CDIO - Chalmers tekniska högskola

Report
CDIO –
en referensmodell och en verktygslåda för
utveckling av ingenjörsutbildning
Johan Malmqvist
Chalmers tekniska högskola
Grundläggande frågor vid utveckling av
ingenjörsutbildning
Vad gör ingenjörer och vad bör ingå i en
ingenjörsutbildning?
– Utöver de traditionella ämneskunskaperna
Vilka inslag och vilken pedagogik kan göra att vi blir bättre
på att uppfylla dessa mål?
– Givet existerande begränsningar vad gäller studentoch lärartid och finansiella resurser
Vad gör ingenjörer?
Vad bör ingå i en ingenjörsutbildning?
Vad gör ingenjörer?
”Scientists investigate that which already is.
Engineers create that which has never
been.
- Theodore von Karman
”What you need to invent, is an
imagination and a pile of junk”
- Thomas Edison
”What is chiefly needed is skill rather
than machinery”
- Wilbur Wright
Vad gör civilingenjörer två år efter examen?
Huvudsakliga arbetsuppgifter - antal
(en person kan ha svarat mer än ett alternativ)
45
40
35
30
25
20
Kvinnor
15
Män
Totalt
10
5
0
(Alumnienkät E-K-Kf-M 2008)
Desired attributes of an engineer
(Boeing, ca 1995)

A good understanding of engineering science fundamentals
– Mathematics, Physical and life sciences, Information technology

A good understanding of design and manufacturing processes

A multi-disciplinary, systems perspective

A basic understanding of the context in which engineering is practiced
– Economics, History, The environment, Customer and societal needs

Good communication skills - written, oral, graphic, and listening

A profound understanding of the importance of teamwork.

Personal skills
– High ethical standards
– Ability to think both critically and creatively—independently and
cooperatively
– Flexibility

Curiosity and a desire to learn for life
Den svenska examensordningen från 2007 för
civil- och högskoleingenjörsutbildning innehåller liknande mål
CDIO:s definition (2003)
”Engineers Conceive, Design, Implement and Operate complex
products and systems in a team-based environment”
”Ingenjörer planerar, utvecklar, tillverkar och driver komplexa
tekniska produkter och system, i team och med moderna ITverktyg som hjälp”
Mål för en CDIO-baserad utbildning
CDIO-baserade
utbildningars mål
Ge aktiva och djupa kunskaper inom
grundläggande matematiska och
teknikvetenskapliga ämnen
Ge förmåga att ta ledande roller
vid planering, utveckling, tillverkning och
drift av komplexa tekniska system
Ge insikt i sambandet mellan
grundläggande teknikutveckling och
samhällsutvecklingen i stort
Dessa tre mål skall uppfyllas parallellt
Detaljerad målbeskrivning – CDIO syllabus

CDIO syllabus är en
målbeskrivning för ingenjörsutbildningar som utgår från
behovet av ingenjörer som kan
planera, utveckla, tillverka, och
driva komplexa tekniska system
•
•



Programspecfik (1) och
generella delar (2-4)
Framtagen och validerad med
hjälp av alumni, fakultet och
studenter
Kvantifierbar och ”komplett”
•
•
1
Technical Knowledge & Reasoning:
1.1 Knowledge of underlying sciences
1.2 Core engineering fundamental knowledge
1.3 Advanced engineering fundamental
knowledge
2
Personal and Professional Skills
2.1 Engineering reasoning and problem solving
2.2 Experimentation and knowledge discovery
2.3 System thinking
2.4 Personal skills and attributes
2.5 Professional skills and attributes
3
Interpersonal Skills
3.1 Multi-disciplinary teamwork
3.2 Communications
3.3 Communication in a foreign language
4
CDIO of Complex Systems
4.1 External and societal context
4.2 Enterprise and business context
4.3 Conceiving and engineering systems
4.4 Designing
4.5 Implementing
4.6 Operating
CDIO syllabus contains
2-3 more layers of detail
Ingenjörsutbildningars utveckling
Helhet
Tvärteknisk
Syntes
1960:
Vetenskap &
praktik
1995
M2000
1930:
Kokbok/
praktik
1990:
Vetenskap
2000:
CDIO
Detalj
Disciplinär
Analys
Dagens och morgondagens ingenjörer behöver ”både-och”
… helhet-detalj, syntes-analys, disciplinär-tvärvetenskaplig, teori-praktik, …
Kännetecken för en CDIO-baserad utbildning
Utbildningen betonar grundläggande kunskaper,
men där sammanhanget ges av kedjan
planering-utveckling-tillverkning-drift
av verkliga produkter/system, och som

har en utbildningsplan som utgår från ämneskurser men där CDIOaktiviteter är integrerade i ämneskurserna
Verklighetsnära!

är rik på design-build-test-projekt

på ett systematiskt sätt inkluderar icke-tekniska färdigheter

betonar aktiva och undersökande lärandeformer

äger rum såväl i klassiska klassrum som i moderna lärmiljöer för
produktframtagning

ständigt förbättras med hjälp av en systematisk utvärderingsprocess
Vilka inslag och vilken pedagogik kan
göra att vi blir bättre på att uppfylla dessa mål?
CDIO:s ”pedagogiska grundtanke” är
inspirerad av Kolbs lärandemodell
Concrete
experiences
Tutorials,
Exercises,
Lab classes
etc.
Active
experimentation
CDIO
Abstract
generalization
Conventional
approach
Lectures:
Concepts, Models,
Laws, etc.
Reflective
observation
Inslag i en CDIO-baserad utbildning

Förnyade introduktionskurser – tidiga ingenjörsmässiga
inslag

Design-build-projekt

Lärandemiljöer som stödjer produktframtagning

Samverkan mellan ämneskurser

Integrerat lärande av generella kompetenser i projekt och
ämneskurser

Aktiva och undersökande lärandeformer
STANDARD 1 FOR CHALMERS
MECHANICAL ENGINEERING PROGRAM
The ”Civilingenjör” program in Mechanical Engineering
aims to develop the knowledge, skills and attitudes that
are needed to be able to
Lead and participate in the design and operation of
industrial products, processes and systems
This includes the entire lifecycle from identifying needs,
creating solutions, design, manufacturing, marketing,
operating, maintaining, recycling to eliminating
Design-build-test-projekt –
lärandet sker genom skapandet av en ”produkt”

Produkten utvecklas och implementeras till funktionellt
testbar status, så att det är möjligt att verifiera att den
uppfyller kraven och att identifiera möjliga förbättringar

Produkten kan bestå av hård- och/eller mjukvara eller
vara en simulerbar digital modell

DBT-projekt tränar inte bara utvecklingsmetodik men
fördjupar även tekniska kunskaper och utgör en plattform
för att lära ut icke-tekniska kunskaper
Exempel på design-build-test-projekt
Integrerad konstruktion och
tillverkning M2
Industridesign M3
Formula student M4
ADVANCED DESIGN-BUILD-TEST
PROJECT
Chalmers EcoMarathon
2006
Motivation
Self-efficacy
Self-expression, ownership
Involves unexpected events
Concrete technical knowledge
Lärandemiljöer som stödjer
produktframtagning - koncept
Learning
Resources
Concept
Forum
Social
Network
Design
Center
Implement
Lab
Storage
Personal
Communications
Operations
Center
Exhibits
CDIO WORKSPACE –
THE PROTOTYPING LABORATORY
450 m2 facility where
students can build
prototypes
Metal machining,
woodworking, FFF,
welding, electronics, …
Used in courses and
projects from year 1 to
master thesis projects
CDIO WORKSPACE –
THE STUDY HALL
Integrerat lärande
Lärandemoment i projekt eller ämneskurser som integrerar
lärande av teknik med ”professionella färdigheter” (systemutveckling, experimenterande, lagarbete, kommunikation)
Färdigheter är beroende av sammanhanget och bör läras
och examineras i ämnessammanhanget
(Bowden, Barrie, Edström)
...kommunikation som generisk färdighet...
…kommunikation som
kontextualiserad färdighet…
Integrerad utbildningsplan
(KTH Farkostteknik)
Development routes (schematic)
Year 1
Year 2
Introductory
course
Physics
Mechanics I
Mathematics II
Numerical
Methods
Mechanics II
Solid
Mechanics
Product
development
Thermodynamics Mathematics III
Year 3
Mathematics I
Control Theory
Oral
presentation
Electrical Eng.
Report
writing
Fluid
mechanics
Statistics
Sound and
Vibrations
Signal
analysis
Project
Teamwork
management
CURRICULUM DEVELOPMENT:
INTEGRATED CURRICULUM (STD 3)
Year 1
Intro Mathematics
7.5 ECTS
Single-variable
Calculus 7.5 ECTS
Programming in
Termodynamik M
Matlab 4.5 ECTS
4,5hp
Intro to Mechanical Eng 7.5 ECTS
Linear Algebra
7.5 ECTS
Several-variabel
Calculus 7.5 ECTS
Mechanics and Solid
Mechanics I
7.5 ECTS
Mechanics and Solid
Mechanics I I
7.5 ECTS
Year 2
Mechanics and Solid
Mechanics I II
7.5 ECTS
Materials A
7.5 ECTS
Common
computation labs in
mathematics,
programming &
engineering science
Communications
Machine Elements
7.5 ECTS
Integrated Design and Manufacturing Project
7.5 ECTS
Materials B
7.5 ECTS
Mechatronics
7.5 ECTS
Manufacturing Tech
7.5 ECTS
Industriell Production
& Org 6 ECTS
Industrial Economics
4 ECTS
Year 3
Fluid Mechanics
7.5 ECTS
Control Engineering
7.5 ECTS
Bachelor Thesis Project 15 ECTS
Env and Energy Eng
7.5 ECTS
Elective I 7.5 ECTS
Elective II 7.5 ECTS
Mathematical Statistics
7.5 ECTS
Teamwork
Sustainability
Integrative project
in design &
manufacturing
STANDARD 8: ACTIVE AND
EXPERIENTIAL LEARNING
Reformed mathematics
emphasizing simulations
Motivate importance of
mathematics and applied
mechanics courses
Realistic engineering
problems
Working method based on
modelling, simulation &
analysis
MATLAB programming
Visualization of mechanical
behaviour
Year 1 lab example
SYSTEMATIC PROGRAM
DEVELOPMENT
A major effort was devoted to
EXAMPLES OF PROGRAM GOALS
developing and documenting the
goals, intents and structure of the
program
in an integrated
program
solve
by numerical
methods linear
and nonlinear ordinary differential
description
equations inclusive reformulating to a first order system,
 Ca 35 specific goals
communicate
in design
English principles
and Swedish (written and spoken) and be
 Ca
10 program
able to present results using graphs, illustrations and simulations.
 A ”program design matrix” is used
to maintain the links between the
goals
and
the courses
the
lead
and
participate
in theof
development
of new products, processes
and systems using a holistic approach for the entire process: from
program
Programbeskrivning
maskinteknik
för
civilingenjörsprogrammet
i
‘
Dattum
Version
Beskrivning/ändring
Författare
e-post
2007-04-26
0.0
Under bearbetning
Mikael Enelund
[email protected]
2007-08-29
0.1
Hållbar
ändrad
2007-11-01
0.2
Årskurser 4 och 5
2007-11-13
0.2
Rättad
utveckling
stating requirements and formulating the concept, to design,
manufacturing, operations and phase-out/shut-down.
Programutveckling och kvalitetsarbete
CDIO behöver alltid anpassas till det
lokala sammanhanget
•
CDIO är en referensmodell, inte en
preskription
•
Elementen behöver översättas och
transformeras för att passa det
lokala sammanhanget
•
CDIO tar inte upp rena
ämneskunskaper
•
Många utbildningar har redan en del
CDIO-element som man kan bygga
vidare på
•
Ta vad som passar, modifiera det, ge
det ett nytt namn
•
CDIO tillhandahåller en verktygslåda
för att arbeta med den processen
Sammanfattning

Ingenjörsutbildningen behöver förändras för att
motsvara dagens och morgondagens krav på
ingenjörer

CDIO är en utbildningsmodell som sätter
framtagning av produkter och system i centrum för
att möta dessa krav

CDIO-modellen tillhandahåller en verktygslåda för
programutveckling

CDIO har rönt ett stort intresse från andra högskolor
och nu är mer än 60 högskolor medlemmar i CDIO
Initiative

Arbetet med CDIO var en viktig orsak till att HSV
2008 utsåg M-programmet till ”framstående
utbildningsmiljö”, en av ca 10 i landet

similar documents