乔纳森·范戴克| 2024 年 7 月 17 日
专家预测，未来几年，半导体和微电子行业的就业岗位将比合格的人才数量多出数万个。满足未来需求的方法之一是激发年轻人继续接受 STEM 教育的兴趣和热情，这通常是进入先进制造业的职业道路的先决条件。
为了解决这一现实问题，加州国防就绪电子与微设备超级中心（DREAMS）——一个由南加州大学牵头、涉及 16 所大学和行业合作者的联盟，旨在加速微电子研究和开发——正致力于接触学生，专家认为这是最重要的：中学数学课堂和课程。
“我们缺乏有效的工具和平台，让社区能够利用人工智能 (AI) 来提高学习效率，同时让数学变得有意义，”加州 DREAMS 转化战略主任兼南加州大学维特比分校变革计划副院长 安德里亚·贝尔茨Andrea Belz 说道。“我们也知道学生希望看到和接触科学，我们正在提供这样的机会。”
California DREAMS 正在与非营利组织 Change The Tune 和多位学术研究人员合作，改进课堂和辅导计划的数学教学方式，同时展示数学对于微电子相关研究领域的重要性。
“如何创造一个人口结构不会决定命运的空间？”Change The Tune的执行董事查莉·坎普问道。该组织为弱势学生群体提供课后活动、夏令营和能力建设。“我们知道，BIPOC（黑人、土著和其他有色人种）在 STEAM（科学、技术、工程、艺术和数学）方面存在巨大差距，尤其是在通往半导体和微电子领域的学术领域。课程设计往往不以社区的声音为中心。这样社区就不会感兴趣，人才输送渠道就会空空如也。我们可以从学习方式开始，缩小这些差距。”
DREAMS 由南加州大学维特比分校信息科学研究所(ISI)牵头，是美国国防部微电子公共计划下建立的八个区域创新中心之一，该计划由 2022 年《芯片与科学法案》资助，旨在开发陆上微电子硬件原型设计、半导体技术从实验室到工厂的过渡以及扩展的半导体劳动力培训。
工具和策略2024 年 4 月，加州梦想项目在洛杉矶莱默特公园社区的奥杜邦中学对初中数学学生和教师进行了首次焦点小组讨论和调查。专家们征求了学生对数学学习偏好的反馈，并从教师那里了解了最佳做法。
目前，研究小组正在研究各种变革手段，包括使用教育软件、相关课程和教师培训以及教师发挥创造力的方法。
“如果学生不喜欢，他们就不会参与其中，”坎普说。“因此，创建一个以学生和教师的声音为中心的培训模式，以创造这种快乐是我们最大的目标。”
研究人员还在分析已投入使用的数学软件平台，以指导他们自己的数学应用程序的设计。南加州大学创意技术研究所学习科学主任 本奈Ben Nye正在领导梅里迪奥 Meridio 的开发，这是一个促进学生之间协作的平台，具有支持 AI 的后端来帮助教师。
梅里迪奥Meridio 仍处于早期开发阶段，但预计将重点推出两大功能：学生在解答数学问题的同时，还能像在社交媒体上互动，以及与学生个人和文化相关的内容。梅里迪奥Meridio 团队计划通过教授让学生兴奋和受到启发的现实世界问题来创造相关性。
“如果你不以一种能表明它与学生的价值观和他们正在做的事情相一致的方式教授他们一些东西，那么它对他们来说就毫无意义，”奈伊说。“梅里迪奥Meridio 将帮助你了解数学在日常生活和其他方面的问题中的作用。我们的想法是让这些学生通过数学眼镜看世界。”
梅里迪奥Meridio 平台将为教学和社交应用提供空间。例如，一个社区可能有坑洼，偶尔会干扰学生的日常交通。课程可以专注于解决这一特定问题，使用几何图形来描绘坑洼的形状，并分析填补坑洼所需的物资成本。解决这一实际问题的每一步都可以成为学生可以合作的数学问题。
最终，奈和团队将创建软件平台，帮助根据用户关于自己生活中主题的提示生成这些现实世界的数学问题。该软件可能会使用大型语言模型 (LLM) 和人工智能为学生构建问题。
“我们这里的范式转变是让学生理解数学问题并进行合作，从他们关心的事情开始，”奈说。
探索数学和微电子学激发 STEM 兴趣还必须超越课堂活动。坎普解释说，学生清醒时 80% 的时间是在校外度过的，因此课后活动和夏令营是加州梦想战略的一大重点。
今年夏天，加州梦想与 Change The Tune 工作室夏令营合作，该夏令营将有来自洛杉矶地区 15 所学校的 60 名参与者参加。在特别的 USC 探索日，加州梦想将在 USCJohn O'Brien 纳米制造实验室接待夏令营学生，他们将在那里聆听该领域专家的讲解，参加洁净室寻宝游戏等活动。
“亲眼目睹这些作品并聆听当地社区代表的发言可以极大地激励学生，”坎普说。“我们希望这些项目能够成为激发学生对技术和微电子学兴趣的温床。”
随着 California DREAMS 加速其 K-12 活动，该团队将建立适用于任何地方和任何人的模型。早期结果令人鼓舞。“这个项目的力量在于来自不同领域的许多人聚集在一起，” 肯普Kemp 说。
