Manufacturing Day 2020 : ressources STEM pour les étudiants du secondaire et du collégial

Avec la pandémie de COVID-19 forçant 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 croissante. 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 dans le traitement théorique du sujet ( glanées à partir de documents écrits tels que trouvés 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 quelques ressources qui peuvent être utilisées pour fournir aux élèves du secondaire ou au niveau collégial avec des projets 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 besoin minimal d'acheter des fournisseurs ou des matériaux spéciaux. D'autres projets des ressources ci-dessous, en particulier ceux de niveau collégial, nécessiteront probablement que les étudiants investissent dans des matériaux, des composants et de l'équipement qui ne se trouvent généralement pas dans un 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 proposent des idées de projets adaptés aux élèves du secondaire.

Copains 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'explorer ces sujets pour choisir un domaine plus spécifique. Par exemple, au sein de l'ingénierie, les choix de sous-thèmes incluent le génie civil, l'électricité et l'électronique, l'énergie et l'électricité, l'ingénierie environnementale, la science des matériaux, l'ingénierie mécanique, la robotique et l'exploration spatiale.

Un filtrage est également disponible pour choisir le niveau scolaire souhaité pour le projet et pour affiner les projets en fonction des préférences concernant la durée du projet, le coût du projet et la disponibilité des matériaux.

Lorsqu'un projet spécifique est consulté, des détails supplémentaires sont fournis, tels que l'historique 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 création de caisses propose une variété de projets de style kit adaptés à un étudiant plus jeune, mais une page sur 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, du simple au sophistiqué. À l'extrémité inférieure de l'échelle de complexité se trouve un projet tel que la construction d'un bras robotique à partir de carton et de fermetures éclair. Les projets de niveau intermédiaire incluent la construction d'un ballon météo 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 à équilibrage automatique qui évite les obstacles et reste droit et équilibré même lorsqu'il transporte 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 en ingénierie. Ces projets ne sont pas entièrement développés sous une forme procédurale et, par conséquent, l'étudiant qui les entreprend devra faire des recherches indépendantes pour définir davantage 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 aux 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 qui est 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 se rapportent à 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 sur chaque activité incluent 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 :

• Aéronautique
• Astrobiologie
• Astronomie
• Chimie
• Programmation informatique
• Sciences de la Terre et de l'espace
• Électricité et magnétisme
• Chaleur et thermodynamique
• Lumière et optique
• Mathématiques
• Sciences physiques

STEM-Fonctionne

Le site Web STEM-Works a une section de projet dédiée aux activités qui peuvent être faites à la maison. Ces projets scientifiques s'adressent aux élèves du secondaire et aux plus 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 « collations scientifiques » et sont des activités testées par les enseignants qui utilisent du matériel peu coûteux et facilement disponible. Les sujets abordés 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.

Sciences

Sur Science, 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 science médico-légale. Leurs autres articles contiennent également des vidéos pédagogiques.

Ressources du projet STEM des étudiants de niveau collégial

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

Electronicsforu.com

Pour ceux qui étudient le génie électrique, le site Web electronicsforu.com contient 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 à résoudre et contient un lien vers une page de projet qui montre tous les détails de ce projet. Les détails incluent 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 configuration de circuits imprimés et de composants téléchargeables.

Voici quelques exemples de projets :

• Système de suivi solaire à deux axes
• Convertisseur 5 V CC à 48 V CC pour alimentations fantômes
• Tampon audio haute impédance avec JFET
• Capteur d'incendie basé sur une diode PIN
• Plus moins d'alimentation 5 V à partir d'une batterie 9 V
• 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 RS232 vers TTL vers I2C configurable

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 de la science 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 de 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, notamment 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-thème dans les domaines généraux par niveau scolaire, qui comprend des thèmes de niveau universitaire, et par compatibilité logicielle. Certaines simulations nécessitent Java ou Flash, tandis que d'autres s'exécuteront sur des navigateurs HTML standard. Des options de langue sont également disponibles pour s'adapter 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 certaines 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 général, 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, qui comprend des 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, notamment le développement de pages Web, les jeux et le laboratoire d'applications, le laboratoire de jeux, le laboratoire de sprite et le dessin. Les étudiants peuvent acquérir une expérience pratique du codage et apprendre en suivant des cours en ligne gratuitement.

Ingénierie intéressante

L'intéressant site Web d'ingénierie contient une page de 12 projets d'ingénierie 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. L'étudiant devra donc 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 des 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 étudiants du secondaire et du collégial. 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 des entreprises et de l'industrie, y compris les initiatives STEM.

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