STEM-Lernen fördern: Ressourcen vom Manufacturing Day 2020 für Schüler & Studenten

Mit der COVID-19-Pandemie, die viele Schulen zwingt, vom Präsenzunterricht auf Remote-Learning umzustellen, gewinnt die Herausforderung, das Engagement der Schüler aufrechtzuerhalten, an Bedeutung. Dies gilt besonders für Kurse, die STEM-Fächer (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) beinhalten.

Wenn sie in einem traditionellen Präsenzsetting unterrichtet werden, verbinden STEM-Kurse die theoretische Behandlung des Fachs (aus schriftlichem Material wie Lehrbüchern) mit der praktischen Behandlung (entwickelt durch praktische Arbeit in Laboren, Experimenten und dem Einsatz von Instrumenten und Materialien). Beim Wechsel zu einer Remote-Learning-Umgebung lassen sich die Techniken zur Vermittlung der zugrunde liegenden Prinzipien eines Fachs viel leichter erfolgreich übertragen als die praktischen Hands-on-Aspekte.

Um diese Lücke zu schließen, haben wir einige Ressourcen identifiziert, die genutzt werden können, um Schülern auf High-School- oder College-Niveau praktische Hands-on-Projekte zu bieten, die sie durchführen können, um ihre Ausbildung in STEM-Fächern zu ergänzen.

Die untenstehenden Ressourcen enthalten eine Mischung verschiedener potenzieller Projektideen, von denen viele von zu Hause aus mit minimalem Bedarf an speziellen Materialien oder Zubehör durchgeführt werden können. Andere Projekte, besonders auf College-Niveau, werden wahrscheinlich erfordern, dass Schüler in Materialien, Komponenten und Ausrüstung investieren, die normalerweise nicht im typischen Haushalt zu finden sind. Das sind höherwertige Projekte, die normalerweise in einem College-Laborkurs, möglicherweise in einer kollaborativen Gruppe, unter Anleitung eines Dozenten oder Beraters durchgeführt würden.

STEM-Projektressourcen für High-School-Schüler

Im Folgenden finden Sie STEM-Ressourcen, die Projektideen für High-School-Schüler bereitstellen.

Science Buddies

Die Science Buddies Website bietet eine vollständige Auswahl verschiedener Wissenschaftsprojekte, die für High-School-Schüler geeignet sind, um STEM-Fächer zu erkunden. Die Seite ermöglicht es Nutzern, nach Fach zu filtern, wie Erd- & Umweltwissenschaften, Lebenswissenschaften oder Mathematik & Informatik, und auch tiefer in diese Fächer einzusteigen, um einen spezifischeren Bereich zu wählen. Innerhalb von Engineering umfassen Unterthemen z. B. Bauingenieurwesen, Elektrizität & Elektronik, Energie & Power, Umwelttechnik, Materialwissenschaften, Maschinenbau, Robotik und Weltraumforschung.

Es gibt auch Filtermöglichkeiten, um das gewünschte Klassenlevel für das Projekt zu wählen, und Projekte basierend auf Präferenzen hinsichtlich Dauer, Kosten und Materialverfügbarkeit einzugrenzen.

Wenn ein spezifisches Projekt angesehen wird, werden zusätzliche Details bereitgestellt, wie Hintergrundinformationen zum Projekt, die spezifisch benötigten Materialien und der Ablauf zur Fertigstellung. Die Seite bietet auch Variationen, um das Projekt anzupassen, und einen Hilfebereich mit FAQs.

Creation Crate

Die Creation Crate Website hat eine Vielzahl von Kit-basierten Projekten, die für jüngere Schüler geeignet sind, aber eine Seite auf ihrem Blog enthält fortgeschrittenere Projekte, wie z. B. rund um Maschinenbau.

Hier finden Sie eine Mischung von Projekten unterschiedlicher Komplexität von einfach bis anspruchsvoll. Am unteren Ende der Komplexitätsskala steht ein Projekt wie der Bau eines Roboterarms aus Pappe und Kabelbindern. Projekte auf mittlerem Niveau umfassen den Bau eines Höhenwetterballons mit Datenlogger, betrieben von der Arduino Open Source IDE (Integrated Development Environment), die von Ihrem Computer läuft. Am oberen Ende der Komplexitätsskala steht ein Projekt zum Bau eines selbstbalancierenden Roboters, der Hindernissen ausweicht und aufrecht und ausbalanciert bleibt, auch beim Tragen einer Last. Dieses Projekt basiert ebenfalls auf der Arduino IDE-Plattform.

ThoughtCo.

Zusätzlich zur Präsentation wertvoller Inhalte zur Ausbildung von Schülern in Wissenschaft, Technik und Mathematik hat die ThoughtCo.com Website eine Webseite mit Ideen für Engineering Science Fair Projekte. Diese Projekte sind nicht vollständig in Verfahrensform ausgearbeitet und erfordern daher, dass der sie durchführende Schüler unabhängige Recherche betreibt, um Umfang, Prozess und Ansatz weiter zu definieren, um die Idee in ein erfolgreich ausführbares Projekt zu verwandeln. Es ist daher besser für höhere Klassenstufen und Schüler geeignet, die nicht leicht frustriert sind, wenn sie ihr Projekt definieren müssen, statt einen bereits entwickelten Prozess auszuführen.

Jet Propulsion Laboratory (JPL)

NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), ein bundesfinanziertes Forschungs- und Entwicklungszentrum, das vom California Institute of Technology (Caltech) verwaltet wird, bietet eine Reihe von Klassenaktivitäten, Laboren und Problemsets, die STEM-Fächer abdecken und sich auf Weltraumforschung beziehen.

Filter auf der Aktivitätswebseite ermöglichen es Nutzern, nach Aktivitätstyp, Fachfokus, Klassenstufe und spezifischen Themen innerhalb des allgemeinen Fachbereichs zu filtern. Details zu jeder Aktivität umfassen Überblick, benötigte Materialien, Hintergrund zum Verständnis der Aktivität und Verfahren zur Durchführung.

Themenspektrum ist ziemlich breit und umfasst:

• Luft- und Raumfahrt
• Astrobiologie
• Astronomie
• Chemie
• Computerprogrammierung
• Erd- und Weltraumwissenschaften
• Elektrizität & Magnetismus
• Wärme & Thermodynamik
• Licht & Optik
• Mathematik
• Physikalische Wissenschaft

STEM-Works

Die STEM-Works Website hat einen Projektbereich, der Aktivitäten gewidmet ist, die zu Hause durchgeführt werden können. Diese Wissenschaftsprojekte sind auf High-School-Schüler und jüngere Altersgruppen ausgerichtet und umfassen Projekte zu Extremwetter, medizinischen Innovationen, Robotik, Weltraum, Videospielen, Robotik und Windenergie. Aktivitätsseiten bieten zusätzliche Details zur Durchführung des Projekts oder der Aufgabe. Einige Aktivitäten sind virtuell mit interaktiver Software.

Exploratorium

Die Exploratorium Website enthält eine Vielzahl von Aktivitäten für High-School-Schüler und jüngere Kinder. Die Wissenschaftsprojekte heißen „Science Snacks“ und sind lehrergeprüfte Aktivitäten, die günstige, leicht verfügbare Materialien nutzen. Themen umfassen Astronomie und Weltraumwissenschaften, Biologie, Chemie, Erdwissenschaften, Ingenieurwesen und Technologie, Umweltwissenschaften, Physik und Mathematik.

Sciencing

Auf Sciencing gibt es einen Bereich für Wissenschaftsprojekte, der bis zur neunten Klasse reicht. Projektthemen umfassen Biomedizinisches Engineering, Chemie, Biologie und Forensik. Ihre anderen Artikel haben auch Lehrvideos.

STEM-Projektressourcen für College-Studenten

Im Folgenden finden Sie STEM-Ressourcen, die Projektideen für College-Studenten oder fortgeschrittene High-School-Schüler bereitstellen.

Electronicsforu.com

Für Elektrotechnik-Studierende hat die electronicsforu.com Website eine Seite mit 30 Electrical Engineering Project Ideas, die Schülern helfen, funktionsfähige Schaltungen zu erstellen und ihr Verständnis von digitalen und analogen Schaltungen zu entwickeln.

Jedes Projekt zeigt eine kurze Beschreibung der Schaltungsfunktion oder des adressierten Problems und enthält einen Link zu einer Projektseite, die die vollständigen Details zeigt. Details umfassen Schaltpläne, Bauteillisten, Logikschaltungstabellen, Beschreibungen der Schaltungsoperationen, Montageanleitung und herunterladbare PCB- und Bauteil-Layout-Diagramme.

Einige Projektbeispiele:

• Dual Axis Solar Tracker System
• 5V DC To 48V DC Converter für Phantom Power Supplies
• High-Impedance Audio Buffer With JFET
• PIN Diode Based Fire Sensor
• Plus Minus 5V Supply From 9V Battery
• Infrared Motion-Sensing Relay Switch
• Low-cost LPG Leakage Detector
• Auto Power Switching Mains, Solar Inverter or Generator
• Signal Generator and Inverter Using NE555 Timers
• Configurable RS232 to TTL to I2C Adapter

PhET Interactive Simulations

Die University of Colorado at Boulder hostet PhET Interactive Simulations, das eine Reihe interaktiver Simulationsprogramme anbietet, die Softwareprogrammierung und Grafik nutzen, um Schülern zu ermöglichen, fundamentale Prinzipien von Wissenschaft und Mathematik durch virtuelle Laborsimulationen auf ihren Computern zu erforschen. Zum Beispiel erlaubt eine Simulation zum idealen Gasgesetz dem Schüler, Gasmolchen in eine geschlossene Kammer zu pumpen und dann Änderungen in Druck und Temperatur zu beobachten, wenn Wärme zu- oder abgeführt wird oder das Kammer-Volumen verändert wird. Man kann auch die Teilchengröße der Gasmolchen variieren und die Anzahl der Kollisionen dieser Molchen mit den Kammerwänden für einen gegebenen Zeitraum zählen.

Über 150 Simulationen sind verfügbar und decken Fachbereiche ab, einschließlich Physik, Chemie, Mathematik, Erdwissenschaften und Biologie. Filter erlauben es dem Nutzer, Ergebnisse nach Unterthema innerhalb der allgemeinen Fachbereiche, nach Klassenstufe (einschließlich Universitätsniveau) und nach Softwarekompatibilität einzugrenzen. Einige Simulationen erfordern Java oder Flash, andere laufen in Standard-HTML-Browsern. Sprachoptionen sind ebenfalls verfügbar, um Nutzer aus verschiedenen Regionen zu bedienen.

Instructables

Auf Instructables laden Nutzer verschiedene Projekte hoch, die sie abgeschlossen haben, zusammen mit Anleitungen und Videos. Während es eine Vielzahl von Kategorien auf der Website gibt, bieten die schaltungsbezogenen Projekte einige, die ein Elektrotechnik-Student zu Hause umsetzen könnte. Nach Erstellung eines Accounts können Nutzer PDFs herunterladen und anderen Nutzern Fragen zu den Projekten stellen. Es gibt auch Kurse, die Themen wie 3D-Druck, CNC und Elektronik sowie einige allgemeinere Interessenthemen wie Werkstatt, Nähen, Handwerk, Kochen, Design und Projekte für Kinder abdecken.

GeeksforGeeks

Die GeeksforGeeks Website hat Coding-Projekte, die für College-Level-Coder geeignet sind. Nutzer können ein Projekt nach Programmiersprache auswählen, was C++, Java und Python Projekte einschließt. Es gibt auch Online-Kurse, die Studenten interessieren, die Informatik studieren möchten.

Code.org

Code.org enthält eine At-Home-Projektideen-Seite, die eine Vielzahl von Coding-Projekten bietet, einschließlich Webseitenentwicklung, Gaming, App Lab, Game Lab, Sprite Lab und Drawing. Schüler können praktische Erfahrungen mit Coding sammeln und durch kostenlose Online-Klassen lernen.

Interesting Engineering

Die Interesting Engineering Website hat eine Seite mit 12 Electrical Engineering Projekten, die Schülern helfen, ihr Wissen über Design, Steuerung und Wartung elektrischer Geräte zu erweitern. Die Projekte werden kurz beschrieben, sind aber nicht vollständig detailliert, sodass der Schüler Recherche betreiben und seine Designs, Stücklisten ausarbeiten und dann das Projekt bauen und testen muss – weshalb wir dies in den fortgeschrittenen STEM-Projektressourcen platziert haben.

Zusammenfassung

Dieser Artikel bot einen Überblick über einige STEM-bezogene Projektressourcen, die für den Remote-Unterricht von High-School- und College-Studenten genutzt werden können. Eine Vielzahl von Ressourcen ist verfügbar, die von gut definierten Projekten mit Materialien und Verfahren bis hin zu Projektideen reichen, die mehr kreatives Design-Denken und Projektentwicklung erfordern.

Um mehr über STEM-bezogene Themen zu erfahren, besuchen Sie Thomas Insights, wo Sie Artikel zu aktuellen Trends in Wirtschaft und Industrie einschließlich STEM-Initiativen finden können.

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