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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(jì)劃（SHAPE）

發(fā)布時(shí)間：2023-02-07 作者：留學(xué)美國(guó)網(wǎng)     來(lái)源：留學(xué)美國(guó)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(jì)劃（SHAPE）是一個(gè)針對(duì)初二、三年級(jí)和四年級(jí)學(xué)生的選擇性暑期高中計(jì)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(gè)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(jí)工程入門課程。該項(xiàng)目還包括選修課、大學(xué)準(zhǔn)備、哥倫比亞學(xué)生的支持以及其他研討會(huì)。請(qǐng)注意，如果您被SHAPE錄取，屆時(shí)您將能夠再次確認(rèn)或調(diào)整您的課程和課程興趣。

 
　　課程設(shè)置

　　1、機(jī)器人技術(shù)：Robotics(一期，二期都有）

　　本課程與哥倫比亞大學(xué)機(jī)械工程系聯(lián)合舉辦，是機(jī)器人技術(shù)的動(dòng)手入門課程，包括理論和實(shí)驗(yàn)室兩部分。本課程是一門以項(xiàng)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(jì)中的作用。該類項(xiàng)目的目標(biāo)有兩個(gè)方面：（a）設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自主導(dǎo)航預(yù)定迷宮并執(zhí)行姿勢(shì)任務(wù)的機(jī)器人；（b）從預(yù)先存在的套件組裝玩具車，并對(duì)玩具車進(jìn)行編程以執(zhí)行特定動(dòng)作。通過(guò)面向制造過(guò)程的設(shè)計(jì)，學(xué)生將了解工程設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等基本概念。此外，學(xué)生將學(xué)習(xí)實(shí)體建模、傳感器技術(shù)和運(yùn)動(dòng)原理。每個(gè)學(xué)生都負(fù)責(zé)構(gòu)思和執(zhí)行一個(gè)原創(chuàng)設(shè)計(jì)。

　　2、高級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)Adv.Computer Science(二期有）

　　本課程針對(duì)的是已經(jīng)具備任何語(yǔ)言（如Java或Python）計(jì)算和編程基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生。課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生將學(xué)會(huì)如何像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考，在高水平上開(kāi)發(fā)問(wèn)題的計(jì)算解決方案，批判性地比較解決同一問(wèn)題的不同算法，并從頭開(kāi)始用Python實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序。

 
 
　　課程內(nèi)容：

　　簡(jiǎn)要回顧Python語(yǔ)言，重點(diǎn)是面向?qū)ο缶幊獭?/span>

　　算法和big-O符號(hào)的形式化分析。學(xué)生將實(shí)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(duì)列、堆、樹(shù)）的理論和實(shí)現(xiàn)。

　　圖和相關(guān)算法（樹(shù)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(wèn)題，以及對(duì)抗性搜索和游戲。

　　其他主題，如機(jī)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(jìn)行討論。

 
    
 
 
　　3、電氣工程Electrical Engineering(一期有）

　　利用太陽(yáng)的能量-本課程結(jié)合了電氣、機(jī)械和計(jì)算機(jī)工程的要素，所有這些都支持太陽(yáng)能系統(tǒng)的工程。我們將研究?jī)煞N類型：光伏（將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能）和太陽(yáng)能熱（直接利用太陽(yáng)能）。前者的活動(dòng)包括學(xué)習(xí)電的基本知識(shí)，特別是太陽(yáng)能電池，然后設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池陣列為一個(gè)小型學(xué)生中心供電。對(duì)于后者，您將學(xué)習(xí)太陽(yáng)能烤箱的工作原理，并在家中制作一個(gè)烤餅，然后學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的數(shù)字電路，并使用附帶的傳感器對(duì)Arduino進(jìn)行編程，以測(cè)量您的太陽(yáng)能烤箱性能。最后，利用您的數(shù)字電路知識(shí)，您將設(shè)計(jì)并模擬一臺(tái)投票機(jī)。

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

　　本課程將首先簡(jiǎn)要討論溫室效應(yīng)、二氧化碳的燃燒來(lái)源以及二氧化碳捕獲的最新技術(shù)。對(duì)催化劑基礎(chǔ)知識(shí)的簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)等知名產(chǎn)品的基本知識(shí)。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(duì)環(huán)保產(chǎn)品的形成進(jìn)行深入研究。動(dòng)力學(xué)、催化過(guò)程及其選擇性的關(guān)鍵作用將被納入未來(lái)“綠色”技術(shù)的實(shí)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(jì)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(shí)用的課程是為新生設(shè)計(jì)的，目的是讓他們認(rèn)識(shí)到在拯救地球這一最重大挑戰(zhàn)中的職業(yè)機(jī)會(huì)。這一成果將有助于應(yīng)用基本的科學(xué)和工程原則來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的地球。

　　5、設(shè)計(jì)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(yùn)輸服務(wù)），以支持人類社會(huì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境目標(biāo)。按背景介紹問(wèn)題類型，以及通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)技術(shù)和政策解決問(wèn)題的共同框架。提供了一個(gè)跨學(xué)科的視角，重點(diǎn)關(guān)注人類與自然系統(tǒng)之間的相互作用。通過(guò)現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用程序和問(wèn)題提供的背景，對(duì)資源提供的備選方案及其潛在環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。本課程以項(xiàng)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(xiàng)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(biāo)、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(jì)與可持續(xù)廢物管理、水處理、運(yùn)輸、工業(yè)4.0在實(shí)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(jì)學(xué)。

 
　　選修課程

　　學(xué)生將在課程期間選擇一項(xiàng)選修課。2022年選修課將與我們的本科團(tuán)隊(duì)一起開(kāi)發(fā)。參與的學(xué)生可以表達(dá)對(duì)多種選修課的興趣，并將根據(jù)興趣進(jìn)行安排，并在課程開(kāi)始前一周收到有關(guān)課程細(xì)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(jìn)行調(diào)整。

　　學(xué)生們可以每天使用Columbia Makerspace構(gòu)建項(xiàng)目原型。MakerSpace配備了3D打印機(jī)、激光切割機(jī)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(shí)驗(yàn)室中的學(xué)生項(xiàng)目。

 
 
　　實(shí)驗(yàn)室

　　學(xué)生們可以每天使用Columbia Makerspace構(gòu)建項(xiàng)目原型。MakerSpace配備了3D打印機(jī)、激光切割機(jī)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(shí)驗(yàn)室中的學(xué)生項(xiàng)目。
 
　　同時(shí)，學(xué)生可以使用MechTech實(shí)驗(yàn)室將他們的想法轉(zhuǎn)化為創(chuàng)造有形技術(shù)。杰夫·凱薩爾博士是該空間的教職主任。課程EEU將監(jiān)督實(shí)驗(yàn)室中的學(xué)生項(xiàng)目。

 
 
　　課程表

　　課程每年共開(kāi)兩期，每期兩周，7月5日至7月22日為一期課程，7月26日至8月12日為二期課程，每期課程時(shí)間安排如下：

　　09：00課程報(bào)到

　　09：15老師/教授授課

　　10：00專業(yè)課

　　11：00項(xiàng)目時(shí)間/編程

　　12：00午休

　　13：00課程報(bào)到

　　13：15老師/教師授課

　　14：30專業(yè)課

　　15：00選修課

　　16：00項(xiàng)目課/編程課/休息

　　17：00下課

 
　　課程費(fèi)用

　　學(xué)費(fèi)和雜費(fèi)

　　課程學(xué)費(fèi)4000美元

　　材料100美元

　　活動(dòng)費(fèi)50美元

　　實(shí)驗(yàn)室費(fèi)用120美元

　　總計(jì)4270美元

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