선생님들이 손을 맞잡는다

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MIT의 단조 및 주조 공장의 벽돌 용광로 속에서 Mike Tarkanian은 액체 금속을 주형에 채워 채워질 때까지 부은 다음 나머지를 여물통에 비웠습니다. 실내 온도에서 얼마나 빨리 응고되는지 보여주기 위해 MIT 재료공학과(DMSE)의 선임 강사가 물통을 걷어차자 단단한 금속 덩어리가 떨어졌습니다. 이 시연은 재료 과학 및 공학 분야의 초등학교 및 고등학교 교사를 교육하기 위한 일주일 간의 워크숍인 연례 재료 게놈 캠프의 일부였습니다. 이 캠프는 계층적 재료 설계를 위한 다기관 센터와 미국 금속 학회, 그리고 MIT에서는 DMSE 실무의 열석회석 교수인 Greg Olson이 운영합니다. 올해 미국과 캐나다 전역에서 온 12명의 교사들은 주석과 비스무트를 사용하여 손상을 복구할 수 있는 "자가 치유" 금속을 만드는 임무를 맡았습니다. 진정한 강철 합금은 아니지만, 이 클래스는 자갈을 엮어 만든 창조물인 프랑켄스틸이라는 애칭을 붙였습니다. 이 과정은 전통적으로 수행된 것보다 더 빠르고 저렴하게 재료를 설계하고 제조하려는 오바마 시대의 연방 노력인 재료 게놈 이니셔티브(Material Genome Initiative)와 연계되어 있습니다. 이러한 맥락에서 교사들은 합금과 같은 다성분 재료의 특성을 예측하기 위한 방법론인 CALPHAD를 사용하여 새로운 금속을 설계했습니다. 프랑켄스틸은 한 모양에서 다른 모양으로 되돌릴 수 있는 형상 기억 소재로 만든 와이어로 지지됩니다. 금속에 균열이 생기면 특정 온도로 가열하면 스스로 "치료"될 수 있습니다. "선생님들은 치유 과정에서 국지적으로 약 20%의 액체가 형성되는 방식으로 재료의 구성과 온도를 설정했습니다"라고 Olson 연구 그룹의 대학원생이자 캠프 코디네이터 중 한 명인 Julian Rackwitz는 말합니다. "형상 기억 와이어는 갈라진 표면을 서로 잡아당기고 액체는 모든 것을 다시 함께 치유합니다. 반면 대부분의 재료는 모양을 유지하기 위해 여전히 단단합니다." 일주일 내내 교사들은 실험을 수행하고 얼음과 석고의 구조적 구성 요소를 테스트하고 실험 샘플을 주조하고 인장 테스트를 수행하거나 재료를 파손하는 데 필요한 힘을 측정했습니다.

캠프 기간 동안 배운 내용을 활용하여 참가자들은 고국에 있는 학생들을 위한 새로운 프로젝트를 개발할 계획입니다. 메릴랜드 주 게이더스버그에 있는 Ridgeview 중학교의 교사인 Yong You는 "이 경험은 재료 과학에 대해 더 많은 것을 배우는 데 큰 도움이 되었습니다. 중학교 또는 고등학교 교실에 다시 가져올 수 있는 많은 응용 프로그램을 제공했습니다."라고 말합니다. 그녀는 8학년 학생들에게 물리학, 지구과학, 천문학을 가르쳤고 올해는 7학년들에게 생명과학을 가르칠 예정입니다. 당신은 석고의 다양한 구조적 보강 조합을 실험하는 것을 즐겼습니다. 대나무, 클립, 종이, 고무줄 등은 재료를 강화하기 위해 사용된 품목 중 일부에 불과했습니다. "우리는 모든 종류의 조합과 조각을 시도한 다음 우리가 만든 석고를 부수는 데 얼마나 많은 힘이 필요한지 확인하려고 노력했습니다. "라고 You는 말합니다. 이러한 실험은 교실로 쉽게 옮겨질 수 있다고 You는 말합니다. “학생들에게 자료에 관해 가르칠 수 있습니다. 어떻게 강화하나요? 어떻게 하면 그들을 더 강하게 만들 수 있나요?” 또 다른 참가자인 브레나 토블란(Brenna Toblan)은 앨버타 주 캘거리에 있는 센트럴 메모리얼 고등학교의 과학 및 물리학 교사입니다. 그녀의 수업 중 일부는 필수 과목이므로 학생들은 과학에 특별히 관심이 없습니다. "그들은 때때로 그것을 단지 '당신이 나에게 수강하도록 강요하는 과정인데 나는 그것을 싫어합니다.'라고 생각합니다." Toblan은 MIT 캠프 실습 워크숍에서 얻은 경험 중 일부를 동료 교사들에게 다시 전달하여 도움을 주고 싶어합니다. 그들은 실제 적용을 통해 동기를 부여받은 매력적인 활동을 개발하는 것의 중요성을 이해합니다. 예를 들어, 그녀는 학교 시스템의 사전 엔지니어링 프로그램에서 인장 테스트에 필요한 특수 장비에 접근할 수 있는 교사와 대화하는 데 관심이 있습니다. 목표는 학생들이 과학에 더 쉽게 접근할 수 있도록 하는 것입니다. "학생들에게 아이디어를 제공하고 '과학의 요점은 무엇입니까?'를 보여 주는 것"이라고 Toblan은 말합니다. Toblan은 이번 주를 일이 아니라 오락으로 보았다고 말했습니다. 그녀는 자신이 캠프에 가야 한다고 학교의 다른 교사를 설득하려고 했습니다. “그녀는 '아, 너무 바빠서 휴가를 보내고 싶어요.'라고 말합니다. 아니, 아니, 당신은 이해하지 못합니다. 이것은 휴일입니다. 이 재미." 사실, 그 경험으로 인해 Toblan은 또 다른 학위를 취득하려는 활력을 얻었습니다. 그녀는 천체 물리학에 대한 자신의 배경 지식과 그것이 재료 과학 및 공학과 어떻게 연결될 수 있는지 고려하고 있었습니다. “다른 공학 학위를 취득해야 합니까? 아니면 곧바로 천체물리학 석사/박사 학위를 취득할 수 있나요? 아니면 어떻게든 결합할 수 있나요? 정말 매력적이기 때문이죠.” 거의 30년 동안 가르쳤던 Toblan은 은퇴 후 무엇을 하고 싶은지 생각하며 말했습니다. “글쎄요, 저는 실제로 은퇴할 생각이 없습니다. 나는 가서 새로운 것을 배우고 새로운 일을 하려고 합니다.”