书城社会科学国际工程教育前沿与进展2007
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第46章 工程教育动态与研究(17)

工程教学中的多学科互动协作方法

工程课程需求是Monmouth 大学(MU)软件课程设计中的核心因素。它涉及了过程、方法、此领域的专业工具及相应的软件质量问题。全球的各行各业都强调培养具有团队精神、交流技能以及能在多学科团队工作的工程师。文章描述了MU 工程需求教学中的多学科交互协作的应用。

多学科实验把软件工程和企业管理的学生集中在一起,合作研究管理中公司招聘和员工绩效评估中的软件需求清单。

国际化挑战和土木工程课程改革

国际化进程的加快导致所有国家和工业都发生了无数变化,影响到学术界,尤其是与工业密切相连的高等教育。大学和学院需要重新评价现有课程,以适应全球化带来的需求增长。参考东南亚出现的问题,文章提出重新审视土木工程学位课程的必要性,并为课程结构修改提出建议。为适应国际化挑战,本科生课程增加了更多的管理课程,以提高工程师的能力。

构筑发明与创新的桥梁

在发明和创新课程中,学生以产品在市场上是否具有成功的潜质作为判断标准,对其加以创新和测试,使那些有实际功用却未能出售的产品在虚拟企业(没有物质实体的企业)中得以出售。课程主要包括以下两方面活动:设计和制造一个在理论上证实有效的产品原型(发明),同时发掘其在商业上成功的潜力(创新)。企业家最基本的工作是激励工程师,让他们认为自己是发明家,使他们具备抓住市场的能力和信心。基于这一原则,文章描述了一个方法,使学生通过实践确信他们具有成为一个发明家和企业家的素质。

E 小组项目执行的启示

2003年的春季学期,圣荷西州立大学(SJSU)组建E 小组,举行了第一次商业计划竞赛(BPC)。

企业家协会、学生管理组织和一些教员以及社团指导老师是E 小组和BPC 竞赛的组织者。“E”由全美大学发明家与创新者联盟年会(NCIIA)提出,代表着卓越(excellence)和企业家精神(entrepreneurship)。E 小组成员由大学的不同学院学生组成,他们进行具有商业前景的新产品和服务的开发工作。组建E 小组的目的是为工商、工程、工业设计和计算机科学的学生提供经商技巧,让他们能进行商务运作。文章对这一课程的教学方式进行了讨论。

基于技术的创业课程

文章简要描述了在工程专业中以技术为基础的创业课程的发展经验。这一课程的发起受到国家自然科学基金会、地方商业团体的资助,在过去五年由布朗大学实行。该课程的模型设计是把高科技产品概念融入大学的环境中去,并由学院教员和工科专业导师共同合作,促进其进一步发展。

文章还回顾了课程发展的经验和主要特点,回答了部分常见问题,比如如何处理知识产权问题。此外,还考察了课程对男生未来在企业和商业上发展计划的影响。

把分子学和细胞生物学引入化工学位教育

文章指出目前急需一批人才,将工程学原理应用于生物科学领域的产品研发。为此,杜兰大学设立了一个专业,该专业在化学工程的专业课程中引入了分子学和细胞生物学。在庆祝其设立十周年纪念之际,该专业被设立为化学工程学院的一个示范专业,它满足了本科生和研究生多学科学习的要求。

大学STEM教育创新过程的系统模型

根据对其他领域中创新过程的理解,文章构造了STEM(科学、技术、工程、数学)教育的创新系统模型。该模型认为研究型大学的高等教育创新在许多方面是非常不足的。极为重要的是,高校缺乏“天生”的创造者,这些创造者类似于工业研究与开发实验室中的工程师,并需经过专业的训练和具备从事教学的动机。模型提出了许多组织和结构上的因素,这些因素在支持研究型大学教育改革时必须被系统地提及。如果不关注STEM教育过程的系统性,只是改善单一的因素,将不可能推动本科教育改革的成功。

工程伦理教学录像的评估

一种新的工程伦理教学录像——“Incident at Morales”进行了两种不同方法的评估:标准的明确问题测验和简短的特别调查。根据观看前后对明确的问题的回答,发现观看者道德推理能力有所增加。第二个调查结果显示,观看者改变了他们关于工程师最重要的责任和在海外工作时如何应对环境规则等方面的观点。从这些结果中可以发现,采用录像进行教学是教授工程伦理的有效方法。

影响一年级工科学生自我效能感的因素

文章进行了一项关于学生自我效能感定性测度的调查,参与者是普渡大学“工程问题求解与计算机技术”专业的1387名一年级新生。调查的目的是为了识别学生自我效能感的影响因素。自我效能感是个体对自己是否有能力组织和执行某种特定行为的判断。首先采用开放性的问题,让学生们列出影响他们掌握课程的自信心的因素。然后要求学生对这些影响因素按重要程度排序。研究发现,不同性别的学生的自信影响因素具有明显差异。本研究提供了以下有用的结果:一是对影响学生效能感的一年级工程实践经验进行了窥探,二是对解释学生成绩、耐力和兴趣等方面的原因进行了研究。

解决工程的日常问题:工科教师必修的功课

实践中的工程师因为能解决问题而被雇用、保留和奖励,所以工科的学生需要学习如何解决现场问题。现场的工程问题与学生们在教室里解决的问题有着实质性的差别。所以,解决课堂问题对培养学生解决现场问题的能力来说并不是非常有效的。文章认为可以采用定性的研究来确定现场问题的一些属性,它们通常带有复杂性和结构不良的特征,因为现实中经常存在着相互冲突的目标、多种解决问题的方法、非工程的成功判别标准、非工程的条件限制、无法预期的问题、分布式的知识,以及多种问题表述的形式等等。文章建议,要通过合理设计工科课程和传授工程实践经验,以使学生能更好地解决现场问题。

促进积极学习的教学工具

在这个案例研究中,展示在工程课堂上促进学习、运用主动学习的教学方法。老师提供一个物理、数学和计算机仿真的模型,让学生们参与、表现和作出反应,而不是像传统课堂上只是让学生聆听。在本科生的水压工程课上,采取了该方法。学生评价该方法富有吸引力。研究数据显示,该方法有助于改善学生的学习并提高他们的成绩。

多媒体和万维网在工程教育中的使用

案例研究法是一种非常有效的学习工具,在多媒体和万维网的应用中愈发强大。文章介绍了多媒体和网络对港口设计和建造大规模土木工程项目的重大帮助作用。文章主要介绍了在课堂上运用一种教学方法,模拟真实的设计建造,包括建造现场、仪器操作和建造方法的详细内容。这使土木工程学生可以更好地理解计划、设计和建造一项复杂工程的详细内容。并且,通过评估测试,教师和学生都可以掌握自己对案例研究理解的程度。此项应用不仅适用于学术环境,也可在商业环境中作为学习工具来使用,这会对未来工程师非常有益。

密歇根理工大学的企业管理计划

企业管理教育近年来受到工程教育团体的日益重视,引起了一系列新项目的开发,影响了对已有项目的选择。响应全社会对企业管理教育的关注,并作为大学工科课程由学季制向学期制教学转换的过程,密歇根理工大学(MUT)开发了一个企业管理项目,为所有在校生,尤其是工程专业的学生提供创业和商业经营的机会。在工程专业中加入企业管理项目旨在提供一个灵活的课程结构,使学生通过多年学习在获得传统的工科学位的同时能参加真实企业的运作。目前是该项目实行的第四年,项目已发展到19个不同的企业,包括来自工程学、自然科学、商学和通信等多种学科的约450名学生。

团队模拟项目设计

设计活动已成为大多数本科工科课程教学的特征之一,但往往没有抓住其本质,即我们对学生的期望是什么。这里使用的方法是指学生必须实施有效的项目管理,再加上模拟现实的工程实践。

此方法要求学生必须寻找和使用有效的信息,并用实验来证明设计方法的有效性。文章详细剖析了设计项目的操作过程,并用亲身经历给予说明,还包括学生参与设计活动的感受。

工程技术课程的互助式学习方法

文章介绍了一种基于合作互助式的学习方法,富于创新的非传统教学方案,同时介绍了此方案在Limerick 大学电子工程专业实施两年来的效果。此方案,即PSLG(Peer - Supported LearningGroups)互助学习团队,具有丰富的学习内容,并与美国SI 模型匹配,以满足爱尔兰学生学习的需求,适合爱尔兰三级水平的教育系统。文章介绍了PSLG 的基本原理和方案的操作步骤,并强调了在初期遇到的困难以及评估PSLG 对学生表现的影响,同时也分析了来自学生和教师的反馈。本文还包括优化现有方案的一些事项及深入发展的相关内容。

基于网络的互动电脑学习工具

该工具的主要用途是支持课堂教学,使学生更好地理解河道流速理论的基本原理和实际应用。

在其开发过程中,应用了一些最新的专家系统和网络软件。关于河道流速的各种理论、设计以及各种设计参数的假定分析都可以用这个学习包模拟,这样的学习环境是主动的和动态的。通过对运用此工具学习和教学的评估以及与传统的课程教学方法的比较,人们开始讨论网络在工程教育上的创新、挑战及其带来的经验。事实证明,如果使用恰当,基于网络的学习方法对于推动教学很有潜力。

岩土工程教育的电子形象分析方法

目前研究表明视觉化能显着提高学习效果,使用视觉工具对阐释工程概念有很大的帮助。电子形象分析就是其中一种工具,它能通过简单易懂的形式向学生传达复杂的概念,同时使学生能够自己动手解决问题。这一过程使学生可以将课堂理论与最新的工程问题的解决方法联系起来,同时也能培养他们的合作和团队精神以及学术独立性。

探究式学习的教学

目前,美国的教育家正在督促全美范围的工科院校改变他们的教学模式,即从占主导地位的单向讲授方式转变为探究式的教学方式。文章指出对1020个大学新生的学习能力的调查,但结果令人担忧。结果显示学生的时间管理能力极度缺乏,这种能力与学生在大学里获得成功的动机水平相关。在第一学期末,25%的大学新生列出了因为时间管理能力差而导致的问题。调查通过网络监控和网上提交作业,发现提交作业的时限与课程的最终成绩相关。文章结论表明大学不仅要尊重学生学习兴趣的选择,还要培养他们积极参与知识建立的过程,这也是工程教育变革的措施之一。

面向电子工程学生的设计方案

一种低成本的实验室实践方案已经成功运用于电子工程本科学生的课程教学中,此方案促使学生直接面对工程项目的挑战,并通过团队协作来解决问题。此方案重点是小型永久铁和电子发动机的速度控制,并成为大四工程控制课程的主要实践部分。方案的主要困难在于设计、实施和评估自动反馈控制器,这一控制器是用来解决发动机控制的问题,要解决这一问题需要用理论和实践技能才能得出满意的结论。

工科课程中内生技术的一个案例

通过科学技术的应用,形成内生技术是加快工业化进程的有效途径,但这需要通过激励技能娴熟的工人使他们产生内生技术。文章讨论了一个关于低碳钢表面硬化形成的典型案例。开展这项研究的是工科高年级学生。在这项研究中,他们测算了使用从干咖啡豆壳里获得的氮和碳,通过扩散法来提高低碳钢的强度和硬度的可能性。用时间和温度两个参数来标示样本的硬度,试验中每个样本应用的干咖啡壳的数量固定在400克,选择时间和温度作为变量,在三个独立的扩散时间和温度下对9个样本进行了研究。结果表明,干咖啡豆壳可有效地用来提高低碳钢的强度和硬度。

针对工程师和产品设计师的继续教育

这个项目是针对具有不同教育背景和工作经历的工程师和产品设计者实施的,项目已被评估了5年。文章首先回顾了社会的变化及工程师、设计师对继续教育需求的变化,分析了该项目的结构和参与项目的学生的反馈。最后叙述了学生们在学校里继续职业发展时遇到的困难,并试图确定有利于帮助学生进行继续教育的三个要素:资源的多样化、转变约束的灵活性和战胜困难的动力。

工程技术实验室的设计

基于互联网的远程教育使大学的学生群体更加多样化。尽管如此,在工程专业的远程教育中,学生只能够拥有有限的机会获得实验室设备来进行实验。文章陈述了他们在设计灵活的远程学习系统方面的研究结果,这个远程学习系统能使远程教育的学生在远处使用实时互动的自动化实验室。这个学习系统消除了以下困难:对自动化工作站的运送,在大量的计算机上安装同样昂贵的软件,使远程学生在适当的时间和地点聚集到一个地点来做实验。这个系统在设计上引入了logmein.com 的整合网络服务技术和802.11g 的无线传输技术。这些技术的应用使用户能通过编写PLC 程序控制自动化的实验室,并且能够通过无线网络摄像机得到及时的视觉反馈。