الانتقال إلى ما هو أبعد من جهاز Chromebook: لماذا تحتاج العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات المتقدمة إلى دراسات أفضل

لقد أمضت المدارس من الروضة حتى الصف الثاني عشر في الولايات المتحدة العقد الماضي في إنشاء برامج جهاز واحد لواحد. لقد أنشأت هذه المبادرات أساسًا أساسيًا للوصول الرقمي، مما يسهل على الطلاب إكمال واجباتهم المدرسية اليومية عبر مستويات الصف والمواد الدراسية. ومن خلال وضع جهاز في أيدي كل طالب، أنشأت المناطق أساسًا قياسيًا لمحو الأمية الرقمية والبحث والمشاركة اليومية في الفصول الدراسية.

ولكن مع استمرار نمو برامج العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) ونضجها، بدأ قادة المدارس في مواجهة أسئلة جديدة حول مدى دعم هذه الأجهزة للدورات التعليمية الأكثر تقدمًا. تعتمد المسارات في مجالات مثل الروبوتات، والهندسة، والأمن السيبراني، وعلوم البيانات بشكل متزايد على التطبيقات المهنية المتخصصة التي تذهب إلى ما هو أبعد من برامج الفصول الدراسية ذات الأغراض العامة.

في معظم الحالات، يمكن للطلاب إكمال العمل التمهيدي بنجاح على الأجهزة التي تصدرها المدرسة. ومع ذلك، مع تقدم التدريس، فإن الأدوات المطلوبة لبرامج العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات تضع متطلبات مختلفة على موارد الحوسبة للطلاب. ونتيجة لذلك، يقوم المعلمون ومديرو التكنولوجيا بإلقاء نظرة فاحصة على كيفية قدرة الأجهزة على مواكبة احتياجات المناهج المتغيرة.

أدوات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات ومتطلبات الحوسبة

في حين أن التطبيقات المستندة إلى الويب تعمل بشكل جيد للدورات التمهيدية والواجبات اليومية، فإن العديد من مسارات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) الموسعة تأتي بمتطلبات فنية مختلفة تمامًا. تعتمد دورات الهندسة والنمذجة ثلاثية الأبعاد والأمن السيبراني وعلوم البيانات على التطبيقات القياسية الصناعية التي تتطلب سعة حوسبة محلية كبيرة وذاكرة قوية ومعالجة رسومات متخصصة.

مثال رئيسي على ذلك سوليدووركسعبارة عن منصة احترافية للتصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) تُستخدم في كل من التعليم العالي والصناعات الهندسية. عندما يقوم الطلاب ببناء نماذج مفصلة ومتعددة الأجزاء أو إجراء عمليات محاكاة لاختبارات التحمل، فإن أداء الجهاز الذي يستخدمونه يؤثر بشكل مباشر على مدى كفاءة العمل. يمكن أن تتسبب الأجهزة غير الكافية في تأخيرات شديدة في المعالجة، أو تأخير في البرامج، أو أعطال مفاجئة تؤدي إلى تعطيل تدفق الفصل بأكمله.

تسلط هذه الحقيقة الضوء على القبول العملي للمقاطعات: فمع نضوج مناهج العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) بما يتجاوز أنشطة تصفح الويب الأساسية، يجب أن تتمتع أجهزة الفصل الدراسي بقدرة معالجة محلية كافية لمواكبة ذلك.

برنامج الروبوتات في الممارسة العملية

لمعرفة كيفية تنفيذ ديناميكيات الأجهزة هذه في فصل دراسي حقيقي، فكر في تجربة فريق الروبوتات Firebots في مدرسة فريمونت الثانوية في سانيفيل، كاليفورنيا. ويشارك الفريق في المسابقات كل عام مسابقة الروبوتات الأولىإنه برنامج عالمي حيث يقوم الطلاب بتصميم وبناء وبرمجة الروبوتات الكبيرة لإكمال التحديات الهندسية المعقدة في ظل قيود صارمة في العالم الحقيقي.

يعكس العمل في برنامج الروبوتات التنافسية بشكل وثيق البيئة الهندسية التجارية، بما في ذلك التصميم الميكانيكي والتصنيع والأنظمة الكهربائية وتطوير البرمجيات. يستخدم الطلاب أدوات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) لتصميم المكونات من البداية، واختبار التكرارات الرقمية، وتحسين الآليات وفقًا لجدول زمني تنافسي ضيق.

لدعم سير العمل الفني هذا، تستخدم Firebots ما يلي: أجهزة الكمبيوتر المحمولة ASUS TUF Gaming. في برامج الروبوتات مثل هذه، لا تعد أجهزة الطلاب مجرد أدوات للبحث عن المعلومات؛ هؤلاء مناضد العمل المركزية المستخدمة في مراحل عديدة من عملية التصميم. يعتمد الطلاب عليها في النمذجة وتجميع التعليمات البرمجية وتسجيل البيانات والتوثيق والتنسيق بين الفرق الفرعية.

يعمل الأداء الموثوق للجهاز على التخلص من مصدر الخلاف الشائع في الفصل الدراسي. عندما تعمل البرامج بشكل متسق وسريع، يمكن للطلاب قضاء وقتهم المحدود في الفصل في استكشاف أخطاء تصميماتهم وإصلاحها بدلاً من استكشاف أخطاء أجهزتهم وإصلاحها. وبدون التباطؤ الفني وتحميل الملفات الطويلة، يمكنهم التركيز على اختبار الحلول وتكرار الأفكار. وفي نهاية المطاف، أكسب النهج المنهجي الذي تتبعه Firebots وتركيزها على التنفيذ الشركة جائزة FIRST للتميز الهندسي، والتي تعترف بالتصميم الهندسي القوي وتكامل الأنظمة.

ماذا يعني هذا بالنسبة لتدريس العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM)؟

تثير تجربة برامج مثل Firebots سؤالًا أوسع نطاقًا لقادة المدارس ومديري تكنولوجيا التعليم: كيف يجب أن تتطور استراتيجيات الأجهزة على مستوى المنطقة عندما يصبح تدريس العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) أكثر صعوبة من الناحية الفنية؟

تستمر برامج الكمبيوتر الفردية في دعم جزء كبير من التعلم اليومي في الفصول الدراسية، مما يوفر الاتصال الأساسي والأداء المطلوب للتعليم الحديث. وفي الوقت نفسه، يمكن لدورات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات أن تكشف عن لحظات مختلفة عندما تصل الأجهزة القياسية ذات الأغراض العامة إلى حدود البرامج الصعبة ومتطلبات سير العمل.

وفي العديد من المناطق، تتم إدارة هذا التنوع بالفعل باستخدام أساليب مختلفة. تعتمد بعض المدارس على مساحات مختبرية مشتركة مجهزة بمحطات عمل عالية الأداء مخصصة للبرامج المتخصصة. ويستخدم البعض الآخر حلول البث السحابية حيثما أمكن ذلك، مع الاحتفاظ بمزيد من التطبيقات الأصلية كثيفة الاستخدام للموارد لإعدادات تعليمية محددة.

ولا يتمثل الهدف في التخلص من المبادرات الفردية الحالية، ولكن فهم أين يمكن لمعيار الأجهزة الواحد أن يحد من المسارات التقنية. مع استمرار التوسع والتنوع في تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات، يجد قادة المدارس أنفسهم يوازنون بين الأولويات المتنافسة مثل اتساق التوزيع، وتكلفة الاستحواذ، والمواءمة التعليمية. في هذه البيئة المتغيرة، لم يعد يُنظر إلى تخطيط الجهاز باعتباره قرارًا منفصلاً لشراء تكنولوجيا المعلومات. وبدلاً من ذلك، أصبح الأمر على نحو متزايد جزءًا من نقاش أكبر حول كيفية تصميم المدارس لبيئات التعلم التي تعكس بدقة أنواع العمل العملي الذي يُطلب من الطلاب القيام به.