、说明和推销他们提供的服务。他们的挑战是找到所需的长期的、低成本的、特定的技术支持。这些共同需要为大学和社区间建立长期的伙伴关系提供了独特的机会,这种伙伴关系将带来两个好处:①工程学生通过在真实环境下设计造福社区的、长期的、大规模的项目获得学分;②满足社会合作伙伴所需,为他们提供低成本的技术专家,改进其社会服务能力。这个具有挑战性的工程设计项目与社会长期服务的结合已经证明是非常成功的。EPICS的学生们学习技术和所需的专业技能。他们为其合作伙伴开发和提供的产品在社区广泛应用。EPICS建立在学生团队和社会非营利组织的长期伙伴关系的构想上,经过双方的密切合作明确并解决彼此的技术难题。

在普渡大学与其社会伙伴——想象观测站(一个位于印第安纳州拉斐特城的科学和空间博物馆)案例中,提供给想象观测站的项目涵盖了很宽泛的学科范围,包括电学、空气动力学和水温地理学。例如,小组设计并建造一个交互式的通风管道给电力学校的学生们提供学习空气动力学的机会。另一个叫做Mag Racer的项目,向孩子们传授电学知识。它由一辆车组成,这辆车从布置在一系列电石中的管状轨道中穿过。孩子们用不同的方法激活电石来计算怎样让小车跑完全程。

独特的课程结构使每个EPICS小组能够保持它和社会合作伙伴的长期关系,并成功地设计和交付产品,这些产品技术复杂、社会影响重大。EPICS在课程计划实施过程中,每个小组负责一部分内容或者试验操作。小组成员众多(10~20名),并且来自大一、大二、大三和大四多个年级。学生可能四年都是小组成员,每学期获得1~2个学分。每年大四学生毕业,大二、大三年级学生升一级,新生加入到这个组中。很多EPICS小组开发了针对新成员的正式训练。一定的小组规模,垂直的年级整合,以及学分机制,使小组每学年都有老成员作为核心力量继续存在。实际上,小组作为一个小的工程设计公司运作,而社区合伙人就是它的客户。这使小组能处理并完成相当大规模的、复杂并对社会有影响的项目。有的小组已经运作10年,并向他们的合作伙伴交付了一系列项目。

从教育的观点看持续性使学生能够参与整个设计过程,从最初的问题解释到最终的项目完成。

EPICS自主创业机构让学生更进一步了解并去努力实现其项目的商业化。长期延续也使每个学生在小组中体验不同的角色,从见习生到设计工程师,再到项目负责人或领队。

普渡大学EPICS项目每年有30个小组,学员300多名。EPICS启动的10年间,超过2000名普渡学生参与其中。一般每学期开设20多门课程。迄今这些小组已经为印第安纳州的拉斐特社区提供了200多个项目。

因为计划是由社会需求决定的,所以学生们也知道,如果完成的好,他们的项目将投入实际使用。这增强了他们的使命感、责任心和信用度。EPICS项目的这些特性帮助学生成熟起来成为社会个体、工程师和公民。

我们相信像EPICS这样的项目提供了新的启示,有利于我们更好地训练学生。

在博物馆里教授机械制造

密西根大学可重构制造系统研究中心将博物馆作为以参观者为中心的非正式的教育体验场所,其首要目标是让参观者了解工业产品制造过程,其中包括至关紧要的产品设计、制造、市场营销及在产品生产中这些领域之间的相互联系;另外一个目标是向孩子们(尤其是女孩子们)介绍机械制造专业中的各种分类,这样他们在将来做职业选择时,也可以考虑这些领域。

展台由两部分组成,一套交互式电脑游戏和一个展示亭,其中后者包括实体展示区和电脑设备。设计实体展示区是为了吸引参观者,同时通过具体的资料和图解来说明游戏环节。游戏软件是吸引参观者参与展览的主要媒介,也是展览的核心部分,参观者获得的大部分信息都来源于此。

展览目的是为了建立体验式的非正规教育,为此把展览的主要受众群定位为前来参观的6~12岁的孩子。展示亭的外观设计与软件内容直接联系起来。展示亭的实体形式来源于日常用品(例如装有一些笔、尺的咖啡杯),通过放大的尺寸和醒目的颜色使这些东西看起来与众不同,吸引人们的视线。展示板的其余部分写满了与游戏有关的背景材料。

游戏软件在内容编排中考虑了观众的想法和理解水平,以一支定制钢笔为例,互动展示过程展现了其设计、制造和营销的发展周期。用户在游戏中需要完成的互动任务是真实工作的简化形式或者浓缩了该领域中专业人士目前关心的问题。

展出中的三个游戏,分别对应一个设计公司的办公室的环境、制造工厂,以及一个营销办公室。

每个游戏都是按照同一个模式进行的:进入每一个游戏情境,游戏者都会受到里面一位虚拟员工的欢迎,而他会向游戏者大体介绍那里的工作类型,之后,环境中的虚拟主持人会向用户寻求帮助,共同完成工作任务,并说明是怎样完成的。设计过程是真实生活中抽象而来的,在定制钢笔的案例中,用户可以选择事先已有的笔尖、握笔器、笔杆、笔帽和墨水,自己设计钢笔。重要的是,用户必须亲自挑选最符合目标市场需求的部分。让用户在一个有目的或者叙事性的“具体故事”中承担核心任务,目的是刺激和激励参观者参与并且长时间参与到游戏中。

教育游戏主要向参观者传达三方面内容:专业领域的真实知识,例如特定的工作名称和关键的词汇术语;专业领域中的功能知识,例如其中的任务或者加工处理;对专业领域中符号的基本认识。

为了评价展览成功与否,还采用了一种参观者研究方法:游戏者在游戏中的表现将被电脑自动记录在软件里。用户表现的记录表明:玩游戏的人中女性比男性多,而且女性在钢笔设计游戏中的得分较高。

所有最初的观察都认为展览已经达到了它的基本目标。根据随意的观察,路过的参观者中对展览感兴趣的占很大的比例,这表明吸引参观者的工作是很成功的。

创意-产品项目:一个整合新兴技术、学生主导和社会应用的教育模型

越来越多的大学工程教育增加了技术创业的内容。创意-产品竞赛(I2P)是这方面发展的有趣产物,是一个有效的教学方案。

I2P计划诞生的部分基础是:学生不断提出他们所学和实践之间的脱节。2000年,一些工程学生建立了技术创业协会(TES)。2001年的春天,来自TES 计算机科学和工程专业的学生组建成一个核心小组,首次组织了创意-产品UT 奥斯汀分校竞赛。UT 发展成了跨院系的创业计划。

I2P关注教育,鼓励学生团体将技术与社会需求创造性地联系匹配。I2P不是一个商业计划竞赛,团队必须说明其市场和经济可持续性,但市场规模和总体的机会价值并不是竞赛评审标准。

I2P和商业计划竞争的另一个显着区别是:I2P计划为那些之前没有经验的工程及其他技术专业的学生提供机会,让它们能够参与到技术商业化竞争中。

I2P开发出的产品和服务,一般都没有准备好进入市场,要成型为商业计划也为时过早,因为它们缺乏必要的详细信息。Jolly 指出了在什么情况下竞赛模式会适应商业化程序。这样,I2P既是技术商业化的一部分,也是一个关于工程产品开发和设计程序的教育方案。它起到联结商业计划竞赛和创业的桥梁作用。

以经验为基础的技术商业化教育是I2P的核心,其流程为:

1.竞赛宣传和创意生成。为举办春季竞赛,TES 从秋季学期开始征募I2P的参与者。秋季大会,以企业家和技术专家的讲演为特色,在整个UT 进行宣传,并且活动面向任何对技术创业感兴趣的学生。春季学期早期,TES 的会议更加关注引发受众对I2P竞赛程序的兴趣,并对此进行详细解释。诸如市场研究方面的专家,也被邀请到早春时节的会议作演讲。在I2P竞赛中由团队呈现的技术创意,一般都是基于团队成员的毕业设计课题或者其他大学发展的技术。然后,团队将其一般功能体现在适当的产品或者服务概念中。

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