Soms leiden de kleinste dingen tot de grootste ideeën. Voorbeeld:Nano 2020, een door de Universiteit van Arizona geleid initiatief om een ​​curriculum en technologie te ontwikkelen gericht op het opleiden van studenten in het snelgroeiende gebied van nanotechnologie.

De vijfjarige multi-universitair project heeft onlangs zijn doel bereikt om wereldwijd relevante en implementeerbare curricula en instructietechnologieën te creëren, om een ​​virtual reality-klaslokaal op te nemen, die de capaciteit van opvoeders vergroten om studenten te onderwijzen over innovatieve toepassingen van nanotechnologie in de landbouw en de biowetenschappen.

Visualiseren wat te klein is om gezien te worden

Nanotechnologie omvat deeltjes en apparaten die zijn ontwikkeld en gebruikt op een schaal van 100 nanometer of minder - om dat in perspectief te plaatsen, de gemiddelde diameter van een mensenhaar is 80, 000 nanometer. De extreem kleine schaal kan het begrip moeilijk maken als het gaat om het leren over dingen die niet met het blote oog kunnen worden gezien.

Dat is waar het Nano 2020 virtual reality-klaslokaal om de hoek komt kijken. In een op maat ontwikkeld VR-klaslokaal compleet met een laboratorium, nanoschaalobjecten komen tot leven voor leerlingen dankzij de kracht van wetenschappelijke datavisualisatie.

Binnen de VR-omgeving, leerlingen kunnen communiceren met objecten van nanoschaalverhoudingen - ze oppakken, draai ze om en onderzoek elke nuance van dingen die anders te klein zouden zijn om te zien. Studenten kunnen ook communiceren met hun instructeur of hun collega's. Het Nano 2020-klaslokaal zorgt voor functionaliteit voor meerdere spelers, docenten en studenten de mogelijkheid bieden om in realtime verbinding te maken in een VR-laboratorium, waar ter wereld ze zich ook bevinden.

"De virtual reality-technologie brengt deze complexe inhoud tot leven op een vreemd eenvoudige manier, " zei Matt Mars, universitair hoofddocent agrarisch leiderschap en innovatieonderwijs aan het College of Agriculture and Life Sciences en mededirecteur van de Nano 2020-subsidie. "Stel je voor dat je een student kunt nemen en ze zien een nanometer van een afstand, en dan kunnen ze het benaderen en zien hoe klein het is door er daadwerkelijk in te zijn. Het is geestverruimend, maar op een manier waarop studenten zullen zijn, 'Oh Allemachtig, dat is echt gaaf!'"

De technologie is ontwikkeld door Tech Core, een groep studentprogrammeurs en ontwikkelaars onder leiding van regisseur Ash Black in het Eller College of Management.

"Waar ik vanaf het begin het meest door gefascineerd was, was spelen met gevoel voor schaal, " zei Zwart, een levenslange technoloog en mentor-in-residence bij het McGuire Center for Entrepreneurship. "Wat me echt intrigeerde aan virtual reality, is dat het een hulpmiddel is waarbij de schaal elastisch is - je kunt het omhoog en omlaag draaien. Het is duidelijk dat met nanotechnologie, je hebt te maken met heel, hele kleine dingen die nog niemand heeft gezien, dus het leek een perfect gebruik van virtual reality."

Black en Tech Core-studenten, waaronder Robert Johnson, Haza Alkaabi, Matthew Romero, Devon Oberdan, Brandon Erickson en Tim Lukau maakten van wetenschappelijke gegevens een object, het object in een beeld, en het beeld in een 3D-weergave die functioneel is in de VR-omgeving die ze hebben gebouwd.

"Ik denk dat de mogelijkheid om te communiceren met objecten van nanoschaalgegevens in deze omgeving ertoe zal leiden dat er veel gloeilampen gaan branden in de hoofden van de studenten. Ik denk dat ze het zullen begrijpen, " Black zei. "Om iets te kunnen ervaren dat abstract is, zoals, hoe ziet een koolstofatoom eruit - nou ja, als je er echt naar kunt kijken, dat is ineens een heleboel context."

Het VR-klaslokaal vormt een aanvulling op het Nano 2020-curriculum, die wereldwijd de kansen voor onderwijs in nanotechnologie op het gebied van landbouw en life sciences vergroot.

Onderwijs aan de beroepsbevolking van de toekomst

"Er zijn grote vorderingen gemaakt met het gebruik van nanotechnologie in de gezondheidswetenschappen, maar er zijn nog veel meer mogelijkheden voor innovatie op dit gebied in de landbouw. Het idee is om deze kansen voor innovatie te kunnen vergroten door een aantal educatieve hulpmiddelen aan te bieden, " zei Randy Burd, die hoogleraar voedingswetenschappen was aan de Universiteit van Arizona toen hij het Nano 2020-project startte met financiering van een National Institute of Food and Agriculture Higher Education Challenge-beurs via het Amerikaanse ministerie van landbouw. "Het geeft studenten niet alleen de basis van het begrijpen van de toepassingen, maar zal ze de innovatieve denkprocessen geven om nieuwe creaties te bedenken. Dat is de echte sleutel."

Onbekend object

Het doel van het Nano 2020-team, waaronder docenten van de Universiteit van Arizona, Northern Arizona University en Johns Hopkins University, was om een ​​online suite van niet-gegradueerde cursussen te creëren die niet universiteitsspecifiek was, maar kan worden geopend en aangevuld door docenten om studenten over de hele wereld te bereiken.

Daartoe, het team bouwde modulaire cursussen in nanotechnologieonderwerpen zoals glycobiologie, optische microscopie en histologie, nanomicroscopie technieken, voedingsgenomica, toepassingen van magnetische nanotechnologie, en ontwerp, innovatie, en ondernemerschap, om er een paar te noemen. Er zal een online bibliotheek worden gecreëerd om de voortdurende uitbreiding van de open-source curricula te vergemakkelijken, die zal worden verspreid via nieuwe technologieën zoals het virtual reality-klaslokaal.

"Het is niet praktisch om te denken dat andere universiteiten en hogescholen gewoon nieuwe cursussen kunnen lanceren, omdat ze nog steeds mensen nodig hebben om die cursussen te geven, Mars zei. "Dus hebben we een robuuste en flexibele set van op modules gebaseerde cursuspakketten gemaakt met oefeningen, lezingen, videos, stopcontacten, gereedschap. Instructeurs zullen in staat zijn om componenten eruit te halen en te integreren in wat al bestaat om door te gaan naar een uitgebreider aanbod in nanotechnologie-onderwijs."

Volgens Mars, het zeer aanpasbare karakter van het curriculum en het vermogen om het op verschillende manieren te leveren, waren belangrijke componenten van het Nano 2020-project.

"We benaderen het project met een sterke ondernemersmentaliteit en een sterke nadruk op innovatie. We wilden dat het breed gedefinieerd en flexibel van structuur was, zodat andere instellingen toegang krijgen tot de leerplannen en deze modelleren, zie de basis, en dat aanpassen aan wat hun behoeften waren om te beginnen met het verspreiden van het begrip nanotechnologie als een onderontwikkeld maar echt belangrijk gebied binnen het grotere landschap van landbouw en biowetenschappen, Mars zei. "We wilden ook een overlay bieden voor de wetenschappelijke en technologische componenten die zouden gaan over adoptie in menselijke toepassing, en we hebben dat benaderd door een lens op het gebied van innovatie en ondernemend leiderschap."

Delen van het Nano 2020-curriculum worden momenteel aangeboden als keuzevakken in een certificaatprogramma via het Department of Agriculture Education, Technologie en innovatie aan de Universiteit van Arizona. Naarmate het op grotere schaal wordt verspreid door de gemeenschap van hoger onderwijs in het algemeen, onderzoekers verwachten dat het curriculum en VR-klaslokaaltechnologie de grenzen van discipline overstijgen, instelling en geografie.

"Er komt een online open platform waar mensen onderdelen en cursussen kunnen downloaden, en alles wordt omlijst door de technologie, zodat deze ervaringen en onderzoek kunnen worden gedeeld via deze virtual reality-component, "Zei Burd. "Het is technologisch verschillend van wat er nu bestaat."

"Het idee is dat het niet alleen een leerplan is, maar het is de levering van dat leerplan, en de levering van dat curriculum op verschillende manieren, "Zei Mars. "Er is een herkenbaarheid die wordt geleverd met de virtuele realiteit die ik echt cool vind. Het stelt leerlingen in staat zich te verhouden tot zoiets abstracts als een nanometer, en dat is wat echt spannend is."