手を握り合う先生たち

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MIT の鍛冶場と鋳物工場のレンガ炉の中で、マイク ターカニアンは液体金属を型に満たされるまで注ぎ、残りをトラフに移しました。 部屋の周囲温度でどれだけ早く固まるかを実証するために、MIT 材料科学工学部 (DMSE) の上級講師がトラフを蹴り飛ばしたところ、固い金属の塊が落ちてきました。 このデモンストレーションは、小学校および高校の教師に材料科学と材料工学を教育するための 1 週間のワークショップである、毎年恒例のマテリアルズ ゲノム キャンプの一環として行われました。 このキャンプは、多機関からなる階層的材料設計センターと米国金属協会によって運営され、MIT では DMSE の熱計算実践教授であるグレッグ オルソンによって運営されています。 今年、米国とカナダ全土から集まった 12 人の教師が、錫とビスマスを使って、受けた損傷を修復できる「自己修復」金属を作成するという任務を課されました。 本物の鋼合金ではありませんが、このクラスは愛情を込めて、その石畳みの製品をフランケン鋼と呼んでいます。 このコースは、従来よりも迅速かつ安価に材料を設計および製造するためのオバマ政権時代の連邦政府の取り組みであるマテリアルズゲノムイニシアチブと連携している。 その流れで、教師たちは、合金などの多成分材料の特性を予測する方法論である CALPHAD を使用して新しい金属を設計しました。 フランケンスチールは、ある形状から別の形状に戻ることができる形状記憶素材で作られたワイヤーで支えられています。 金属に亀裂が入った場合でも、一定の温度に加熱すると金属自体が「修復」します。 「教師たちは、治癒過程で材料の約20パーセントが局所的に液体を形成するように組成と温度を設定しました」と、オルソンの研究グループの大学院生でキャンプのコーディネーターの1人であるジュリアン・ラックウィッツは言う。 「形状記憶ワイヤーが亀裂の表面を引き寄せ、液体がすべてを元に戻しますが、素材の大部分は形状を維持するためにまだ固体です。」 教師たちは 1 週間を通して実験を行い、氷と石膏で構造コンポーネントをテストし、実験サンプルを鋳造し、引張試験を行ったり、材料を破壊するのに必要な力を測定したりしました。

参加者はキャンプ中に学んだことを活用して、帰国した生徒のために新しいプロジェクトを開発する計画を立てています。 「この経験は、材料科学についてさらに学ぶのに本当に役立ちました。そして、中学校や高校の教室に持ち帰ることができる多くの応用を私たちに与えてくれました」と、メリーランド州ゲーサーズバーグにあるリッジビュー中学校の教師、ヨン ユーは言います。 彼女はこれまで 8 年生に物理学、地球科学、天文学を教えてきましたが、今年は 7 年生で生命科学を教えることになります。 石膏のさまざまな構造補強の組み合わせを試して楽しんでいただきました。 竹、ペーパークリップ、紙、ゴムなどは、材料を強化するために使用されるアイテムのほんの一部です。 「あらゆる種類の組み合わせや部品を試し、作った石膏を壊すのにどれくらいの力が必要かを試しました」と You 氏は言います。 このような実験は教室に簡単に戻せる、とあなたは言います。 「生徒に教材について教えることができます。 それらをどのように強化しますか？ どうやって彼らを強くするのですか？」 もう一人の参加者であるブレンナ・トブランさんは、アルバータ州カルガリーにあるセントラル・メモリアル高校の科学と物理学の教師です。 彼女の授業の一部は前提条件であるため、生徒たちは科学に特に興味を持っていません。 「彼らは時々、『それはあなたが私に受講させているコースで、私はそれが嫌いです』とただ考えることがあります。」 トブランさんは、MIT キャンプの実践的なワークショップでの経験の一部を同僚の教師に持ち帰り、支援したいと考えています。彼らは、実践的な応用を動機とした魅力的な活動を開発することの重要性を理解しています。 たとえば、彼女は、引張試験を行うために必要な特殊な機器を利用できる学校のプレエンジニアリング プログラムの教師と話をすることに興味があります。 トブラン氏によると、目標は生徒たちにとって科学をもっと親しみやすいものにし、「生徒たちにアイデアを与え、『科学には何の意味があるのか​​？』を示すことだ」という。トブランさんはその一週間を仕事としてではなく、レクリエーションとして捉えていたという。 彼女は学校の別の教師にキャンプに行くべきだと説得しようとした。 「彼女は言いました、『ああ、忙しすぎて、休暇を取りたいのです。』 いやいや、あなたにはわかりません。 今日は休日です。 これは楽しいです。" 実際、この経験により、トブランは新たな学位を目指す意欲が湧いてきました。 彼女は天体物理学における自身の背景と、それが材料科学や工学にどのように結び付くことができるかを検討していました。 「別の工学の学位を取得する必要がありますか? それとも天体物理学の修士号/博士号を取得するために直接進むのでしょうか? それとも何らかの方法でそれらを組み合わせることができますか？ これは本当に魅力的だからです」と、30 年近く教えてきたトブランは、退職後に何をしたいかを振り返りながら言います。 「まあ、実際に引退するわけではないんですけどね。 新しいことを学び、新しいことをするつもりです。」