Introduktionskurs i kemiteknik, hållbar utveckling

Transkript

1 Introduktionskurs i kemiteknik, hållbar utveckling Michaël Grimsberg Inst. för Kemiteknik LTH 8 juni 2009 Innehåll Introduktionskurs i kemiteknik 1 Hållbar utveckling 5 Integration av numeriska metoder i kemiteknikutbildningen 8 Teknologers förståelse av centrala begrepp i en kemiteknikkurs 10 Hållbar utveckling, strategier på program- och kursnivå 13 Bakgrund Delning av kemiteknikprogrammet 2001 Gamla kemiteknikprogrammet Pascal(Java) programmering i K2 Kemiteknik startar i K2 Introduktion till yrkesrollen i K1 Process- och polymerteknologi i K3 Diskussion Hur kan numeriska metoder undervisas? 1

2 Ny introduktionskurs 18 högskolepoäng Kurs i MB/EB i K2 (4,5hp) Kurs i programmering K2 (6hp) Introduktionskurs K1 (1,5hp) Process- och polymerteknologi K3 (4hp) Delmoment i nya kursen Kommunikationsteknik Kemiteknik A (Kvalitativ) Kemiteknik B (Kvantitativ) Beräkningsteknik Projekt Första kursomgången För stora ambitioner Projekten I. Hur får man rent vatten? II. Framställning av formaldehyd III. Energi från förnyelsebara råvaror Ambitionsnivå med projektet sänktes Undervisningen i beräkningsteknik förbättrades Undervisningen i MB/EB utvecklades 2

3 Omläggningen 2007 Kursen utökades från 18 till 21 hp Krav på undervisning om hållbar utveckling för examen Industriell process Processdesign Kapitel 2 i Duncan & Reimer Vad gör en kemiingenjör? Datoranvändning Brandskyddsutbildning Projekt 1 Årskursen ca 60 studenter Delas in i 2 lika stora delar Varje del bildar 4 grupper Gruppstorlek 7-8 studenter Två projekt Framställning av svavelsyra Framställning av formaldehyd 3

4 Beräkningsteknik Undervisas av Numerisk Analys (Matematikcentrum) Baseras på Matlab Introduktion till Matlab 6h Numeriska metoder 42h Olinjär ekvation Linjärt ekvationssystem Minsta kvadratmetoden Interpolation Kvadratur Ordinära differentialekvationer Grundläggande kemiteknik Introduktion till kemiska processer 8 h Materialbalanser 16 h Reaktorer och Separatorer 8 h Energibalanser 10 h Kemisk jämvikt 4h Differentiella balanser 4h Murphy: Introduction to Chemical Processes samt föreläsningskompedium Integration mot numeriska metoder 4

5 Utvärderingen av civilingenjörsutbildningar Examensordning: förvärvat kunskaper om och färdigheter i att utforma produkter, processer och arbetsmiljö med hänsyn till människors förutsättningar och behov samt till samhällets mål avseende sociala förhållanden, resurshushållning, miljö och ekonomi, Detta kallas för hållbar utveckling i rapporten HSV beslut: Högskoleverket anser inte att lärosätena säkrar att studenterna faktiskt får de kunskaper i hållbar tillämpning av teknik som krävs och kommer att följa upp detta under Hållbar utveckling SUSTAINABLE DEVELOPMENT (SD) 3 bärande principer Ekologisk Social Ekonomisk Mål för CI(Utdrag) Social Ekologisk Ekonomisk visa förmåga att utveckla och utforma produkter, processer och system med hänsyn till människors förutsättningar och behov och samhällets mål för ekonomiskt, socialt och ekologisk hållbar utveckling visa insikt i teknikens möjligheter och begränsningar, dess roll i samhället och människors ansvar för hur den används, inbegriper sociala och ekonomiska aspekter samt miljö- och arbetsmiljöaspekter Lärande för hållbar utveckling EDUCATION FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT (ESD) Det finns ingen allmänt accepterad, gemensam uppfattning om vad ESD är Kommittén för utbildning för hållbar utveckling, SOU 2004:104 5

6 Lärande för hållbar utveckling ANGREPPSSÄTT Dr Stephen Sterling 2004 Steg 1 bolting-on (Utbildning om SD) SD enbart ett tillägg till ett redan existerande system som i sig förblir oförändrat ofta genom speciella kurser eller delkurser Steg 2 building-in (Utbildning för SD) naturligt sätt integreras SD i reguljära diciplinorienterade kurser Steg 3 Transformation (re-design) omorientering med ESD som utgångspunkt paradigmskifte Särskilda mål K visa förmåga att i laboratorieskala och i större skala planera, genomföra och utvärdera experiment, visa förmåga att med teoretiska modeller beskriva fysikaliska och kemiska förlopp samt att bedöma dessa modellers tilllämpbarhet och begränsning i olika sammanhang, visa förmåga att utifrån kemiska, termodynamiska och kinetiska aspekter föreslå och utveckla alternativa kemiska reaktionsvägar, visa förmåga att utforma och dimensionera apparatur för kemiska processer och operationer, samt att välja driftsätt, styrning och material, visa förmåga att, med ett naturvetenskapligt synsätt, bedöma och utforma kemiska produkter och processer med hänsyn tagen till råvaror, energi, samt inverkan på yttre och inre miljö. Strategi på kursnivå: Kemiteknik Kunna relatera en given och välkänd process till samhällets mål avseende miljömässig hållbar utveckling Strategi Innehåll Utbildning för SD Grundläggande kemiteknik Hållbar utveckling Projekt 2 Tillsammans blir detta 6 högskolepoäng. Hållbar utveckling Vt2 I föreläsningssal 12 timmar Så fungerar miljöarbetet Miljöeffekter En introduktion Livscykelanalys Grön kemi och teknik 6

7 Projekt 2 Vt2 Studenterna får i början av sin utbildning kontakt med alla aspekter av SD Fordonsetanol från vete Fordonsdiesel från raps Uppdrag Biodiesel En beskrivning av processen och ett processflödesschema En undersökning av vilka råvaror som används och hur de framställs Användningsområden för biprodukten En materialbalans över processen En livscykelanalys för RME Teknologernas åsikter Social Ekologisk Ekonomisk Vi har fått insikt i hur viktigt "miljötänket" kommer bli på vår kommande arbetsplats Intressant och viktig del av kemiutbildning och mycket aktuellt Lär sig prioriteringar och verktyg som är viktiga för framtiden Sammanfattning Implementeringen av SD är en process Programspecifik begreppsutveckling av SD och ESD Kan införas som på tre sätt Utbildning om SD Utbildning för SD Transformation Kursen Kemiteknik Utbildning för SD i årskurs 1 7

8 1 Integration av numeriska metoder i kemiteknikutbildningen Claus Führer, Matematikcentrum LTH Michaël Grimsberg, Institutionen för Kemiteknik LTH Sammanfattning Kemiteknikprogrammet fick en ny utbildningsplan Enligt den gamla utbildningsplanen fanns det en valfri kurs i numerisk analys under årskurs 4 med ett fåtal studenter. I den nya utbildningsplanen integrerades numeriska metoder med kemiteknik redan under första terminen. Metoder undervisas där problemställningen finns. Vi har valt att kalla undervisningen i numeriska metoder för beräkningsteknik. Den beräkningsmässiga delen av kursen i kemiteknik tillsammans med beräkningsteknik omfattar ca 6 poäng av en 12 poängs kurs. I kemiteknik tränas teknologerna att ställa upp modeller för kemitekniska system. För att lösa dessa krävs i flera fall hjälp av numeriska metoder. I kemiteknik används huvudsakligen färdiga funktioner för att lösa modellerna. Beräkningsteknik lär ut principen bakom de använda metoderna. Vi diskuterar de fördelar vi ser i integrerade och ämnesövergripande upplägg av kursen samt våra erfarenheter av undervisningen efter kursen har gått i fyra år. Vi avslutar med att diskutera hur denna ändring har påverkat programmet i sin helhet. Figur 1: Uppläggning av kursen KKK060 Kemiteknik I. INLEDNING Kemiteknikprogrammet fick en ny utbildningsplan år I den gamla utbildningsplanen fanns det en obligatorisk kurs i programmering i årskurs 2 samt en valfri kurs i numeriska metoder som lästes i årskurs 4. I de obligatoriska kurser fanns det datorövningar där numeriska metoder användes. Det fanns också några kurser i slutet av årskurs 4 där programmering och numeriska metoder användes. I arbetet med den nya utbildningsplanen beslöts att satsa på att tidigt införa MATLAB och numeriska metoder. Det var också ett uttalat önskemål om att det inte skulle finnas kurser på mindre än 5 poäng. Lösningen blev att integrera numeriska metoder med en obligatorisk kurs i kemiteknik under första året. Vi ser stora pedagogiska fördelar att göra denna integration. A. Allmänt II. BESKRIVNING AV KURSEN Numeriska metoder undervisas inom en projektorienterad kurs (Kemiteknik) på 12 poäng. Ungefär hälften av tiden i kursen ägnas åt projektet. Beräkningsteknik undervisas av Numerisk analys, Matematikcentrum. Övriga delmoment undervisas av institutionen för Kemiteknik.. Integrationen av numeriska metoder sker mellan Kemiteknik B och Beräkningsteknik. B. Kemiteknik B Kemiteknik B omfattar i huvudsakligen material- och energibalanser för stationära system. Kursinnehållet och kopplingen till numeriska metoder beskrivs i tabell 1. TABELL 1 KOPPLING MELLAN KEMITEKNIK OCH NUMERISKA METODER Kemiteknik Materialbalans Icke-ideal gas Flerfassystem Energibalans Differentiella balanser Numerisk metod Linjärt ekvationssystem Olinjär ekvation Olinjär ekvation Integration Differentialekvationer Tyngdpunkten ligger på att kunna ställa upp de matematiska modeller samt kunna lösa dessa. De flesta uppgifterna kan lösa med en vanlig räknedosa. Claus Führer är professesor i beräkningsmatematik vid Matematikcentrum LTH. (e-post: Claus@maths.lth.se) Michaël Grimsberg är universitetsadjunkt vid Institutionen för Kemiteknik LTH och utbildningsledare för kemiteknikprogrammet LTH. (e-post: Michael.Grimsberg@chemeng.lth.se). 8

9 2 Inom alla dessa avsnitt användes de färdiga rutinerna i MATLAB för att demonstrera problemlösning. Teknologerna gavs möjlighet att göra frivilliga inlämningsuppgifter där det ingick problemformulering och lösning med hjälp av MATLAB. Motsvarande kurser i andra länder använder ofta Excel, MATLAB eller Maple som beräkningsverktyg men saknar integrationen till numeriska metoder. C. Beräkningsteknik TABELL 2 KURSINNEHÅLL I BERÄKNINGSTEKNIK Delmoment Introduktion till Matlab och programmering LU-faktorisering Interpolation med polynom Minsta-kvadratmetoden Intervallhalvering och Newtons metod Trapetsmetoden och Simpsons metod Eulers metod Det centrala verktyget är MATLAB som kopplar vad som precis lärdes in i linjär algebra med kemiteknikrelevanta elementära beräkningsmetoder. Undervisningen startar när matriser har introducerats i Linjär algebra. Tidsplaneringen är gjord så att kvadratur och differentialekvationer behandlas direkt efter motsvarande moment i Endimensionell analys. Beräkningsmetoderna ligger på elementär nivå i tätt anslutning till gymnasieutbildning. Dessutom får teknologerna en introduktion till principer i programmering. Verktyget MATLAB gör det möjligt att sortera de olika beräkningsmetoderna så att de passar tidsmässigt till kemiteknikkursen. Varje vecka har sitt tema i kemiteknik, sitt avsnitt om beräkningsmetoder samt tillämpningar under obligatoriska datorövningar. Problematiken med detta sätt är, att tids- och innehållsanpassa beräkningsteknik till kemiteknik, att det inte finns passande läroböcker. Det gjordes två gånger ett försök med elementära läroböcker i numerisk analys. Till sist undervisades kurs med ett kompendium[1] som kompletterades av ett kompendium i MATLAB[2] utvecklat för kemitekniker. A. Inom kursen III. ERFARENHETER Kurskonceptet startades efter många möten och ett internat med ett flertal lärare i kemiteknik och numerisk analys. Under de fyra år kursen har givits har det skett flera olika kursutvärderingar. LTH rapporterande utvärdering (CEQ) fungerar inte alls på denna kurs då kursen dels undervisas under tre läsperioder och dels för att kursinnehållet är brett. Det saknas en utvärdering bland teknologer i högre årskurser för att få deras uppfattning efter något eller några år. Kursen upplevs som svår. Vid starten av den nya utbildningsplanen saknade numerisk analys lärare med erfarenhet i att undervisa teknologer i första årskursen. Dessutom mötte lärarna från numerisk analys en helt annorlunda inlärningsstil i kurser med en så stor andel kvinnliga teknologer, jämfört med andra helt mansdominerade utbildningsprogram. I Kemiteknik B finns det teknologer som önskar att det bara räknas för hand och andra som upplever att integrationen gör att man bättre förstår MATLAB och numeriska metoder. För att lära sig hur teknologer resonerar genomfördes under två år muntliga tentor av beräkningstekniken. Från i år så tenteras kursen i två delar, en del i skrivsal där teknologerna huvudsakligen får ställa upp de kemitekniska modellerna utan att utföra några beräkningar. Tentamen fortsätter därefter i datorsal. Teknologerna får där dels lösa uppgifter som kontrollerar förståelse av MATLAB och numeriska metoder och lösa någon eller några av de uppgifterna som gavs i skrivsalen med MATLAB. B. Kemiteknikprogrammet Satsning på MATLAB och beräkningsteknik har lett till att fler obligatoriska kurser har datorövningar eller beräkningsuppgifter där kunskaper i MATLAB och numeriska metoder krävs. Utbildningsnämnden har beslutat har ta nästa steg för att stärka kemiteknologernas modellerings- och beräkningsförmåga genom att utveckla användning av FEMLAB inom programmet. Alla civilingenjörer från kemiteknikprogrammet har nu grundläggande kunskaper och färdigheter i numeriska metoder. C. Numerisk analys Kemiteknik är ett ämne som har ett stort inslag av beräkningsteknik. Detta märks redan i introduktionskursens vid utbildningens början. Kursen är dessutom tänkt som appetizer för valfria kurser i beräkningsteknik/numerisk analys senare i utbildningen. Dock har antalet kemiteknikstudenter som väljer beräkningsrelaterade kurser i numerisk analys eller processteknik inte haft en märkbar ökning. Utbildningsprogrammet är ännu för ungt för att man skall kunna påvisa sådana långsiktiga effekter. Beräkningsteknik i kemiteknik på högre utbildningsnivå, inom examensarbeten eller i forskareutbildning ligger på en nivå som bara kan undervisas med specialkurser. Tyvärr är det i dagsläget vid LTH orealistiskt att tro att sådana kurser kan förverkligas såsom de var tänkta från början. Detta medför en risk att en kemiteknikstudent ser beräkningsteknik enbart som några MATLAB-övningar kring minsta kvadratmetoden. Numerisk analys är ett ämne som lever från impulser som kommer från tillämpningar. Gemensamma utbildningssatsningar etablerar positiva kontakter och ett förtroende bland kollegor som ger ett mervärde även utanför grundutbildningen. Detta kan även ge utdelning i gemensamma forskningssatsningar på lång sikt. REFERENSER [1] Naoum, Aida och Führer, Claus: Introduction to Chemical Engineering and Biological Technology: Computational Methods, Numerisk Analys LTH 2004 [2] Grimsberg, Michaël: Börja med Matlab, Inst för Kemiteknik LTH,

10 1 Teknologers förståelse av centrala begrepp i en kemiteknikkurs Michaël Grimsberg, Institutionen för Kemiteknik LTH Thomas Olsson, Genombrottet LTH Sammanfattning Under första terminen på kemiteknikprogrammet läser teknologerna matematik, kemi och kemiteknik. Kemiteknik är ett helt nytt ämne för teknologerna jämfört med de övriga. Den beräkningsmässiga delen av kemitekniken läses under 2 läsperioder. Ett didaktiskt projekt[1] har utförts där teknologernas förståelse av grundläggande begrepp undersöktes med hjälp av intervjuer vid två tillfällen under kursen. Resultatet från intervjuerna kompletterades med de fritextkommentatarer som teknologerna fick göra om motsvarande avsnitt i kursboken. Resultatet har gett en bild om hur förståelse av centrala begrepp byggs upp. Denna information gör att undervisningen kan förändras så att teknologernas förståelse av centrala begrepp kommer tidigare under kursen vilket leder till att efterföljande delar förstås snabbare. I. INLEDNING Kursen Kemiteknik är obligatorisk under första året på kemiteknikprogrammet. Ett delmoment i kursen är en beräkningsmässig del kallad för Kemiteknik B. Innehållet beskrivs i tabell 1. Denna undersökning handlar om starten av kursen i avsnittet materialbalanser. Resten av kursen bygger på att teknologerna har förstått materialbalanser och arbetssättet vid problemlösning. Delmomentet kommer direkt efter Linjär algebra och ges integrerat med Beräkningsteknik[2]. TABELL 1: ÖVERSIKTLIG PLANERING AV KEMITEKNIK B Vecka Innehåll Materialbalanser 1 Introduktion 2 Reaktioner 3 Multipla system 4 Elementbalanser Icke-ideala gaser 5 Icke-ideala gaser Flerfassystem 6 Flerfassystem 7 Flerfassystem Energibalanser 1 Energibalanser I 2 Energibalanser II 3 Energibalanser II Differentiella balanser 5 Differentiella balanser Förbränning 6 Förbränning II. UTFÖRANDE Under fjärde veckan av kursen intervjuades 4 st teknologer för att få en bild över deras förståelse av viktiga begrepp i materialbalanser. Intervjuerna gjordes av Thomas Olsson som inte är verksam vid kemiteknikprogrammet men har ämneskunskaper. Två av teknologer intervjuades efter jullovet för att se om någon förändring hade skett i deras förståelse. Dessutom ställes några kompletterande frågor. Innan jul skulle samtliga teknologer göra en obligatorisk inlämningsuppgift där mycket av de viktiga begreppen skulle tillämpas. I kursen fanns det också frivilliga inlämningsuppgifter. Ungefär ¼ av teknologerna gjorde inlämningsuppgifterna. Med få undantag klarade dessa teknologer tentamen bra. I en inlämningsuppgift fick teknologerna reflektera över vad som stod i kursboken. Tre veckor senare var inlämningsuppgiften att fundera över vad man skrev 3 veckor tidigare. III. LÄRSTILAR Analysen av svaren följer den indelning som Case[3] använde i sin undersökning av en motsvarande kurs i Sydafrika. Man talar om tre inlärningsstilar Konceptuell avsikten är att förstå koncepten Algoritmisk avsikten är att komma ihåg olika sätt att lösa problem Informationsbaserad avsikten är att komma ihåg information som kan ges till svar till uppgifter En konceptuell inlärningsstil svarar närmast mot djupinlärning och den informationsbaserade mot ytinlärning[4]. A. Teknolog 1 Detta är man som har klarat övriga kurser på kemiteknikprogrammet. Teknologen har en informationsbaserad inlärningsstil. Typiskt är att det finns en osäkerhet i svaret och att det hänvisas att det tror jag att föreläsaren sa. Kursen upplevdes som svår och det saknas en röd tråd. Det skedde ingen ändring av förståelsen mellan de två intervjutillfällena. Teknologen valde att inte tentera första gången och blev underkänd vid omtentamen. Michaël Grimsberg är universitetsadjunkt vid Institutionen för Kemiteknik LTH och utbildningsledare för kemiteknikprogrammet LTH. (e-post: Michael.Grimsberg@chemeng.lth.se). Thomas Olsson är universitetslektor vid LTH och verksam inom Genombrottet (e-post: Thomas.Olsson@genombrottet.lth.se) 10

11 2 B. Teknolog 2 Detta är en man som har klarat den första matematikkursen. Är också ett exempel på en teknolog som använde en informationsbaserad inlärningsstil Upplevde själv att det gick sämre vid andra intervjutillfället. Teknologen var underkänd vid ordinarie tentamenstillfälle men var godkänd vid omtentamen tre veckor senare. Det var en stor förändring i förståelse mellan de två tentamenstillfällena. Inför omtentamen användes troligen en algoritmisk inlärningsstil. C. Teknolog 3 Detta är en kvinna som inte har klarat några matematikkurser på kemiteknikprogrammet. Detta är ytterligare ett exempel på informationsbaserad inlärningsstil. Endast en intervju genomfördes. Teknologen blev aldrig godkänd i den obligatoriska inlämningsuppgiften. Precis som teknolog 1 som valde teknologen att inte tentera första gången och blev underkänd vid omtentamen. D. Teknolog 4 Detta är en man som har klarat övriga kurser på kemiteknikprogrammet. Detta är exempel på en teknolog som har en konceptuell inlärningsstil. I inlämningsuppgiften beskrivs hur teknologen upplever hur allt hänger samman. Teknologen tillämpade materialbalanser i ett projekt inom kursen och upplevde att det var arbetsamt men väldigt lärorikt. Tentamen blev godkänd med mycket bra resultat vid ordinarie tillfälle. Enligt egna uppgifter så var det denna teknolog som hjälpte teknolog 2 inför omtentamen. VII. HUR DETTA KAN TILLÄMPAS I ANDRA KURSER Denna undersökning har viktig information om hur teknologer lär och förstår begrepp i beräkningskurs. Arbetet med intervjuerna har tagit ca 1 timme per teknolog. Det är dock viktigt att intervjuerna görs av någon med ämneskunskap samtidigt som personen inte kan uppfattas som lärare i kursen. Inlämningsuppgiften, där teknologerna skall läsa och kommentera avsnitt i kursboken, har i många fall gett teknologerna en klarare bild samtidigt som kursansvarig har fått information vad som kan förbättras. APPENDIX Följande frågor ställdes vid intervjuerna IV. FÖRSTÅELSE AV BEGREPP Från intervjuerna så kan följande slutsatser dras Teknologerna har förstått att det är totalmassan som är konstant. De flesta förstår att man gör balanser på ämnen men en djupare förståelse saknas i flera intervjuer. Det är problem för teknologerna att översätta begrepp i den linjära algebran till motsvarande för materialbalanser. Visa hur du kan beräkna massflödet av A i bottenprodukten med en materialbalans om vi antar att halterna är i viktsprocent Hur många materialbalanser kan du ställa upp över enheten? Hur många av dessa är oberoende? V. SLUTSATSER I intervjuerna framgår att om något är oklart efter den schemalagda undervisningen är avslutad så kvarstår bristerna under resten av kursen. Är inte inlärningsstilen åtminstone algoritmisk så klaras inte kursen. En teknolog som har kommit efter förblir så i resten av kursen. Det är inte ovanligt med kommentaren att den röda tråden saknas. VI. FÖRSLAG TILL FÖRÄNDRINGAR Det är klart att undervisningen under de första veckorna behöver förändras för att stödja teknologerna i åtminstone en algoritmisk inlärningsstil. Detta planeras att göras genom extra övningstillfällen under de tre första veckorna av delmomentet. 11

12 3 Kan det totala molflödet öka samtidigt som det totala massflödet är konstant? Kan recirkulationströmmen vara större än tillflödet? Varför görs en frihetgradsanalys? Vad betyder antalet frihetsgrader Vad är en räknebas? Får du alltid införa en räknebas? REFERENSER [1] Grimsberg Michaël: Teknologers förståelse av centrala begrepp i kursen Kemiteknik. Inst. för Kemiteknik 2005 [2] Führer Claus och Grimsberg Michaël: Integration av numeriska metoder i kemiteknikutbildningen. 3:e pedagogiska inspirationskonferensen LTH [3] Case, Jenifer Students perceptions of context, approaches to learning and metacognitive development in a second year chemical engineering course. Ph:D thesis, Monash University, 2000 [4] Marton, Ference, Hounsell, Dai och Entwistle, Noel: Hur vi lär, Prisma

13 LTHs 5:e PEDAGOGISKA INSPIRATIONKONFERENS Hållbar utveckling, strategier på program- och kursnivå Michaël Grimsberg och Nina Reistad Sammanfattning Efter HSVs utvärdering av CIutbildningarna fick högskolorna ett tydligt uppdrag att vid uppföljningen redovisa hur hållbar utveckling kommer in i utbildningarna. I planeringsförutsättningarna för de 5-åriga civilingenjörsutbildningarna vid LTH finns kravet på examination av minst 6 hp inom området. Index Kemiteknik, Industriell ekonomi, Lärande för hållbar utveckling. I. BAKGRUND Initiativet att utveckla strategier för implementeringen av området hållbar utveckling (SD 1 ) för civilingenjörsutbildningarna (CI) i Kemiteknik (K) och Industriell ekonomi (IEM) vid LTH uppstod i samband med tillägget i högskolelagen (1 kap 5) från år 2006 [1] och högskoleverkets (HSV) senaste utvärdering av CI-utbildningarna i Sverige [2]. Tillägget innebär att högskolan ska främja en hållbar samhällsutveckling och i examensordningarna för CI är förmågan att verka för SD ett särskilt krav för examen. Lagändringen är i linje med FN:s fastläggande av till ett årtionde för lärande för hållbar utveckling (ESD ) [3] och är samklang med uppfattningen att utbildning är oumbärligt i arbetet för en hållbar samhällsutveckling. I HSVs utvärdering av CI-utbildningarna år 2005 ifrågasatts hur högskolorna uppfyller examensordningens krav på förvärvade kunskaper om och färdigheter i att utforma produkter, processer och arbetsmiljö med hänsyn till människors förutsättningar och behov samt till samhällets mål avseende sociala förhållanden, resurshushållning, miljö och ekonomi [2]. HSV anser inte att lärosätena säkrar att studenterna faktiskt får de kompetenser inom SD-området som krävs och kommer att därför att följa upp detta under Som ett led i arbetet att säkra SD inom CI-utbildningarna fattade LTH redan i planeringsförutsättningar för omläggningen till 5-åriga utbildningar beslut om att minst 6 hp inom området skall ingå och examineras på alla utbildningsprogram [4]. Det operativa ansvaret för implementeringen och kvalitetssäkringen av SD ligger dock på programnivå. Omläggningen till de 5-åriga CI-utbildningarna innebar en möjlighet att redan i utformningen av utbildningarna påverka förutsättningarna att kvalitetssäkra SD och därmed främja förutsättningarna att uppfylla examensordningens krav. II. HÅLLBAR UTVECKLING (SD) En nödvändig men inte tillräcklig förutsättning för en säkring av SD inom utbildningarna är givetvis en gemensam definition. Begreppet SD introducerades av Brown [5] redan i början av 1980-talet, men kom först på den globala arenan i samband med den s.k. Brundtlandrapporten [6]. I den definieras begreppet hållbar utveckling som en utveckling som "... tillgodoser dagens behov utan att äventyra kommande generationers möjligheter att tillgodose sina behov". Den bärande principen är att ekonomiska, sociala och ekologiska förhållanden och processer är integrerade (Figur 1). Även om de tre dimensionerna principiellt är lika viktiga, så kan i ett utbildningssammanhang ingång och inriktning till det sammansatta begreppet och balansen mellan dimensionerna, variera beroende på utbildningens syfte och mål [7]. Det finns helt enkelt inte någon allmänt accepterad, gemensam uppfattning om vad ESD är [8]. Bruntlandkommissionens öppna och inkluderande definition av SD ställer krav inom LTH att utveckla egna programspecifika mål och strategier m.a.p. ESD som troligtvis kommer att variera även i tid. Utgångspunkten för såväl K- som IEMprogrammen är därför att betrakta såväl arbetet med som implementeringen av SD som en process och inte som en produkt. Detta synsätt innebär troligtvis att det samtidigt med implementeringen bör ske en programspecifik begreppsutveckling av SD och ESD. III. LÄRANDE FÖR HÅLLBAR UTVECKLING (ESD) Uppfattningen om vad ESD i praktiken innebär för en CIutbildning liksom hur ESD ska implementeras varierar. Utvecklings- och ambitionsnivån inom olika utbildningar kan därför variera från t.ex. enbart policyformuleringar, enstaka inslag, integrering i enskilda kurser eller till att ESD ska 1 Eng. Sustainable development (SD). 2 Eng. Education for sustainable development (ESD). Figur 1 Begreppet Hållbar utveckling har tre dimensioner. 13

14 LTHs 5:e PEDAGOGISKA INSPIRATIONKONFERENS prägla och genomsyra hela utbildningen. Det sista är t.ex. den uppfattning som HSVs bedömargrupp har om IEM vid LTH [2]. Ett vanligt praktiskt angreppssätt är att stimulera utvecklingen av ESD genom att arbeta med konkreta exempel [8]. Men denna typ av initiativ har hittills haft en liten påverkan [9]. Detta angreppssätt kan uppfattas som steg 1 i utvecklingen av ESD inom t.ex. ett CI-program. Sterling [10] benämner detta anpassningssätt bolting-on, dvs. begreppet SD är enbart ett tillägg till ett redan existerande system som i sig förblir oförändrat. Utbildning om SD genomförs ofta genom speciella kurser eller delkurser [11]. Steg 2 i utvecklingen är då ESD blir en del av ett existerande system. Detta är utbildning för SD. T.ex. kan det innebära att SD på ett naturligt sätt integreras i reguljära diciplinorienterade kurser. Sterling benämner detta buildingin [10]. Målet är bl.a. att studenterna ska reflektera över kopplingen mellan ämnet och SD [8]. Inom såväl K- som IEM-utbildningen är detta ett angreppssätt som flera lärare har arbetat med under lång tid. Kursen i Energi- och miljöfysik har t.ex. samma ämnesinnehåll som andra grundläggande kurser i fysik samtidigt som SD har integrerats på ett för ämnet naturligt sätt. Ytterligare ett exempel är K-programmets integration av SD i den grundläggande Kemiteknikkursen. Steg 3 i utvecklingen är en förvandling, dvs en genomgripande omorientering med ESD som utgångspunkt. Sammalisto och Lindhqvist menar att detta kräver ett paradigmskifte där utbildningen bygger på att lärande likställs med en förändringsprocess och utbildning med hållbarhet [8]. IV. STRATEGIER PÅ PROGRAMNIVÅ Ett första steg i utvecklingen av en programstrategi är att klaragöra vad utbildningen ska innehålla och hur den ska utformas för att utgöra en gynnsam förutsättning för ESD. Vissa områden inom SD är relevanta generellt medan andra är mer relevanta för en viss utbildning. Grundläggande kunskaper om SD kan t.ex. vara relevant generellt, medan kunskaper i termodynamik med avseende på energi- och materialbalanser kan vara mer relevant inom CIutbildningarna [12]. Såväl K- som IEM-programmen har tagit viktiga inledande steg mot ESD genom att börja med att fokusera på energi- och miljöfrågor. Energi- och miljöinslag är centrala och kan fungera som ingångar till studenternas lärande för hållbar utveckling [7]. Dessa inledande steg är givetvis inte tillräckliga eftersom målet är att inom de strukturer som finns vid LTH kvalitetssäkra ESD inom utbildningarna. IEM- och K-utbildningarna är olika i många avseende. T.ex. är IEM i första hand en generalist- och K-utbildningen är en specialistutbildning. På IEM ställs tydliga krav på systemtänkande och problemställningarna karaktäriseras ofta av att kunskapen är ofullständig och att det är svårt att förutse sammantagna effekter. CI-utbildningen i Kemiteknik är till sin karaktär reduktionistisk och normalt ställs det krav på djupa ämneskunskaper. Det krävs alltså olika strategier och angreppssätt i implementeringen av ESD. A. Kemiteknik Kemiteknikprogrammet införde år 1998 ett krav på en miljögodkänd kurs på minst 7,5 hp. Tre år senare har kravet omformulerats till en kurs inom Hälsa Miljö Säkerhet. Det är viktigt att en kemitekniker har kunskaper om hur kemikalier kan påverka inre och yttre miljö samt riskerna förknippade med kemikalier. Delvis saknades de icke-tekniska aspekterna på SD inom utbildningen. Från institutionen för kemiteknik kom förslaget att inom kursen i kemiteknik, som ges under första året, lägga fokus på SD i ett av projekten inom kursen. Under de tre första åren av den 5-åriga CI-utbildningen i kemiteknik ingår det obligatoriskt 13,5 hp SD i två kurser. 6 hp under första året och 7,5 hp under tredje året. CI-utbildningarna i kemiteknik har under flera år haft problem med rekryteringen. SD kan dels vara en viktig katalysator i rekryteringsarbetet och dels ge studenterna olika perspektiv på sin yrkesroll. B. Industriell ekonomi I förverkligandet av högskoleförordningens intentioner om ESD använder programledningen för Industriell ekonomi (PLI) en s.k. 3i-helix-strategi. Ordet helix 3 används ofta som metafor för att uttrycka en positiv utveckling. I det här sammanhanget är syftet en dynamisk utvecklingsspiral mellan utbildningens innehåll, inriktning och integration. Frågan om vad utbildningen ska innehålla handlar om vad som ska vara obligatoriskt, ingå i de olika teknikprofilerna, specialiseringarna och vara valfritt. För att kunna verka för en hållbar utveckling ska ingenjören ha grundläggande kunskaper i och om t.ex. industriella produktionssystem, energilära, termodynamik, globalisering, logistik etc. ESD är en process som många menar är tvärvetenskaplig till sin karaktär [13]. Lärandet vid LTH liksom de flesta lärosäten är organiserat inom ramen för kursen samtidigt som många ämnen är reduktionistiska till sin karaktär. Ämnesövergripande och tematiska arbetssätt är därför särskilt svåra att genomföra, varför PLI har valt att inte försöka överbrygga traditionella disciplinära strukturer. Istället införs en ny kurs Miljösystemanalys: Management för hållbar utveckling 6,0 hp som är såväl tvärvetenskaplig som tematisk och samtidigt relevant för en trolig framtida yrkesroll [14]. Målet är bl.a. att studenterna också ska reflektera över kopplingen mellan SD och en framtida yrkesroll. Det ska finnas möjligheter för IEM-studenterna att inrikta sig mot områden som är särskilt relevanta för SD. T.ex. finns det fr.o.m. läsåret 2008/09 en möjlighet att välja en teknikprofil mot Energi- och miljöteknik. Inom profilen finns såväl ämnesspecifika (t.ex. Grundläggande förbränning 7,5 hp) som mer tvärvetenskaplig obligatoriska kurser (t.ex. Miljösystemanalys: Klimat som vetenskap och politik 7,5 hp). För att ESD ska bli en del av IEM krävs att utbildningen orienteras för SD. Det betyder att frågor om SD ska integreras i kurserna. Integration är givtevis inget självändamål, utan ska förekomma inom de kurser där SD på 3 Helix från grek., 'spiral', 'skruv'[16] 14

15 LTHs 5:e PEDAGOGISKA INSPIRATIONKONFERENS ett naturligt sätt ingår i ämnet. Inom obligatoriet gäller det t.ex. kurserna i optimering, logistik, fysik, mikroekonomi, marknadsföring, och industriella produktionssystem. Inom teknikprofilerna kan det t.ex. vara kurserna i förbränning, energisystemanalys, tillverkningsmetoder, materialteknik och reglerteknik. Integration är inte bara integration av innehåll utan också arbets- och examinationsformer. För att undvika en fragmentisering och för att öka förutsättningarna för reflektion och lärande på högre taxionomiska nivåer ska utbildningen byggas upp av större kurser i väl genomtänkta kurskedjor. Uppläggningen ska inte utgöra ett hinder för studentens lärande. V. STRATEGIER PÅ KURSNIVÅ Hållbar utveckling handlar om att skapa en bättre livskvalité för alla, nu och i framtiden. Det är en process av förändringar som garanterar att investeringar, teknisk utveckling och samhällsförändringar tillfredsställer dagens behov utan att äventyra kommande generationers möjligheter. Clift och Morris [15] menar att det bara är en ingenjör som har de kompetenser som krävs för att möta utmaningen om en rättvis fördelning av resurser nu och i framtiden. SD är mötet mellan naturlagarna (ekologi och termodynamik), samhällets behov och vår ekonomi/teknik. Ett lärande för hållbar utveckling är därför aldrig komplett om inte studenterna i sin utbildning möter multidiciplinära problem där uppgiften inte enbart består av tekniska analyser och ekonomiska utvärderingar utan också inkluderar miljö- och samhällshänsyn. Inom K- programmet arbetar lärare med att utveckla en befintlig kurs i den här riktningen. I samband med förändringen av K-utbildningen år 2001 infördes en inledande kurs på 18 hp i kemiteknik. Vid anpassningen till 300 hp utökades kursen till 21 hp för att introducera SD under första studieåret. Kursen innehöll redan delar som kan klassificeras som ESD, men kompletterades med en ny examinerbar avslutande del på 6 hp. För att ge en bakgrund inleds delkursen med ett antal föreläsningar (12 h) som berör: miljölagstiftning miljöeffekter livscykelanalys praktikfall: miljöprövning grön kemi och teknik Studenterna arbetar sedan med ett större projektarbete som t.ex. berör drivmedelsetanol från förnyelsebara råvaror eller biodiesel (rapsmetylester). Studenterna sätter sig in i tekniken och gör en livscykelanalys. Det genomförs också studiebesök hos tillverkare. Examinationen genomförs genom en muntlig och skriftlig presentation av projektet. Syftet med detta relativt stora projektarbete är att studenterna redan i inledningen av utbildningen ska ställas inför problem där flera aspekter på hållbar utveckling är relevanta. REFERENSER 1. Förordning om ändring i högskoleförordningen (2006:1053). Högskoleförordning (1993:100). u.o. : Svensk författningssamling, SFS 2006: Högskoleverket. Utvärdering av utbildningar till civilingenjör vid svenska universitet och högskolor. Högskoleverkets rapportserie, :8 R. 3. UN. United Nations Decade of Education for Sustainable. Resolutions adopted by the General Assembly at its 57th session Resolution 57/ Planeringsförutsättningar och riktlinjer för arbetet med nya examenskrav från och med hösten Styrelsen för Lunds Tekniska Högskola (SLTH), Dnr LTH G / Brown, Lester R. Building a Sustainable Society. New York : W. W. Norton & Company, Inc., Bruntland, G, [red.]. Our common future: The World Commission on Environment and Development. Oxford : Oxford University Press, Att lära för hållbar utveckling. Kommittén för utbildning för hållbar utveckling, SOU 2004: Integration of Sustainability in Higher Education: A Study with International Perspectives. Sammalisto, Kaisu och Lindhqvist, Thomas. 4, Springer, 2008, Innovative Higher Education, Vol. 32, ss Wright, Tarah. The evolution of sustainability declarations in higher education. [red.] Peter Blaze Corcoran och Arjen E.J. Wals. Higher education and the challenge of sustainability. Problems, promise, and practice. Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 2004, 2, ss Sterling, Stephen. Higher Education, Sustainability, and the Role of Systemic Learning. [red.] Peter Blaze Corcoran och Arjen E.J. Wals. Higher Education and the Challenge of Sustainability. Problematics, Promise, and Practice. Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 2004, 5, ss Mulder, Karel, [red.]. Sustainable Developement for Engineers, a Handobook and Resource Guide. Sheffield : Greenleaf Publishing Ltd, Dokumentation NL-HU2-Workshop i Jönköping 31/ Nyström Claesson, Anna och Molander, Sverker. Jönköping : u.n., Sandell, Klas, Öhman, Johan and Östman, Leif. Education for Sustainable Developement, Nature, School and Democracy. Lund : Studentlitteratur, Persson, Torsten, o.a. Miljöstrategi och Hållbart Ledarskap - Ekologi och Ekonomi i samverkan. [red.] Torsten Persson och Christel Persson. Lund : Studentlitteratur, Engineering with a human face. Clift, Roland och Morris, Neil. 5, IEE/IEEE, 2002, Engineering management journal, Vol. 12, ss Nationalencyklopedin. Malmö : NE Nationalencyklopedin AB, Michaël Grimsberg är universitetsadjunkt vid Institutionen för Kemiteknik LTH och programansvarig för civilingenjörsutbildningen i Kemiteknik LTH. (e-post: Michael.Grimsberg@chemeng.lth.se). Nina Reistad är universitetslektor och docent vid Fysiska institutionen LTH samt programledare för civilingenjörsutbildningen i Industriell ekonomi LTH (e-post: Nina.Reistad@fysik.lth.se). 15