Manufacturing Day 2020: risorse STEM per studenti delle scuole superiori e universitari

Con la pandemia di COVID-19 che costringe molte scuole ad abbandonare l'istruzione di persona verso un ambiente di apprendimento a distanza, la sfida di mantenere il coinvolgimento degli studenti assume un significato sempre maggiore. Ciò è particolarmente vero nei corsi che coinvolgono materie STEM (Scienze, Tecnologia, Ingegneria e Matematica).

Se insegnati in un ambiente tradizionale di persona, i corsi STEM combinano l'educazione al trattamento teorico della materia (raccolta dal materiale scritto che si trova nei libri di testo) con la trattazione pratica della materia (sviluppata attraverso il lavoro pratico di laboratori, sperimentazione, e l'uso di strumenti e materiali). Quando si passa a un ambiente di apprendimento a distanza, le tecniche per educare gli studenti sui principi alla base di una materia sono molto più facili da trasferire con successo rispetto agli aspetti pratici più pratici.

Per aiutare a colmare questa lacuna, abbiamo identificato alcune risorse che possono essere utilizzate per fornire agli studenti delle scuole superiori o universitari progetti pratici pratici che possono eseguire che li aiuteranno a integrare la loro formazione nelle materie STEM.

Le risorse seguenti contengono un mix di diverse potenziali idee di progetto, molte delle quali possono essere eseguite da casa con una necessità minima di acquistare fornitori o materiali speciali. Altri progetti dalle risorse seguenti, in particolare quelli a livello universitario, richiederanno probabilmente agli studenti di fare investimenti in materiali, componenti e attrezzature che di solito non si trovano nella famiglia tipica. Si tratta di progetti di livello superiore che normalmente verrebbero realizzati in una classe di laboratorio universitaria, possibilmente in un ambiente di gruppo collaborativo, sotto la guida di un istruttore o consulente.

Risorse del progetto STEM per studenti delle scuole superiori

Di seguito sono riportate le risorse STEM che forniscono idee progettuali adatte agli studenti delle scuole superiori.

Amici della scienza

Il sito web di Science Buddies offre una selezione completa di diversi progetti scientifici adatti agli studenti delle scuole superiori per esplorare le materie STEM. Il sito consente agli utenti di filtrare per materia, come scienze della terra e dell'ambiente, scienze della vita o matematica e informatica, e anche di approfondire queste materie per scegliere un'area più specifica. Ad esempio, all'interno dell'ingegneria, le scelte per gli argomenti secondari includono ingegneria civile, elettricità ed elettronica, energia ed energia, ingegneria ambientale, scienza dei materiali, ingegneria meccanica, robotica ed esplorazione spaziale.

È inoltre disponibile un filtro per scegliere il livello di voto desiderato per il progetto e per restringere i progetti in base alle preferenze per quanto riguarda la durata del progetto, il costo del progetto e la disponibilità dei materiali.

Quando viene visualizzato un progetto specifico, vengono forniti dettagli aggiuntivi come lo sfondo del progetto, il materiale specifico necessario e la procedura da seguire per completare il progetto. Il sito fornisce anche varianti che puoi applicare per personalizzare il progetto e ha una sezione di aiuto con le FAQ.

Cassa di creazione

Il sito Web della cassa di creazione ha una varietà di progetti in stile kit adatti a uno studente più giovane, ma una pagina sul loro blog contiene progetti più avanzati come quelli sull'ingegneria meccanica.

Qui troverai un mix di progetti di varia complessità, dal semplice al sofisticato. All'estremità inferiore della scala della complessità c'è un progetto come la costruzione di un braccio robotico di cartone e alcune fascette. I progetti di livello intermedio includono la costruzione di un pallone meteorologico ad alta quota completo di data logger basato sull'IDE (Integrated Development Environment) open source Arduino che viene eseguito dal tuo computer. All'estremità superiore della scala della complessità c'è un progetto per costruire un robot autobilanciato che eviti gli ostacoli e rimanga in posizione verticale ed equilibrata anche quando trasporta un carico. Anche questo progetto è realizzato utilizzando la piattaforma Arduino IDE.

Pensiero Co.

Oltre a presentare contenuti preziosi per educare gli studenti in scienze, tecnologia e matematica, il sito web ThoughtCo.com ha anche una pagina web di idee per progetti di fiere della scienza ingegneristica. Questi progetti non sono completamente sviluppati in forma procedurale e pertanto richiederanno allo studente che li intraprende di svolgere alcune ricerche indipendenti per definire ulteriormente l'ambito, il processo e l'approccio necessari per trasformare l'idea in un progetto che può essere eseguito con successo. È, quindi, più adatto a un livello superiore ea studenti che non si sentono facilmente frustrati dal dover definire il proprio progetto piuttosto che eseguire un processo già sviluppato.

Laboratorio di propulsione a reazione (JPL)

Il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, che è un centro di ricerca e sviluppo finanziato dal governo federale, amministrato e gestito dal California Institute of Technology (Caltech), ha una serie di attività in classe, laboratori e serie di problemi che coprono l'argomento STEM e che riguardano l'esplorazione dello spazio.

I filtri nella pagina Web delle attività consentono agli utenti di filtrare in base al tipo di attività, al focus della materia, al livello di classe e ad argomenti specifici all'interno dell'area tematica generale. I dettagli su ciascuna attività includono una panoramica, i materiali necessari, il background per comprendere l'attività e le procedure da seguire.

La gamma di argomenti è abbastanza ampia e comprende:

• Aeronautica
• Astrobiologia
• Astronomia
• Chimica
• Programmazione computer
• Scienze della Terra e dello Spazio
• Elettricità e magnetismo
• Calore e termodinamica
• Luce e ottica
• Matematica
• Scienza fisica

STEM-Opere

Il sito STEM-Works ha una sezione progetti dedicata alle attività che si possono svolgere a casa. Questi progetti scientifici sono rivolti agli studenti delle scuole superiori e alle età più giovani e includono progetti incentrati su condizioni meteorologiche estreme, innovazioni mediche, robotica, spazio, videogiochi, robotica ed energia eolica. Le pagine delle attività forniscono ulteriori dettagli su come eseguire il progetto o l'attività. Alcune delle attività sono virtuali utilizzando un software interattivo.

Esploratore

Il sito web di Exploratorium contiene una varietà di attività per studenti delle scuole superiori e bambini più piccoli. I progetti scientifici sono chiamati "Spuntini scientifici" e sono attività testate dagli insegnanti che utilizzano materiali economici e facilmente disponibili. Gli argomenti trattati includono astronomia e scienze spaziali, biologia, chimica, scienze della terra, ingegneria e tecnologia, scienze ambientali, fisica e matematica.

La scienza

Su Sciencing, c'è una sezione per i progetti scientifici che va fino al livello di nona elementare. Gli argomenti del progetto includono ingegneria biomedica, chimica, biologia e scienze forensi. I loro altri articoli hanno anche video didattici.

Risorse del progetto STEM per studenti universitari

Di seguito sono riportate le risorse STEM che forniscono idee progettuali adatte a studenti universitari o studenti delle scuole superiori.

Elettronicaforu.com

Per coloro che studiano ingegneria elettrica, il sito web electronicsforu.com ha una pagina di 30 idee per progetti di ingegneria elettrica che possono aiutare gli studenti a creare circuiti stampati funzionanti e sviluppare la loro comprensione dei circuiti digitali e analogici.

Ogni progetto mostra una breve descrizione della funzione del circuito o del problema affrontato e contiene un collegamento a una pagina del progetto che mostra i dettagli completi di quel progetto. I dettagli includono diagrammi schematici, elenchi di componenti, tabelle di circuiti logici, descrizioni di operazioni del circuito, guida all'assemblaggio e PCB scaricabili e diagrammi di layout dei componenti.

Alcuni esempi dei progetti includono:

• Sistema di inseguimento solare a doppio asse
• Convertitore da 5 V CC a 48 V CC per alimentatori Phantom
• Buffer audio ad alta impedenza con JFET
• Sensore di fuoco basato su diodo PIN
• Più meno alimentazione 5V da batteria 9V
• Interruttore a relè con rilevamento del movimento a infrarossi
• Rilevatore di perdite GPL a basso costo
• Rete di commutazione automatica dell'alimentazione, inverter solare o generatore
• Generatore di segnali e inverter con timer NE555
• Adattatore configurabile da RS232 a TTL a I2C

Simulazioni interattive PhET

L'Università del Colorado a Boulder ospita PhET Interactive Simulations, che offre una serie di programmi di simulazione interattiva che utilizzano la programmazione software e la grafica per consentire agli studenti di esplorare i principi fondamentali della scienza e della matematica attraverso una simulazione di laboratorio virtuale sui loro computer. Ad esempio, una simulazione sulla legge del gas ideale consente allo studente di pompare molecole di gas in una camera chiusa e quindi osservare i cambiamenti di pressione e temperatura quando il calore viene aggiunto e rimosso o il volume della camera viene alterato. Puoi anche variare la dimensione delle particelle delle molecole di gas e contare il numero di collisioni di quelle molecole con le pareti della camera per un dato periodo.

Sono disponibili oltre 150 simulazioni per esplorare e coprire aree tematiche, tra cui Fisica, Chimica, Matematica, Scienze della Terra e Biologia. I filtri consentono all'utente di restringere i risultati per sottoargomento all'interno delle aree tematiche generali per livello di annotazione, che include argomenti a livello di università, e per compatibilità del software. Alcune simulazioni richiedono Java o Flash, mentre altre verranno eseguite su browser HTML standard. Sono inoltre disponibili opzioni di lingua per soddisfare gli utenti di diverse località.

Insegnanti

Su Instructables, gli utenti caricano diversi progetti che hanno completato, insieme a guide e video. Sebbene ci siano una varietà di categorie trattate sul sito Web, i progetti relativi ai circuiti ne presentano alcuni che uno studente di ingegneria elettrica potrebbe implementare a casa. Dopo aver creato un account, gli utenti possono scaricare PDF e porre domande ad altri utenti sui progetti. Sono disponibili anche lezioni che trattano argomenti come la stampa 3D, la CNC e l'elettronica, nonché alcuni argomenti di interesse più generale tra cui officina, cucito, artigianato, cucina, design e progetti per bambini.

Geeksfor Geeks

Il sito Web GeeksforGeeks ha progetti di codifica adatti a programmatori di livello universitario. Gli utenti possono scegliere un progetto per programma, che include progetti C++, Java e Python. Ci sono anche corsi online che possono seguire gli studenti interessati all'informatica.

Code.org

Code.org contiene una pagina di idee per progetti a casa che offre una varietà di progetti di codifica, inclusi lo sviluppo di pagine Web, giochi e lab di app, lab di gioco, lab di sprite e disegno. Gli studenti possono fare esperienza pratica con la programmazione e imparare prendendo lezioni online gratuitamente.

Ingegneria interessante

L'interessante sito web di ingegneria ha una pagina di 12 progetti di ingegneria elettrica che aiuteranno gli studenti ad ampliare le loro conoscenze sulla progettazione, il controllo e la manutenzione delle apparecchiature elettriche. I progetti sono descritti in breve ma non sono completamente dettagliati, quindi lo studente dovrà eseguire ricerche ed elaborare i propri progetti, distinte base, quindi costruire e testare il progetto, il che spiega perché lo abbiamo inserito nello STEM più avanzato sezione risorse del progetto.

Sommario

Questo articolo ha fornito uno sguardo ad alcune risorse di progetto relative allo STEM che potrebbero essere utilizzate per l'istruzione a distanza di studenti delle scuole superiori e universitari. È disponibile una varietà di risorse, che vanno da progetti ben definiti con materiali e procedure già in atto a idee di progetto che richiedono un pensiero progettuale più creativo e lo sviluppo del progetto.

Per saperne di più sugli argomenti relativi alle STEM, visita Thomas Insights, dove puoi trovare articoli sulle tendenze attuali nel mondo degli affari e dell'industria, comprese le iniziative STEM.

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