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哥大工程夏校之--- 哥倫比亞大學(xué)工程暑期高中工程師學(xué)術(shù)計劃（SHAPE）

發(fā)布時間：2023-02-07 作者：留學(xué)美國網(wǎng) 來源：留學(xué)美國網(wǎng)

關(guān)于SHAPE

　　哥倫比亞大學(xué)工程暑期高中工程師學(xué)術(shù)計劃（SHAPE）是一個針對初二、三年級和四年級學(xué)生的選擇性暑期高中計劃。SHAPE面向?qū)茖W(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）表現(xiàn)出興趣的本地學(xué)生。每個為期3周的課程都提供大學(xué)水平的工程學(xué)課程，輔以選修課和講習(xí)班。

　　學(xué)生將選擇一門學(xué)科，并在課程期間參加一門大學(xué)級工程入門課程。該項目還包括選修課、大學(xué)準備、哥倫比亞學(xué)生的支持以及其他研討會。請注意，如果您被SHAPE錄取，屆時您將能夠再次確認或調(diào)整您的課程和課程興趣。

　　課程設(shè)置

　　1、機器人技術(shù)：Robotics(一期，二期都有）

　　本課程與哥倫比亞大學(xué)機械工程系聯(lián)合舉辦，是機器人技術(shù)的動手入門課程，包括理論和實驗室兩部分。本課程是一門以項目為基礎(chǔ)的課程，探討基礎(chǔ)工程學(xué)科在現(xiàn)代工程設(shè)計中的作用。該類項目的目標有兩個方面：（a）設(shè)計一個能夠自主導(dǎo)航預(yù)定迷宮并執(zhí)行姿勢任務(wù)的機器人；（b）從預(yù)先存在的套件組裝玩具車，并對玩具車進行編程以執(zhí)行特定動作。通過面向制造過程的設(shè)計，學(xué)生將了解工程設(shè)計和機械設(shè)計等基本概念。此外，學(xué)生將學(xué)習(xí)實體建模、傳感器技術(shù)和運動原理。每個學(xué)生都負責(zé)構(gòu)思和執(zhí)行一個原創(chuàng)設(shè)計。

　　2、高級計算機科學(xué)Adv.Computer Science(二期有）

　　本課程針對的是已經(jīng)具備任何語言（如Java或Python）計算和編程基礎(chǔ)知識的學(xué)生。課程結(jié)束時，學(xué)生將學(xué)會如何像計算機科學(xué)家一樣思考，在高水平上開發(fā)問題的計算解決方案，批判性地比較解決同一問題的不同算法，并從頭開始用Python實現(xiàn)應(yīng)用程序。

　　課程內(nèi)容：

　　簡要回顧Python語言，重點是面向?qū)ο缶幊獭?/span>

　　算法和big-O符號的形式化分析。學(xué)生將實施、分析和比較許多基于比較的排序算法。

　　基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如堆棧、隊列、堆、樹）的理論和實現(xiàn)。

　　圖和相關(guān)算法（樹遍歷、最短路徑）。

　　介紹人工智能和使用啟發(fā)式狀態(tài)空間搜索解決問題，以及對抗性搜索和游戲。

　　其他主題，如機器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的介紹，可以根據(jù)學(xué)生的興趣進行討論。

　　3、電氣工程Electrical Engineering(一期有）

　　利用太陽的能量-本課程結(jié)合了電氣、機械和計算機工程的要素，所有這些都支持太陽能系統(tǒng)的工程。我們將研究兩種類型：光伏（將太陽能轉(zhuǎn)化為電能）和太陽能熱（直接利用太陽能）。前者的活動包括學(xué)習(xí)電的基本知識，特別是太陽能電池，然后設(shè)計太陽能電池陣列為一個小型學(xué)生中心供電。對于后者，您將學(xué)習(xí)太陽能烤箱的工作原理，并在家中制作一個烤餅，然后學(xué)習(xí)如何設(shè)計一些簡單的數(shù)字電路，并使用附帶的傳感器對Arduino進行編程，以測量您的太陽能烤箱性能。最后，利用您的數(shù)字電路知識，您將設(shè)計并模擬一臺投票機。

　　4、緩解氣候變化Mitigating Climate Change(一期有）

　　本課程將首先簡要討論溫室效應(yīng)、二氧化碳的燃燒來源以及二氧化碳捕獲的最新技術(shù)。對催化劑基礎(chǔ)知識的簡要討論為學(xué)生提供了了解石油加工、特種化學(xué)品生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)等知名產(chǎn)品的基本知識。還將討論生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料、食用和非食用產(chǎn)品的現(xiàn)有應(yīng)用。隨后，大學(xué)和工業(yè)界將對環(huán)保產(chǎn)品的形成進行深入研究。動力學(xué)、催化過程及其選擇性的關(guān)鍵作用將被納入未來“綠色”技術(shù)的實際解決方案中。學(xué)生將學(xué)習(xí)多相催化、可再生能源、電化學(xué)技術(shù)、新興的“綠色”氫經(jīng)濟和燃料電池的重要作用，這些都是緩解氣候變化所必需的。這門入門但實用的課程是為新生設(shè)計的，目的是讓他們認識到在拯救地球這一最重大挑戰(zhàn)中的職業(yè)機會。這一成果將有助于應(yīng)用基本的科學(xué)和工程原則來應(yīng)對氣候變化，以實現(xiàn)可持續(xù)的地球。

　　5、設(shè)計創(chuàng)造更美好的星球A Better Planet by Design(二期有）

　　發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施，提供安全可靠的資源（能源、水和其他材料、運輸服務(wù)），以支持人類社會，同時實現(xiàn)環(huán)境目標。按背景介紹問題類型，以及通過應(yīng)用適當(dāng)技術(shù)和政策解決問題的共同框架。提供了一個跨學(xué)科的視角，重點關(guān)注人類與自然系統(tǒng)之間的相互作用。通過現(xiàn)實世界應(yīng)用程序和問題提供的背景，對資源提供的備選方案及其潛在環(huán)境影響進行預(yù)測。本課程以項目為基礎(chǔ)。學(xué)生們將在與導(dǎo)師討論后，完成他們感興趣的項目。課堂將涵蓋以下主題，但不限于：可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)和可能的解決辦法概覽、可持續(xù)性指標、生命周期與供應(yīng)鏈分析、可持續(xù)能源系統(tǒng)和電氣化、可再生能源和替代燃料、循環(huán)經(jīng)濟與可持續(xù)廢物管理、水處理、運輸、工業(yè)4.0在實現(xiàn)可持續(xù)解決方案中的作用、可持續(xù)性和公共政策經(jīng)濟學(xué)。

　　選修課程

　　學(xué)生將在課程期間選擇一項選修課。2022年選修課將與我們的本科團隊一起開發(fā)。參與的學(xué)生可以表達對多種選修課的興趣，并將根據(jù)興趣進行安排，并在課程開始前一周收到有關(guān)課程細節(jié)的信息。如果學(xué)生需要調(diào)整他們的位置，這將在SHAPE的早期階段進行調(diào)整。

　　學(xué)生們可以每天使用Columbia Makerspace構(gòu)建項目原型。MakerSpace配備了3D打印機、激光切割機和用于數(shù)字制造的CNC工具。John Kymissis博士和Hod Lipson博士是哥倫比亞創(chuàng)客空間的教職員工。課程EEU將監(jiān)督實驗室中的學(xué)生項目。