Engineering education for a sustainable future
Authors:   , Segalàs Coral Jordi 
Published: July 2023

En el context social global actual, en el què un nombre considerable de senyals inequívocs indiquen que la nostra societat està contribuint al col·lapse del planeta, "és necessari un nou tipus d'enginyer, un enginyer que sigui plenament conscient del que està succeint a la societat i que tingui les habilitats necessàries per fer front als aspectes socials de les tecnologies" (De Graaff et al., 2001). L'educació superior és un instrument essencial per superar els reptes del món actual amb èxit i per formar ciutadans capaços de construir una societat més justa i oberta (Álvarez, 2000). Per tant, les institucions d'educació superior tenen la responsabilitat d'educar els futurs titulats amb la finalitat que adquireixin una visió moral i ètica i assoleixin els coneixements tècnics necessaris per assegurar la qualitat de vida per a les generacions futures (Corcoran et al, 2002). Amb l'objectiu d'assegurar que els futurs titulats siguin enginyers sostenibles, tres qüestions fonamentals han guiat aquesta investigació: Quines competències en sostenibilitat ha d'adquirir un enginyer a la universitat? Com poden aquestes competències ser adquirides d'una manera eficient? Quina estructura educacional és més eficaç per facilitar els processos d'aprenentatge requerits?
La primera pregunta es refereix a "Què?", és a dir, a quines competències relacionades amb la sostenibilitat (coneixements, habilitats i actituds) ha de tenir un enginyer que es gradua en el segle 21. La segona qüestió es refereix a "Com?" i es centra en com els processos educatius poden fer possible l'aprenentatge de les competències en sostenibilitat a través de les estratègies pedagògiques adequades. L'última pregunta es refereix a "On?" des de la perspectiva de quin pla d'estudis i quina estructura organitzativa són necessaris per poder aplicar la didàctica més òptima per graduar enginyers amb competències en sostenibilitat. Aquesta recerca s'ha enfocat des d'una vessant teòrico-pràctica en què tant les estratègies pedagògiques com les competències en sostenibilitat s'han estudiat en paral·lel. Amb aquesta orientació, s'ha dissenyat una eina d'avaluació que mesura aquests dos aspectes i la seva relació, i que s'ha aplicat a 10 casos d'estudi formats per cursos de sostenibilitat de 5 universitats tecnològiques europees, en els quals hi han participat, en total, més de 500 estudiants.
Per completar l'estudi, s'ha analitzat la introducció de la sostenibilitat en els plans d'estudi de 17 universitats tecnològiques, i s'han entrevistat 45 experts en educació de sostenibilitat en l'enginyeria. En relació a les preguntes clau, els resultats de la investigació han estat els següents: En el moment de titular-se, l'estudiantat d'enginyeria hauria d'haver adquirit les competències següents: pensament crític, pensament sistèmic, ser capaços de treballar en un entorn transdisciplinari, i tenir valors en consonància amb el paradigma de la sostenibilitat. D'altra banda, d'acord amb els requisits de l'EEES, també cal establir un marc comú per definir, descriure i avaluar les competències en sostenibilitat a nivell europeu. Després d'haver realitzat un curs en sostenibilitat, la majoria de l'estudiantat segueix prioritzant el rol tecnològic de la sostenibilitat, pel que fa a la tecnologia com la solució als problemes ambientals, sense gairebé considerar els aspectes socials. Per tant, els cursos sobre sostenibilitat han d'emfatitzar més la part social i institucional de la sostenibilitat. Existeix una relació directa entre l'aprenentatge de la transdisciplinarietat i el pensament sistèmic. L'aprenentatge cognitiu de l'estudiantat augmenta, a mida que s'aplica una pedagogia més orientada a la comunitat i més constructiva. Així, l'aprenentatge cognitiu de la sostenibilitat també millora a través d'una l'educació activa, experiencial i multimetodològica. A més a més, en l'aprenentatge de la sostenibilitat, el paper del professorat és molt important pel que fa a l'aprenentatge implícit de valors, principis i pensament crític associats a la sostenibilitat. Les universitats tecnològiques actualment implementen l'educació en sostenibilitat a través de quatre estratègies principals: un curs específic, una especialització en sostenibilitat, un màster en sostenibilitat o en tecnologies sostenibles, i la integració del desenvolupament sostenible en tots els cursos. No obstant això, la principal barrera per a la integració de la sostenibilitat en tots els cursos és la manca de comprensió del terme per part del professorat. L’enfocament individual" (Peet et al., 2004) ha demostrat ser un bon sistema per superar aquesta barrera. Hi ha una necessitat clara de lideratge per part de l'equip de govern de les universitats en el procés de canvi cap a una educació en sostenibilitat. Aquest lideratge ha de promoure l'enfocament de baix a dalt. Els processos d'educació en sostenibilitat es reforcen quan aquests no només integren l'educació, sinó també totes les altres àrees clau d'activitat de la universitat: recerca, gestió i relació amb la societat. En breu, l'estructura d'aquesta tesi és la següent. El capítol 1 introdueix el plantejament de la recerca. El capítol 2 revisa l'estat de l'art i la literatura en relació a les competències que els enginyers han de tenir quan es graduen. A continuació, el capítol 3 descriu les estratègies pedagògiques per al desenvolupament sostenible i les analitza des d'un punt de vista teòric i metodològic presentant els avantatges i desavantatges de les més utilitzades en l'ensenyament d'enginyeria El capítol 4 presenta les estructures curriculars que han de catalitzar el procés d'aprenentatge en sostenibilitat. El capítol 5 desenvolupa el marc conceptual de la recerca, les propostes metodològiques de la investigació i els casos d'estudi analitzats. El capítol 6 avalua comparativament les competències en sostenibilitat definides en tres universitats tecnològiques que són líders europeus en sostenibilitat. El Capítol 7 introdueix el marc metodològic per a l'avaluació de l'aprenentatge cognitiu en sostenibilitat del estudiantat. Aquesta metodologia s'aplica en el capítol 8 als 10 cursos de sostenibilitat impartits en 5 universitats tecnològiques europees, que conformen els casos d'estudi d'aquesta recerca. A partir de les 45 entrevistes realitzades a experts en sostenibilitat provinents de 17 universitats tecnològiques europees, el capítol 9 estudia les millors pràctiques en pedagogia per a l'aprenentatge de la sostenibilitat i el capítol 10 examina l'estructura curricular que més facilita l'aprenentatge en sostenibilitat a les universitats tecnològiques. En el Capítol 11 es comparen els resultats obtinguts en els diferents casos d'estudi i s'avaluen les propostes plantejades en el capítol 1. Finalment, el capítol 12 planteja les conclusions de la recerca i algunes recomanacions per a les institucions d'educació superior tecnològiques.
In today's world social context, in which a considerable number of contrasting signs reveal that our society is currently contributing to the planet's collapse, "a new kind of engineer is needed, an engineer who is fully aware of what is going on in society and who has the skills to deal with societal aspects of technologies" (De<br/>Graaff et al., 2001).<br/><br/>Higher education is the essential instrument to overcome the current world challenges and to train citizens able to build a more fair and open society (Alvarez, 2000). Thus higher education institutions have the responsibility to educate graduates who have achieved an ethical moral vision and the necessary technical knowledge to ensure the quality of life for future generations (Corcoran et al, 2002).<br/><br/>In relation to graduating sustainable engineers, three main questions have been developed to guide this research:<br/>1. Which Sustainability (SD) competences must an engineer obtain at university?<br/>2. How can these competences be acquired efficiently?<br/>3. Which education structure is more effective for the required learning processes?<br/>The first main question is a "What" question, and focuses on which competences (knowledge/understanding, skills/abilities and attitudes) an engineer graduating in the 21st century should have in relation to SD. <br/>The second main question is a "How" question and focuses on how can the education processes make this learning achievable through the proper pedagogical strategies. The last main question is a "Where" question and looks<br/>at the perspective of the curriculum and the organizational structure needed to apply the optimal didactics to achieve the goal of graduating sustainable engineers.<br/>The focus of this research requires a theoretical&#8208;practical approach in which both pedagogical strategies and SD competences are studied in parallel. <br/>An assessment tool that measures the two subjects and their relationship is developed and case studies are run in 10 SD courses at 5 European technological universities, where nearly 500 students have participated. Moreover, the different approaches to introduce SD in the<br/>curriculum of 17 technological universities are analysed, and 45 experts on teaching SD to engineering students have been interviewed.<br/><br/>In relation to the key questions, the findings of this research are the following.<br/>When graduating the engineering students should have acquired the following SD competences: critical thinking, systemic thinking, an ability to work in transdisciplinary frameworks, and to have values consistent with the sustainability paradigm. Moreover, following the requirements of the EHEA, a common framework to define, describe and evaluate SD competences at European level is needed.<br/><br/>Most students, after taking a course on SD, highlight the technological role of sustainability in terms of technology as the solution to environmental problems. Therefore SD courses need to place more emphasis on the social/institutional side of sustainability.<br/>There is a direct relationship between transdisciplinary and systemic thinking learning.<br/>Students achieve better cognitive learning as more community&#8208;oriented and constructive&#8208;learning pedagogies are applied. Multi&#8208;methodological experiential active learning education increases cognitive learning of sustainability.<br/> In addition, the role of the teacher is very important for SD learning in terms of implicit learning of sustainability values, principles and critical thinking.<br/><br/>There are four main strategies to increase EESD in universities: a specific SD course, a minor/specialization in SD, a Master on SD or Sustainable Technologies and the embedment of SD in all courses. Nevertheless the main barrier to embedding SD in all courses is the lack of comprehension to SD within the faculty. The<br/>individual approach (Peet et al., 2004) has shown to be successful to overcome this barrier.<br/><br/>There is a need of clear top&#8208;down leadership in the ESD process, which must promote the bottom&#8208;up<br/>approach. Additionally, ESD processes are reinforced when they encompass not only education but also all the key areas of the university: research, management, and society outreach.<br/>This thesis is organised as follows. The introduction in chapter 1 is followed by the state of the art and literature review in competences that engineers should have when graduating in chapter 2. Chapter 3 introduces the pedagogical strategies for SD and develops a theoretical and methodological exploration of<br/>these strategies, which presents the pros & cons and learning outcomes of the most common pedagogical strategies in engineering. Chapter 4 describes the curriculum structures that catalyse the process of sustainable education. Chapter 5 presents the development of the conceptual research framework,<br/>propositions and case studies research methodologies. A comparative SD competence analysis of three European leading SD technological universities is presented in chapter 6. Chapter 7 introduces the methodology framework to evaluate the knowledge on SD acquired by students; this methodology is later<br/>applied in chapter 8 to 10 case studies related to SD courses taught in 5 European technological universities.<br/>From the results of the interviews with 45 experts from 17 European technological universities, chapter 9 analyses the best pedagogical practices for SD learning and chapter 10 analyses the curriculum structure that<br/>most facilitates the introduction of SD learning in technological universities. Chapter 11 compares the different cases analyzed and evaluates the propositions developed in chapter 1. Finally, in chapter 12 conclusions are drawn and recommendations for technological higher education institutions are provided.