主题演讲视频:通过模拟增强STEM教育

2019年1月14日

教师如何在本科科学,技术,工程和数学(STEM)课程中改善学生学习?为了找出,哈特福德大学的教授伊万娜·米兰诺维奇(Ivana Milanovic)开发了一种基于模拟的方法,该方法结合了基于问题的学习(PBL)和基于查询的学习(IBL)。米拉诺维奇在2018年波士顿的Comsol会议上讨论了她的策略及其在主题演讲中的好处。乐动滚球app下载在下面,您可以找到她演示文稿的摘要和视频录制。

伊万娜·米拉诺维奇(Ivana Milanovic)关于在STEM课程中使用模拟和应用程序的讨论

STEM教育的挑战

伊万娜·米兰诺维奇(Ivana Milanovic)教授说,克服教育中的挑战历史上是“对教学方法和我们的课程进行小改动”。例如,工程课程(尤其是针对本科生)通常是基于讲座和基于问题的,实验室提供动手经验。一个学习风格称为IBL这有助于学生发展现实世界的实践和智力技能,主要是课外活动。米兰诺维奇发现这种情况并不理想,因为只有最敬业的学生倾向于利用这些IBL机会。

那么,教师如何将IBL带给所有学生?一种可能的方法是使用仿真来研究各种现象。(正如米兰诺维奇所说:“看到眼前看来的东西是一件很棒的事情。”)因此,这个问题成为如何将建模纳入已经包含内容的课程中的问题。米拉诺维奇将其称为她的“三体问题”,其中的目标是:

  1. 保持课程材料的相同覆盖范围(例如深度和时间)
  2. 使用令人兴奋和沉浸式的视觉效果来持续吸引学生
  3. 集成数学建模和仿真

为了达到正确的平衡,米拉诺维奇开发了一种基于模拟的方法…

改善学生学习的四部分策略

米拉诺维奇的策略着重于“课外学习”,并结合了四个关键部分。

首先是在课堂内外都有有趣的图像和动画。图像帮助学生保持参与度,使他们能够可视化效果(例如多普勒效应)可能很难描绘。

伊万娜·米拉诺维奇(Ivana Milanovic)的照片介绍了在STEM教育中使用模拟的照片。
从视频中:伊万娜·米拉诺维奇(Ivana Milanovic)讨论在本科STEM课程中使用引人入胜的视觉效果的好处。

其次是创建增强的在线环境,其中包括上述视觉效果以及博客文章和视频(例如博客文章和视频)。米兰诺维奇说:“如果您使[在线环境]更加令人兴奋,那么您将在课堂外提供更多。”这些增强功能还为学生提供了更好(和更多)信息的访问,这有助于在办公时间内减轻教授的负担。

米拉诺维奇战略的第三部分是使模拟和应用程序成为“新功课”。随着学生对ComsolMultiphysics®软件的越来越熟悉,模拟开始简单,但变得复杂。例如,在米拉诺维奇的传热课程中,最初的问题可能是模拟2D传导。一个月后,学生能够使用仿真软件来了解“他们正在做的任何项目背后的物理,并且能够构建[应用程序]”(例如,瞬态传导)。Milanovic还创建了自己的评分标题,其中包括IBL的一部分,随着课程的进行,难度也同样增加。

第四步是促进更多的研究,其中包括PBL和IBL问题。一个简单的例子是让学生可视化圆柱体的流程,以便更好地了解如何以及何时使用阻力曲线。米兰维奇说,她以前必须使用来自所有不同来源的视觉效果,但是现在,学生可以通过创建模拟应用程序获得一致的结果。构建应用程序后,学生可以研究各种雷诺数字如何影响流程。

通过将模拟通过这个四步过程将模拟纳入课程课程,米兰维奇将IBL和PBL带给每个学生。然后,他们可以利用模拟和应用程序的经验来解决现实世界中的问题。有关她的方法的更多详细信息,以及其对STEM教育的好处,请查看视频在这篇文章的顶部


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