1. Khoa học vật liệu là gì?
Khoa học Vật liệu là nghiên cứu về các đặc điểm và cách sử dụng của các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như kim loại, gốm sứ và chất dẻo (polyme) được sử dụng trong khoa học và công nghệ. Lĩnh vực nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc của vật liệu và đặc tính của chúng. Về bản chất, khoa học vật liệu là liên ngành, sử dụng và tích hợp các khái niệm và kỹ thuật từ nhiều ngành, bao gồm hóa học, sinh học, vật lý và toán học và bao gồm các yếu tố hóa học, cơ khí, dân dụng và kỹ thuật điện.
2. Công nghệ nano là gì?
Công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học và công nghệ ứng dụng bao gồm một loạt các chủ đề. Chủ đề thống nhất chính là việc kiểm soát vật chất ở quy mô nhỏ hơn 1 micromet , thường xấp xỉ từ 1 đến 100 nanomet, cũng như việc chế tạo các thiết bị có kích thước này. Nó là một lĩnh vực đa ngành cao , rút ra từ các lĩnh vực như vật lý ứng dụng , khoa học vật liệu , khoa học chất keo , vật lý thiết bị , hóa học siêu phân tử và thậm chí cả kỹ thuật cơ và điện. Nhiều suy đoán tồn tại về những gì khoa học và công nghệ mới có thể tạo ra từ những dòng nghiên cứu này. Công nghệ nano có thể được coi là sự mở rộng của các ngành khoa học hiện có sang quy mô nano, hoặc là sự đúc kết lại các ngành khoa học hiện có bằng cách sử dụng một thuật ngữ mới hơn, hiện đại hơn. (Nguồn: Wikipedia )
Hai cách tiếp cận chính được sử dụng trong công nghệ nano. Trong cách tiếp cận “từ dưới lên”, vật liệu và thiết bị được chế tạo từ các thành phần phân tử tự lắp ráp về mặt hóa học bằng các nguyên tắc nhận biết phân tử . Trong cách tiếp cận “từ trên xuống”, các đối tượng nano được xây dựng từ các thực thể lớn hơn mà không có sự kiểm soát ở cấp độ nguyên tử. Động lực cho công nghệ nano xuất phát từ mối quan tâm mới đến khoa học chất keo, cùng với thế hệ công cụ phân tích mới như kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và kính hiển vi quét đường hầm (STM) . Kết hợp với các quy trình tinh chế như in thạch bản chùm điện tử và biểu mô chùm tia phân tử, những công cụ này cho phép thao tác có chủ ý các cấu trúc nano, và dẫn đến việc quan sát các hiện tượng mới lạ. (Nguồn: Wikipedia )
3. Điều tra là gì?
Theo nghĩa chung nhất, điều tra có thể được định nghĩa là tìm kiếm kiến thức, thông tin hoặc sự thật. Trong tìm hiểu khoa học, tìm kiếm là để hiểu về thế giới tự nhiên: Các nhà khoa học (hoặc sinh viên) nghiên cứu thế giới tự nhiên, xây dựng các câu hỏi có thể tìm lại được, thiết kế và thực hiện các cuộc điều tra khoa học, đồng thời đưa ra các giải thích và mô hình dựa trên những phát hiện của họ. Ngoài việc giao tiếp và bảo vệ nghiên cứu của riêng mình, họ cũng nhìn nhận và phân tích công việc của người khác. Về phương diện giáo dục khoa học, tìm hiểu bao gồm các hoạt động của học sinh, trong đó học sinh không chỉ học cách các nhà khoa học thực hành phương pháp điều tra này, mà còn tự mình sử dụng phương pháp này và phát triển kiến thức và hiểu biết về các khái niệm khoa học.
Mời các bạn tham khảo Sư phạm để tìm hiểu thêm về khái niệm “yêu cầu thông qua thiết kế” của chúng tôi, là cơ sở sư phạm của chương trình MWM.
4. Các mô-đun được hướng tới những cấp lớp nào?
Các học phần được thiết kế để linh hoạt và có thể áp dụng cho bất kỳ cấp lớp nào trong bốn cấp lớp ở trường trung học phổ thông (9-12). Giáo viên có thể thiết lập các hoạt động và thiết kế các dự án theo bất kỳ cách nào mà họ cảm thấy phù hợp với nhu cầu và khả năng của học sinh cụ thể của họ. Một số học phần cũng có thể được, và đã được điều chỉnh cho phù hợp với cấp trung học cơ sở (6-8). Một số module được đặc biệt phù hợp với các cấp trung học cơ sở, chẳng hạn như, phân huỷ sinh học Vật liệu , Composites , bê tông , bao bì thực phẩm Vật liệu , Giới thiệu về nano , Interactive i-MWM Giới thiệu về các nano , và thể thao Vật liệu mô-đun.
5. Các tùy chọn đánh giá có sẵn cho các mô-đun là gì?
Các mục đánh giá cho các bài kiểm tra cuối học phần có sẵn cho hầu hết các học phần. Người dùng MWM sẽ có thể tải xuống một bộ câu hỏi đánh giá sinh viên cho mô-đun cụ thể khi họ mua hàng.
Về vấn đề phía trước của các phiên bản của giáo viên của các mô-đun, có thêm thông tin về các lựa chọn đánh giá. Xem thêm phần văn bản bao quanh các trang của học sinh; có các mẹo đánh giá và ý tưởng dự án danh mục đầu tư trong suốt các hoạt động.
Bạn cũng có thể tham khảo trang Hỗ trợ người dùng / Đánh giá sinh viên của MWM trên trang web MWM.
6. Các mô-đun riêng lẻ đã được sử dụng như thế nào trong các lớp khoa học truyền thống, chẳng hạn như hóa học, sinh học và vật lý hoặc trong việc tạo ra các khóa học mới?
Ban đầu, các học phần được sử dụng làm tài liệu giáo dục bổ sung để nâng cao các lớp toán và khoa học truyền thống ở trường trung học. Bảng bên dưới hiển thị số lượng và loại khóa học đã sử dụng tám mô-đun được xuất bản đầu tiên. Ngoài khoa học trung học cơ sở, chín khóa học trung học phổ thông khác nhau đã sử dụng MWM từ năm 1996 đến 1998: vật lý, hóa học, sinh học, khoa học vật lý, khoa học trái đất, khoa học chung, hóa học / vật lý, giáo dục công nghệ / kỹ thuật và toán học.
|
Vật liệu tổng hợp
|
Phân hủy sinh học.
|
Cảm biến sinh học
|
Sen thông minh
|
Bê tông
|
Gói thực phẩm
|
Thảm thể thao
|
Polyme
|
|
|
Thể chất
|
X
|
.
|
.
|
X
|
X
|
.
|
X
|
.
|
|
Chem
|
X
|
X
|
X
|
X
|
X
|
.
|
.
|
X
|
|
Tiểu sử
|
X
|
X
|
X
|
X
|
.
|
.
|
.
|
.
|
|
Phys Sci
|
X
|
X
|
.
|
X
|
X
|
.
|
.
|
.
|
|
Earth Sci
|
X
|
.
|
.
|
X
|
.
|
.
|
X
|
.
|
|
Khoa học thế hệ
|
X
|
X
|
.
|
X
|
X
|
X
|
X
|
.
|
|
Ch / Phys
|
X
|
.
|
.
|
X
|
.
|
.
|
.
|
X
|
|
Tech / Eng
|
X
|
.
|
.
|
.
|
.
|
.
|
.
|
.
|
|
môn Toán
|
X
|
.
|
.
|
.
|
.
|
.
|
.
|
.
|
|
Ở giữa
|
X
|
X
|
X
|
X
|
X
|
.
|
X
|
.
|
Vật liệu tổng hợp, Cảm biến thông minh, Vật liệu phân hủy sinh học, Vật liệu bê tông và Thể thao đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành khác nhau vì tính chất liên ngành của chúng. Các lớp khoa học tổng hợp và hóa học trung học phổ thông và các lớp khoa học trung học cơ sở xếp hạng trong số những người sử dụng mô-đun hàng đầu.
Một cuộc kiểm tra thực địa ngẫu nhiên trên toàn quốc đã được thực hiện trong giai đoạn 2002-2006 tại 118 trường học trên 42 tiểu bang. Trong quá trình kiểm tra lĩnh vực này, loại lớp khoa học được mở rộng lên 40, bao gồm Hóa học AP, Công nghệ sinh học, Giới thiệu về Kỹ thuật, v.v., như được hiển thị trong phần sau:
Sử dụng kết hợp các mô-đun làm “neo” cho một khóa học
Một giáo viên khoa học vật lý tại trường trung học Schaumburg, Schaumburg, IL sử dụng kết hợp các mô-đun Vật liệu tổng hợp, Vật liệu thể thao và Bê tông làm đơn vị cốt lõi để duy trì lớp học khoa học vật lý của mình trong suốt cả năm. Giáo viên sẽ bắt đầu năm học với mô-đun Composites để thu hút học sinh tham gia vào phương pháp khoa học và cho phép học sinh của mình tạo ra các thí nghiệm của riêng họ để kiểm tra giả thuyết của họ. Trước kỳ nghỉ đông, anh ấy sẽ sử dụng mô-đun Vật liệu thể thao như một điểm cao nhất của các khái niệm lực và chuyển động và thách thức sinh viên của mình áp dụng các khái niệm đã học trong đơn vị lực / chuyển động để thiết kế quả bóng thể thao của riêng họ và tạo ra một sân gôn mini để kiểm tra các quả bóng . Mô-đun Bê tông cuối cùng được sử dụng vào gần cuối năm để củng cố các khái niệm hóa học và môi trường trong việc tạo và thử nghiệm các thiết kế bê tông của riêng họ.
Tạo một khóa học thiết kế vật liệu mới
Kate Heroux, giáo viên khoa học tại trường trung học Lake Forest, Lake Forest, IL muốn học sâu hơn nữa. Vì vậy, cô đã liên hệ với ban giám hiệu để tạo ra một khóa học Thiết kế Vật liệu mới như một khóa học tiên phong cho học sinh trung học phổ thông. Khóa học học kỳ mới cho phép sinh viên đã học hầu hết hoặc tất cả khóa học khoa học yêu cầu của họ để áp dụng và theo đuổi sở thích của riêng họ trong các chủ đề đặc biệt phù hợp với các học phần. Sinh viên sử dụng một trong các mô-đun làm điểm khởi đầu và sau đó thực sự tham gia vào nghiên cứu và phát triển để tạo ra một thiết kế sản phẩm mới hoặc cải tiến. Khóa học lên đến đỉnh điểm trong một Hội nghị chuyên đề về Thiết kế Vật liệu toàn trường để giới thiệu “sản phẩm” của họ cho toàn bộ sinh viên. Sau đó, cô tiếp tục viết luận án Tiến sĩ để ghi lại kinh nghiệm của mình. Luận án của cô ấy có quyền: Làm thế nào để giáo viên khoa học trung học hiểu và thực hiện thiết kế công nghệ trong lớp học của họ?
Tạo các khóa học Nano-STEM mới
Khái niệm năng lượng được đề cao nổi bật trong các tiêu chuẩn khoa học thế hệ tiếp theo, như một trong những khái niệm khoa học vật lý cốt lõi cũng như một khái niệm liên ngành (NGSS-D3.PS3.B, PS3.D, ESS3.A, ESS3.B, ESS3.C, D2.CC5), và sẽ là một trong những chủ đề quan trọng nhất / các vấn đề phải đối mặt với chúng tôi trong vòng 21 st thế kỷ. Nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới tiếp tục tăng trong tương lai gần. NGSS kêu gọi sinh viên “kiểm tra và xây dựng các giải pháp cho nhiều thách thức đối với sự ổn định lâu dài của con người trên Trái đất.” (NGSS-D3.ESS3: Trái đất và Hoạt động của con người) Do đó, chủ đề về năng lượng cung cấp một bối cảnh hấp dẫn cho việc học và giúp học sinh nhận ra rằng việc lựa chọn tài nguyên năng lượng một cách khôn ngoan là rất quan trọng để duy trì một trái đất trong tương lai bền vững!
Sự xuất hiện của công nghệ nano với tư cách là công nghệ xuyên suốt và cho phép chủ chốt mang lại tiềm năng duy nhất cho những đột phá công nghệ mang tính quyết định trong nhiều lĩnh vực của xã hội. Các mô-đun dựa trên Nano của MWM có thể dễ dàng kết hợp để tạo ra một khóa học theo dõi nano học kỳ về Công nghệ nano và Năng lượng , chẳng hạn như khóa học được hiển thị bên dưới và các khóa học theo dõi nano tương tự khác đối phó với những thách thức toàn cầu quan trọng:
Bằng cách cho phép sinh viên tham gia vào việc thiết kế các giải pháp dựa trên công nghệ nano, mô-đun sẽ truyền cảm hứng cho sinh viên hứng thú hơn với khả năng của họ để đóng góp cho một tương lai toàn cầu bền vững hơn.
7. Nhóm MWM đã đưa ra các chủ đề cho các mô-đun như thế nào?
Chương trình MWM là một nỗ lực phát triển không ngừng nhằm cung cấp các chủ đề khoa học vật liệu minh họa để làm phong phú thêm chương trình khoa học phổ thông hiện có và thể hiện mối liên hệ cụ thể giữa các khái niệm được học trong các ngành khác nhau và cuộc sống hàng ngày. Các chủ đề có thể được phân loại là các tài liệu xã hội quan trọng, có thể được phân loại thêm thành: a) hệ thống vật liệu và b) vật liệu và xã hội. Chương trình MWM đang tiếp tục tìm kiếm những nỗ lực hợp tác với các viện nghiên cứu và các ngành công nghiệp để phát triển thêm các mô-đun phù hợp với lớp học.
8. Tôi có thể liên hệ với các giáo viên khác đã sử dụng các học phần không?
Nhiều người dùng MWM kỳ cựu của chúng tôi sẽ vui lòng chia sẻ kinh nghiệm của họ với các giáo viên khác. Vui lòng liên hệ với chúng tôi trước và chúng tôi có thể kết nối bạn với những giáo viên MWM kỳ cựu này bằng cách sử dụng phần Liên hệ với chúng tôi trên trang web của chúng tôi.
9. Làm cách nào để tôi có thể sử dụng các mô-đun này làm bàn đạp cho các hoạt động phong phú?
Mô-đun này chỉ đại diện cho một cửa sổ nhỏ về các công nghệ tiên tiến và sự đa dạng phong phú của tất cả các ngành của khoa học vật liệu nằm ngoài tầm với của sách giáo khoa hiện hành. Một giáo viên, sau khi dạy Mô-đun cảm biến thông minh về áp điện hồi đầu năm học, đã cho học sinh của mình cố gắng sửa đổi một polyme nylon có số lẻ để trở thành áp điện, như một dự án cuối năm. Sử dụng nhiệt và một cuộn dây tesla, các sinh viên đã có thể chứng minh thành công rằng các mômen cực của phân tử nylon có thể bị thay đổi để tạo ra xung điện khi bị biến dạng.
10. Những loại tài nguyên nào có sẵn để hỗ trợ việc triển khai Chương trình giảng dạy MWM vào lớp học của tôi?
Làm quen với các bài viết khác nhau về phần ” Triển khai lớp học ” và ” Đánh giá học sinh ” trong phần Hỗ trợ người dùng của MWM và xem qua các liên kết tài nguyên cho các mô-đun riêng lẻ trên trang web này sẽ là bước đầu tiên tốt. Chương trình MWM cũng cung cấp các hội thảo do các giáo viên MWM bậc thầy thực hiện để đào tạo người dùng mới trong việc thực hiện chương trình giảng dạy trong lớp học của họ. Các nguồn bổ sung có thể được tìm thấy trong các chương địa phương của hiệp hội khoa học vật liệu và kỹ thuật hoặc các phòng khoa học vật liệu trong các trường đại học hoặc phòng thí nghiệm nghiên cứu gần đó. Trong tương lai gần, MWM sẽ cung cấp nhiều loại tài nguyên kỹ thuật số và đa phương tiện ảo cho người dùng MWM.
11. Sinh viên thể hiện những kỹ năng gì khi họ sử dụng MWM?
Các giáo viên sử dụng MWM đã xác định được nhiều kỹ năng mà học sinh đã thể hiện, cả trong và sau khi trải nghiệm sử dụng các mô-đun trên lớp. Những kỹ năng này thuộc một số loại, bao gồm:
- Kỹ năng trong phòng thí nghiệm: đo lường, thao tác thiết bị, ghi dữ liệu, vẽ đồ thị, thực hiện các phép tính toán học, đưa ra và thực hiện các thí nghiệm có kiểm soát, đưa ra dự đoán
- Kỹ năng giao tiếp: hợp tác để đạt được mục tiêu chung, động não, giải thích ý tưởng cho người khác, thuyết phục, sử dụng chiến lược giải quyết vấn đề, làm việc để đạt được sự đồng thuận, chuyển các quan sát thành thảo luận, sử dụng thuật ngữ và từ vựng mới trong làm việc nhóm, dẫn dắt các sinh viên khác
- Ứng dụng kiến thức khoa học và toán học: khám phá những cách thức mới để tích hợp các khái niệm khoa học, toán học và công nghệ; tổng hợp thông tin để tạo ra một sản phẩm hoặc thiết kế mới; chuẩn bị báo cáo kỹ thuật trên máy tính sử dụng các chương trình như Excel
Ngoài ra, vào năm 2006, Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia (NRC) đã xuất bản Báo cáo Phòng thí nghiệm của Hoa Kỳ, trong đó hội đồng báo cáo về tình trạng khoa học phòng thí nghiệm trong các lớp học trung học và đưa ra các khuyến nghị để cải thiện thực hành. Nhiều khuyến nghị của NRC đã được đưa vào MWM. Nhấp vào đây để xem bảng nêu rõ những điểm tương đồng nổi bật giữa các mục tiêu cốt lõi của NRC về cải tiến thực hành trong phòng thí nghiệm và các tính năng của mô-đun MWM.
12. Khắc phục sự cố: Tôi sẽ liên hệ với ai nếu có câu hỏi kỹ thuật về các mô-đun?
Mô-đun Thế giới Vật liệu
Đại học Northwestern
1801 Maple Avenue, Box # 37, Suite 2431
Evanston, IL 60201
Email: [email protected]
Tel. 847-467-2489
Fax. 847-467-5544
13. Tôi có thể tìm thông tin về chính sách bảo mật của MWM ở đâu?
Materials World Modules (MWM) cam kết bảo mật những thông tin mang tính riêng tư của các thành viên.