Động lực chính của Chương trình MWM là thu hút sinh viên hiểu biết về tấm thảm phong phú của vật liệu bao quanh họ và tạo cơ hội để tạo ra các vật liệu hoặc vải mới cho thế giới của chúng ta. Các Mô-đun Thế giới Vật liệu tạo ra một môi trường tìm hiểu khoa học trong bối cảnh thiết kế liên quan đến các đối tượng vật liệu; sinh viên suy ngẫm về các vấn đề thiết kế mà các nhà khoa học và kỹ sư gặp phải hàng ngày tại nơi làm việc. Kết hợp điều tra trong bối cảnh thiết kế vật liệu giúp cung cấp mục đích và cấu trúc trong việc học các khái niệm khoa học cơ bản.
Tại sao phải nghiên cứu tài liệu?
Trong suốt phần lớn lịch sử loài người, sự tiến bộ được xác định bởi những tiến bộ trong vật liệu mà xã hội loài người sử dụng, chẳng hạn như trong thời kỳ đồ đá, thời kỳ đồ đồng và thời kỳ đồ sắt. Ngày nay, trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người, vật liệu tiếp tục tác động đến mọi mặt của xã hội và nâng cao đáng kể chất lượng cuộc sống.
Tính chất “cụ thể” của vật liệu làm cho các khái niệm trừu tượng dễ tiếp cận, dễ nhớ và trực quan hơn cho học sinh. Người học ở mọi lứa tuổi có thể dễ dàng hiểu rằng việc chế tạo một công cụ tốt hơn – rẻ hơn, nhẹ hơn, mạnh hơn, nhanh hơn hoặc an toàn hơn cho môi trường – thường có nghĩa là sử dụng một vật liệu khác để chế tạo công cụ đó.
Vật liệu liên tục được pha chế hoặc phát minh để đáp ứng nhu cầu của khoa học và xã hội. Chúng ta có thể tạo ra da, máu và xương tổng hợp. Chúng ta có thể tạo ra các siêu xa lộ thông tin từ thủy tinh. Chúng ta có thể làm lá chắn để bảo vệ các máy bay bay vào và ra khỏi bầu khí quyển của Trái đất. Chúng ta có thể tạo ra những vật liệu có khả năng tự sửa chữa, phồng lên và uốn dẻo như cơ bắp, có tác dụng đẩy lùi mực hoặc sơn và thu năng lượng của mặt trời.
Ngày nay, các hệ thống vật liệu thúc đẩy mọi thứ, từ điện thoại di động đến chẩn đoán y tế và các vật liệu sinh học và nano tiên tiến đang thúc đẩy giới hạn của khoa học và công nghệ trong năng lượng tái tạo, chăm sóc sức khỏe, bảo vệ môi trường, truyền thông tốc độ cao và an ninh toàn cầu. Trong suốt thế kỷ XXI và hơn thế nữa, vật liệu sẽ tiếp tục cho phép công nghệ khám phá các biên giới mới và phát triển các cách thức hiệu quả hơn và sạch hơn để cung cấp năng lượng cho thế giới.
Yêu cầu Khoa học và Thiết kế Kỹ thuật
Một cấu trúc quan trọng của chương trình MWM là sử dụng điều tra khoa học và thiết kế kỹ thuật. Kể từ năm 1993, các mô-đun MWM đã dạy các khái niệm STEM cụ thể thông qua câu hỏi do sinh viên hướng dẫn, và sau đó thách thức sinh viên thể hiện sự hiểu biết của họ về các khái niệm này bằng cách sử dụng chúng để thiết kế các sản phẩm chức năng. Ngày nay, hoạt động thực hành kết hợp giữa tìm hiểu khoa học và thiết kế kỹ thuật là điểm nhấn chính của NGSS (NGSS Lead States, 2013) và cần thiết cho việc tích hợp STEM. Nó thể hiện sự phụ thuộc lẫn nhau của khoa học và kỹ thuật, mang lại cho sinh viên cơ hội áp dụng các nguyên tắc toán học vào các vấn đề khoa học và kỹ thuật (Trung tâm Hiệp hội các nhà quản lý quốc gia về Thực tiễn tốt nhất, 2010), và là trung tâm của chu trình R&D công nghệ, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về vai trò của khoa học và kỹ thuật đối với xã hội và nền kinh tế. Thực hành thiết kế kỹ thuật được mô tả là đặc biệt quan trọng đối với việc tăng tính đa dạng trong STEM vì nó “bao gồm những học sinh có thể bị gạt ra ngoài lề trong lớp học khoa học hoặc khoa học có kinh nghiệm vì không liên quan đến cuộc sống hoặc tương lai của họ (NGSS Hoa Kỳ, 2013 ).
- Thông qua thực hành thực hành của MWM về điều tra khoa học và thiết kế kỹ thuật, mỗi mô-đun MWM đáp ứng tất cả tám thực hành khoa học và kỹ thuật được quy định trong NGSS (NGSS Lead States, 2013).
- Phương pháp MWM cũng thực hiện các i quá trình thiết kế kỹ thuật terative nêu trong NGSS . Các dự án thiết kế thách thức sinh viên giải quyết “các vấn đề có ý nghĩa xã hội và toàn cầu” (ví dụ như thiết kế một loại thuốc để nhắm mục tiêu tế bào ung thư hoặc chất xúc tác môi trường để cải thiện chất lượng nước) và “tham gia vào một loạt các cân nhắc” khi họ tinh chỉnh và tối ưu hóa thiết kế của mình, bao gồm tính khả thi của việc sản xuất và thực hiện, nhu cầu của người dùng cuối (ví dụ: chi phí, tính dễ sử dụng) và nhu cầu của xã hội (ví dụ: an toàn, tác động môi trường)
| Tiêu đề |
|---|
| Mục tiêu học tập |
| Yêu cầu & Thiết kế |
| Phương pháp tiếp cận liên ngành |
| Phương pháp tiếp cận MWM để thiết kế kỹ thuật |