باز کردن فرآیند مهندسی: منابع کتاب و زندگی نامه های تجاری

جولی جکسون استادیار آموزش علوم علوم در دانشگاه ایالتی تگزاس در سن مارکوس ، TX است. میشل فورسیت استادیار آموزش STEM در دانشگاه ایالتی تگزاس در سن مارکوس ، TX است. Danielle S. L. Medeiros دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه ایالتی تگزاس در سن مارکوس ، TX است. جوزف پارتمور یک معلم ریاضی و علوم کلاس 5 در مدرسه ابتدایی Caon در Grapevine ، TX است. تدریس نمونه وی تجربیات یادگیری قرن بیست و یکم را فراهم می کند که دانش آموزان را برای آینده STEM آماده می کند. الکسیس ریکس سواد و آموزش مدنی را در کنار علوم ، فناوری ، مهندسی و تجربیات ریاضی به عنوان معلم در مدرسه ابتدایی کان در انگور ، TX ارکستر می کند.

من در آموزش مهندسی در حال رشد هستم ، و کتابخانه ها اغلب قطب فعالیت های یادگیری ، فناوری ، مهندسی و ریاضیات (STEM) در مدارس و جوامع هستند. برای تقویت تجربیات مراجعان ، بسیاری از کتابخانه ها فضاهای ساخت ، سازنده و تینک را در خود جای داده اند که از یادگیری STEM و تفکر مهندسی پشتیبانی می کنند. ساخت ، سازنده و فضاهای تینک زدن به طور کلی شامل فرصت هایی برای مشتریان می شود تا با انواع مختلفی از مواد ، منابع فناوری و طراحی چالش هایی که باعث ترغیب تفکر مانند یک مهندس می شود ، تجربه های دستی داشته باشند. این نوع تفکر "تفکر هدف گرا است که با ترسیم منابع موجود ، منابع مادی و سرمایه انسانی ، مشکلات و تصمیمات موجود در محدودیت های داده شده را برطرف می کند."1 فکر کردن مانند یک مهندس ، ساخت و تینک همه بخشی از یادگیری مبتنی بر طراحی مهندسی است.

تمرکز بر یادگیری مبتنی بر طراحی مهندسی با انتشار استانداردهای علمی نسل بعدی (NGSS) در سال 2013 ، هنگامی که NGSS "طراحی مهندسی را به عنوان یک عنصر اساسی آموزش علوم" معرفی کرد ، آغاز شد. 2 در سالهای بعد ، انفجار تلاش مربیان برای شامل طراحی مهندسی در تجربیات آموزشی و افزایش محبوبیت آموزش STEM رخ داده است. 3 چارچوب آموزش علوم K-12 مهندسی را به عنوان "هرگونه مشارکت در یک عمل سیستماتیک طراحی برای دستیابی به راه حل برای مشکلات خاص انسانی" تعریف می کند ، 4 و خاطرنشان می کند که مهندسان از فرآیند طراحی مهندسی (EDP) و مهارت های حل مسئله خود استفاده می کنندبرای بهبود وضعیت انسان. این چارچوب هشدار می دهد که "مهندسی فقط علم کاربردی نیست. بشربشرو طراحی مهندسی هدف و محصول متفاوتی نسبت به پرسش علمی دارد. "5 "مهندسان دائماً با ایجاد راه حل های جدید جسورانه که علم را به روش های غیر منتظره متصل می کنند ، چگونه می توانند زندگی را بهبود بخشند ،" 6 و دانشمندان جهان طبیعی را که به دنبال توضیحات مبتنی بر شواهد هستند ، مطالعه می کنند.

جامعه مهندسی در تلاش است تا اطمینان حاصل کند که آموزش STEM و تجربیات STEM غیررسمی ، تأثیر مهندسی را بر زندگی روزمره ما ، ماهیت آنچه مهندسان انجام می دهند و مهندسان نقش در ایجاد یا بهبود فناوری ها بازی می کنند ، به تصویر می کشد. آنها تأکید می کنند که مهندسی و مهندسان می توانند از طریق روح نوآوری و راه حل های جدید جسورانه در جهان تغییر کنند. برای کمک به عموم مردم و دانش آموزان از طریق این لنز ، مهندسی را بهتر درک می کنند ، جامعه مهندسی پیشنهاد می کند که "داستانهایی که میراث غنی از دستاوردهای مهندسی را دراماتیک می کنند" برای کمک به "تجربه مهندسی به زندگی" استفاده می شود. 7

برای ایجاد درک دانش آموزان از ماهیت آنچه مهندسان انجام می دهند و چگونه مهندسان EDP را برای حل سیستماتیک و کارآمد مشکلات به کار می برند ، ما از زندگی نامه ها و کتاب های تجاری برای مطالعه دستاوردهای مهندسان و مخترعین استفاده می کنیم. اول ، دانش آموزان یا مراجعان کتابخانه زندگی نامه ای راجع به یک مهندس یا یک مخترع می خوانند ، یا ممکن است یک کتاب تجاری بخوانند که حاوی یک مشکل آشکار و یک راه حل متفکر باشد. سپس آنها جنبه های متن مانند ویژگی های متن یا عناصر نقشه را تجزیه و تحلیل می کنند تا حل مسئله را مشخص کنند زیرا با EDP هماهنگ است. دانش آموزان درک خود را از EDP هنگام ایجاد یک ارائه ، یک پروژه یا مصنوعاتی که شامل خلاصه ای از مشکل است که مهندس ، مخترع یا شخصیت اصلی با آن روبرو است و نحوه استفاده از هر مرحله از EDP برای حل مشکل را رسمی می کنند. هیل کانینگهام ، مت و هانت پیشنهاد می کنند که استفاده از ادبیات کودکان یک برنامه "زندگی واقعی" را برای EDP فراهم می کند. 8

استفاده از کتاب برای پشتیبانی از آموزش یک سنت افتخارآمیز است. یک کتاب خوب انتخاب می تواند به یک موضوع علاقه ایجاد کند ، یک مشکل ارائه دهد ، تصورات غلط را به چالش بکشد و محتوا را توضیح دهد. اگرچه انتخاب زندگینامه ها و کتابهای تجاری مناسب که از EDP پشتیبانی می کنند می تواند یک چالش باشد ، انجمن ملی معلمان علوم (NSTA) سالانه صدها کتاب را بررسی می کند و توصیه های خود را به عنوان بهترین لیست کتابهای STEM K-12 منتشر می کند ، که می توانید در www پیدا کنید. nsta. org/publications/stembooks/. علاوه بر این ، NSTA Joual Science and Children شامل یک ستون آموزش از طریق کتاب های تجاری است که دو کتاب STEM را در هر شماره توصیه می کند.

مهندسی برنامه ابتدایی (EIE) از موزه علوم در بوستون است که شامل مطالب پشتیبانی از محتوای مبتنی بر وب است که اتصالات ادبیات کودکان را برای مباحث مهندسی موجود در برنامه درسی آنها برجسته می کند. 9 این منابع قابل اعتماد مکانی عالی برای یافتن کتابهای تجاری است که از طراحی مهندسی و تفکر مهندسی پشتیبانی می کنند. 10

EDP یک سری تکراری از مراحل است که مهندسان را راهنمایی می کند زیرا آنها به دنبال راه حل برای مشکلات هستند. چندین نسخه پذیرفته شده از EDP وجود دارد ، و همه آنها شامل یک چرخه مداوم هستند "که مهندسان را قادر می سازد تا از طریق آزمایش ، تجزیه و تحلیل و طراحی مجدد ، به طور مداوم طراحی خود را [نمونه های اولیه] تقویت و بهبود بخشند."11 مرحله طراحی مجدد مهم است. این جایی است که مهندسان و مخترعین بر اساس آنچه می آموزند در هنگام عدم موفقیت یک نمونه اولیه یا به روش های غیر منتظره ، در نمونه اولیه خود پیشرفت می کنند.

موزه علوم ، بوستون ، برنامه EIE یک مدل آسان برای درک EDP را در بر می گیرد (شکل 1 را ببینید). مدل EIE EDP شامل یک هدف و پنج مرحله است: بپرسید ، تصور کنید ، برنامه ریزی کنید ، ایجاد کنید و آزمایش کنید و بهبود یابد. 12 این الگویی است که ما با دانش آموزان خود استفاده می کنیم. از آنجا که EDP یک چرخه است ، ممکن است در هر نقطه وارد شود. گاهی اوقات عدم موفقیت یک نمونه اولیه باعث می شود مخترعین یا مهندسان برای پرسیدن سؤال و طراحی مجدد احتمالی طوفان مغزی. موارد دیگر هدف بهبود یک فناوری موجود برای تقویت عملکرد یا گسترش برنامه است.

دانش آموزان با استفاده از کتابهای تجاری و زندگی نامه های خوب انتخاب شده ، می توانند از مخترعین گذشته EDP استفاده کنند یا مهندسی معکوس را کشف یا معکوس کنند. ما از زندگی نامه های کتاب و کتاب های تجاری با دانش آموزان ابتدایی پایین و زندگی نامه های فصل با دانش آموزان ابتدایی فوقانی استفاده می کنیم. زندگی نامه های مهندسین و مخترعین وسایل نقلیه خوبی برای نشان دادن EDP هستند زیرا آنها "یک توالی خطی و زمانی از وقایع را با چارچوبی ارائه می دهند که به خوانندگان کمک می کند تا درک خود را در مورد شخص تحصیلی و دستاوردهای فرد انجام دهند."13

كتابداران می توانند معلمان كلاس را كه به دنبال پشتیبانی STEM یا مهندسی هستند ، برای استفاده از شرح حال كتاب ، كتاب های فصل و كتاب های تجاری هدایت كنند تا نشان دهند كه چگونه مهندسان و مخترعین از EDP برای پرداختن به مشکلات و توسعه راه حل های كاربردی یا بهبود فناوری استفاده می كنند. جدول 1 شامل نمونه هایی از زندگینامه های کتاب تصویری است که حاوی نمونه های روشنی از EDP است. Manfish: داستانی از ژاک کوستو توسط جنیفر برن و éric Puybaret ژاک کوستو را معرفی می کند و توضیح می دهد که چگونه عشق او به ماجراجویی زیر آب آغاز شد. این چندین ابزار را برای مطالعه و عکاسی از محیط های دریایی توصیف کرده و یا بهبود یافته است. اووشجریان فوق العاده ای از اختراعات لونی جانسون توسط کریس بارتون و دون تیت شامل بازخوانی طنزآمیز از یک تست طراحی ناموفق است که زیربنای اختراع اسلحه Super Soaker Loie Johnson است. بادکنک های بالای برادوی: داستان واقعی Puppeteer of Macy's Parade توسط Melissa Sweet نشان می دهد که سالها پیش ، رژه سالانه میسی شامل شیرهای زنده و خرس هایی بود که بچه های کوچک را غرق می کردند و می ترسیدند. کمیته رژه تصمیم گرفت حیوانات زنده را با چیزی جایگزین کند که کودکان را وحشت نکند ، و پس از چندین آزمایش و طراحی مجدد ، عروسک های بالون معروف میسی ایجاد شد.

جدول 2 شامل نمونه هایی از زندگی نامه های کتاب فصل است که نشان می دهد چگونه EDP در توصیف دستاوردهای مهندسین یا مخترعین بافته می شود. این کتاب به موقع منجمد شده است: ایده ظالمانه کلارنس پرنده در مورد غذای یخ زده توسط مارک کورلانسکی تلاش های پرنده برای یافتن راهی برای یخ زدن سریع غذا را توصیف می کند تا بتواند ذخیره شود و سپس در خارج از فصل خورده شود. برادران رایت چه کسانی بودند؟توسط جیمز باکلی جونیور توضیح می دهد که چگونه اورویل و ویلبر رایت با موفقیت از آنچه در مورد دوچرخه می دانستند استفاده کردند و چگونه پرندگان برای طراحی و آزمایش اولین دستگاه پرواز موفق پرواز کردند.

جدول 3 نشان می دهد که چگونه EDP در کتابهای تجاری وجود دارد که شامل یک مشکل یا کار ، بررسی یک برنامه عمل ، ایجاد و آزمایش یک نمونه اولیه و یک راه حل مناسب و کارآمد است. Rosie Revere ، مهندس آندره بیتی ، روزی و تلاش های خود را برای ایجاد یک "Gizmo" پرواز برای عمه خود معرفی می کند. ویولن آدا: داستان ارکستر بازیافت شده پاراگوئه توسط سوزان هود داستان واقعی تلاش های پدر را برای استفاده از مواد بازیافت شده موجود در محل دفن زباله برای ایجاد سازهای موسیقی برای ارکستر جوانان بازگو می کند. باشکوه ترین چیز توسط اشلی اسپیرز با خوشحالی نشانگر ناامیدی و اضطراب است که می تواند در طول ایجاد ، آزمایش و طراحی مجدد مراحل EDP رخ دهد.

هنگامی که دانش آموزان و کتابداران با مراحل EDP آشنا هستند ، کتابداران می توانند با قرار دادن الگوهای خالی EDP در فضاهای ساخت و ساز خود ، تفکر مهندسی را در حین خواندن با صدای بلند تقویت کنند. در حین خواندن با صدای بلند ، كتابداران می توانند از دانش آموزان درخواست كنند كه مراحل مشخص EDP را كه در طول داستان رخ می دهد ، ردیابی و گزارش دهند. دانش آموزان می توانند میله های پاسخ را با هر مرحله EDP ایجاد کنند (شکل 2 را ببینید).

سپس ، در حین خواندن با صدای بلند ، دانش آموزان هر زمان که متوجه مرحله خاص EDP در عمل می شوند ، پاسخ پاسخ مربوطه را بالا می برند (شکل 3 را ببینید).

اگر دانش آموزان با EDP آشنا نباشند یا در صورت نیاز به داربست ، کتابداران می توانند یک Google EDP و بیوگرافی HyperDoc را در صفحه وب کتابخانه قرار دهند. Hyperdoc Google ابزاری یا درسهایی است که برای استفاده از فناوری دانش آموزان برای ارتباط و همکاری با سایر دانش آموزان ، ایجاد دانش و فکر انتقادی ایجاد شده است.

HyperDocs اغلب شامل لینک های داربست است که دانش آموزان را به وب سایت ها و ابزارهای وب آسان که پشتیبانی و توضیحات مفیدی را ارائه می دهند ، هدایت می کند. EDP که بیش از حد بیوگرافی موجود در اینجا را تشکیل می دهد توسط یک آکادمی STEM ابتدایی اصلاح شد. EDP اصلاح شده شامل مراحل Imagine ، Plan ، Design ، Revifch و برقراری ارتباط است و هر مرحله به وب سایت Design Squad Nation پیوند داده می شود. 14 وب سایت طراحی Squad شامل پیوندهایی به توضیحات کتبی آسان برای درک و نمونه های ویدیویی از هر مرحله از EDP است. HyperDoc همچنین شامل فضایی برای دانش آموزان برای شناسایی چگونگی استفاده شخص از مطالعه یا شخصیت اصلی یک کتاب تجاری از EDP برای حل یک مشکل و ایجاد یک راه حل کارآمد برای بهتر کردن زندگی برای افراد است. BIOGRAPHY مهندسین تعاملی/مخترع Google HyperDoc در https://goo. gl/eyuzvp در دسترس است.

با استفاده از اطلاعات موجود در کتاب فصل بیوگرافی "اختراعات الكساندر گراهام بل: تلفن توسط هالی سفری ، یک جفت دانش آموزان کلاس پنجم EDP مهندسی شده Bell مهندسی شده و ایده های خود را در بیوگرافی Hyperdoc وارد کردند.

دانش آموزان خاطرنشان كردند كه الكساندر گراهام بل مشكلی را شناسایی كرد - روشهای ارتباطی را كه به کشتی ها یا واگن های اسب اعتماد می كردند. او یک روش سریعتر برای برقراری ارتباط با استفاده از مواد موجود تصور می کرد. او نمونه های اولیه ساخت و آنها را آزمایش کرد و آنها را بهبود بخشید تا اینکه تلفن کاری داشته باشد. سپس او یافته های خود را به جهان ابلاغ کرد. پروژه های EDP تکمیل شده ممکن است در فضای سازنده کتابخانه ، ارسال شده در صفحه وب کتابخانه یا در یک مکان مناسب دیگر نمایش داده شود.

به عنوان یک پسوند ، دانش آموزان می توانند برای ایجاد نمونه اولیه خود ، نوآوری مورد مطالعه را بهبود بخشند. سپس دانش آموزان نه تنها به آنالیزورهای STEM بلکه مهندسین تبدیل می شوند.

كتابخانه ها به طور مرتب فضاهایی را برای ساختن و تكان دادن به آموزش STEM در اختیار مشتریان قرار می دهند. ما معتقدیم که کتابخانه ها همچنین می توانند با استفاده از قدرت زندگی نامه ها و کتابهای تجاری که به طور دقیق تأثیر مهندسی را بر زندگی روزمره ما ، ماهیت آنچه مهندسان انجام می دهند و مهندسان نقش در این نقش مهندسی را به تصویر می کشند ، از یادگیری و تفکر مبتنی بر طراحی مهندسی پشتیبانی کنند. ایجاد و بهبود فناوری ها. زندگی نامه های مربوط به مهندسین و مخترعین و همچنین کتابهای تجاری با مشکلات قابل شناسایی که باعث ایجاد و آزمایش نمونه های اولیه و به تصویر کشیدن راه حل های کارآمد می شود ، منابعی هستند که می توانند به راحتی برای پشتیبانی از ابتکارات STEM استفاده کنند. واد

منابع

1. کریستین لیپارد ، مونیکا لام ، و کیتی رایلی ، "تفکر مهندسی در کودکان پیش دبستانی: یک بررسی ادبیات منظم ،" مجله آموزش مهندسی 106 ، شماره. 3 (2017): 455.
2. NGSS LEAD CATIES ، استانداردهای علمی نسل بعدی: برای ایالت ها ، توسط ایالت ها ، (واشنگتن ، دی سی: آکادمی های ملی پرس ، 2013) ، 437.
3. نورمن فورتنبری ، "برنامه مهندسی در صدور گواهینامه STEM چیست؟ASEE پاسخ می دهد ، "وبلاگ انجمن معلمان علوم ملی ، 25 ژانویه 2018 ، http://nstacommunities. org/blog/2018/01/25/what-is-engineerings-place-in-stem-certification-asee-responss/.
4. NGSS رهبری کشورها ، استانداردهای علمی نسل بعدی: برای دولتها ، توسط دولتها ، 437.
5. همانجا
6. آکادمی ملی مهندسی ، تغییر مکالمه: پیام هایی برای بهبود درک عمومی از مهندسی (واشنگتن ، دی سی: آکادمی ملی پرس ، 2008) ، 100.
7. همانجا 44
8. P. Renee Hill-Cuingham ، Michael Mott و Aa-Blair Hunt ، "تسهیل ماژول فرآیند طراحی مهندسی ابتدایی" ، علوم و ریاضیات مدرسه 118 ، شماره. 1-2 (2018): 55.
9. "اتصالات منطقه محتوای EIE" ، مهندسی ابتدایی ، www. eie. org/eie-curiculum/eie-content-area-coections#alarms است.
10. میشل فورسیته ، جولی جکسون و لئو کنتراس ، "مخفی کردن در دید ساده: نحوه شناسایی و استفاده از کتابهای تجاری برای پشتیبانی از الگوی آموزشی 5E" ، علم و کودکان 56 ، شماره. 2 (در مطبوعات).
11. کارولین پارکر ، اریکا اسمیت ، دیوید مک کینی و آماندا لوریر ، "کاربرد طراحی مهندسی به تجدید نظر در برنامه درسی اثبات می شود: یک رویکرد مشترک برای پالایش برنامه درسی STEM در یک منطقه شهری ،" علوم و ریاضیات مدرسه 116 ، شماره. 7 (2016): 400.
12. "فرآیند طراحی مهندسی" ، مهندسی ابتدایی ، www. eie. org/engineering-adventures/engineering-design-process است.
13. دونا وردیش ، پاملا فریس و آلیس مک گینتی ، "روشها و استراتژی ها: بیوگرافی به عنوان مربی" ، علم و کودکان 52 ، شماره. 2 (2014): 66.
14. "فرآیند طراحی" ، Squad Design ، http://pbs. panda-prod. cdn. s3. amazonaws. com/media/assets/adptech12/adptech12_int_idsprocess/index. html.

شکل 1. مهندسی فرآیند طراحی مهندسی ابتدایی است.