STEM学習を強化：高校生・大学生向け製造業の日2020リソース

COVID-19パンデミックで多くの学校が対面授業からリモート学習へ移行を余儀なくされる中、学生のエンゲージメント維持という課題がより重要になっています。これは特に、STEM科目（科学、技術、工学、数学）を扱う授業で顕著です。

従来の対面授業では、STEMコースは理論的学習（教科書等の文献から得られる知識）と実践的学習（ラボ、実験、器具・材料を用いた実地作業で養われるスキル）を組み合わせます。リモート学習環境への移行では、科目の基礎原理を教育する手法は比較的容易に移行できますが、実践的なハンズオン要素の移行は困難です。

このギャップを埋めるため、高校生または大学生レベルの学生が実行できる実践的ハンズオンプロジェクトを提供し、STEM科目の教育を補完できるリソースをいくつか特定しました。

以下のリソースには、様々な潜在的なプロジェクトアイデアが含まれており、その多くは特別な材料や用品を購入する必要が最小限で、自宅で実行可能です。一方、大学レベル向けの一部プロジェクト、特に以下のリソースにあるものは、一般家庭には通常ない材料、コンポーネント、機器への投資を学生に求める可能性があります。これらは通常、大学のラボ授業で、指導教員やアドバイザーの下、協働グループで実施される高度なプロジェクトです。

高校生向けSTEMプロジェクトリソース

以下は、高校生に適したプロジェクトアイデアを提供するSTEMリソースです。

Science Buddies

Science Buddiesウェブサイトは、高校生がSTEM科目を探求するのに適した幅広い科学プロジェクトを提供しています。地球・環境科学、生命科学、数学・コンピュータサイエンスなどの科目でフィルタリングでき、さらにこれらの科目内でより具体的な分野を選択できます。例えば工学では、土木、電気・電子、エネルギー・動力、環境工学、材料科学、機械工学、ロボティクス、宇宙探査などのサブトピックが選べます。

プロジェクトの対象学年、期間、コスト、材料入手性での絞り込みも可能です。

特定のプロジェクトを表示すると、プロジェクトの背景、必要な材料、実行手順などの詳細が提供されます。カスタマイズ用のバリエーションと、FAQ付きヘルプセクションもあります。

Creation Crate

Creation Crateウェブサイトには、より若い学生向けのキットスタイルプロジェクトが多数ありますが、ブログページには機械工学などのより高度なプロジェクトが掲載されています。

シンプルから高度まで、様々な複雑さのプロジェクトが混在しています。低複雑度側では、段ボールと結束バンドでロボットアームを作るプロジェクトなどがあります。中級レベルでは、ArduinoオープンソースIDE（統合開発環境）で動作するデータロガー付き高高度気球の製作などがあります。高複雑度側では、荷物を運んでも直立バランスを保ち、障害物を回避する自己バランスロボットの製作があります。これもArduino IDEプラットフォームで構築されます。

ThoughtCo.

科学、技術、数学の教育コンテンツを提供するだけでなく、ThoughtCo.comには工学サイエンスフェアプロジェクトのアイデアページがあります。これらのプロジェクトは完全な手順書形式にはなっておらず、取り組む学生が独自にリサーチを行い、スコープ、プロセス、アプローチをさらに定義して、実行可能なプロジェクトに仕上げる必要があります。したがって、より高学年向けで、プロセスを実行するだけでなくプロジェクトを自ら定義することに挫折しない学生に適しています。

ジェット推進研究所（JPL）

NASAのジェット推進研究所（JPL）は、カリフォルニア工科大学（Caltech）が運営・管理する連邦資金援助研究開発センターで、宇宙探査に関連するSTEM科目をカバーする一連の授業活動、ラボ、問題集を提供しています。

アクティビティページのフィルターで、活動タイプ、科目焦点、学年、一般科目内の特定トピックで絞り込み可能です。各活動の詳細には、概要、必要材料、理解のための背景、実行手順が含まれます。

トピックの範囲はかなり広く、以下を含みます：

• 航空工学
• 宇宙生物学
• 天文学
• 化学
• コンピュータプログラミング
• 地球・宇宙科学
• 電気・磁気
• 熱・熱力学
• 光・光学
• 数学
• 物理科学

STEM-Works

STEM-Worksウェブサイトには、自宅でできる活動に特化したプロジェクトセクションがあります。これらの科学プロジェクトは高校生とより若い年齢向けで、極端な気象、医療イノベーション、ロボティクス、宇宙、ビデオゲーム、風力エネルギーに焦点を当てたプロジェクトが含まれます。アクティビティページにはプロジェクトやタスクの実行方法に関する追加詳細があります。一部の活動はインタラクティブソフトウェアを使用したバーチャル形式です。

Exploratorium

Exploratoriumウェブサイトには、高校生とより若い子供向けの多様な活動があります。科学プロジェクトは「Science Snacks」と呼ばれ、教師がテストした、安価で入手しやすい材料を使用する活動です。トピックは天文学・宇宙科学、生物学、化学、地球科学、工学・技術、環境科学、物理学、数学をカバーします。

Sciencing

Sciencingには、9年生レベルまでの科学プロジェクトセクションがあります。プロジェクトトピックには、生物医工学、化学、生物学、法科学が含まれます。他の記事にもインストラクショナル動画があります。

大学生向けSTEMプロジェクトリソース

以下は、大学生または上級高校生に適したプロジェクトアイデアを提供するSTEMリソースです。

Electronicsforu.com

電気工学を学ぶ学生向けに、electronicsforu.comウェブサイトには機能する回路基板を作成し、デジタル・アナログ回路の理解を深めるのに役立つ30の電気工学プロジェクトアイデアページがあります。

各プロジェクトには、回路の機能や解決しようとする問題の簡単な説明と、そのプロジェクトの詳細ページへのリンクが含まれます。詳細には、回路図、部品表、論理回路テーブル、回路動作の説明、組立ガイダンス、ダウンロード可能なPCBとコンポーネントレイアウト図が含まれます。

プロジェクト例：

• デュアルアクシス太陽追尾システム
• 5V DCから48V DCへのコンバーター（ファントム電源用）
• JFET搭載ハイインピーダンスオーディオバッファー
• PINダイオードベース火災センサー
• 9V電池から±5V電源
• 赤外線モーションセンシングリレースイッチ
• 低コストLPG漏れ検知器
• 商用電源・ソーラーインバーター・発電機の自動切替
• NE555タイマーを用いた信号発生器とインバーター
• 設定可能なRS232-to-TTL-to-I2Cアダプター

PhETインタラクティブシミュレーション

コロラド大学ボルダー校がホストするPhETインタラクティブシミュレーションは、ソフトウェアプログラミングとグラフィックスを活用し、学生がコンピュータ上のバーチャルラボシミュレーションを通じて科学と数学の基本原理を探求できる一連のインタラクティブシミュレーションプログラムを提供しています。例えば、理想気体の法則シミュレーションでは、学生が密閉チャンバーにガス分子を送り込み、熱の加除やチャンバー体積の変更に伴う圧力と温度の変化を観察できます。ガス分子の粒子サイズを変えたり、一定期間のチャンバー壁との衝突回数をカウントしたりも可能です。

150以上のシミュレーションが利用可能で、物理学、化学、数学、地球科学、生物学をカバー。フィルターでサブトピック、学年（大学レベル含む）、ソフトウェア互換性で絞り込み可能。一部はJavaやFlashが必要ですが、他は標準HTMLブラウザで動作します。言語オプションも様々な地域のユーザーに対応しています。

Instructables

Instructablesでは、ユーザーが完了した様々なプロジェクトをガイドと動画とともにアップロードしています。ウェブサイトには多様なカテゴリがありますが、回路関連プロジェクトには電気工学学生が自宅で実装できるものがあります。アカウント作成後、PDFダウンロードや他ユーザーへの質問が可能です。3Dプリンティング、CNC、電子工作などをカバーするクラスや、ワークショップ、裁縫、クラフト、料理、デザイン、キッズ向けプロジェクトなど一般向けトピックのクラスもあります。

GeeksforGeeks

GeeksforGeeksウェブサイトには、大学レベルのコーダー向けコーディングプロジェクトがあります。C++、Java、Pythonプロジェクトなどプログラム別に選択可能です。コンピュータサイエンスに興味のある学生向けのオンラインコースもあります。

Code.org

Code.orgには、自宅でできるプロジェクトアイデアページがあり、ウェブページ開発、ゲーム、アプリラボ、ゲームラボ、スプライトラボ、描画など多様なコーディングプロジェクトを提供しています。学生はコーディングの実践経験を積み、無料オンラインクラスで学習できます。

Interesting Engineering

Interesting Engineeringウェブサイトには、電気機器の設計、制御、保守に関する知識を広げる12の電気工学プロジェクトページがあります。プロジェクトは簡潔に説明されていますが完全には詳細化されておらず、学生がリサーチし、設計、部品表を作成し、構築・テストする必要があります。そのため、より高度なSTEMプロジェクトリソースセクションに分類しています。

まとめ

この記事では、高校生と大学生のリモートスクーリングに活用できるSTEM関連プロジェクトリソースを紹介しました。材料と手順が整った明確なプロジェクトから、より創造的な設計思考とプロジェクト開発を必要とするプロジェクトアイデアまで、多様なリソースが利用可能です。

STEM関連トピックについてさらに学ぶには、Thomas Insightsをご覧ください。ビジネスと産業の最新トレンド、STEMイニシアチブに関する記事が見つかります。

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