Science and Engineering Education for Infrastructure Transformation

基础设施转型的科学与工程教育

基本信息

  • 批准号:
    2131097
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 289.94万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2025-09-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The Discovery Research K-12 program (DRK-12) seeks to significantly enhance the learning and teaching of science, technology, engineering and mathematics (STEM) by preK-12 students and teachers, through research and development of innovative resources, models and tools (RMTs). Projects in the DRK-12 program build on fundamental research in STEM education and prior research and development efforts that provide theoretical and empirical justification for proposed projects. The Concord Consortium in collaboration with Purdue University will research and develop an engineering education technology and pedagogy that will support project-based learning of science, engineering, and computation concepts and skills underlying the strategically important "smart" and "green" aspects of the infrastructure. This project will develop transformative technologies and curriculum materials to turn the campus of a high school or a geographical information system such as Google Maps into an engineering laboratory with virtually unlimited opportunities for learning and exploration. The project will deliver two innovations: 1) The Smart High School is an engineering platform for designing Internet of Things systems for managing the resources, space, and processes of a school based on real-time analysis of data collected by various sensors deployed by students on campus; and 2) the Virtual Solar World is a computational modeling platform for students to design, deploy, and connect virtual solar power solutions for their homes, schools, and regions. Six standards-aligned curriculum units based on these technologies will be developed to guide student learning and support educational research. Approximately 2,000 students from rural, suburban, and urban high schools in Indiana, Massachusetts, New Hampshire, and Ohio will participate in this research. project products and findings through the Internet, conferences, publications, and partner networks.The research is designed to identify technology-enhanced instructional strategies that can simultaneously foster the growth of skills and self-efficacy in scientific reasoning, design thinking, and computational thinking, all of which are needed to build the future infrastructure. The focus on infrastructure transformation is aligned with NSF's vision of smart and connected communities. Although this project will use the context of smart and green infrastructure to engage students to solve real-world problems, the skills of scientific reasoning, design thinking, and computational thinking that they will acquire through meeting the challenges of this project can be transferrable to other topics and fields. Using a design-based research approach, a rich set of formative and summative data will be collected from these students for probing into three research questions: 1) To what extent does the integrated learning model help students develop and connect scientific reasoning, design thinking, and computational thinking skills?; 2) To what extent is students' interest in cognate careers affected by the authenticity of engineering design challenges?; and 3) How do the variations in the solutions to overcome the cognitive and practical difficulties of real-world problems impact learning outcomes and career interest? The data sources include pre/post-tests, process data, self-reports, observations, surveys, interviews, and participant information.
Discovery Research K-12 计划 (DRK-12) 旨在通过创新资源、模型和工具的研究和开发,显着增强 PreK-12 学生和教师对科学、技术、工程和数学 (STEM) 的学习和教学(RMT)。 DRK-12 计划中的项目建立在 STEM 教育的基础研究以及先前的研究和开发工作的基础上,为拟议项目提供理论和实证依据。协和联盟将与普渡大学合作,研究和开发一种工程教育技术和教学法,以支持基于项目的科学、工程和计算概念和技能的学习,这些概念和技能是具有战略意义的基础设施“智能”和“绿色”方面的基础。该项目将开发变革性技术和课程材料,将高中校园或谷歌地图等地理信息系统转变为工程实验室,提供几乎无限的学习和探索机会。该项目将实现两项创新:1) 智能高中是一个工程平台,用于设计物联网系统,根据学生部署的各种传感器收集的数据进行实时分析,管理学校的资源、空间和流程在校园内; 2) 虚拟太阳能世界是一个计算建模平台,供学生为其家庭、学校和地区设计、部署和连接虚拟太阳能解决方案。将开发基于这些技术的六个符合标准的课程单元,以指导学生学习并支持教育研究。 来自印第安纳州、马萨诸塞州、新罕布什尔州和俄亥俄州农村、郊区和城市高中的大约 2,000 名学生将参与这项研究。通过互联网、会议、出版物和合作伙伴网络发布项目产品和研究结果。该研究旨在确定技术增强的教学策略,这些策略可以同时促进科学推理、设计思维和计算思维方面的技能和自我效能的增长,所有这些都是建设未来基础设施所需要的。 对基础设施转型的关注与 NSF 的智能互联社区愿景相一致。尽管该项目将利用智能和绿色基础设施的背景来吸引学生解决现实世界的问题,但他们通过应对该项目的挑战而获得的科学推理、设计思维和计算思维技能可以转移到其他领域。主题和领域。 使用基于设计的研究方法,将从这些学生那里收集丰富的形成性和总结性数据,以探讨三个研究问题:1)集成学习模式在多大程度上帮助学生发展和联系科学推理、设计思维、和计算思维能力? 2)工程设计挑战的真实性在多大程度上影响学生对同源职业的兴趣? 3)克服现实世界问题的认知和实践困难的解决方案的变化如何影响学习成果和职业兴趣?数据来源包括前/后测试、过程数据、自我报告、观察、调查、访谈和参与者信息。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Using Computer Graphics to Make Science Visible in Engineering Education
利用计算机图形学使科学在工程教育中可见
  • DOI:
    10.1109/mcg.2023.3298386
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Xie, Charles;Ding, Xiaotong;Jiang, Rundong
  • 通讯作者:
    Jiang, Rundong
Data-Driven Science Vlogging for Connected Learning Anywhere
数据驱动的科学视频博客,随时随地互联学习
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jiang, R.;Ding, X;Sung, S;Bulseco, A;Xie, C.
  • 通讯作者:
    Xie, C.
Refine By Design: An Engineering Design Coaching Tool for Supporting Student Reasoning
通过设计精炼:支持学生推理的工程设计辅导工具
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Purzer, S.;Schimpf, C.;Quintana-Cifuentes, J.;Sereiviene, E.;Lingam, I;Jiang, R.
  • 通讯作者:
    Jiang, R.
Semantic Fluency in Design Reasoning
设计推理中的语义流畅性
Self-regulated learning as a complex dynamical system: Examining students' STEM learning in a simulation environment
自我调节学习作为一个复杂的动力系统:在模拟环境中检查学生的 STEM 学习
  • DOI:
    10.1016/j.lindif.2022.102144
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Li, Shan;Zheng, Juan;Huang, Xudong;Xie, Charles
  • 通讯作者:
    Xie, Charles
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FARGO: Fast Maximum Inner Product Search via Global Multi-Probing
FARGO:通过全局多重探测进行快速最大内积搜索
A CAD-Based Research Platform for Design Thinking Studies
基于 CAD 的设计思维研究平台
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Z. Sha;M. H. Rahman;C. Schimpf;Charles Xie
  • 通讯作者:
    Charles Xie
Using Machine Learning Techniques to Capture Engineering Design Behaviors
使用机器学习技术捕获工程设计行为
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Bywater;Mark Floryan;Jennifer L. Chiu;J. Chao;C. Schimpf;Charles Xie;Camilo Vieira;Alejandra J. Magana;C. Dasgupta
  • 通讯作者:
    C. Dasgupta
Learning and teaching engineering design through modeling and simulation on a CAD platform
通过 CAD 平台上的建模和仿真来学习和教授工程设计
Infrared cameras in science education
红外热像仪在科学教育中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.infrared.2015.12.009
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Jesper Haglund;Fredrik Jeppsson;E. Melander;Ann;Charles Xie;K. Schönborn
  • 通讯作者:
    K. Schönborn

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Using Advanced Technology to Enhance Learning and Teaching in Science Labs at Two-Year Colleges
利用先进技术加强两年制学院科学实验室的学习和教学
  • 批准号:
    2329563
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: A Solar and Wind Innovation and Technology Collaborative for Hawaii (SWITCH)
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  • 批准号:
    2301164
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Change Makers: Crowdsolving the Energy Challenge through Cyber-Enabled Out-of-School Citizen Science Programs
变革者:通过网络支持的校外公民科学项目集体解决能源挑战
  • 批准号:
    2054079
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SmartCAD: Guiding Engineering Design with Science Simulations
合作研究:SmartCAD:用科学模拟指导工程设计
  • 批准号:
    2105695
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Change Makers: Crowdsolving the Energy Challenge through Cyber-Enabled Out-of-School Citizen Science Programs
变革者:通过网络支持的校外公民科学项目集体解决能源挑战
  • 批准号:
    1712676
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Science and Engineering Education for Infrastructure Transformation
基础设施转型的科学与工程教育
  • 批准号:
    1721054
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Visualizing Chemistry with Infrared Imagining
合作研究:用红外成像可视化化学
  • 批准号:
    1626228
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Next Step Learning: Bridging Science Education and Cleantech Careers with Innovative Technologies
下一步学习:通过创新技术架起科学教育和清洁技术职业的桥梁
  • 批准号:
    1512868
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SmartCAD: Guiding Engineering Design with Science Simulations
合作研究:SmartCAD:用科学模拟指导工程设计
  • 批准号:
    1503196
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Large-Scale Research on Engineering Design Based on Big Learner Data Logged by a CAD Tool
协作研究:基于 CAD 工具记录的大学习者数据的大规模工程设计研究
  • 批准号:
    1348530
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

数据驱动的工程教育综合评价方法与模型研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于全域视角新时代工程教育质量评价体系与政策研究
  • 批准号:
    72174024
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    48 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向科技强国的创新型工程师的形成机理与政策研究
  • 批准号:
    71874048
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    40.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
工程教育中非技术能力的表征及多源定量评价研究
  • 批准号:
    71774010
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    48.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于STEM教育理念的高水平行业特色型高校工程人才培养改革与政策研究
  • 批准号:
    71704054
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

JAX Diversity Action Plan (DAP) Post-Baccalaureate Program in Genomics (gDAP)
JAX 多样性行动计划 (DAP) 基因组学学士后计划 (gDAP)
  • 批准号:
    10555588
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
University of Louisville Biomedical Integrative Opportunity for Mentored Experience Development -PREP (UL-BIOMED-PREP)
路易斯维尔大学生物医学综合指导经验开发机会 -PREP (UL-BIOMED-PREP)
  • 批准号:
    10557638
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
Knowledgebase of Escherichia coli Genome and Metabolism
大肠杆菌基因组和代谢知识库
  • 批准号:
    10716050
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
Dissemination Core
传播核心
  • 批准号:
    10735584
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
The WUSTL PREP post-bacc program to enhance doctoral readiness in neuroscience
WUSTL PREP post bacc 项目旨在提高神经科学博士的准备程度
  • 批准号:
    10611674
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 289.94万
  • 项目类别:
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了