ملفات
التصميم الهندسي.. ومشروعات الكابستون (د. شيماء قنديل- مصر)
Engineering Design & Capstone Project
تعرف مشروعات الكابستون بأنها مهمة معقدة تتضمن خطوات عدة، وتتطلب مهارات أكاديمية وخبرة فكرية.. وهذا المعنى (التسمية) للكابستون جاءت نسبةً إلى الفن المعمارى فالكابستون هو الحجر النهائى والذي عادةً يوضع فى قمة الجدار أو يُبنى لحماية الجدار وهو يرمز إلى الانتهاء من البناء، وبالمثل فخبرة الكابستون تمثل الحجر النهائى فى التعلم والذى يرمز إلى إكتمال برنامج التعلم بالإضافة إلى أنه يسمح بالتنافس بين المعلمين والآباء وعمال المستقبل ويجعلهم قادرين على المنافسة فى سوق العمل.
وفي العادة تكون خبرة الكابستون تجريبية؛ بمعنى أنها تتضمن بحوث فعل، أو حل لمشكلة حقيقية ترتبط بالواقع وبحياة الطلاب، وذلك من خلال تطبيق المعرفة والمهارات التي اكتسابها الطلاب من خلال عملية التعلم.
ويُتم الطلاب مشروعاتهم عن طريق تحديد المشكلة تحديداً دقيقاً ، ثم يفكرون في المشكلة، ويحددون العناصر المسببه لها، ثم يتم تقديم النظريات المفسرة لتلك الأسباب وبمجرد تطوير المدخل والتغلب على مسببات المشكلة يتم عرض الأفكار فى صورة فروض يتم التأكد من صحتها، ثم التوصل إلى النتائج وبعدها يصبح المشروع خاص بالطلاب.
العمل الجماعي للطلبة يمثل مفهوم التعاون فى مشروعات الكابستون Capstoneحيث يلتف مجموعات الطلاب حول هدف أو فكرة كبرى أو مشروع قومى يسعوا لتنفيذه؛ فمثلاً تقسم المدرسة إلى مجموعات كل مجموعة فى حدود(5 طلاب) كل مجموعة تعمل في تعاون جماعى فى إنجاز مهمة صغيرة تتكامل فى مهمة أو فكرة لمجموعة أخرى ولمجموعة ثالثة بحيث تتكامل هذة الأفكار تحت فكرة كبيرة أشمل وأعم نسميها بالكابستون، بحيث يختار الطلاب أحد التحديات الكبرى والعمل على طرح حلول لها من خلال مشاريع.
الهدف من تصميم مشروعات STEM للكابستون STEM Capstone Project
صُممت مشروعات الكابستون Capstone لتعد طلابSTEMقادرين على التعلم مدى الحياة وجعله مواطن منتج وفعال قادراً على التخطيط وإدارة المشروعات وإدارة الذات. كما أنها تشجع الطلاب على التفكير الناقد، وحل المشكلات الصعبة وتنمية بعض المهارات مثل: مهارة التواصل اللفظى، والتحدث أمام الجمهور، مهارات البحث، والثقافة الإعلامية، والعمل فى فريق، والتخطيط، الاكتفاء الذاتى، تحديد الأهداف، ومهارات تؤهلهم للتعلم الجامعى، والمهن الحديثة وحياة الكبار.كما أن تلك المشروعات متعددة التخصصات بمعنى أنها تتطلب طلاب قادرين على استخدام وتطبيق المهارات والبحث في عديد من المواد وتحديد المحتوى الأكثر أهمية لتعلمهم، كما أن مشروعات الكابستون تشجع الطلاب على مواصلة مشروعاتهم لحل مشكلات وقضايا المجتمع والاندماج خارج خبرات التعلم المدرسى من خلال الأنشطة المختلفة كالمقابلات، والملاحظة، والتدريب.ويرى كيم دافيز وآخرون (Kim Davis et al (2014أن مشروعات ستيم للكابستون Capstone STEM مشروعات تقدمية تتطلب طلاب قادرين على إظهار مجموعة من القيم الأساسية والمعايير وتطبيق أسس المعرفة والمهارات، وتتحدد هذه المعايير والمهارات فيما يلي:
القدرة على التفكير الناقد والإبداعي
إظهار المرونة والمبادرة.
إجراء البحوث والتحليل الجيد بما فى ذلك الأقتباس السليم من المراجع المختلفة سواء (الورقية، أو الإلكترونية، أو المقابلات،….).
تواصل الأفكار من خلال طرائق متعددة
تطوير وتطبيق بحوث الفعل
استخدام التكنولوجيا بفاعلية
العمل مع مستشار أو خبير فى المجال
مكونات الكابستون:
شكل يوضح مكونات الكابستون Capstone
ويمكن توضيح تلك المكونات كما يلى:
الجورنال Journal :والتي تسمى بدفاتر التأمل، وتتكون أسئلة الجورنال من 3-4 أسئلة من نوع المقال القصير، وتتم الإجابة بطريقة فردية online بإستخدام الكمبيوتر، وتكون الإجابة باللغة الأنجليزية. وتتضمن الأسئلة:
– سؤال عن العمل فى إطار المجموعة.
– سؤال عن عمليات التصميم الهندسى.
– سؤال أو اثنين عن علاقة المواد الدراسية المختلفة بالمشروع.
ملف الإنجاز للمشروع Portfolio :وهو عبارة عن ملف يتضمن ما يلى:
– تحديد مشكلة المشروع ومبررات اختيارها.
– تحديد إجراءات حل المشكلة.
– كيفية بناء النموذج المقترح.
– إختيار النموذج المقنرح.
– تقويم النموذج وتقديم التوصيلت.
– مراجعة معايير تقييم المشروع.
البوستر (الملصق) Poster :هو الوسيلة التى من خلالها يقوم الطلبة بعرض مشروعهم على الآخرين حيث يتضمن عناصر المشروع أو المستخلص ويضم المقدمة والمواد والطريقة والنتائج والمصادر والمراجع.
البروتوتايب (النموذج) Prototype: ويتم عمله وفق الخطوات التالية:
– اختيار التصميم المناسب، وتحديد متطلباته.
– تسجيل كيفية اختبار التصميم test plan.
– بناء التصميم واختباره وتسجيل النتائج.
– تكرار الاختبار والتعديل فى النموذج وفقاً للنتائج.
– تسجيل جميع النتائج، والتوصل للاستنتاج العام.
التصميم الهندسى، وتنفيذ مشروعات الكابستون Engineering Design:
ولمشروع الكابستون Capstone دورة للتصميم الهندسى Engineering Design التى تبدأ بفكرة المشروع ثم مناقشتها مع مجموعة الطلبة وإحداث ما يسمى بالعصف الذهنى ثم سماع آراء أفراد المجموعة كل حسب وجهة نظره فى تنفيذ المشروع والطرق المختلفة لتنفيذ مجسم أو نموذج أولى للمشروع Prototype، ثم الاختبارات المبدئية وتنفيذ المشروع النهائى، ويقوم المعلم بمساعدة أفراد المشروع فى إعداد التقارير المبدئية، ثم كيفية إعداد الورقة البحثية الخاصة بالمشروع وأخيراً تدريب المجموعة على كيفية عرض المشروع وتدريبهم على مهارات العرض المختلفة.
ولا يتوقف مهام المعلم مع الطلبة فقط؛ ولكن يمتد مهامه ليتعاون مع أعضاء هيئة التدريس المختلفين في شتى المجالات لخلق وإيجاد أفكار وأنشطة تساعد أعضاء هيئة التدريس في التواصل وإيصال المبادىء العلمية والنظريات الأساسية للطلبة.
وفيما يلي شكل يوضح مراحل وخطوات التصميم الهندسي:
شكل يوضح خطوات التصميم الهندسىEngineering Design من إعداد الباحثة
ويتضح من الشكل السابق أن:
– عمليات التصميم الهندسي عبارة عن خطوات مهمة تقود إلى تطوير منتج أو نظام جديد.
– يمكن أن نبدأ من أي خطوة من خطوات التصميم الهندسي.
– بعد تحسين نموذج التصميم الأولي يمكن أن نبدأ عمليات التصميم الهندسي مرة أخرى لتحسين التكنولوجيا أو ربما نركز على خطوة واحدة فقط.
ويذكر بيتمان وآخرون (Pittman et al (2014أن عملية التصميم الهندسي تمر بالمراحل التالية في عبد الرءوف )2017 ،157):
1. المرحلة الأولى: تقديم الاقتراحات والأفكار من خلال جلسات العصف الذهني واستثارة تفكير الطلاب.
2. المرحلة الثانية: عرض ورقة بحثية تتضمن المدخلات والعناصر والأدوات اللازمة لتصميم المشروع، ويقوم الطالب باختيار مشكلة تتعلق بالمجال الذى يهتم بدراسته أو وظيفته المستقبلية، ثم يقوم بعمل بحث عن هذه المشكلة، ويقوم بسؤال المدرسين والمتخصصين ذوى الخبرة والمعرفة عن مشكلته وحلولها، ثم يقوم بتحليل وتركيب المعلومات لحل المشكلة وتضمين ذلك فى ورقة بحثية للتوصل إلى فكرة مشروعة.
3. المرحلة الثالثة: تطبيق وتنفيذ المشروع حيث يقوم الطالب باختيار زملاء للمشروع للتقدم فيه، ثم يقوم مع المعلم بمتابعة الخط الزمنى للمشروع وأنه يسير على الطريق الصحيح وتطبيق معايير المشروع من أجل المنتج الابتكارى.
4. المرحلة الرابعة: العرض التقديمى للمشروع، وفي هذه المرحلة تقوم كل مجموعة مشروع بتتويج العمل النهائى وعرض ملف الإنجاز الخاص بها وتصميم عرض تقديمي متعدد الوسائط يوضح تفاصيل المشروع، ويتم شرح وتوضيح ما تم تعلمه خلال هذا المشروع للأساتذة والمتخصصين، وعمل ملف إنجاز إلكتروني عن المشروع بكل أبعاده وإجراءاته.
وتشير بعض الدراسات إلى أن دراسة التصميم الهندسي التكنولوجي يزيد من قدرة طلاب المرحلة الثانوية على حل المشكلات المعقدة صعبة التعريف، وذلك كما جاء في دراسة Kelley Todd R.et al (2010) والتى أُجريت للمقارنة بين مدخلين لتدريس منهج التصميم الهندسى فى الدراسة خلال مشروعيين تربويين هما (PLTW)ProjectLead to Way، (EPICS) ProjectingCommunity Service فى مجال STEM وقد قام الباحثثين بمقارنة المواد التعليمية للمناهج المقدمة في إطار المشروعان، وخطط الدروس، والأدلة التعليمية، وملاحظة التدريس داخل الفصول.
كما قام الباحثين بجمع بيانات عن تحقيق التفكير الهندسى التكنولوجى عند طلاب المرحلة الثانوية وطبيعة الأسئلة التى يطرحها الطلاب وكيف يعرف الطلاب المشكلة وعملية التحكم فى تصميم المشكلة. وقد أظهرت النتائج أن المشاركين فى مشروع (EPICS) كانوا أكثر تركيزاً على المشكلة، وأن كلا الطلاب فى المشروعين أكملوا برنامج متقدم فى الرياضيات وعندهم القدرة على التحكم فى تصميم المشكلة، وعملية التنبوء بنتائج الحلول (غانم، 2011).
