STEM project design in computer microelectronics education

Abstract

STEM education has emerged as a critical approach for developing 21st century skills in higher education students. This paper investigates the implementation of STEM project design in computer microelectronics education, focusing on the integration of virtual simulations using Tinkercad and physical implementation with Arduino microcontrollers. The research demonstrates how this dual approach enhances students’ interdisciplinary skills through project-based learning. Drawing on the theoretical foundations of experiential learning, constructionism, and Technological Pedagogical Content Knowledge (TPACK), the study analyzes the stages of STEM project implementation from problem definition to final presentation. The research reveals that the combination of virtual modeling and physical prototyping creates a comprehensive learning environment that promotes critical thinking, problemsolving, and technical competencies. Assessment frameworks and implementation guidelines derived from this study provide valuable insights for educators seeking to integrate STEM approaches in technical education. The findings contribute to the broader understanding of effective STEM education methodologies while addressing the specific challenges of computer microelectronics instruction in higher education settings. Освіта STEM стала критично важливим підходом до розвитку навичок 21 століття у студентів вищої освіти. У цьому документі досліджується реалізація проекту STEM в освіті комп’ютерної мікроелектроніки, зосереджуючись на інтеграції віртуального моделювання. Дослідження демонструє, як цей подвійний підхід покращує міждисциплінарні навички студентів за допомогою проектного навчання. Спираючись на теоретичні основи експериментального навчання, конструкціонізму та знання технологічного педагогічного змісту, дослідження аналізує етапи реалізації проекту STEM від визначення проблеми до остаточної презентації. Дослідження показує, що поєднання віртуального моделювання та фізичного прототипування створює комплексне навчальне середовище, яке сприяє критичному мисленню, вирішенню проблем і технічним навичкам. Рамки оцінювання та вказівки щодо впровадження, отримані в результаті цього дослідження, надають цінну інформацію для педагогів, які прагнуть інтегрувати підходи STEM у технічну освіту. Отримані результати сприяють ширшому розумінню ефективних методологій навчання STEM, одночасно вирішуючи специфічні проблеми навчання комп’ютерній мікроелектроніці у вищих навчальних закладах.