这些在STEM上强得可怕的美高是如何培养学生的?(下)

美国寄宿高中因其卓越的STEM课程而著称,这样的教育模式不仅让学生们积累了丰富的学术知识,还锻炼了他们的批判性思维、问题解决能力以及创新精神,这些素质正是美国顶尖大学所重视的。

上篇老师聊完了大家熟知的STEM名校,并受到了众多学生家长的关注。今天,老师继续来分享一些没那么热门的宝藏学校,一起来揭秘吧!

Western Reserve Academy

西储学院WRA成立于1826年,位于俄亥俄州Hudson,距离俄亥俄州最大城市克利夫兰仅40分钟车程。作为全美唯一一所开设癌症免疫学课程的高中,西储学院在科学教育方面独树一帜,提供与凯斯西储大学及当地医院合作的研究机会。对于未来在本科阶段想就读医学相关专业的学生来说,这所学校绝对不能错过!

最初在西储学院建立的课后和麻省理工学院基础的BioBuilders项目,已经发展成为一系列专注于理论研究、实验、团队合作和出版的分级课程。

1Synthetic Biology合成生物学

WRA的合成生物学项目由Beth Pethel博士(在埃默里大学获得微生物学和分子遗传学博士学位)授课,深入探讨生物学、工程和创新的交叉领域。该课程的最终成果是学生提交利用基因工程技术设计的机器或装置以供出版,并在麻省理工学院的合成生物学会议上展示他们的作品。

这些设计通常涉及将生物学原理与工程设计相结合,以创造能够执行特定功能的系统或设备,包括生物传感器、合成生物学的微生物工厂、或其他可以在生物学和工程交叉领域应用的创新设备。

这些在STEM上强得可怕的美高,是如何培养学生的?(下)

这门新兴学科天然具备工程学科特点,所以有时候称之为工程生物学。它的内涵由学术研究出发,自然迈向应用产业之路,并在加速向绿色制造、健康医药、农业生产、环境保护、生物安全等领域渗透和应用。

2Cancer Immunology (CI)癌症免疫学

CI I、II和CL允许学生探索生物技术方法,同时也提供与克利夫兰诊所合作进行癌症疫苗研究的机会。

癌症免疫学课程分为三个阶段。第一阶段(CI I)侧重于研究实验室中使用的基本技术,包括细胞培养、核酸技术和蛋白质纯化,学生通过实践实验和评估展示所学技能。第二阶段(CI II)学生将在前一年的基础上深化研究项目,同时提升技术和分析能力,参与同伴指导并进行年终海报展示。

第三阶段(CI CL)学生将更深入地研究复杂科学概念,提升研究技能和理论知识,并在指导低年级学生中发展领导能力,最终提交海报和详细研究论文。

学生可以首先选择一个他们感兴趣的癌症,然后从头开始开发一个项目,或者接手一个需要更多研究的、被研究生遗留的项目。

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除了Science相关的课程,6000平方英尺的Wang Innovation Center (WIC) 创新中心帮助学生开展体验式学习,学生可以用最先进的设计和生产设备将想象中的概念变成成品。

WRA提供CL Robotics & Automation课程,学生将构建和编程各种类型的机器人,包括自主型、臂型、Delta型和SCARA型机器人。该课程强调自动化及其对工业的影响,学生还将参观实施机器人自动化的公司,学习编程工业FANUC机器人,并有机会参加机器人安全和工具操作的行业认证考试。

此外,CL Engineering 针对有志于工程和制作的学生,提供将想法转化为现实的实践旅程。学生将深入工程设计基础,学习CAD软件以概念化和建模项目。强调制造技术,学生将通过焊接、机械加工和3D打印将设计实现。

Automotive Engineering Design则旨在通过一系列项目,引导学生掌握优秀工程实践的基本原则,最终目标是构建一辆推力式赛车。这些工程最佳实践包括明确设计目标、仔细记录设计过程以及通过严格的测试持续评估和迭代完善设计。

尽管工程通常被认为不具创造性,但课程强调在面对单一问题时,往往会有多种成功的替代解决方案。课程中将引入相关的科学原理,如质心、力与力矩、旋转惯量等,这些原理将与课堂学习相结合。同时,学生将在Wang创新中心(WIC)进行实际的构建和测试设计组件。课程最后,学生将参加赛车日,根据多项性能标准(如操控灵活性、制动距离、里程计准确性和抗摔测试)评估他们的赛车。

非常硬核的Advanced Engineering and Fabrication课程是在数字工程与制造课程的基础上进一步深入,依然保持沉浸式的实践探索方法。课程重点介绍各种数字制造工具和方法,包括CNC铣床、CNC车床、CNC路由器、CNC等离子切割、水刀切割、先进电子技术、机器人、微控制器、印刷电路板、成型、铸造和焊接等。

学生需要具备一定的CAD设计基础,以便更好地掌握这些技术。通过实践操作,学生将进一步提高在数字制造领域的技能,准备迎接更复杂的工程挑战。

WIC里的电脑室则用于CL AI and Machine Learning 的教学。该课程旨在深入探索人工智能和机器学习的领域,使学生理解这些技术的基础原理及其实际应用。课程内容涵盖AI算法原理,学生将学习不同类型的AI算法,理解它们的工作机制和应用场景。

此外,课程还介绍神经网络的结构及其在AI中的重要性,学生将了解如何训练和优化这些模型。实际应用方面,课程探讨AI和ML在医疗、金融、制造等行业的实际案例。学生还将学习数据处理,包括数据预处理、特征选择和模型评估的过程,从而掌握如何处理和利用数据。

课程中包括多个动手项目,学生将从简单的模型构建逐步过渡到复杂的应用开发,同时涵盖图像分析、自然语言处理等领域的项目。伦理讨论也是课程的重要组成部分,学生将探讨AI的公平性、透明度和责任等主题,以增强对AI影响的深刻理解。

The Hun School of Princeton

普林斯顿胡恩中学成立于1914年,座落在新泽西的普林斯顿,距纽约一小时,距离费城一小时。占地45英亩,校园风景优美,距离普林斯顿市中心不到两英里,位于Princeton University普林斯顿大学对面。学校创始人Dr. John Gale Hun曾是普林斯顿的数学教授,学校目前也有多名老师本科毕业于普林斯顿大学。

Hun School的STEM教育理念深植于其创始人John Gale Hun的教育信念中,强调整体思维和跨学科的学习方式。虽然STEM在教育界被广泛宣传为“下一个大事”,但在Hun School,这一理念早已成为学校教育的核心。

Hun School认为STEM的价值不仅仅体现在实验室的工作和数学公式上,更在于学生的学习方式。首先,STEM教育强调互动性,学生在实验室中测量和混合化学物质,或在团队中合作建造机器人,从中学习团队合作和沟通技巧。此外,学生们在不断的反馈中,能够参与到学习过程中,确保每个学生都有发言权。

其次,STEM课程是以解决问题为基础,鼓励学生从实际问题出发,探索多种可能性并提出解决方案。学生们在充当工程师、科学家和数学家的过程中,学习如何收集和分析数据,调查问题并构建解决方案,将所学知识应用于现实世界。

Hun School还强调失败的重要性,鼓励学生在学习中犯错。学校认为,创造性问题解决并没有固定的目标,而是在失败中不断成长。通过接受失败,学生能够学会反弹,吸取教训,从而在科学、数学和工程领域取得更大的进步。失败被视为教育过程中最好的选择,能够帮助学生发展出更强的创新能力和适应能力。

接下来将从数学,科学和计算机技术&工程三大学科来为大家介绍一下这所学校:

1、数学

除了常见的Past-AP难度的多元微积分以及线性代数课程,Hun School还提供Discrete Math离散数学的Number Theory数论和Graph Theory图论。

数论引导学生通过离散的视角分析世界,探索数字理论如何用于识别模式、关系和函数,以描述世界各地存在的相互联系。学生将学习将选项进行清晰的区分,理解如何在不重叠的类别中进行分类。课程强调数学推理的重要性,学生将学习如何阅读、理解和构建数学论证,并利用这些知识进行物体计数、判断计数的可能性、计算有限和无限级数的和,使用 sigma 表示法,并解决与现实生活相关的实际问题。

图论探讨如何利用图形来建模现实世界中的关系,并运用这些知识来满足社会的需求。学生将研究图表和图形,以增强概念理解和问题解决能力。课程中,学生将使用复杂系统的可视化表示,例如图、树和有限状态机,来理解抽象的数学概念,并在这些概念之间建立联系。

图论中的数学建模在多个领域具有广泛的应用,包括计算机科学、数据网络、化学、植物学、动物学、语言学、地理、商业、经济学以及互联网等。通过研究这些应用,学生不仅会获得深厚的数学知识,还能培养分析复杂系统和解决实际问题的能力。

图论中的数学建模在多个领域具有广泛的应用,包括计算机科学、数据网络、化学、植物学、动物学、语言学、地理、商业、经济学以及互联网等。通过研究这些应用,学生不仅会获得深厚的数学知识,还能培养分析复杂系统和解决实际问题的能力。

2、科学

Hun School提供了一门较为特别的Genetics and Biotechnology 课程。该课程探讨DNA技术在法医学、医学、环境清理以及转基因食品中的应用。课程开始时将重点学习遗传学,涵盖基因的发育、DNA的结构与功能,以及其在植物、动物、人类和细菌中的作用,特别关注物种特征如何从一代传递到下一代。

随着课程的深入,学生将接触到快速发展的生物技术领域,了解分子生物学的革命性进展如何利用细胞和分子解决一系列问题,包括HIV的检测与治疗、基因功能的识别、新抗生素和新植物品种的生产等。课程将介绍多种生物技术,使学生能够探索基因功能及其相关应用,从基因工程到现代生物学问题。

该课程为实验室基础课程,学生将在实践中学习如何运用不同的生物技术手段,进行实验和研究,培养实验技能和分析能力。通过结合理论知识与实践操作,学生将获得对遗传学和生物技术领域的深刻理解,为未来在科学和生物技术领域的进一步学习和研究打下坚实基础。

3、计算机技术&工程

虽然缺少Hill School那样系统性强的计算机技术课程设置,Hun Schol的该学科在课程设置上却别具一格。

Engineering Smart Solutions 课程探讨了技术如何用于解决日常问题,以及这种技术对我们生活的影响。学生将深入研究“物联网”(IoT)的构成,包括各种互联网连接设备如何相互连接、如何进行通信以及如何存储和保护数据。课程鼓励学生设计并构建自己的原型,利用传感器和执行技术来实现创新。学生将学习使用微型计算机,如Arduino或Raspberry Pi,进行物联网编程,从而获得实践经验。

Introduction to Artificial Intelligence 课程探讨了机器是否能思考,以及如果可以,是否应该代替人类做出决策。学生将学习人工智能(AI)的基本概念,了解AI在当今社会中的应用及未来潜力。课程内容包括机器学习、深度学习和神经网络的介绍,以及这些技术如何在日常生活中进行决策。学生还将回顾AI的发展历史,分析其当前使用情况和未来应用的潜在可能性,同时探讨围绕AI的伦理问题。通过实验不同的AI应用,学生将进行基础的人工智能系统编程,以提高他们对AI技术的理解和应用能力。

Cybersecurity 课程旨在帮助学生了解设备为何易受网络攻击,并探讨如何保护技术、网络和数据免受损害或未经授权的访问。学生将研究识别和防范安全威胁(如黑客攻击、窃听和网络攻击)的策略。课程内容包括密码学基础和逻辑推理的探讨。通过在远程网络环境中的实际实验,学生将获得配置和减轻系统漏洞的实践经验。每个单元都结合当前的网络安全事件,并探讨相关的网络伦理和法律问题。

【竞赛报名/项目咨询请加微信:mollywei007】

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