Проектирование новых глобальных инженер-химик

Университеты во всем мире решают различные части головоломки обучения студентов превратить в идеальное инженеров химических веществ.

Обучение принципам химического машиностроения для производства конечной продукции - wellrounded инженер-химик - это одна из самых инновационных и постоянно меняющихся задач. Университеты должны преподавать науки, а также искусства, выяснить пути вовлечения студентов и научить их использовать принципы, по сравнению с просто применять процедуры, чтобы прийти к решению. Ниже приведены примеры и задачи университетов, модернизацию своих учебных программ для получения типа инженер-химик мире и потребности отрасли в новом тысячелетии.

Назад к основам

Что так много различных областях информационных технологий, возникающие в области химического машиностроения, сколько подготовки к университету необходимо для студентов, чтобы иметь возможность работать в промышленности и для достижения целей компании? Д-р С. Ганешан, президент Индийского института инженеров-химиков, рассматривает этот вопрос как с научной и промышленной точки зрения в его должности адъюнкт-профессор Индийского технологического института в Бомбее, и генеральный менеджер Toyo Engineering India Ltd "

В 1967 году фильм "Выпускник", Бенджамин Брэддок рекомендуется начать профессиональную деятельность в пластике: "Это будущее, сынок. Пластмассы, в конце концов, определить нас и в современном мире. Тем не менее, химического машиностроения могут выглядеть иначе, в ближайшем будущем, а не превращается в формирующейся новой среде, которая требует технология специализации.

Ганешан объясняет, что химическая технология отличается от других инженерных дисциплин, так как проектирование и анализ происходят процессы, а не товаров. "Уникальность химической технологии является то, что в отличие от других отраслей машиностроения, которые все вытекает исключительно из физики, это единственная дисциплина, которая также использует уникальные полномочия химии для решения инженерных задач. Химическая технология является единственной дисциплиной, которая манипулирует материала на молекулярном и атомном уровне. студентом химического машиностроения необходимо потратить гораздо больше времени создания основы, которая будет включать большой dollops химии. Из всех инженерных потоков, химическое машиностроение имеет больше всего общего с такой новой науки, как биотехнология и нанотехнологии. Инженеры-химики имеют наилучшие возможности для использования этих наук, для улучшения жизни ".

Ганешан также говорится, что в прошлом, инженерных опередил фундаментальной науки, и было очень часто приходится объяснять, почему конкретный процесс осуществляется, как это было сделано. Инженерные высоко эмпирический характер. Сегодня, однако, наука идет впереди техники. Таким образом, инженеры-химики должны быть предоставлены необходимые инструменты, которые позволяют тщательный анализ процессов, независимо от науки. При наличии необходимых инструментов, инженер-химик, то есть достаточно средств, чтобы применить их в новых областях. Это, Ганешан считает, должна быть введена в аспирантуре. В противном случае, подвергая учеников новых областях без equiping их с базовым набором не будет продуктивным.

"Сегодня напряжение больше по новой технике, которая не является плохой вещью в себе, но, к сожалению, идет за счет базовых знаний. Это ловушка, что мы должны избежать. Мы должны подчеркнуть, базовый инжиниринг и химии ", Ганешан позывы.

Новая химическая совершила полный круг. Она была разработана по химии, стала более "проектирование", и теперь он возвращается с химическим уклоном - в частности, химии поверхностных явлений, электрохимии, коллоидной химии и поверхностное, и биохимии и химии ферментов, отмечает он.

"Химия определяет нас. Мы претензии на исключительность. Вот почему мы разные. Вот почему мы такие. Мы должны обеспечить прочный фундамент в основах на университетском уровне, и оставить специализации диплом о высшем образовании. Мы должны сказать Молодой инженер-химик, 'Назад к основам, сын ".

Совместная проблемного обучения и "inventioneering"

Как научить основам другой кусочек паззла, который был рассмотрен на факультете Бакнелл Univ. "Наилучшей практики" подход был использован для подготовки студентов химического машиностроения в первый учебный курс учебной программы, материальных и энергетических балансов. Профессор Тим Raymond и Майкл Hanyak включили активный, кооператив, problembased обучения (PBL) окружающей среде в своем курсе.

Курс состоит из 5 twoweek проектов, в которых студенты работают в группах полных задач, охватывающих целый ряд материалов, и, одновременно, командная работа опыт и профессиональные навыки. Кроме того, каждый проект включает в себя комплекс лабораторного эксперимента и использования программного обеспечения для моделирования процесса.

"Наша цель в отношении преподавания и обучения, всегда была для инструкторов для 'руководства стороной", а не "мудрец на сцене", говорит Реймонд. "Один из многих целей нашего курса является обучение для всех студентов и всех их многие предпочитали стилей обучения, обеспечивая при этом их руководство и поддержку, необходимую им для достижения успеха. Это включает в себя коммуникационные и презентационные навыки, навыки работы в команде, опыт лаборатории, т.д. "

Ранее, конечно учил основное содержание материала без лаборатории компонента; работы и домашнего задания были выполнены с проблемами, выделенных из учебника. Новый курс занимает проблема основе, минимальной лекции подход, включающий команду основе лабораторий и проектов, дополнительных материалов, самостоятельное обучение, а также экскурсии. Этот формат учит типичные массы и содержание баланса энергии, обеспечивая при этом поддержку сети и решение навыки работы в команде и различными стилями обучения.

2 часа класса проводятся три раза в неделю включает в себя мини-лекции, которые рассматриваются основные понятия и класса в целях изучения Например проблем. Студентам предоставляется проектам, которые включают комплекс лабораторного эксперимента и использования программного обеспечения для моделирования процесса. Студенты поворачиваться на все четыре проблемы команды и видеть проблему до конца курса. Лабораторий и поездок предлагаем практические и RealWorld приложений и подготовки докладов учащихся развивать коммуникативные навыки.

Raymond поясняет, что "вы не можете делать все это в классе, так что подход обучения." Курс сфокусирован на применение с руководством и обратной связи. Каждый студент несет ответственность и держит их личными документами в ajournai. Экзамены для подтверждения обучения студентов.

В некоторых традиционных учебных химической технологии, масса и конечно энергетических балансов была использована для "сорняк" студентов из программы. "Я считаю, что это серьезная ошибка попытка" отсеять "для учащихся через умышленно трудно или слишком интенсивным, конечно," ответы Raymond. "Студенты, обучающиеся в университетах и колледжах инженерных есть, потому что они уже доказали (с помощью старших классах школы, САЦ и т.д.) их способность выполнять хорошо в математике и естественным наукам. Это наша цель, чтобы превратить их в инженеры, сказал он говорит.

"Многое из того конкурентоспособности Соединенных Штатов в будущем глобальных рынков будет зависеть от нашей не только математику и естественные науки навыков, а на нашу способность мыслить критически, творчески и нестандартно, и работать в междисциплинарных групп, которые часто включают в себя, не -инженеров. Предоставляя 'сорняков из' Конечно, мы бы потерять много замечательных студентов, которые не могут понять абстрактные математические понятия и сразу, но которые в противном случае есть что предложить нашей дисциплины с точки зрения творчества и глобального мышления. Студенты учатся с помощью различных методов, и на "сорняк" их, исходя из своих стилей обучения (или любой другой метод), прежде чем дать всем учащимся возможность продемонстрировать, что они могут предложить, было бы серьезной ошибкой ".

При сравнении в сравнении с традиционными PBL подходов с использованием того же содержания, экзамен оценки указанных лучшего удержания и более глубокому изучению материала студентами в PBL классов. Кроме того, самостоятельное обучение и навыки работы в команде студентов получили лучше подготовлены для будущих курсов и промышленности.

Используя понятие PBL как фундамент, Павел Стороны, профессор Carnegie Mellon университет, задуманный эксперимент для своего курса лаборатории транспорта, что позволяет студентам на их собственные результаты - изобретение основе обучения, или inventioneering, как он это называет.

Стороны предположить, что через возможность изобретать, студенты могли бы генерировать идеи для продуктов или процессов, они будут иметь возможность создавать рабочий прототип или демонстрации в течение шести недель, и они будут учиться, потому что они больше владели проект таким образом, качественно отличается от задания в прошлом. Основное внимание в эксперименте, чтобы предоставить студентам возможность изобретать, анализировать, понимать, а также документ новые продукты и процессы, мотивировать их использовать и усваивать знания, к которым они подвергались, искать те знания, которые необходимы, и научиться Изобретение подключается к коммерческого мира.

Когда концепция была объявлена на уровне младших классов, говорит, что Стороны не стоны встретили новости и несколько студентов, видимо проснулась. Один даже хотел бы знать, кто владеет интеллектуальной собственности. Это был первый показатель того, что собственность была задумана, говорит он.

"Собственности аспект проекта творила чудеса. Студенты были в несколько раз больше и активное, чем в предыдущие годы, где эксперимент является открытым, но они получили проблемы", говорит сторон. "Студенты полны творческих идей - больше, чем я знал или догадывался. Когда я дал им задание придумать что-то, у меня было несколько идей в резерве в ожидании, что некоторые группы будут колебаться, когда просили, чтобы быть оригинальным. Ни один из моих резерв идей были необходимы. самое приятное время моего предыдущего года был полчаса я провел с каждой группы, где мы слышали их идеи и сомкнул их вокруг со студентами. Обучение происходило в условиях, которые были равные части реальных и академических ".

Каждая команда должна была придумать продукт или процесс, основанный на принципе импульса, тепла и массопереноса. Команды должны были продемонстрировать рабочий прототип в течение шести недель, оставшихся в семестр. Они также должны сделать плакат с описанием идеи, технического обоснования, до искусства, а также оценку того, насколько хорошо она работает. Кроме того, каждая команда должна была бюджета в размере 1000 тратить на его изобретение.

"Общая цель состояла в актуализации концепции явлений переноса. Студенты показали много изобретательности, но они должны быть постоянно напомнил, что, чему они научились на занятиях могут иметь отношение к их конструкции. Разрыв между принципами и их инженерного мышления процессов в отношении их изобретений, имеет более широкую, чем я хотел, чтобы все пути к их стендовых докладов. Обеспечение они обладают академических инструментов более непосредственно несут на их мышление будет главный удар, когда мы учим класса вновь этой весной ", добавляет сторон.

"Студенты придумали и реализовали свои изобретения, с гораздо большим энтузиазмом, чем на прошлых заданий. Мы нашли формулу для привлечения студентов и будет повторять проекта в последующие годы", сообщил он.

Программное обеспечение интеграции

Как компьютерные технологии передовые, так что есть программное обеспечение вычислительных и моделирования. Кроме того, компании полагаются на программное обеспечение для моделирования, чтобы максимизировать свои ресурсы и прибыли. Таким образом, новая задача состоит в том, что поднял профессор Энтони Диксон, Вустер политехнического института (WPI), обнаружил и исследовал.

"Я думаю, одна из главных проблем, нам приходится сталкиваться в том, как научить прикладной математики, химической инженерного необходимость их инженерной работе. Я по-прежнему убежден, что это лучше всего делать инженерами в контексте применения, но вызов нам как воспитателей является сколько научить традиционных аналитических подходов в сравнении с использованием новых программных подходов, таких как COMSOL. Кроме того, если мы используем программное обеспечение, как мы можем получить студентам использовать ее разумно и критически, а не как "черный ящик" ? "

Диксон включен пакет программного обеспечения в COMSOL курс математического моделирования для инженеров-химиков. Это привело к 3 вопросов: студентов, получающих соответствующий фон на использование программного обеспечения? Являются ли студенты эффективно учат, как использовать программное обеспечение? И студентов учат быть информированными и критических пользователей компьютерных пакетов?

Диксон поясняет, что инженерные студенты должны научиться формулировать математические модели физических ситуаций, как получить полезные решения модельных уравнений, а также как правильно интерпретировать и представлять результаты. Для инженеров-химиков, второй шаг в этой последовательности часто связано с решением обычной или частичное дифференциальных уравнений, описывающих явления переноса и / или реагирующих систем. Это традиционно было достигнуто аналитических методов, таких как преобразование Лапласа или Фурье разложения по собственным функциям.

Когда, сколько и какого типа вычислительных должны быть включены в учебную программу для студентов инженерно химических текущих вопросов, представляющих интерес. "Очень важно, что студенты не должны забывать о физических и химических явлений моделируемого, предположения, лежащие математической модели, а также необходимость для проверки и подтверждения вычислительных методов, применяемых к проблеме," объясняет Диксон.

Аналогичные проблемы были затронуты в отношении использования программного обеспечения для моделирования процесса для проведения обширного материала и энергетического баланса для процесса проектирования. "Успешная реализация этих передовых компьютерных средств может потребовать переориентации курса цели и навыков учил, и перестройка учебной программы. Кроме того, тенденция студентов принять результаты расчетов как истинный должны остерегаться. Важно научить студентам изучить компьютер выход критически и на вопрос результаты их усилий ", продолжает он.

Для реализации программного обеспечения в математический курс моделирования, обучения проходил в компьютерном классе и был основан на "смотреть и делать" метод, где инструктор решить демонстрации проблему, а затем студенты провели листа проблему самостоятельно с помощью преподавателя . Студенты также использовать программу в качестве домашнего задания и упражнения "в лаборатории" экзамен, в котором они решили проблемы похожи на одну из своих домашних заданий, в разумных временных ограничений. Некоторые ограниченные теории фон в метод конечных элементов, была представлена в форме лекций и раздаточный материал, параллельно с сессиями Software Lab.

Статистический анализ ответов студентов до конца учебного курса обследования вопросы и вопросы экзамена была проведена. Диксон сообщает, что "студенты-видимому, научиться работать с программой COMSOL вполне удовлетворительно. Но их навыки в создании проблем и все дискриминационные пользователей технологии разработаны в меньшей степени, и будет стимулировать изменения в учебный план на следующий предлагая ".

Обучение навыкам

Окружающей среды химического машиностроения стал глобальным, и которая требует как технической компетенции и навыков межличностного общения. Но делать университеты действительно нужно учить урегулирования конфликтов, командная работа, лидерство и т.д.?

Профессор Лауреано Хименес, из Univ. Ровира я Virgili (Таррагона, Испания), считает, что они делают. В дополнение к техническим знаниям и управленческой компетентности, инженеры-химики должны обладать социальными навыками. Эти навыки должны включать взаимодействие, сотрудничество, творчество, новаторство, связи, культурное разнообразие, лидерство, принятие решений, и организационного развития. Они должны быть универсальным и ориентированной на потребителя, объясняет он.

Учебный модуль был разработан и осуществлен переход студентов первого курса химического машиностроения в рамках всеобъемлющего projectbased обучения. Все firstyear студенты принимают участие в комплексных проектов с четвертого года обучения. В партнерстве с Dow Chemical, ряд краткосрочных учебных курсов был разработан для поддержки развития различных компетенций (рис. 1).

"В новой системе образования, студенческие команды возрастет с leaderdirected команд в первом семестре первого учебного года на самоопределение, под руководством или уполномоченным команд в пятый год программы. В этом расширение пути, студентов четвертого курса играть ключевую роль , выступающей в качестве факультативных лидеров первого года и второго года проектных групп, регулируя их факультативных ведущую роль в зависимости от стадии развития команды ", объясняет Хименес.

"Ядро competencybased образовательная модель является ориентация на клиента. Необходимость удовлетворения клиентов и адаптироваться к меняющимся потребностям вызывает развитие компетенций, связанных с преобразованием отдельных студентов (универсальность, предпринимательства и инновационной деятельности, системы мышления, и т.д. .), организации (факультативные лидерство, командная работа и сотрудничество), а также учреждения (организационное развитие и производительность, а организационное руководство) ".

Хименес определяет пять основных навыков межличностного общения, что инженер потребностей:

* Работа в команде - способствует эффективному выход команды в результате сотрудничества, участия и приверженности разделяем видение и цели

* Лидерство - влияет и направляет других к определению и достижению задач и целей, обеспечивает цели и направления; мотивирует и с энтузиазмом

* Связь - обеспечивает эффективную и со всеми людьми, в состоянии иметь дело со спорными диалога, и подарки, и облегчает сорта материала и встречи

* Культурное разнообразие - эффективно воздействующие на конфликты и способствует примирению вызванных культурного многообразия, основанного на понимании различий в культурах, норм и системы ценностей

* Организационное развитие и результативность - эффективно способствует повышению эффективности работы организации с наличием информации о соответствующих технологиях (например, стратегии развертывания и т. д.) и их реализации.

"Оценка первого года обучения показывает, что модуль помогает: (1), чтобы определить, что они должны выполнить, чтобы получить работу в будущем, как инженеры-химики; (2), чтобы понять, что комплексных проектов состоит и какие преимущества командной работы, и (3), чтобы понять, что комплексный проект и соответствующий команде большие возможности для приобретения компетенций, которые необходимы в работе сегодняшнего ", говорит Хименес.

Хименес обобщает комплексный проект, как и проектного обучения и совместного обучения - созданные научиться учиться, интеграции и разгона знаний и развитие навыков общения. Это то, что компании хотят, и искать.

Предварительные результаты показывают, что студент посещаемость возросла, отсев снизился, и больше профессора выступают в качестве посредников в классе, как научные сотрудники были вынуждены повысить их эффективность, а также. Обучение в нетехнических возможностей помогает учащимся установить шаблон, чтобы стать пожизненным учащихся. Открытых проблем и нехватки студентов информацию силу понять принципы различных операций подразделения, принимать активное участие в определении информации, которая необходима для решения проблемы и добиваться ее.

Хименес говорится в сообщении на дом, что "студенты помнят 20% того, что мы объясняем, 50% того, что они делают в лаборатории, и 100% от мягких навыков".