آموزش دانش آموزان در مورد فوتونیک برای ایجاد نیروی کار ایالات متحده | اخبار MIT

در سال 2019، کوین مک‌کامبر ’05، دکترای ’11 در MIT بود که روی فوتونیک یکپارچه کار می‌کرد – دستگاه‌های مبتنی بر تراشه که سیگنال‌ها را با استفاده از نور ارسال و دریافت می‌کنند – و تصمیم گرفت شخصی را برای طراحی تراشه‌های فوتونی استخدام کند. این تجربه باعث شد او متوجه شود که نیروی کار ایالات متحده چقدر تخصص کمی در طراحی فوتونیک یکپارچه دارد، مشکلی که بخشی از کمبود گسترده‌تر کارگر در تولید نیمه‌رسانا است.

این بینش مسیر حرفه مککامبر را تغییر می دهد.

با وجود اینکه در آن زمان هیچ پیشینه ای در زمینه طراحی فوتونیک نداشت، مک کامبر تصمیم گرفت MIT را ترک کند و یک شرکت خدمات طراحی فوتونیک به نام Spark Photonics راه اندازی کند. مک کامبر و هم بنیانگذارش، آل کاپور، برای رسیدگی مستقیم به کمبود استعدادی که شاهد آن بود، بنیاد اسپارک فوتونیک را راه اندازی کردند، یک بنیاد غیرانتفاعی که به دانش آموزان K-12 و کالج در مورد مفاهیم در STEM و ساخت پیشرفته با استفاده از فناوری های نیمه هادی و فوتونیک آموزش می دهد.

طی دو سال گذشته، بنیاد Spark Photonics برنامه یادگیری مبتنی بر پروژه خود را به نام SparkAlpha با بیش از 400 دانش آموز در سراسر ماساچوست تسهیل کرده است.

مک‌کامبر می‌گوید: «بنیاد از شناخت نیاز به کارگران و تفکر بلندمدت در مورد آنچه که منطقی‌تر است، نه فقط برای ما، بلکه برای کشور، برای رسیدگی به شکاف در فوتونیک و تولید نیمه‌رساناها به‌طور گسترده‌تر شکل گرفت.»

برنامه SparkAlpha دانش آموزان را در معرض کاربردهای فوتونیک یکپارچه – که شامل حوزه هایی مانند سنجش شیمیایی و بینایی ماشین است – قرار می دهد و آنها را به چالش می کشد تا محصولات خلاقانه مبتنی بر فوتونیک را برای حل مشکلات تصور کنند. همچنین شامل سفر به کالج‌ها و شرکت‌های محلی است که در زنجیره تامین نیمه‌رساناها کار می‌کنند. در پایان برنامه، دانش‌آموزان ایده‌های خود را در رویدادی مطرح می‌کنند که مک‌کامبر با نمایش تلویزیونی «مخزن کوسه» مقایسه می‌کند.

مک‌کامبر می‌گوید: «این دانش‌آموزان را خارج از کلاس درس می‌برد، و این چیزی است که ما متوجه می‌شویم، به‌ویژه برای مدارسی که در تلاش برای ارائه برنامه‌های درسی مرتبط قرن 21 هستند، ارزش زیادی دارد. ما می‌توانیم وارد شویم و بگوییم که ما شرکتی هستیم که به افرادی برای انجام این کار نیاز داریم، و می‌خواهیم شما را با سایر شرکت‌هایی که این نیاز را دارند نیز در تماس باشیم. اکثر مدارس K-12 و حتی بسیاری از کالج‌ها برای ایجاد این ارتباطات تلاش می‌کنند.

این بنیاد علاوه بر آموزش به دانش‌آموزان، در تلاش است تا جوامع را آموزش دهد و ارتباط بین مدارس K-12، صنعت و کالج‌های محلی ایجاد کند.

مک کامبر می گوید: «مردم تمایل دارند تولید را به عنوان شغلی برای دانش آموزانی که نمی توانند فکر کنند یا فقط می توانند کارهای تکراری را با دستان خود انجام دهند، در نظر بگیرند. «قطعاً اینطور نیست. من این را می دانم زیرا قبل از راه اندازی Spark در صنعت تولید کار می کردم. ما در حال تغییر مکالمات پیرامون تولید با معلمان، مشاوران راهنما، مدیران، والدین – کل حوزه تأثیرگذار دانش آموزان هستیم.»

گرفتن جهش

سفر مک کامبر به دانشگاه MIT مدت ها قبل از ارائه درخواست به مدرسه آغاز شد.

مک کامبر توضیح می دهد: «در کلاس سوم فهمیدم که عاشق ریاضی هستم. معلمی به من گفت، اگر ریاضی را دوست داری، باید مهندس باشی و اگر می‌خواهی مهندس باشی، باید به MIT بروی. در کلاس هفتم، تصمیم گرفتم حتماً به MIT بروم.”

مک کامبر در رشته علوم و مهندسی مواد در MIT تحصیل کرد. در آن زمان، او به سمت کار با دستانش گرایش پیدا کرد. زمانی که تصمیم گرفت برای دکترای خود در MIT زیر نظر پروفسور لیونل کیمرلینگ بماند، شروع به کار با ماشین‌های فوتونیک کیمرلینگ کرد. قلع و قمع هرگز واقعا متوقف نشد، و طی شش سال بعد، مک کامبر دکترای خود را در ساخت فوتونیک یکپارچه گرفت و در مورد تولید دستگاه هایی در مقیاس تراشه برای دستکاری و تشخیص نور مطالعه کرد.

زمانی که مک کامبر در سال 2011 فارغ التحصیل شد، 10 سال را در MIT گذرانده بود و فکر می کرد برای همیشه ترک می کند. او چند سال بعد را قبل از اینکه به سمت مشاوران تجاری برود، روی تولید تراشه در اینتل کار کرد.

سپس در سال 2018 با کیمرلینگ تماس گرفت. MIT یک برنامه نیروی کار فوتونیک یکپارچه را آغاز کرده بود و کیمرلینگ می خواست مک کامبر به تیم ملحق شود. او نتوانست مقاومت کند.

این کار بخشی از یک برنامه بودجه فدرال به نام AIM Photonics بود که ماموریت آن پیشرفت صنعت فوتونیک یکپارچه در ایالات متحده است.

مک‌کامبر به یاد می‌آورد: «بخشی از موقعیت، شروع خدمات طراحی در فوتونیک یکپارچه بود، زیرا چنین خدماتی در ایالات متحده وجود نداشت. من در طراحی ماهر نبودم، بنابراین از افراد دیگر خواستم که یک شرکت طراحی راه اندازی کنند. هیچ کس نمی خواست.»

با برکت کیمرلینگ، مک کامبر تصمیم گرفت MIT را ترک کند و با کاپور یک شرکت طراحی فوتونیک راه اندازی کند.

از آن زمان، Spark Photonics به شرکت‌ها در هر اندازه‌ای در طراحی فوتونیک یکپارچه کمک کرده است. این شرکت همچنین خدمات خود را با مشارکت با سازمان‌هایی که نرم‌افزار طراحی و امکانات ساخت ارائه می‌دهند، ارائه خدمات پایان به انتها برای طراحی فوتونیک یکپارچه مقیاس‌پذیر، گسترش داده است.

این کار مک‌کامبر را به‌شدت از کمبود استعدادهای فوتونیک یکپارچه آگاه کرد، و او به فکر راهی برای تکمیل آموزش نیروی کار در MIT بود.

“مک‌کامبر توضیح می‌دهد که این قیف عظیم استعدادهای آینده‌نگر در تولید وجود دارد که در دبستان، راهنمایی و دبیرستان ضعیف می‌شود، و سپس در کالج و دبیرستان بسیار کوچک می‌شود. «به جای دعوا بر سر یک قطعه کوچک در انتهای آن قیف، می‌خواستیم به بالادست برویم و به بخش بزرگ آن بپردازیم. بخش‌های زیادی از آن وجود دارد، مانند اقلیت‌ها و دخترانی که به طور سنتی به آنها توجه نمی‌شود، بنابراین گفتیم اگر بتوانیم سوزن را در آن نقطه بالاتر حرکت دهیم، واقعاً می‌توانیم تفاوت بزرگی ایجاد کنیم.

کار بنیاد اسپارک فوتونیک در ماساچوست با کمک مالی دولت فدرال در سال 2021 آغاز شد. پاییز آن سال، مک کامبر برنامه نویسی اسپارک را به کلاس کارآفرینی در دبیرستان چلمسفورد اضافه کرد. اولین کارمند اسپارک برنامه بعدی را در مقدمه ای برای کلاس مهندسی در دبیرستان لوول اجرا کرد. به عنوان بخشی از این برنامه ها، دانش آموزان از کالج جامعه میدلسکس و شرکت الکترونیکی دقیق مایکرونیک در توکسبری، ماساچوست، به عنوان راه حل های خود بازدید کردند.

در پایان، دانش‌آموزان گفتند که برنامه درسی دانش آن‌ها را در زمینه حرفه‌های تولیدی پیشرفته افزایش داده و آنها را به رشته‌های STEM علاقه‌مندتر کرده است. معلمان همچنین دریافتند که برنامه Spark یک داربست عملی برای آموزش مفاهیم انتزاعی تر است.

مک‌کامبر می‌گوید: «در لاول، معلم در ابتدا بسیار مقاومت می‌کرد، زیرا برای گذراندن برنامه درسی باید چیزهای زیادی را آموزش دهد. اما وقتی وارد آن شد، متوجه شد که می‌تواند از این برنامه ملموس برای لایه‌بندی تمام مفاهیم دیگری که تدریس می‌کرد استفاده کند. در هفته سوم، او تقریباً برنامه درسی برنامه ریزی شده خود را کنار گذاشته بود و از برنامه ما به عنوان بستری برای ملموس کردن همه چیز برای دانش آموزان استفاده کرد. این یک اتفاق غیر معمول نیست.»

در مجموع، این برنامه تاکنون در 22 کلاس درس اجرا شده است که عامل محدود کننده اصلی این است که تیم اسپارک هنوز برای اجرای آن باید به مدارس سفر کند. این شرکت اخیراً یک کمک مالی دیگر از فدرال دریافت کرده است که می‌تواند توانایی خود را در مقیاس‌سازی سرعت بخشد.

درس ها مجازی می شوند

در 27 سپتامبر، وزارت دفاع اعلام کرد که به بنیاد اسپارک فوتونیک کمک مالی اعطا کرده است تا یک برنامه آموزش مجازی معلم را ایجاد کند تا برنامه درسی خود را در سراسر کشور گسترش دهد. این بنیاد قبلاً میزبانی کارگاه های توسعه حرفه ای با معلمان K-12 را آغاز کرده است که در دانشگاه وسترن نیوانگلند در اسپرینگفیلد، ماساچوست برگزار می شود، جایی که آنها در مورد صنعت فوتونیک و مسیرهای شغلی ممکن برای دانش آموزان یاد می گیرند.

مک کامبر می گوید: «وقتی وارد کلاس می شویم، کلاس را نمی شناسیم، اما معلم می داند. آنها می دانند که کدام دانش آموزان در درک مطالب ارائه شده به صورت تصویری مشکل دارند، یا کدام یک نیازهای یادگیری زبان انگلیسی دارند، یا کدام یک در برنامه های آموزشی فردی قرار دارند. ما فکر می‌کنیم که از طریق این مدل جدید نه تنها می‌توانیم آن را بین معلمان بیشتری توزیع کنیم، زیرا از طریق Zoom به آنها آموزش می‌دهیم، بلکه آنها می‌توانند آن را برای کلاس‌هایشان تنظیم کنند.»

Spark همچنین برنامه دومی به نام SparkBeta راه اندازی کرده است که در آن دانش آموزان زبان کدگذاری پایتون را یاد می گیرند و از آن برای طراحی تراشه های فوتونیکی استفاده می کنند.

مک‌کامبر می‌گوید: «در SparkBeta، دانش‌آموزان پس از حدود شش ساعت آموزش طراحی را انجام می‌دهند. این برنامه برای همه قابل دسترسی است و ما فکر می کنیم این برنامه آینده خوبی دارد زیرا طراحی و آموزش را در کسب و کار ما با هم ترکیب می کند و بسیاری از موانع را از بین می برد تا دانش آموزان به تحصیل و مسیرهای شغلی فکر کنند که قبلاً هرگز به آنها فکر نکرده بودند. “

این به یک هدف کلیدی برای این بنیاد می رسد: نه تنها دانش آموزان را به مهارت ها مجهز کند، بلکه تولید پیشرفته را در نقشه مدارس سراسر کشور قرار دهد.

مک‌کامبر می‌گوید: «ما گفتگو را تغییر می‌دهیم زیرا اگر ما آنجا نبودیم، معلمان ممکن بود هرگز کلمه فوتونیک یا حتی نیمه‌هادی‌ها را نگویند. اکنون آنها می بینند که این مورد توسط صنعت پشتیبانی می شود و توسط کالج ها پشتیبانی می شود. آنها می بینند که این یک اولویت ملی برای ایجاد نیروی کار در نیمه هادی ها است.