Journée de la fabrication 2020 : ressources STEM pour les étudiants du secondaire et du collégial

La pandémie de COVID-19 obligeant de nombreuses écoles à passer de l'enseignement en personne à un environnement d'apprentissage à distance, le défi de maintenir l'engagement des élèves prend une importance accrue. Cela est particulièrement vrai dans les cours qui impliquent des matières STEM (sciences, technologie, ingénierie et mathématiques).

Lorsqu'ils sont enseignés dans un cadre traditionnel en personne, les cours STEM combinent l'enseignement du traitement théorique du sujet (glané à partir de documents écrits tels qu'ils se trouvent dans les manuels) avec le traitement pratique du sujet (développé via des travaux pratiques en laboratoire, l'expérimentation, et l'utilisation d'instruments et de matériaux). Lors du passage à un environnement d'apprentissage à distance, les techniques d'éducation des étudiants sur les principes sous-jacents d'un sujet sont beaucoup plus faciles à transférer avec succès que les aspects pratiques plus pratiques.

Pour aider à combler cette lacune, nous avons identifié certaines ressources qui peuvent être utilisées pour fournir aux étudiants du secondaire ou du collégial des projets pratiques pratiques qu'ils peuvent réaliser et qui les aideront à compléter leur éducation dans les matières STEM.

Les ressources ci-dessous contiennent un mélange de différentes idées de projets potentiels, dont beaucoup peuvent être réalisées à domicile avec un minimum d'achat de fournisseurs ou de matériaux spéciaux. D'autres projets des ressources ci-dessous, en particulier ceux au niveau collégial, exigeront probablement que les étudiants fassent des investissements dans des matériaux, des composants et de l'équipement qui ne se trouvent généralement pas dans le ménage typique. Il s'agit de projets de niveau supérieur qui seraient normalement réalisés dans une classe de laboratoire universitaire, éventuellement dans un cadre de groupe collaboratif, sous la direction d'un instructeur ou d'un conseiller.

Ressources du projet STEM pour les élèves du secondaire

Vous trouverez ci-dessous des ressources STEM qui fournissent des idées de projets adaptées aux élèves du secondaire.

Amis scientifiques

Le site Web Science Buddies propose une sélection complète de différents projets scientifiques adaptés aux élèves du secondaire pour explorer les matières STEM. Le site permet aux utilisateurs de filtrer par sujet, comme les sciences de la terre et de l'environnement, les sciences de la vie ou les mathématiques et l'informatique, et également d'approfondir ces sujets pour choisir un domaine plus spécifique. Par exemple, dans le domaine de l'ingénierie, les choix de sous-thèmes incluent le génie civil, l'électricité et l'électronique, l'énergie et la puissance, le génie de l'environnement, la science des matériaux, le génie mécanique, la robotique et l'exploration spatiale.

Un filtrage est également disponible pour choisir le niveau de qualité souhaité pour le projet et pour affiner les projets en fonction des préférences en ce qui concerne la durée du projet, le coût du projet et la disponibilité des matériaux.

Lorsqu'un projet spécifique est visualisé, des détails supplémentaires sont fournis tels que le contexte du projet, le matériel spécifique nécessaire et la procédure à suivre pour terminer le projet. Le site propose également des variantes que vous pouvez appliquer pour personnaliser le projet et dispose d'une section d'aide avec des FAQ.

Caisse de création

Le site Web de la caisse de création propose une variété de projets de style kit adaptés à un jeune étudiant, mais une page de leur blog contient des projets plus avancés tels que ceux autour du sujet de l'ingénierie mécanique.

Vous trouverez ici un mélange de projets de complexité variable allant du simple au sophistiqué. Au bas de l'échelle de complexité se trouve un projet tel que la construction d'un bras robotique à partir de carton et de quelques attaches à glissière. Les projets de niveau intermédiaire incluent la construction d'un ballon météorologique à haute altitude avec un enregistreur de données alimenté par l'IDE open source Arduino (environnement de développement intégré) qui s'exécute à partir de votre ordinateur. À l'extrémité supérieure de l'échelle de complexité se trouve un projet de construction d'un robot auto-équilibré qui évite les obstacles et reste debout et équilibré même lorsqu'il porte une charge. Ce projet est également construit à l'aide de la plate-forme Arduino IDE.

ThoughtCo.

En plus de présenter un contenu précieux pour éduquer les étudiants en sciences, en technologie et en mathématiques, le site Web ThoughtCo.com propose également une page Web d'idées pour des projets d'expo-sciences de l'ingénierie. Ces projets ne sont pas entièrement développés sous une forme procédurale et obligeront donc l'étudiant à les entreprendre pour effectuer des recherches indépendantes afin de mieux définir la portée, le processus et l'approche nécessaires pour transformer l'idée en un projet pouvant être exécuté avec succès. Il est donc plus adapté à un niveau supérieur et à des étudiants qui ne sont pas facilement frustrés de devoir définir leur projet plutôt que d'exécuter un processus déjà développé.

Laboratoire de propulsion à réaction (JPL)

Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, qui est un centre de recherche et de développement financé par le gouvernement fédéral et administré et géré par le California Institute of Technology (Caltech), propose une série d'activités en classe, de laboratoires et d'ensembles de problèmes qui couvrent le sujet STEM et qui concernent l'exploration spatiale.

Les filtres sur la page Web des activités permettent aux utilisateurs de filtrer par type d'activité, sujet, niveau scolaire et sujets spécifiques dans le domaine général. Les détails de chaque activité comprennent un aperçu, le matériel nécessaire, le contexte pour comprendre l'activité et les procédures à suivre.

L'éventail des sujets est assez large et comprend:

• Aéronautiques
• Astrobiologie
• Astronomie
• Chimie
• Programmation informatique
• Sciences de la Terre et de l'Espace
• Electricité & Magnétisme
• Chaleur et thermodynamique
• Lumière & Optique
• Mathématiques
• Science physique

Travaux STEM

Le site Web STEM-Works comporte une section projet dédiée aux activités pouvant être réalisées à la maison. Ces projets scientifiques sont destinés aux élèves du secondaire et aux jeunes et comprennent des projets axés sur les conditions météorologiques extrêmes, les innovations médicales, la robotique, l'espace, les jeux vidéo, la robotique et l'énergie éolienne. Les pages d'activité fournissent des détails supplémentaires sur la façon d'exécuter le projet ou la tâche. Certaines des activités sont virtuelles à l'aide de logiciels interactifs.

Exploratoire

Le site Web de l'Exploratorium contient une variété d'activités pour les élèves du secondaire et les jeunes enfants. Les projets scientifiques sont appelés «Science Snacks» et sont des activités testées par les enseignants qui utilisent des matériaux peu coûteux et facilement disponibles. Les sujets couverts comprennent l'astronomie et les sciences spatiales, la biologie, la chimie, les sciences de la terre, l'ingénierie et la technologie, les sciences de l'environnement, la physique et les mathématiques.

Scientifique

Sur Sciencing, il y a une section pour les projets scientifiques qui va jusqu'au niveau de la neuvième année. Les sujets du projet comprennent le génie biomédical, la chimie, la biologie et la médecine légale. Leurs autres articles contiennent également des vidéos pédagogiques.

Ressources du projet STEM pour les étudiants du collégial

Vous trouverez ci-dessous des ressources STEM qui fournissent des idées de projets adaptées aux étudiants ou aux lycéens avancés.

Electronicsforu.com

Pour ceux qui étudient le génie électrique, le site Web electronicsforu.com propose une page de 30 idées de projets de génie électrique qui peuvent aider les étudiants à créer des circuits imprimés fonctionnels et à développer leur compréhension des circuits numériques et analogiques.

Chaque projet montre une brève description de la fonction du circuit ou du problème traité et contient un lien vers une page de projet qui montre tous les détails de ce projet . Les détails comprennent des diagrammes schématiques, des listes de pièces de composants, des tableaux de circuits logiques, des descriptions des opérations de circuit, des conseils d'assemblage et des schémas de disposition de PCB et de composants téléchargeables.

Voici quelques exemples de projets :

• Système de suivi solaire à double axe
• Convertisseur 5V DC à 48V DC pour alimentations fantômes
• Tampon audio haute impédance avec JFET
• Capteur d'incendie à diode PIN
• Alimentation plus moins 5V à partir de la batterie 9V
• Commutateur de relais de détection de mouvement infrarouge
• Détecteur de fuite de GPL à faible coût
• Commutation automatique de l'alimentation secteur, onduleur solaire ou générateur
• Générateur de signaux et onduleur utilisant des minuteries NE555
• Adaptateur configurable RS232 vers TTL vers I2C

Simulations interactives PhET

L'Université du Colorado à Boulder héberge PhET Interactive Simulations, qui propose une série de programmes de simulation interactifs qui utilisent la programmation logicielle et les graphiques pour permettre aux étudiants d'explorer les principes fondamentaux des sciences et des mathématiques grâce à une simulation de laboratoire virtuel sur leurs ordinateurs. Par exemple, une simulation sur la loi des gaz parfaits permet à l'étudiant de pomper des molécules de gaz dans une chambre fermée, puis d'observer les changements de pression et de température à mesure que la chaleur est ajoutée et retirée ou que le volume de la chambre est modifié. Vous pouvez également faire varier la taille des particules des molécules de gaz et compter le nombre de collisions de ces molécules avec les parois de la chambre pendant une période donnée.

Plus de 150 simulations sont disponibles pour explorer et couvrir des domaines tels que la physique, la chimie, les mathématiques, les sciences de la Terre et la biologie. Les filtres permettent à l'utilisateur d'affiner les résultats par sous-sujet dans les matières générales par niveau scolaire, ce qui comprend les sujets de niveau universitaire, et par compatibilité logicielle. Certaines simulations nécessitent Java ou Flash, tandis que d'autres s'exécutent sur des navigateurs HTML standard. Des options de langue sont également disponibles pour convenir aux utilisateurs de différentes régions.

Instructables

Sur Instructables, les utilisateurs téléchargent différents projets qu'ils ont terminés, ainsi que des guides et des vidéos. Bien qu'il existe une variété de catégories couvertes sur le site Web, les projets liés aux circuits en présentent certains qu'un étudiant en génie électrique pourrait mettre en œuvre à la maison. Après avoir créé un compte, les utilisateurs peuvent télécharger des PDF et poser des questions aux autres utilisateurs sur les projets. Il existe également des cours disponibles qui couvrent des sujets tels que l'impression 3D, la CNC et l'électronique, ainsi que des sujets d'intérêt plus généraux, notamment l'atelier, la couture, l'artisanat, la cuisine, le design et les projets pour les enfants.

GeekspourGeeks

Le site Web GeeksforGeeks propose des projets de codage adaptés aux codeurs de niveau collégial. Les utilisateurs peuvent choisir un projet par programme, ce qui inclut les projets C++, Java et Python. Il existe également des cours en ligne que les étudiants intéressés par l'informatique peuvent suivre.

Code.org

Code.org contient une page d'idées de projets à domicile qui propose une variété de projets de codage, y compris le développement de pages Web, les jeux et le laboratoire d'applications, le laboratoire de jeux, le laboratoire de sprites et le dessin. Les étudiants peuvent acquérir une expérience pratique du codage et apprendre en suivant des cours en ligne gratuitement.

Ingénierie intéressante

Le site Web d'ingénierie intéressant contient une page de 12 projets de génie électrique qui aideront les étudiants à approfondir leurs connaissances sur la conception, le contrôle et la maintenance des équipements électriques. Les projets sont décrits brièvement mais ne sont pas entièrement détaillés, de sorte que l'étudiant devra effectuer des recherches et élaborer ses conceptions, ses nomenclatures, puis construire et tester le projet, ce qui explique pourquoi nous l'avons placé dans le STEM plus avancé. section ressources du projet.

Résumé

Cet article a donné un aperçu de certaines ressources de projet liées aux STEM qui pourraient être utilisées pour l'enseignement à distance des élèves du secondaire et des étudiants. Une variété de ressources sont disponibles, qui vont de projets bien définis avec des matériaux et des procédures déjà en place à des idées de projets qui nécessitent une réflexion de conception et un développement de projet plus créatifs.

Pour en savoir plus sur les sujets liés aux STEM, visitez Thomas Insights, où vous pouvez trouver des articles sur les tendances actuelles dans les affaires et l'industrie, y compris les initiatives STEM.

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