Verkfræði er beiting þekkingar á raunvísindum og stærðfræði til að leysa vandamál. Áhersla verkfræðináms er að auka færni nemenda í að greina og skilja vandamál, finna lausnir og vera skapandi í tækni og vísindum. Verkfræðingar vinna að því að finna lausnir - allt frá hávaða í kennslustofum til nýrra hjálpartækja fyrir aldraða.

Verkfræðimenntun þróaðist hratt seint á 19. öld og í byrjun 20. aldar, þróunin varð örari með endurreisn Evrópu og vaxandi hagkerfi Bandaríkjanna eftir seinni heimsstyrjöldina. Hefð var fyrir því frá upphafi 20. aldar að verkfræðinám væri 5 til 7 ára nám til meistaragráðu við klassíska rannsóknarháskóla og ætlað nemendum með áhuga í raungreinum. Nám í tæknifræði var 3 til 4 ár með það að markmiði að vera meira verkmiðað  tengt atvinnugreinum og frekar ætlað nemendum með bakgrunn í iðngreinum. Í dag er munurinn á verkfræði og tæknifræði ekki eins skýrt skilgreindur, báðar leiðir eru almennt opnar nemendum með fjölbreyttan menntunarbakgrunn en grunnur í raungreinum er nauðsynlegur.

Í hraðri þróun nútímans þarf sífellt að huga að menntunarupplifun nemenda og leggja grunn að bæði fræðilegri og verklegri þekkingu og þjálfun, en einnig að ævilangri símenntun. Rannsóknir á verkfræðimenntun hafa áhrif á hvernig verkfræðingar eru menntaðir og yfirleitt leitast kennarar við að veita nemendum betri námsreynslu en þeir fengu sjálfir. Áhersla er lögð á námsaðferðir sem eru árangursríkar í kennslu mismunandi greina. Í grunnnámi er lögð er áhersla á að undirbúa nemendur fyrir starfsferil í verkfræði en einnig fyrir frekara nám.

Miklu skiptir að hröð tækniþróun sé tekin með í þróun verkfræðináms og nemendur séu undirbúnir undir áhrifin sem fjórða iðnbyltingin hefur og mun hafa. Hér má t.d. nefna að vinna með breiðari hóp fræðifólks og skoða félagsleg áhrif ásamt því að vinna með t.d. „internet of things“, tölvuský, stór gögn, netöryggi, gervigreind, „Blockchain“ og vélmenni. Verkfræðimenntun gegnir lykilhlutverki í þessu sambandi þar sem tækniþróun er oft starfssvið sem bæði verður fyrir áhrifum af og getur leyst margar af þeim áskorunum sem við stöndum frammi fyrir. Í kennslunni sjálfri má nefna aukna þverfaglega námsmöguleika og fjölbreyttari kennsluaðferðir. Aðal drifkrafturinn hefur verið að bæta og þróa menntun og starfshæfni útskriftarnema. Breytingar hafa til dæmis falið í sér aukna áherslu á almenna verkfræðikunnáttu eins og lausn vandamála, samskipti og teymisvinnu, auk hefðbundinnar fræðiþekkingar. Ýmsar aðferðir við verkefnabundið og vandamálatengt nám hafa einnig verið kynntar til að efla slíka færni.

Grunngreinar í verkfræði eru svokallaðar STEM greinar en STEM stendur fyrir Science, Technology, Engineering og Mathematics og hér langar mig að segja frá verkefni sem heitir STEM skills and competences for the new generation of Nordic engineers. Verkefnið hlaut þriggja ára styrk frá Erasmus+ áætlun Evrópusambandsins árið 2018. Þátttakendur voru, fyrir utan Háskólann í Reykjavik, frá KTH (Kungliga Tekniska Hoegskolan) í Stokkhólmi, sem stýrði verkefninu, Álaborgarháskóla (Aau), Aalto háskólanum í Finnlandi (AALTO), NORDTEK (samstarfsnet 27 háskóla á Norðurlöndunum), Association of Nordic Engineers (ANE) og Háskólanum í Stafangri (UIS). Niðurstöður  verkefnisins eru kynntar undir Nordic Engineering Hub (NordEnHub, https://www.nordenhub.org/).

Markmið verkefnisins er að skapa nýja þekkingu á verkfræðimenntun til að styðja við nám og kennslu á Norðurlöndunum með því að draga saman, greina og koma á framfæri upplýsingum um menntun í vísindum, tækni, verkfræði og stærðfræði (STEM) sem stuðlar að þróun í verkfræðikennslu. Lögð er áhersla á að að skoða innihald verkfræðináms og þær kennsluaðferðir sem eru notaðar og miðla nýjum hugmyndum um STEM menntun.

Fjórir helstu þættir verkefnisins eru: Verkfræðimenntun til framtíðar (undir forystu KTH), Hlutverk æðri menntastofnana í símenntun (undir forystu Álaborgarháskóla), Aðlaðandi STEM menntun (undir forystu Aalto háskólans) og Þekkingarsamsköpun (undir forystu KTH, NORDTEK og ANE).

Til að afla upplýsinga um viðhorf verkfræðikennara voru tekin hálfstöðluð viðtöl við 20 kennara í verkfræði sem komu úr heilbrigðisverkfræði, vélaverkfræði, byggingarverkfræði og orkuverkfræði í skólunum fimm sem tóku þátt í verkefninu. Greinin The Future of Engineering Education: Where Are We Heading? eftir Gumaelius og Kolmos (2020) var unnin upp úr hluta af þessum gögnum og birt í ráðstefnuriti SEFI (European Society for Engineering Education) árið 2020. Gögnin voru greind út frá líkani Jamison, Kolmos og Holgaard (2014) um þrjár aðferðir/áherslur sem tengjast þróun verkfræðimenntunar: Fræðileg áhersla, Markaðsdrifin áhersla og Samfélagsdrifin áhersla. Sjá má líkanið á mynd 1.

Mynd 1 Líkan mison, Kolmos og Holgaard

Allir viðmælendur virtust sammála um að breytinga væri þörf til að aðlagast stafvæðingu (digitalisation) en viðtölin leiddu í ljós tvær áherslur. Í fyrst lagi á mikilvægi breytinga til að mæta áskorunum samtímans, en viðmælendur voru ekki sammála um hversu langt ætti að ganga í þá átt. Í öðru lagi  var áhersla á hlutverk háskóla í framtíðinni, þar sem viðhorfin voru frá því að halda sem mest í núverandi form menntunar yfir í að háskólar þyrftu að breytast, jafnvel umbreytast, til að aðlagast samfélagsbreytingum. Greinina má lesa hér: https://www.nordenhub.org/wp-content/uploads/sites/45/2019/11/SEFI2019_EE2030_20190802_final.pdf

Greinin Attracting (female) adolescents into STEM studies – where’s the beef?  eftir Suviniitty og Clavert (2020), sem birtist einnig í ráðstefnuriti SEFI 2020, er hluti af þessu verkefni. Þær greindu 37 fræðigreinar um efnið og völdu 16 til að fjalla nánar um. Þær komust m.a. að þeirri niðurstöðu að meirihluti rannsóknanna hafði tilhneigingu til að einblína á niðurstöður af átaksverkefnum til að auka áhuga á STEM greinum frekar en að hönnun og skipulagningu þeirra verkefna sem ráðist var í. Þær telja þetta miður þar sem upplýsingar og greining á verkefnishugmyndum gæti hjálpað þeim sem vilja veg STEM meiri.  Greinina má lesa hér: https://www.sefi.be/wp-content/uploads/2019/10/SEFI2019_Proceedings.pdf#page=1123

Enn er verið að vinna úr gögnum sem safnað var í þessu verkefni og tvær greinar bíða birtingar. Önnur greinin er Implementing Digitalisation in Engineering Education - A Case Study. Höfundar eru  Gumaeliusa, Skogha, Pantzosa og Matthíasdóttir, þar sem gögn úr viðtölum eru greind með kennslufræðilegu líkan Bernsteins (sjá nánar t.d. Basil Bernstein. The thinker and the field eftir ByRob Moore). Mynd 2 sýnir líkan Bernsteins.

Mynd 2 Líkan Bernsteins

Hin greinin er Increasing interest towards engineering education in Nordic countries (vinnuheiti). Höfundar eru Clavert  og Suviniitty. Vonandi verða greinarnar fljótlega aðgengilegar á netinu. Fleiri greinar eru í undirbúningi m.a. um símenntun verkfræðinga á Norðurlöndum.

Í lokin má nefna að oft er bókstafnum A (fyrir arts) bætt inn í STEM svo úr verður STEAM og með því meiri áhersla lögð á sköpun sem á vel við í verkfræði þar sem mikil nýsköpun og þróun á sér stað í faginu.

 Mynd 3. Hluti af þátttakendum í Nordic Engineering Hub verkefninu

Höfundur: Ásrún Matthíasdóttir, lektor við Háskólann í Reykjavík

Heimildir

Edström, K. & Kolmos, A. (2014). PBL and CDIO: complementary models for engineering education development, European Journal of Engineering Education, 39(5). DOI: 10.1080/03043797.2014.895703.

Gumaelius, L. & Kolmos, A.  (2020). The Future of Engineering Education: Where Are We Heading? Proceedings, European Society for Engineering Education (SEFI), p. 1663-1672.

Jamison, A, Kolmos, A, & Holgaard, JE (2014). Hybrid Learning: An Integrative Approach to Engineering Education, The Research Journal for Engineering Education, 103(2), 253–273.

Suviniitty, J. & Clavert, L. (2020).  Attracting (female) adolescents into STEM studies – where’s the beef? Proceedings, European Society for Engineering Education (SEFI), p. 1663-1672.