Улучшение STEM-обучения: ресурсы Manufacturing Day 2020 для старшеклассников и студентов колледжей

С пандемией COVID-19, заставляющей многие школы сместиться от очного обучения к удаленной среде, вызов поддержания вовлечения студентов приобретает повышенное значение. Это особенно верно для курсов, включающих STEM-предметы (Наука, Технологии, Инженерия и Математика).

Когда преподаются в традиционной очной среде, STEM-курсы сочетают образование в теоретическом обращении предмета (полученном из письменного материала в учебниках) с практическим обращением (развиваемым через практическую работу из лаб, экспериментов и использования инструментов и материалов). При смещении к удаленной среде обучения, техники для образования студентов в базовых принципах предмета гораздо легче успешно перенести, чем более практические hands-on аспекты.

Чтобы помочь заполнить этот пробел, мы идентифицировали некоторые ресурсы, которые могут использоваться для предоставления студентам старшей школы или колледжа практических hands-on проектов, которые они могут выполнять для дополнения их образования в STEM-предметах.

Ресурсы ниже содержат смесь разных потенциальных идей проектов, многие из которых могут быть выполнены из дома с минимальной необходимостью покупать специальные припасы или материалы. Другие проекты из ресурсов ниже, особенно на колледжем уровне, вероятно, потребуют от студентов некоторых инвестиций в материалы, компоненты и оборудование, которые обычно не найдутся в типичном домашнем хозяйстве. Это более высокоуровневые проекты, которые обычно выполнялись в колледжейской лабораторной классе, возможно в коллаборативной групповой настройке, под руководством инструктора или советника.

Ресурсы STEM-проектов для старшеклассников

Ниже STEM-ресурсы, предоставляющие идеи проектов, подходящих для старшеклассников.

Science Buddies

Сайт Science Buddies предоставляет полный выбор различных научных проектов, подходящих для старшеклассников для исследования STEM-предметов. Сайт позволяет пользователям фильтровать по предмету, такому как земля & экологическая наука, живая наука или математика и компьютерная наука, и также углубляться в эти предметы для выбора более специфической области. Например, в инженерии выборы подтем включают гражданское строительство, электричество & электроника, энергия & мощность, экологическая инженерия, материаловедение, механическая инженерия, робототехника и исследование космоса.

Также доступна фильтрация для выбора желаемого уровня класса для проекта и сужения проектов на основе предпочтений по продолжительности проекта, стоимости проекта и доступности материалов.

Когда конкретный проект просматривается, предоставляются дополнительные детали, такие как фон проекта, специфические необходимые материалы и процедура для завершения проекта. Сайт также предоставляет вариации, которые можно применить для кастомизации проекта и имеет раздел помощи с FAQ.

Creation Crate

Сайт Creation Crate имеет множество проектов в стиле китов, подходящих для более молодых студентов, но страница на их блоге содержит более продвинутые проекты, такие как вокруг предмета механической инженерии.

Здесь вы найдете смесь проектов разной сложности от простых к изощренным. На нижнем конце шкалы сложности — проект вроде построения роботизированной руки из картона и стяжек. Проекты среднего уровня включают построение высокоальтитудного метеорологического шара с даталоггером на Arduino open source IDE (Integrated Development Environment), работающем с вашего компьютера. На высшем конце сложности — проект построения самобалансирующего робота, избегающего препятствий и остающегося вертикальным и сбалансированным даже при переносе груза. Этот проект также построен на платформе Arduino IDE.

ThoughtCo.

Помимо представления ценного контента для образования студентов в науке, технологиях и математике, сайт ThoughtCo.com имеет веб-страницу идей для инженерных проектов научной ярмарки. Эти проекты не полностью разработаны в процедурную форму, и поэтому потребуют от студента, предпринимающего их, сделать некоторое независимое исследование для дальнейшего определения области, процесса и подхода, необходимого для превращения идеи в проект, который может быть успешно выполнен. Поэтому это более подходит для более высокого уровня класса и студентов, не легко расстраивающихся необходимости определять свой проект вместо исполнения уже разработанного процесса.

Jet Propulsion Laboratory (JPL)

Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA, являющийся федерально финансируемым центром исследований и разработок, администрируемым и управляемым Калифорнийским технологическим институтом (Caltech), имеет серию классных активностей, лаб и наборов проблем, покрывающих STEM-предметы и относящихся к исследованию космоса.

Фильтры на странице активностей позволяют пользователям фильтровать по типу активности, фокусу предмета, уровню класса и специфическим темам в общей предметной области. Детали каждой активности включают обзор, необходимые материалы, фон для понимания активности и процедуры для следования.

Диапазон тем довольно широк и включает:

• Аэронавтика
• Астробиология
• Астрономия
• Химия
• Компьютерное программирование
• Земля и Космическая Наука
• Электричество & Магнетизм
• Тепло & Термодинамика
• Свет & Оптика
• Математика
• Физическая Наука

STEM-Works

Сайт STEM-Works имеет проектный раздел, посвященный активностям, которые можно делать дома. Эти научные проекты нацелены на старшеклассников и младшие возрасты и включают проекты, сфокусированные на экстремальной погоде, медицинских инновациях, робототехнике, космосе, видеоиграх, робототехнике и ветровой энергии. Страницы активностей предоставляют дополнительные детали о том, как выполнять проект или задачу. Некоторые активности виртуальные, использующие интерактивное ПО.

Exploratorium

Сайт Exploratorium содержит множество активностей для старшеклассников и младших детей. Научные проекты называются «Science Snacks» и являются учительски-тестированными активностями, использующими недорогие, легко доступные материалы. Темы включают астрономию и космические науки, биологию, химию, землю, инженерию и технологии, экологическую науку, физику и математику.

Sciencing

На Sciencing есть раздел для научных проектов, идущий до 9-го класса. Темы проектов включают биомедицинскую инженерию, химию, биологию и судебную науку. Их другие статьи также имеют инструкционные видео.

Ресурсы STEM-проектов для студентов колледжей

Ниже STEM-ресурсы, предоставляющие идеи проектов, подходящих для студентов колледжей или продвинутых старшеклассников.

Electronicsforu.com

Для изучающих электроинженерию, сайт electronicsforu.com имеет страницу с 30 идеями проектов электроинженерии, которые могут помочь студентам создавать функционирующие печатные платы и развивать понимание цифровых и аналоговых схем.

Каждый проект показывает краткое описание функции схемы или решаемой проблемы и содержит ссылку на страницу проекта, показывающую полные детали. Детали включают схемные диаграммы, списки компонентов, таблицы логических схем, описания операций схемы, руководство по сборке и скачиваемые PCB и диаграммы компоновки компонентов.

Некоторые примеры проектов включают:

• Двухосевой солнечный трекер
• 5V DC в 48V DC конвертер для фантомных блоков питания
• Высокоимпедансный аудио буфер с JFET
• PIN-диодный датчик огня
• Plus Minus 5V питание от 9V батареи
• Инфракрасное реле движений
• Дешевый детектор утечки LPG
• Авто переключение питания: сеть, солнечный инвертер или генератор
• Генератор сигналов и инвертер с таймерами NE555
• Конфигурируемый RS232 к TTL к I2C адаптер

PhET Interactive Simulations

Университет Колорадо в Болдере хостит PhET Interactive Simulations, предлагающий серию интерактивных симуляционных программ, использующих программирование ПО и графику для позволения студентам исследовать фундаментальные принципы науки и математики через виртуальную лабораторную симуляцию на их компьютерах. Например, симуляция идеального газа позволяет студенту накачивать газовые молекулы в закрытую камеру и затем наблюдать изменения давления и температуры при добавлении и удалении тепла или изменении объема камеры. Вы также можете варьировать размер частиц газовых молекул и считать число столкновений тех молекул со стенами камеры за данный период.

Более 150 симуляций доступны для исследования и покрывают предметные области, включая Физику, Химию, Математику, Науку о Земле и Биологию. Фильтры позволяют пользователю сужать результаты по подтемам в общих предметных областях по уровню класса, включая университетские темы, и по совместимости ПО. Некоторые симуляции требуют Java или Flash, другие будут работать на стандартных HTML браузерах. Опции языка также доступны для пользователей из разных локалей.

Instructables

На Instructables пользователи загружают разные проекты, которые они завершили, вместе с гайдами и видео. Пока есть множество категорий на сайте, проекты, связанные с схемами, предлагают некоторые, которые студент электроинженерии мог бы реализовать дома. После создания аккаунта, пользователи могут скачивать PDF и задавать вопросы другим пользователям о проектах. Также есть классы, покрывающие темы вроде 3D-печати, CNC и электроники, а также некоторые более общие темы интереса: мастерская, шитье, ремесло, кулинария, дизайн и проекты для детей.

GeeksforGeeks

Сайт GeeksforGeeks имеет кодинг-проекты, подходящие для колледжейских кодеров. Пользователи могут выбрать проект по программе, включая C++, Java и Python проекты. Также есть онлайн-курсы для студентов, заинтересованных в компьютерной науке.

Code.org

Code.org содержит страницу идей домашних проектов, предлагающую множество кодинг-проектов, включая веб-разработку, гейминг, app lab, game lab, sprite lab и рисование. Студенты могут получить практический опыт с кодингом и учиться, беря онлайн-классы бесплатно.

Interesting Engineering

Сайт Interesting Engineering имеет страницу 12 проектов электроинженерии, которые помогут студентам расширить знания дизайна, контроля и обслуживания электрооборудования. Проекты описаны кратко, но не полностью детально, поэтому студент должен выполнить исследование и выработать свои дизайны, спецификации материалов и затем построить и протестировать проект, что объясняет, почему мы поместили это в более продвинутый раздел STEM-проектов.

Резюме

Эта статья предоставила взгляд на некоторые STEM-связанные проектные ресурсы, которые могли бы использоваться для удаленного обучения старшеклассников и студентов колледжей. Доступно множество ресурсов, варьирующих от хорошо определенных проектов с материалами и процедурами уже на месте до идей проектов, требующих больше креативного дизайн-мышления и разработки проекта.

Чтобы узнать больше о STEM-связанных темах, посетите Thomas Insights, где вы можете найти статьи о текущих трендах в бизнесе и отрасли включая STEM-инициативы.

Узнайте больше

Наслаждайтесь больше бесплатными STEM-ресурсами от Thomas, пока мы празднуем Manufacturing Day 2020.