Sinh viên nghiên cứu khoa học về nén các hạt gốm siêu nhỏ. Họ đánh giá sự phát triển của mật độ và cấu trúc vi mô của gốm khi chúng được tổng hợp ở nhiệt độ cao. Sau đó, họ sử dụng gốm để làm thiết bị bảo vệ điện áp.
Bằng cách kết hợp các tài liệu hàng ngày vào các bài học khoa học, chương trình Mô-đun Thế giới Vật liệu (MWM) tại Đại học Northwestern đã tìm ra giải pháp giúp sinh viên hứng thú với việc học khoa học đồng thời giúp giáo viên đáp ứng các tiêu chuẩn giáo dục quốc gia và tiểu bang.
Các mô-đun dễ tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng có thể được kết hợp vào bất kỳ lớp khoa học nào vì phạm vi rộng của các môn học được đề cập trong các phần Dự án Hoạt động và Thiết kế. Mỗi mô-đun là một đơn vị khoa học bổ sung, mất 1-3 tuần thời gian trên lớp (khoảng 10 giờ) để hoàn thành.
MWM sẽ mang đến cho sinh viên cơ hội để hiểu thế giới xung quanh theo cách mà họ chưa từng trải qua trước đây. Các học phần thúc đẩy nhận thức về vai trò của khoa học và công nghệ trong xã hội và hướng dẫn sinh viên kiểm soát tốt hơn công việc của họ.
Xem nhanh mô-đun
Hoạt động 1: So sánh các thuộc tính để xác định vật liệu
Học sinh được phát một vật liệu bí ẩn và chơi trò thám tử để phân loại chất rắn chưa biết bằng cách so sánh các tính chất của nó với đặc tính của các vật liệu đã biết như thủy tinh, kim loại và nhựa. Các vật liệu này phải chịu các thử nghiệm axit, mài mòn và độ dẫn nhiệt và dẫn điện.
Hoạt động 2: Tìm kiếm đồ gốm
Học sinh tìm kiếm các đồ vật bằng gốm xung quanh mình và mô tả mục đích của đồ gốm dùng cho các đồ vật cụ thể. Họ cũng xác định các thuộc tính của gốm sứ và hình thành các giả thuyết về lý do tại sao một loại gốm được chọn để sử dụng trong từng đồ vật.
Hoạt động 3: Tìm hiểu bột ZnO
Học sinh bắt đầu bằng cách so sánh độ xốp trong cát và sỏi (Phần A). Sau đó, họ học cách tính phần trăm khối lượng riêng và độ xốp trong một chất, và so sánh độ xốp trong bột ZnO ướt (Phần C) với độ xốp trong bột ZnO khô (Phần B).
Hoạt động 4: Giảm độ xốp và trượt đúc
Học sinh khám phá các cách để loại bỏ độ xốp. Trong Phần A, họ thêm chất khử keo tụ vào bùn ZnO để tăng tính lưu động của bùn. Trong Phần B, họ tạo phôi trượt để loại bỏ nước khỏi huyền phù lỏng. Họ kiểm tra các phần thân không nung chảy (màu xanh lá cây) và nhận ra cách đúc trượt làm tăng mật độ và giảm độ xốp.
Hoạt động 5: Gốm nung kết
Trong phần A, học sinh sử dụng mô hình bong bóng xà phòng để mô phỏng sự phát triển của hạt trong quá trình nung. Sau khi nung các thân xanh trong lò nung, học sinh hoàn thành Phần B bằng cách đo mật độ nung và độ co ngót. Họ khám phá ra cách nung gốm biến một vật thể xốp, mềm, yếu thành một vật rắn mạnh và đậm đặc.
Hoạt động 6: Chế tạo biến trở
Học sinh gắn điện cực vào đĩa ZnO đã nung từ Hoạt động 5 để chế tạo thiết bị điện tử bằng sứ. Từ các phép đo của họ, học sinh nhận thấy rằng ZnO pha tạp bitmut có điện trở thay đổi được với điện áp đặt vào.
Đồ án thiết kế 1: Thiết kế một bộ triệt điện áp kẹp thấp
Sinh viên tạo ra một bộ biến điện áp ngưỡng ngưỡng thấp dựa trên bột ZnO pha tạp bitmut. Họ kiểm tra một cách có hệ thống ba nguyên mẫu của varistor và phân tích ảnh hưởng của việc thay đổi một thông số thiết kế đối với hiệu suất tổng thể của varistor.
Đồ án thiết kế 2: Tổng hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao
Sinh viên chế tạo chất siêu dẫn nhiệt độ cao bằng gốm dựa trên hệ thống YBCO. Họ kiểm tra một cách có hệ thống các nguyên mẫu để đánh giá tính khả thi của việc sử dụng phương pháp đúc trượt và phân tích ảnh hưởng của quá trình xử lý đối với hiệu suất của chất siêu dẫn.
Kết nối với chương trình giảng dạy của bạn
Các mô-đun của Thế giới Vật liệu rất đơn giản để tổ chức và chạy không tốn kém. Chúng được thiết kế để dễ dàng kết hợp vào bất kỳ phòng thí nghiệm khoa học hoặc bài giảng khoa học cấp trung học cơ sở hoặc trung học phổ thông nào. Biểu đồ dưới đây liệt kê các chủ đề được đề cập trong các phần Hoạt động và Dự án Thiết kế của học phần này.
|
Vật lý & Khoa học Vật lý
|
Hóa học
Địa chất & Khoa học Trái đất
|
Giáo dục kỹ thuật
Sinh học & Khoa học Đời sống
toán học
Nghệ thuật ngôn ngữ
|
Đoạn ghi hình
| Thomas Young nói về Mô-đun gốm sứ |
