Ibland leder de minsta saker till de största idéerna. Exempel:Nano 2020, ett University of Arizona-ledda initiativ för att utveckla läroplan och teknik fokuserat på att utbilda studenter inom det snabbt växande området nanoteknik.

Det femåriga, multiuniversitetsprojekt nådde nyligen sitt mål att skapa globalt relevanta och implementerbara läroplaner och instruktionsteknologier, att inkludera ett virtuell verklighetsklassrum, som förbättrar utbildarnas kapacitet att lära eleverna om innovativa nanotekniktillämpningar inom jordbruk och biovetenskap.

Visualisera det som är för litet för att synas

Nanoteknik involverar partiklar och enheter som utvecklats och används i en skala av 100 nanometer eller mindre - för att sätta det i perspektiv, den genomsnittliga diametern på ett människohår är 80, 000 nanometer. Den extremt lilla skalan kan göra förståelsen utmanande när det gäller att lära sig om saker som inte kan ses med blotta ögat.

Det är där Nano 2020 virtual reality-klassrummet kommer in. I ett specialutvecklat VR-klassrum komplett med ett laboratorium, objekt i nanoskala kommer till liv för elever tack vare kraften i vetenskapsdatavisualisering.

Inom VR-miljön, elever kan interagera med föremål av nanoskala proportioner – plocka upp dem, vänd på dem och undersök varje nyans av saker som annars skulle vara för små för att se. Elever kan också interagera med sin lärare eller sina kamrater. Nano 2020-klassrummet möjliggör flerspelarfunktioner, ger pedagoger och studenter möjlighet att ansluta i ett VR-laboratorium i realtid, oavsett var de är i världen.

"Virtual reality-tekniken ger liv åt detta komplexa innehåll på ett sätt som är konstigt enkelt, sa Matt Mars, docent i jordbruksledarskap och innovationsutbildning vid College of Agriculture and Life Sciences och meddirektör för Nano 2020-anslaget. "Tänk om du kan ta en elev och de ser en nanometer på avstånd, och sedan kan de närma sig den och se hur liten den är genom att faktiskt vara i den. Det är häpnadsväckande, men på ett sätt som eleverna kommer att vara som, 'Åh wow, det är riktigt coolt!'"

Tekniken utvecklades av Tech Core, en grupp studenter programmerare och utvecklare ledda av regissören Ash Black i Eller College of Management.

"Det som jag var mest fascinerad av från början var att spela med en känsla för skala, sa Black, en livslång teknolog och mentor-in-residence vid McGuire Center for Entrepreneurship. "Vad som verkligen fascinerade mig med virtuell verklighet är att det är ett verktyg där skalan är elastisk - du kan sätta upp och sänka den. Uppenbarligen, med nanoteknik, du har att göra med mycket, mycket små saker som ingen har sett ännu, så det verkade som en perfekt användning av virtuell verklighet."

Black and Tech Core-studenter inklusive Robert Johnson, Hazza Alkaabi, Matthew Romero, Devon Oberdan, Brandon Erickson och Tim Lukau förvandlade vetenskapsdata till ett objekt, objektet till en bild, och bilden till en 3D-rendering som är funktionell i den VR-miljö de byggde.

"Jag tror att att kunna interagera med objekt av nanoskaladata i den här miljön kommer att resultera i att många glödlampor slocknar i elevernas sinnen. Jag tror att de kommer att få det, " sa Black. "Att kunna uppleva något som är abstrakt – som, hur ser en kolatom ut – ja, om du faktiskt kan titta på det, det är plötsligt en hel del sammanhang."

VR-klassrummet kompletterar Nano 2020-läroplanen, som globalt utökar möjligheterna till nanoteknikutbildning inom områdena lantbruk och biovetenskap.

Undervisa framtidens arbetskraft

"Det har skett stora framsteg när det gäller användningen av nanoteknik inom hälsovetenskapen, men det finns fortfarande många fler möjligheter till innovation inom detta område inom jordbruket. Tanken är att kunna främja dessa möjligheter till innovation genom att tillhandahålla några pedagogiska verktyg, sa Randy Burd, som var näringsvetenskapsprofessor vid University of Arizona när han startade Nano 2020-projektet med finansiering från ett anslag från National Institute of Food and Agriculture Higher Education Challenge genom United States Department of Agriculture. "Det kommer inte bara att ge eleverna grunderna för förståelsen av applikationerna, men kommer att ge dem de innovativa tankeprocesserna att tänka på nya skapelser. Det är den verkliga nyckeln."

Okänt objekt

Målet för Nano 2020-teamet, som inkluderar lärare från University of Arizona, Northern Arizona University och Johns Hopkins University, var att skapa en onlinesvit med grundkurser som inte var universitetsspecifika, men kan nås och läggas till av pedagoger för att nå elever över hela världen.

För detta ändamål, teamet byggde modulära kurser i nanoteknikämnen som glykobiologi, optisk mikroskopi och histologi, nanomikroskopitekniker, näringsgenomik, tillämpningar av magnetisk nanoteknik, och design, innovation, och entreprenörskap, för att nämna några. Ett onlinebibliotek kommer att skapas för att underlätta den pågående expansionen av läroplanerna med öppen källkod, som kommer att spridas genom nya tekniker som virtuell verklighetsklassrummet.

"Det är inte praktiskt att tro att andra universitet och högskolor bara kommer att kunna lansera nya kurser, eftersom de fortfarande behöver folk för att undervisa i dessa kurser, " sa Mars. "Så vi skapade en robust och flexibel uppsättning modulbaserade kurspaket som inkluderar övningar, föredrag, videoklipp, Power Point-presentationer, verktyg. Instruktörer kommer att kunna dra ut komponenter och integrera dem i det som redan finns för att fortsätta att gå mot ett mer omfattande utbud inom nanoteknikutbildning."

Enligt Mars, läroplanens mycket anpassningsbara karaktär och förmågan att leverera den på olika sätt var nyckelkomponenter i Nano 2020-projektet.

"Vi närmar oss projektet med ett starkt entreprenöriellt tankesätt och stor tonvikt på innovation. Vi ville att det skulle vara brett definierat och flexibelt i struktur, så att andra institutioner får tillgång till och modellerar läroplanerna, se dess grund, och anpassa det till vad deras behov var för att börja sprida begreppet nanoteknik som ett underutvecklat men verkligen viktigt område inom det större landskapet av jordbruk och biovetenskap, " sa Mars. "Vi ville också ge en överlagring till de vetenskapliga och tekniska komponenterna som skulle handla om adoption i mänsklig tillämpning, och vi närmade oss det genom en innovations- och entreprenöriellt ledarskapslins."

Delar av Nano 2020-läroplanen erbjuds för närvarande som valbara i ett certifikatprogram genom Department of Agriculture Education, Teknik och innovation vid University of Arizona. I takt med att det sprids i större utsträckning genom högskolevärlden i stort, forskare förväntar sig att läroplanen och VR-klassrumstekniken överskrider disciplinens gränser, institution och geografi.

"En öppen onlineplattform kommer att finnas där människor kan ladda ner komponenter och kurser, och allt ramas in av tekniken, så att dessa erfarenheter och forskning kan delas över denna virtuella verklighetskomponent, " sa Burd. "Det är tekniskt skilt från vad som finns nu."

"Tanken är att det inte bara är läroplan, men det är leveransen av den läroplanen, och leveransen av den läroplanen på olika sätt, " Sa Mars. "Det finns en relaterbarhet som kommer med den virtuella verkligheten som jag tycker är riktigt cool. Det låter eleverna relatera till något så abstrakt som en nanometer, och det är det som är riktigt spännande."