Améliorer l'apprentissage STEM : Ressources de la Journée de la Fabrication 2020 pour lycéens et étudiants

Avec la pandémie de COVID-19 forçant de nombreuses écoles à s'éloigner de l'enseignement en présentiel vers un environnement d'apprentissage à distance, le défi de maintenir l'engagement des étudiants prend une importance accrue. Cela est particulièrement vrai dans les cours qui impliquent des matières STEM (Sciences, Technologie, Ingénierie et Mathématiques).

Lorsqu'elles sont enseignées dans un cadre présentiel traditionnel, les cours STEM combinent l'éducation au traitement théorique du sujet (tiré du matériel écrit comme dans les manuels) avec le traitement pratique du sujet (développé via le travail pratique des laboratoires, expérimentations, et l'utilisation d'instruments et matériaux). En passant à un environnement d'apprentissage à distance, les techniques pour éduquer les étudiants sur les principes sous-jacents d'un sujet sont beaucoup plus faciles à transférer avec succès que les aspects plus pratiques et pratiques.

Pour combler ce fossé, nous avons identifié certaines ressources qui peuvent être utilisées pour fournir aux étudiants au niveau lycée ou université 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 d'idées de projets potentiels, dont beaucoup peuvent être réalisés depuis chez soi avec un besoin minimal d'acheter des fournitures ou matériaux spéciaux. D'autres projets des ressources ci-dessous, surtout ceux au niveau universitaire, nécessiteront probablement que les étudiants fassent un certain investissement en matériaux, composants et équipements qui ne se trouvent pas habituellement dans un foyer typique. Ce sont des projets de niveau supérieur qui seraient normalement accomplis dans un cours de laboratoire universitaire, éventuellement en groupe collaboratif, sous la direction d'un instructeur ou conseiller.

Ressources projets STEM pour lycéens

Voici des ressources STEM qui fournissent des idées de projets adaptées aux étudiants de niveau lycée.

Science Buddies

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

Il y a aussi un filtrage disponible pour choisir le niveau de classe souhaité pour le projet, et pour affiner les projets basés sur les préférences concernant la durée du projet, le coût du projet, et la disponibilité des matériaux.

Quand un projet spécifique est consulté, des détails supplémentaires sont fournis comme un arrière-plan pour le projet, le matériel spécifique nécessaire, et la procédure à suivre pour compléter le projet. Le site fournit aussi des variations que vous pouvez appliquer pour personnaliser le projet et a une section d'aide avec FAQ.

Creation Crate

Le site web Creation Crate a une variété de projets style kit adaptés à un étudiant plus jeune, mais une page de leur blog contient des projets plus avancés comme ceux autour du génie mécanique.

Ici vous trouverez un mélange de projets de complexité variable de simple à sophistiqué. Au bas de l'échelle de complexité, un projet comme construire un bras robotique en carton et attaches zip. Projets niveau intermédiaire incluent construire un ballon météo haute altitude complet avec enregistreur de données alimenté par l'IDE open source Arduino (Integrated Development Environment) qui tourne depuis votre ordinateur. Au haut de l'échelle de complexité, un projet pour construire un robot auto-équilibré qui évite les obstacles et reste droit et équilibré même en portant une charge. Ce projet est aussi construit en utilisant la plateforme Arduino IDE.

ThoughtCo.

En plus de présenter du contenu précieux pour éduquer les étudiants en sciences, tech et maths, le site ThoughtCo.com a aussi une page web d'idées pour projets de foire scientifique en ingénierie. Ces projets ne sont pas entièrement développés en forme procédurale, et nécessiteront donc que l'étudiant les entreprenant fasse de la recherche indépendante pour définir davantage la portée, le processus et l'approche nécessaires pour transformer l'idée en un projet qui peut être exécuté avec succès. C'est donc plus adapté à un niveau de classe supérieur et aux étudiants qui ne sont pas facilement frustrés par le fait de devoir définir leur projet plutôt que d'exécuter un processus déjà développé.

Jet Propulsion Laboratory (JPL)

Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, qui est un centre de recherche et développement financé fédéralement administré et géré par le California Institute of Technology (Caltech), a une série d'activités de classe, laboratoires, et ensembles de problèmes qui couvrent les sujets STEM et qui relatent à l'exploration spatiale.

Des filtres sur la page d'activités permettent aux utilisateurs de filtrer par type d'activité, sujet focal, niveau de classe, et sujets spécifiques dans le domaine général. Les détails sur chaque activité incluent une vue d'ensemble, matériaux nécessaires, arrière-plan pour comprendre l'activité, et procédures à suivre.

La gamme de sujets est assez large et inclut :

• Aéronautique
• Astrobiologie
• Astronomie
• Chimie
• Programmation informatique
• Sciences de la Terre et de l'Espace
• Électricité & Magnétisme
• Chaleur & Thermodynamique
• Lumière & Optique
• Mathématiques
• Sciences physiques

STEM-Works

Le site web STEM-Works a une section projets dédiée aux activités qui peuvent être faites à la maison. Ces projets scientifiques sont orientés vers les lycéens et plus jeunes et incluent projets focalisés sur météo extrême, innovations médicales, robotique, espace, jeux vidéo, robotique, et énergie éolienne. Les pages d'activité fournissent des détails supplémentaires sur comment effectuer le projet ou la tâche. Certaines activités sont virtuelles en utilisant des logiciels interactifs.

Exploratorium

Le site web Exploratorium contient une variété d'activités pour lycéens et enfants plus jeunes. Les projets scientifiques sont appelés « Science Snacks » et sont des activités testées par des enseignants qui utilisent des matériaux peu coûteux et facilement disponibles. Les sujets couverts incluent astronomie et sciences spatiales, biologie, chimie, sciences de la terre, ingénierie et technologie, sciences environnementales, physique, et mathématiques.

Sciencing

Sur Sciencing, il y a une section pour projets scientifiques qui va jusqu'au niveau neuvième année. Les sujets de projets incluent ingénierie biomédicale, chimie, biologie, et sciences forensiques. Leurs autres articles ont aussi des vidéos instructives.

Ressources projets STEM pour étudiants universitaires

Voici des ressources STEM qui fournissent des idées de projets adaptées aux étudiants universitaires ou lycéens avancés.

Electronicsforu.com

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

Chaque projet montre une brève description de la fonction du circuit ou du problème adressé et contient un lien vers une page de projet qui montre les détails complets de ce projet. Les détails incluent diagrammes schématiques, listes de composants, tables de circuits logiques, descriptions des opérations de circuit, guidance d'assemblage et diagrammes de layout PCB et composants téléchargeables.

Quelques exemples de projets incluent :

• Système de suivi solaire bi-axial
• Convertisseur 5V DC vers 48V DC pour alimentations fantômes
• Tampon audio haute impédance avec JFET
• Capteur d'incendie basé sur diode PIN
• Alimentation ±5V depuis batterie 9V
• Relais de détection de mouvement infrarouge
• Détecteur de fuite GPL à faible coût
• Commutation automatique secteur, onduleur solaire ou générateur
• Générateur de signal et onduleur utilisant temporisateurs NE555
• Adaptateur configurable RS232 vers TTL vers I2C

PhET Interactive Simulations

L'Université du Colorado à Boulder héberge PhET Interactive Simulations, qui offre 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 mathématiques à travers 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 et d'observer les changements de pression et température alors que de la chaleur est ajoutée ou retirée ou le volume de la chambre est altéré. Vous pouvez aussi varier la taille des particules des molécules de gaz et compter le nombre de collisions de ces molécules avec les parois de la chambre pour une période donnée.

Plus de 150 simulations sont disponibles pour explorer et couvrent les domaines, incluant Physique, Chimie, Mathématiques, Sciences de la Terre, et Biologie. Les filtres permettent à l'utilisateur de restreindre les résultats par sous-sujet dans les domaines généraux par niveau de classe, qui inclut les sujets niveau Université, et par compatibilité logicielle. Certaines simulations nécessitent Java ou Flash, tandis que d'autres tourneront sur navigateurs HTML standard. Des options de langue sont aussi disponibles pour convenir aux utilisateurs de différentes localités.

Instructables

Sur Instructables, les utilisateurs téléchargent différents projets qu'ils ont complétés, avec guides et vidéos. Bien qu'il y ait une variété de catégories couvertes sur le site, les projets liés aux circuits en présentent certains qu'un étudiant en génie électrique pourrait implémenter à la maison. Après création d'un compte, les utilisateurs peuvent télécharger des PDFs et poser des questions à d'autres utilisateurs sur les projets. Il y a aussi des cours disponibles qui couvrent des sujets comme l'impression 3D, CNC, et l'électronique ainsi que des sujets d'intérêt plus général incluant atelier, couture, artisanat, cuisine, design, et projets pour enfants.

GeeksforGeeks

Le site GeeksforGeeks a des projets de codage adaptés aux codeurs de niveau universitaire. Les utilisateurs peuvent choisir un projet par programme, qui inclut projets C++, Java, et Python. Il y a aussi 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 la maison qui offre une variété de projets de codage, incluant développement de page web, gaming, et app lab, game lab, sprite lab, et dessin. Les étudiants peuvent obtenir de l'expérience pratique avec le codage et apprendre en suivant des cours en ligne gratuits.

Interesting Engineering

Le site Interesting Engineering a une page de 12 projets de génie électrique qui aideront les étudiants à élargir leurs connaissances sur la conception, contrôle, et maintenance d'équipements électriques. Les projets sont décrits brièvement mais ne sont pas entièrement détaillés, donc l'étudiant devra faire de la recherche et développer leurs designs, nomenclatures, et ensuite construire et tester le projet, ce qui explique pourquoi nous l'avons placé dans la section ressources STEM projets plus avancés.

Résumé

Cet article a fourni un aperçu de certaines ressources liées aux projets STEM qui pourraient être utilisées pour l'enseignement à distance de lycéens et d'étudiants universitaires. Une variété de ressources sont disponibles, allant de projets bien définis avec matériaux et procédures déjà en place à des idées de projets qui nécessitent plus de pensée créative en design et développement de projet.

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

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