Dzień produkcji 2020: Zasoby STEM dla uczniów szkół średnich i studentów

Ponieważ pandemia COVID-19 zmusza wiele szkół do odejścia od nauczania osobistego na rzecz środowiska uczenia się na odległość, wyzwanie związane z utrzymaniem zaangażowania uczniów nabiera coraz większego znaczenia. Dotyczy to zwłaszcza kursów obejmujących przedmioty STEM (nauka, technologia, inżynieria i matematyka).

Podczas nauczania w tradycyjnym, osobistym otoczeniu, kursy STEM łączą edukację w zakresie teoretycznego podejścia do tematu (zgromadzonego na podstawie materiałów pisemnych, jakie można znaleźć w podręcznikach) z praktycznym podejściem do tematu (opracowanym poprzez praktyczną pracę w laboratoriach, eksperymenty, oraz użycie instrumentów i materiałów). Przechodząc do środowiska uczenia się na odległość, techniki nauczania uczniów w zakresie podstawowych zasad danego przedmiotu są znacznie łatwiejsze do pomyślnego przeniesienia niż bardziej praktyczne aspekty praktyczne.

Aby pomóc wypełnić tę lukę, zidentyfikowaliśmy pewne zasoby, które mogą być wykorzystane do zapewnienia uczniom na poziomie szkoły średniej lub college'u praktycznych projektów, które mogą wykonać, które pomogą im uzupełnić edukację w zakresie przedmiotów STEM.

Poniższe zasoby zawierają mieszankę różnych potencjalnych pomysłów na projekty, z których wiele można wykonać w domu przy minimalnej potrzebie zakupu specjalnych dostawców lub materiałów. Inne projekty z poniższych zasobów, zwłaszcza te na poziomie uczelni, prawdopodobnie będą wymagały od studentów pewnych inwestycji w materiały, komponenty i sprzęt, których zwykle nie można znaleźć w typowym gospodarstwie domowym. Są to projekty wyższego poziomu, które normalnie byłyby realizowane na zajęciach laboratoryjnych w college'u, prawdopodobnie we współpracy grupowej, pod kierunkiem instruktora lub doradcy.

Zasoby projektu STEM dla uczniów szkół średnich

Poniżej znajdują się zasoby STEM, które dostarczają pomysłów na projekty odpowiednie dla uczniów w wieku licealnym.

Przyjaciele nauki

Witryna Science Buddies zawiera pełny wybór różnych projektów naukowych odpowiednich dla uczniów szkół średnich do zgłębiania przedmiotów STEM. Witryna umożliwia użytkownikom filtrowanie według tematów, takich jak nauki o ziemi i środowisku, nauki przyrodnicze lub matematyka i informatyka, a także przeglądanie tych przedmiotów w celu wybrania bardziej szczegółowego obszaru. Na przykład w inżynierii wybór podtematów obejmuje inżynierię lądową, elektrykę i elektronikę, energię i moc, inżynierię środowiska, materiałoznawstwo, inżynierię mechaniczną, robotykę i eksplorację kosmosu.

Dostępne jest również filtrowanie pozwalające wybrać żądany poziom oceny dla projektu oraz zawęzić projekty na podstawie preferencji ze względu na czas trwania projektu, koszt projektu i dostępność materiałów.

Gdy oglądany jest konkretny projekt, dostarczane są dodatkowe szczegóły, takie jak tło projektu, konkretny potrzebny materiał i procedura, którą należy wykonać, aby ukończyć projekt. Witryna zawiera również warianty, które można zastosować w celu dostosowania projektu, oraz zawiera sekcję pomocy z często zadawanymi pytaniami.

Skrzynia tworzenia

Witryna ze skrzynką tworzenia zawiera różne projekty w stylu zestawów odpowiednich dla młodszych uczniów, ale strona na ich blogu zawiera bardziej zaawansowane projekty, takie jak te dotyczące inżynierii mechanicznej.

Tutaj znajdziesz mieszankę projektów o różnej złożoności, od prostych do wyrafinowanych. Na dolnym końcu skali złożoności znajduje się projekt, taki jak budowa ramienia robota z tektury i niektórych opasek błyskawicznych. Projekty na poziomie średniozaawansowanym obejmują budowę balonu pogodowego na dużej wysokości wraz z rejestratorem danych zasilanym przez Arduino open source IDE (zintegrowane środowisko programistyczne), które działa z komputera. Na wyższym końcu skali złożoności znajduje się projekt budowy samobalansującego robota, który unika przeszkód i pozostaje w pozycji pionowej i zrównoważonej nawet podczas przenoszenia ładunku. Ten projekt jest również zbudowany z wykorzystaniem platformy Arduino IDE.

Myśl Co.

Oprócz prezentowania wartościowych treści kształcących studentów w zakresie nauk ścisłych, technologii i matematyki, witryna ThoughtCo.com zawiera również stronę z pomysłami na inżynierskie projekty Science Fair. Projekty te nie są w pełni rozwinięte w formę proceduralną i dlatego wymagają od studenta, który je podejmuje, przeprowadzenia niezależnych badań w celu dalszego zdefiniowania zakresu, procesu i podejścia potrzebnego do przekształcenia pomysłu w projekt, który można z powodzeniem zrealizować. Dlatego jest bardziej odpowiedni dla wyższych klas i dla studentów, którzy nie są łatwo sfrustrowani koniecznością zdefiniowania swojego projektu, zamiast wykonywania już opracowanego procesu.

Laboratorium Napędów Odrzutowych (JPL)

Laboratorium napędów odrzutowych NASA (JPL), które jest finansowanym z budżetu federalnego centrum badawczo-rozwojowym, administrowanym i zarządzanym przez Kalifornijski Instytut Technologiczny (Caltech), ma szereg zajęć w klasie, laboratoriów i zestawów problemów obejmujących tematykę STEM i które odnoszą się do eksploracji kosmosu.

Filtry na stronie działań umożliwiają użytkownikom filtrowanie według typu działania, przedmiotu tematycznego, poziomu zaszeregowania i określonych tematów w ramach ogólnego obszaru tematycznego. Szczegóły dotyczące każdego działania obejmują przegląd, potrzebne materiały, podstawy do zrozumienia działania i procedury, których należy przestrzegać.

Zakres tematów jest dość szeroki i obejmuje:

• Aeronautyka
• Astrobiologia
• Astronomia
• Chemia
• Programowanie komputerowe
• Nauka o Ziemi i kosmosie
• Elektryczność i magnetyzm
• Ciepło i termodynamika
• Światło i optyka
• Matematyka
• Nauka fizyczna

STEM-Works

Witryna STEM-Works zawiera sekcję projektów poświęconą czynnościom, które można wykonać w domu. Te projekty naukowe są skierowane do uczniów szkół średnich i młodszych grup wiekowych i obejmują projekty skoncentrowane na ekstremalnych warunkach pogodowych, innowacjach medycznych, robotyce, kosmosie, grach wideo, robotyce i energii wiatrowej. Strony aktywności zawierają dodatkowe informacje o tym, jak wykonać projekt lub zadanie. Niektóre z zajęć są wirtualne z wykorzystaniem interaktywnego oprogramowania.

Eksploratorium

Strona internetowa Exploratorium zawiera różnorodne zajęcia dla uczniów szkół średnich i młodszych dzieci. Projekty naukowe noszą nazwę „Przekąski naukowe” i są to ćwiczenia sprawdzone przez nauczycieli, które wykorzystują niedrogie, łatwo dostępne materiały. Poruszane tematy obejmują astronomię i nauki kosmiczne, biologię, chemię, nauki o Ziemi, inżynierię i technologię, nauki o środowisku, fizykę i matematykę.

Nauka

Na naukach ścisłych znajduje się sekcja poświęcona projektom naukowym, która przechodzi do poziomu dziewiątej klasy. Tematyka projektu obejmuje inżynierię biomedyczną, chemię, biologię i kryminalistykę. Inne artykuły zawierają również filmy instruktażowe.

Zasoby projektu STEM dla studentów studiów wyższych

Poniżej znajdują się zasoby STEM, które zawierają pomysły na projekty odpowiednie dla studentów lub zaawansowanych uczniów szkół średnich.

Electronicsforu.pl

Dla tych, którzy studiują elektrotechnikę, strona electronicsforu.com zawiera stronę 30 pomysłów na projekty elektrotechniki, które mogą pomóc uczniom w tworzeniu funkcjonujących płytek drukowanych i rozwijaniu ich wiedzy na temat obwodów cyfrowych i analogowych.

Każdy projekt zawiera krótki opis funkcji obwodu lub rozwiązywanego problemu i zawiera łącze do strony projektu, która pokazuje wszystkie szczegóły tego projektu . Szczegóły obejmują schematy, listy części składowych, tabele obwodów logicznych, opisy operacji obwodów, wskazówki montażowe oraz schematy obwodów drukowanych i układów komponentów do pobrania.

Oto kilka przykładów projektów:

• Dwuosiowy system śledzenia słonecznego
• Konwerter 5 V DC na 48 V DC do zasilaczy fantomowych
• Bufor audio o wysokiej impedancji z JFET
• Czujnik pożarowy oparty na diodzie PIN
• Zasilanie plus minus 5 V z akumulatora 9 V
• Przełącznik przekaźnika wykrywania ruchu na podczerwień
• Niedrogi detektor wycieku LPG
• Automatyczne przełączanie zasilania sieciowego, falownika słonecznego lub generatora
• Generator sygnału i falownik za pomocą timerów NE555
• Konfigurowalny adapter RS232 do TTL do I2C

Symulacje interaktywne PhET

University of Colorado w Boulder jest gospodarzem PhET Interactive Simulations, który oferuje serię interaktywnych programów symulacyjnych, które wykorzystują programowanie i grafikę, aby umożliwić studentom poznawanie podstawowych zasad nauki i matematyki poprzez symulację wirtualnego laboratorium na ich komputerach. Na przykład symulacja prawa gazu doskonałego pozwala uczniowi pompować cząsteczki gazu do zamkniętej komory, a następnie obserwować zmiany ciśnienia i temperatury w miarę dodawania i odprowadzania ciepła lub zmiany objętości komory. Możesz także zmieniać wielkość cząstek molekuł gazu i policzyć liczbę zderzeń tych molekuł ze ścianami komory w danym okresie.

Dostępnych jest ponad 150 symulacji do eksploracji i objęcia obszarów tematycznych, w tym fizyki, chemii, matematyki, nauk o Ziemi i biologii. Filtry umożliwiają użytkownikowi zawężenie wyników według podtematów w ramach ogólnych obszarów tematycznych według poziomu klasy, który obejmuje tematy na poziomie uniwersyteckim, oraz zgodności oprogramowania. Niektóre symulacje wymagają Java lub Flash, podczas gdy inne będą działać w standardowych przeglądarkach HTML. Dostępne są również opcje językowe dla użytkowników z różnych lokalizacji.

Instrukcje

W Instructables użytkownicy przesyłają różne projekty, które ukończyli, wraz z przewodnikami i filmami. Chociaż na stronie internetowej znajduje się wiele kategorii, projekty związane z obwodami zawierają takie, które student elektrotechniki może wdrożyć w domu. Po utworzeniu konta użytkownicy mogą pobierać pliki PDF i zadawać innym użytkownikom pytania dotyczące projektów. Dostępne są również zajęcia obejmujące takie tematy, jak drukowanie 3D, CNC i elektronika, a także niektóre bardziej ogólne tematy, takie jak warsztaty, szycie, rzemiosło, gotowanie, projektowanie i projekty dla dzieci.

GeeksforGeeks

Witryna GeeksforGeeks zawiera projekty kodowania odpowiednie dla programistów na poziomie uczelni. Użytkownicy mogą wybierać projekt według programu, który obejmuje projekty C++, Java i Python. Istnieją również kursy online, które mogą wziąć udział studenci zainteresowani informatyką.

Code.org

Code.org zawiera stronę z pomysłami na projekty domowe, która oferuje różnorodne projekty kodowania, w tym tworzenie stron internetowych, laboratorium gier i aplikacji, laboratorium gier, laboratorium sprite'ów i rysowanie. Uczniowie mogą zdobyć praktyczne doświadczenie w kodowaniu i uczyć się, biorąc udział w zajęciach online za darmo.

Ciekawa inżynieria

Ciekawa strona inżynierska zawiera stronę 12 projektów elektrotechnicznych, które pomogą studentom poszerzyć wiedzę z zakresu projektowania, sterowania i konserwacji urządzeń elektrycznych. Projekty są opisane krótko, ale nie są w pełni szczegółowe, więc uczeń będzie musiał przeprowadzić badania i opracować swoje projekty, zestawienia materiałów, a następnie zbudować i przetestować projekt, co wyjaśnia, dlaczego umieściliśmy to w bardziej zaawansowanym STEM sekcja zasobów projektu.

Streszczenie

W tym artykule przedstawiono niektóre zasoby projektu związane z STEM, które można wykorzystać do zdalnego nauczania uczniów szkół średnich i studentów. Dostępne są różnorodne zasoby, od dobrze zdefiniowanych projektów z materiałami i procedurami już wdrożonymi do pomysłów projektowych, które wymagają bardziej kreatywnego myślenia projektowego i opracowywania projektów.

Aby dowiedzieć się więcej o tematach związanych ze STEM, odwiedź Thomas Insights, gdzie znajdziesz artykuły o aktualnych trendach w biznesie i przemyśle, w tym o inicjatywach STEM.

Ucz się więcej

Ciesz się większą ilością bezpłatnych zasobów STEM od Thomasa, gdy świętujemy Dzień Produkcji 2020.