Descubrimiento guiado en la enseñanza de la mecánica estructural | Noticias del MIT



Durante sus estudios en el MIT, los estudiantes de ingeniería mecánica tienen muchas oportunidades para construir cosas. Ya se trate de robots capaces de realizar tareas complejas, vehículos submarinos capaces de navegar por el río Charles y prototipos de productos en funcionamiento, los mayores de la Formación 2 a menudo pueden pasar mucho tiempo para "crear". Pero para tener éxito en el diseño o la fabricación de cualquier cosa, necesitan una comprensión fundamental de la mecánica estructural.

La clase 2.001 (Mecánica y materiales I) proporciona a los estudiantes de ingeniería mecánica los conceptos básicos que necesitan para diseñar, construir, fabricar y crear.

"Este es uno de los primeros cursos que toman los estudiantes de ingeniería mecánica", explica Simona Socrates, profesora titular. "Estamos tratando de crear una base que permita a los estudiantes abordar todo tipo de problemas de una manera estructurada y efectiva".

El curso se centra en la mecánica de estructuras deformables. Los estudiantes exploran cómo se comportan las estructuras bajo diversas condiciones de carga, incluida la carga axial, la torsión y la flexión. Los maestros esperan equipar a los estudiantes con la intuición física y las herramientas analíticas necesarias para comprender e interconectar los conceptos fundamentales de equilibrio, tensión y comportamiento material.

“La mecánica de sólidos es un material absolutamente fundamental en muchas disciplinas diferentes”, añade Emanuel “Ely” Sachs, profesor de ingeniería mecánica. "Puede tener un impacto duradero en el estudiante".

Para ayudar a los estudiantes a desarrollar una base sólida en mecánica y materiales, Sócrates, Sachs y el resto del equipo docente ponen énfasis en el acto de descubrimiento a lo largo del semestre.

Laboratorios de descubrimiento guiados

La estructura de 2.001 incorpora lo que se denomina "laboratorios de descubrimiento guiado". En los laboratorios, los estudiantes trabajan en un concepto o tarea que aún no se ha discutido en clase o cubierto en clase. Los maestros alientan a los estudiantes a explorar y apoyar el razonamiento sin brindarles una solución explícitamente. Este formato crea momentos de “ah-ha” para muchos estudiantes.

"En el laboratorio, tratamos de recrear el momento del descubrimiento, ese momento de comprender algo por su cuenta, sin el conocimiento preexistente proporcionado por otra persona", dice Sócrates.

Cada sesión comienza con una descripción de un experimento que harán los estudiantes utilizando materiales simples que cada pareja de estudiantes tiene frente a ellos. Antes de hacer el experimento, se les pide a los estudiantes que predigan cuáles serán los resultados y escriban su predicción y razonamiento. Luego, los estudiantes hacen el experimento y comparan sus observaciones con sus predicciones. Si hay una discrepancia, se anima a los estudiantes a revisar sus razonamientos y predicciones.

Sachs señala que los temas cubiertos con el Descubrimiento Guiado se eligen deliberadamente como los más difíciles de interiorizar para los estudiantes, en base a la experiencia docente pasada. Como tal, el proceso de descubrimiento naturalmente implica predicciones fallidas. Para Sachs, empoderar a los estudiantes para que se sientan cómodos frente al fracaso es el núcleo de esta pedagogía y parte de lo que mantiene a los estudiantes comprometidos.

"Acostumbrarse a la noción de intentarlo y fallar es una parte extremadamente importante del desarrollo", agrega. "Mi objetivo real es enseñar a los estudiantes a pensar, especialmente a utilizar ingeniosamente el razonamiento deductivo e inductivo, en este caso en el contexto de la ingeniería".

Según Sachs, darles a los estudiantes la oportunidad de fallar y descubrir algo por sí mismos les ayuda a internalizar el conocimiento de una manera que una serie de mediciones y tareas no logran.

La creación de Guided Discovery Labs fue un proceso iterativo, tanto con el material elegido para cada laboratorio como con los métodos de enseñanza, que se llevó a cabo durante 10 semestres secuenciales de colaboración con el profesorado. y personal docente.

“Estoy muy agradecido por el apoyo y la colaboración de Simona Socrates, Rohan Abeyaratne, David Parks, Ken Kamrin, Marty Culpepper, Michela Geri y otros en Ingeniería Mecánica, así como por Raul Rodovitsky en MIT AeroAstro, donde algunos de estos mismos hallazgos se utilizan en la clase 16.001 (Ingeniería unificada: materiales y estructuras) ”, dice Sachs.

Conceptos complejos y objetos cotidianos

Fuera del laboratorio, las conferencias ayudan a los estudiantes a combinar una comprensión física de cómo funcionan las estructuras con los cálculos matemáticos. Para mantener a los estudiantes comprometidos con estos conceptos complejos, Sócrates utiliza objetos cotidianos para demostrar la mecánica de las estructuras. Se sabe que estos artículos incluyen perros calientes, queso mozzarella y fideos de piscina.

"Simona hace un buen trabajo tomando todos los conceptos que aprendemos en clase y aplicándolos a cosas que has visto en la vida real", dice Talia Spitz, estudiante de segundo año de ingeniería mecánica.

Si bien aprender la mecánica estructural de los perros calientes traerá diversión a la clase, el plan de estudios 2.001 puede ser un desafío. A lo largo de un semestre, la facultad construye una comunidad de apoyo y aliento alrededor de los estudiantes.

"Sabemos que esta puede ser una clase difícil, por eso los profesores están presentes en cada paso del camino", agrega Sócrates. "Existe una relación especial entre profesores y estudiantes; realmente nos preocupamos por su éxito, sus vidas y su aprendizaje".

Aunque el material de origen es difícil, muchos estudiantes de ingeniería mecánica han encontrado que el conocimiento adquirido en el curso es esencial no solo a medida que avanzan en sus estudios en el MIT, sino también a medida que avanzan en sus estudios en el MIT. avanzar en diversas trayectorias profesionales.

“Los equipos de esta clase suelen ser la pieza central de las entrevistas para puestos de ingeniería mecánica de nivel de entrada en las mejores empresas del mundo”, dice Sachs.

Para el estudiante de ingeniería mecánica Joshua Paul Maldonado, planea usar el conocimiento que adquirió en 2.001 para hacer del mundo un lugar mejor.

“Quiero crear cosas que van a afectar y cambiar este mundo para mejor”, dice Maldonado. “Este curso me ha dado una comprensión fundamental de cómo funcionan las cosas en el mundo. Puedo aprovechar este conocimiento y tener un impacto real. "

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