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生命科学解决方案范文1
作为我国最大医药企业集团的CIO，雷万云已经习惯了这样忙碌的工作，但同时，他的大脑也在思考总结。“国际一流企业需要国际一流的信息化水平来武装。”这就是雷万云这次美国之行的最大感受。
见到一流企业
《计算机世界》：您这次美国之行参观了哪些企业，给国药集团的信息化建设带来什么样的思路？
雷万云：在这紧张而愉快的9天行程中，我们访问了国际IT巨头IBM、Oracle、SAP公司以及世界医药分销巨头Mckesson。这次学习交流访问取得了成功，学习了解到国际IT巨头推进信息化的最新发展趋势，尤其是学习到国际生命科学与IT融合的发展状况以及企业云计算的技术发展和实际应用情况。我们还拜访了同行，北美最大的医药分销商Mckesson加州的物流分销中心，了解到国际一流医药分销企业的IT架构和信息化建设情况。
他山之石，可以攻玉。可以毫不夸张地说，这次美国之行的成果，将对国药集团“十二五”信息化建设的思路拓展和水平提升起到重要作用。因为，国药集团要成为国际一流企业，就需要国际一流的信息化水平来武装。
《计算机世界》：Mckesson是北美第一大医药分销商，占北美医药30%的份额。通过与他们的交流，您认为国内医药行业信息化建设的差距在哪里？
雷万云：国外医药企业的自动化水平和管理水平都在我们之上，其信息系统总体架构搭建得非常完备，使分支机构的IT系统得到有效整合，从而进一步融合信息资源，提高企业效率。
Mckesson 加州物流分销总部在加州首府Samcramento市。接待我们的是Mckesson商业技术集成解决方案部总监Steve Tadevich，他给我们讲述了Mckesson药品跟踪系统基本功能和开况。然后我们参观了立体药品物流分销仓库，他们演示了一些药品出入库流程的情景以及RFID的使用情况。
Mckesson在美国有31个物流配送中心，其仓库管理系统WMS使用的是MA系统，这跟我们国药使用的WMS是同一个厂商。在这31个物流中心之上有一套全国统一的订单管理系统，用以管理全美31个物流仓库，实行一体化的全美统一分销、物流配送。Mckesson每年营业额在1000亿美元，占整个美国医药营销额的30%。它的IT架构情况对国药集团一体化运营和一体化信息平台构建起到了借鉴作用。
云计算再上一层楼
《计算机世界》：您的两本书《云计算――企业信息化建设策略与实践》和《云计算――技术、平台及应用案例》给企业构建云带来了很好的启示，国外的云计算发展情况如何，给国内企业带来怎样的启示？
雷万云：Mckesson的药品跟踪系统正在计划基于云平台实现，一体化的药品物流分销运营也是通过一体化的信息平台来支持的。在美国期间，我们与Oracle 云计算专家和全球副总裁交流企业私有云，了解到Oracle 企业云计算的产品和解决方案，更进一步理清了企业云计算的演进路径和发展方向。
国外大的IT厂商都在云计算方面有技术投入。IBM硅谷实验室的生命科学全球总经理Katherine Holland 女士等IBM生命科学和IT领域专家接待了我们，主要交流的主题有IBM在生命科学领域的战略分享、云计算在生命科学领域发展趋势、IBM医药跟踪系统和大数据解决方案。
这对丰富国药集团的企业云战略和思路有着实际的借鉴意义。
一体化趋势
《计算机世界》：通过一周多的访问交流，您对医药行业信息化的发展趋势和企业云计算的开发应用、演进路径，又有了哪些新的思路？
雷万云：主要有5点想法和大家分享。
1.世界经济一体化发展、行业整合、企业整合、一体化集约化运作是大势所趋。支持这样的企业运作要有成熟的一体化信息系统来支持。因此，使我们更加坚定了一体化信息系统的理念，要用大数据、大系统、大平台。
2.在做好企业内部ERP基础上，医药产业链和供应链在向客户、供应商、医院延伸服务，这也是创新商业模式的机会。
3.药品跟踪系统扩展成为医药健康云平台是一个很好的演进路径。
4.企业云计算不是泡沫，北美已经有了实实在在的平台和应用案例。我们的企业云计算理论和解决方案基本与巨头的思路一致，这也是提升企业核心竞争力的重要载体。
5. 500强的企业需要用500强的信息化水平来武装，这样才能达到世界一流，要开阔眼界，提高认识水准。
生命科学解决方案范文2
Oracle电子商务套件(EBS)供应链管理可以满足企业采购、订单管理、制造、产品生命周期管理、维护、物流以及供应链计划和执行等方面的各种需求。
Oracle供应链解决方案适用于制造、分销、零售(MRD)行业内的所有细分行业，包括航空航天、汽车、家电、制衣、制药、建筑&房地产、电子/计算机类、食品&饮料、医药、交通等。
系统功能
Oracle供应链解决方案秉承了Oracle产品全面、集成、标准、开放的特点，具有很强的可靠性和可扩展性，能很顺利地向下一代产品演进。实际上，甲骨文非常重视Oracle供应链解决方案的改进与升级。前不久，Oracle电子商务套件供应链管理解决方案已经跟随Oracle电子商务套件升级到了12版，并将收购公司的产品优点融合进来，如G-Log管理软件在运输方面的技术优势。
由于Oracle电子商务套件本身就包括客户关系管理、人力资源管理和供应链管理，这是一个实施整体。因此，Oracle电子商务套件供应链管理解决方案和CRM、ERP能够很好地兼容，客户以及合作伙伴也很容易在上面进行二次开发，这就极大降低了客户的实施成本和实施风险，能让客户的IT投资获得最大程度的回报。
Oracle SCM是Oracle电子商务套件中的一个重要组成部分，是一套全方位的企业管理应用软件，可以为企业提供智能化的决策支持信息，帮助管理人员对任何规模、任何形式的企业进行有效管理。这一高度集成化的解决方案有助于发展企业业务，使企业的各个业务环节实行全面自动化。就如同跨越企业的围墙一样， Oracle SCM可以在企业本身、供应商和客户之间建立起跨企业的协作。它不仅提供了使业务流程自动化的管理工具，而且能够通过互联网为企业职员、供应商和客户提供方便快捷的信息访问，最终达到降低运营成本、提高产品质量的管理目标。
方案特点
Oracle电子商务套件供应链管理解决方案有如下特点：
与客户关系管理系统集成，推动需求驱动的制造
Oracle供应链管理11i.10使企业能够根据实时需求信息来开展供应链活动，并为客户提供准确的定价和可用信息，企业在不断提高收入和客户满意度的同时，最大化了供应链的价值。
获得主要的、行业特定的功能
从遵循法规到采购策略，每个行业都面临着独特的供应链挑战。Oracle供应链管理11i.10为行业提供了全面的解决方案，如：航空、汽车、通信、消费品、高科技、工业制造、生命科学以及公共部门。
支持全球网络和外包服务
随着外包服务发挥重要作用，供应链运营变得日益全球化。Oracle供应链管理11i.10使企业能够与全球范围内的合作伙伴协作，借助实时信息管理复杂的供应商网络。
生命科学解决方案范文3
一、探究过程体验
探究过程是一种以问题为载体、以主动探究为特征的学习活动。学生在教师的指导下，发现问题、提出问题，积极地寻求解决问题的方法。在探究过程中，要把时间留给学生，把想象的空间留给学生，把认知过程留给学生，把交流与评价的权力留给学生，让学生主动参与整个学习过程，真正成为学习的主人。
例如，在《植物生长素的发现过程》的教学中，适当地模拟科学家进行科学研究的步骤或过程，能使学生体验科学家面对疑难情境时，如何搜集和加工所需要的资料，最终解决问题的过程。通过对生长素科学探究过程的学习，学生既学习了科学家的探究精神，又感悟到了思考和探究的方法；既提高了学生学习的兴趣，又体验到了科学探究中的快乐与艰辛，获得探究的乐趣。
二、知识应用体验
生物教学过程不只是向学生传授生物学知识，更重要的是引导学生积极参与整个教学过程，学会解决问题的方法，培养科学的情感态度，提高学生的实践和创新能力。
日常社会生活中有很多现象与生物知识相关。例如，学习了《生物圈内的碳循环》后，学生掌握了温室效应的危害及产生温室效应的原因，可以引导学生分析如何减轻温室效应。学生通过查阅资料，运用已有的知识提出解决方案，例如，减少工业燃烧，开发清洁替代能源；保护植被，增加植物对二氧化碳的吸收能力等。通过这种知识应用的体验，学生用所学到的知识解决现实生活中的问题，提高自身的实践与创新能力。
三、合作交流体验
合作学习是一种旨在促进学生在异质小组中互助合作，达成共识的学习目标，并以小组总体成绩为奖励依据，富有创意和实效的教学策略。学生通过合作交流学习，共享他人知识以及经验。学习小组可以提供更多的新颖观点，引发学生深入思考，学生就会积极主动地参与知识建构的过程，高效地完成小组既定的学习目标。
如在实验探究活动中，将全班分成多个小组，进行小组学习，分组时应注意，组间同质，组内异质。学生在自主探究的前提下，加强与同伴的讨论交流，结合自己的方案反思，再完善方案。小组内合作探究学习完成后，选出代表与其他小组讨论交流，交换意见，包括本次实验的方法数据、现象、结果及其收获、感受等内容。通过这种体验学习，实现“认知、情感与技能”教学目标的均衡达成，力求集体性与个体性统一，体现“尊重每个学生，让每个学生都有进步”的新课程理念。
四、愉快学习体验
当学生以一种愉快的心情学习时，学生接受信息和处理信息的能力就可以得到强化和巩固，能够增强记忆的效果。在教学中可以从以下几个方面，构建愉快学习的环境：①利用实物、模型、图片、录像、影视等媒体，或选取学生日常生活中熟悉或关心的生动形象的实例，引导学生观察思考，激发学生学习兴趣；②建立和谐的师生关系，为学生营造和谐、自由、安全的学习氛围；③创设主体参与的多种活动，通过亲自探究，学会观察、实验、比较、分析、推理及解决一些生物实际问题，获得探究的乐趣与成功的体验。
五、责任意识体验
责任意识是个体对自身所应承担的责任及要求的觉察与认识，诸如对责任的内容、范围、意义的理解，对自己履行责任情况的觉察、反思等。在生物教学中可以结合学科内容，利用生命科学与社会发展联系紧密的特点，从而增强学生的环境意识、资源意识和安全意识。如通过调查走访，让学生亲身感受到人类赖以生存的地球正在遭到破坏，大气污染、水体污染、土壤污染、噪音污染等日趋严重，感受自然资源的不合理开发和过度消耗，从而增强学生生态保护的责任感和使命感，树立“保护环境，人人有责”的环境意识，自觉养成爱护自然环境、善待其他生命的生态文明行为习惯。
实践证明，在生物教学中，让学生在多种形式的体验活动中，经历认知的全过程，会很好地发挥学生学习的主动性、积极性，使学生在自主探索的过程中认知、发展、创造，体验生命科学的真正价值，促进学生的全面发展。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部制订.普通高中生物课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2004.
生命科学解决方案范文4
作为一家专注精密机械设计与制造的百年企业，将优质的制造方法和技术革新延伸到机器人领域，史陶比尔集团而今拥有全世界最齐全的工业机器人系列，包含SCARA四轴机器人、六轴机器人及特殊应用机器人，同时提供配套的控制器、软件以及专业的应用方案。可靠、安全而高效，提供创新的解决方案，满足客户不同需求，史陶比尔集团以其实际表现不断刷新着“出色”的定义。
基于顾客需求、本着以人为本的设计理念，2012年史陶比尔推出了具有革命性的快速拾放机器人TP80，专门用于小零件（1kg以下）的拾放操作，速度可高达200次/分钟，完美应对诸如电子、食品、生命科学与制药、化妆品、塑胶和光伏等各领域的包装应用日益增长的需求。
TP80快速拾放机器人核心竞争力在于超高速，每分钟连续拾放200次的速度远远高于市场其他同类产品。800mm的工作行程加上100mm的动程使得TP80在保持高速的同时能覆盖很大的工作范围，且保持高精度，更具有价格竞争力，在保证质量、耐用性和性能的前提下，为众多应用提供了一种经济的选择。
此外，TP80安装简便，不同于必须建造龙门架来安装的并联机器人，TP80快速拾放机器人可安装在重量轻得多的基座上，从而大幅节约了成本，也更容易集成在自动化单元中。TP80没有多手臂设计，因此配合视觉系统使用时无手臂干扰。TP80与视觉系统的完美结合，能够实现在不同生产条件下最大程度的自动化和生产柔性。牢固的工业设计使得TP80具很高的重复精度。纤长前臂可进入狭窄空间，例如有槽的机器开口，所有线缆都集成在手臂内部。IP65的高防护等级（带可选波纹管）和角形连接器设计使得其可以更好地防止灰尘和液体的入侵。
TP80快速拾放机器人在食品、医药、日化品等多个行业的产品包装阶段有众多典型应用案例。如某食品公司采购多套TP80机器人来实现产品装箱的自动化操作。在该生产线上，TP80机器人替代原有的人工，通过视觉系统配合，实现产品的快速抓取和装箱，从而提升了工厂的生产效率，实现全天不间断工作，同时大幅节省人工成本。史陶比尔机器人解决方案的高效、安全和洁净已经得到了许多客户的认可：从上游加工、分选、内包装、外包装，直到码垛，史陶比尔都有满足客户每一项需求的专门解决方案。
生命科学解决方案范文5
用3D虚拟技术来重构整个世界,这是全球 3D 技术和产品全生命周期管理解决方案提供商达索系统的CEO Bernard Charlès,在近日上海举行的达索系统2010年PLM峰会上表达的愿景。
建模与设计、试验与分析、演示与互动,3D技术的应用在今时今日已不可小觑。我们不仅可以看3D电影和3D版世界杯的转播,就在与我们的生命息息相关的生命科学领域,,3D技术的应用也在日益推广、加深。
3D虚拟雪景游戏
减轻烧伤者的治疗之苦
烧伤患者在接受治疗的时候,除了要忍受受伤初期的伤痛,还要忍受后续伤口护理所带来的疼痛。为了缓解这种疼痛,华盛顿大学医学院的疼痛治疗专家正在使用一种由医生开发、借助3DVIA Virtools构建的SnowWorld 3D虚拟现实(VR)游戏,来转移患者对疼痛的注意力。
华盛顿大学医学院的虚拟现实研究员Hunter Hoffman博士以及疼痛与催眠专家Dave Patterson博士,采用视频游戏技术在1998年共同开发了SnowWorld的第一个版本。SnowWorld能够把烧伤患者的注意力吸引到了一个冰雪峡谷,那里雪花纷飞,患者可以堆雪人、打雪仗。
Hoffman表示:“SnowWorld的良好效果得益于它可以令人身临其境地感受到冰雪峡谷。对于烧伤患者而言,看着护士处理他们的烧伤创口并不是一种愉快的经历,特别是对孩子来说。让他们沉浸在SnowWorld里,可以让他们暂时脱离现实世界,转移他们对疼痛的注意力。”
虽然SnowWorld初见成效,但研究人员感觉如果能够让患者更加深入地沉浸在这样的环境中,可进一步减轻疼痛。于是,Hoffman和Patterson转而求助于华盛顿大学的Howard Rose和Ari Hollander,并申请使用该大学的人机界面技术(HIT)实验室。
Hollander是3D浸入式技术方面的专家,而Rose则擅长设计虚拟环境。他们共同创建了Firsthand Technology――一家以“让技术为人类服务”为宗旨的严肃游戏(serious game)公司。该公司还开发其他类型的技术应用,既有治疗严重创伤后遗症的应用,也有医疗场景培训应用。此外,他们还进行软件界面优化,以增强虚拟现实环境中听觉、触觉和视觉的真实感。
Hollander表示:“我们原来是用其他软件应用来开发SnowWorld的各个版本的,但我们需要更加灵活的软件。于是,我们选择了达索系统提供的3DVIA Virtools重新开发了SnowWorld,使其更加便于修改。3DVIA Virtools的灵活性让SnowWorld的开发人员能够更加简易灵活地测试各种实验的假设,发现更好控制疼痛的相关因素。以Hoffman要求我们变换视场范围为例,如果在其他的平台上我们需要花费大量的时间,但借助3DVIA Virtools,我们可以既快又好地进行微调。”
3DVIA Virtools的优势之一是便于非编程人员使用。Rose表示:“我可以把我的构思直接变为实践。使用3DVIA Virtools,我们不再需要一大群编程人员,一个灵活的小团队就能做很多事情。Firsthand是一家小公司,Virtools让我们能够开发出各种技术应用,满足我们客户各种各样的需求。”
3DVIA Virtools的渲染功能让设计人员能够开发出动态着色效果和角色动画,这是3DVIA Virtools在众多类似价格的虚拟现实解决方案中独树一帜的地方。Rose表示:“使用3DVIA Virtools,我们能够使用颗粒、着色和细致的纹理来实现非常逼真的体验。”
Hoffman说:“在由3DVIA Virtools开发的SnowWorld里,雪花看上去就跟真的一样”,强烈的逼真感可以令人感觉身临其境,从而提高减轻疼痛的效果。“这款软件充分利用了目前计算机运转速度加快的优势,3D的应用空间显著增强。”
编程速度是另一项关键优势。Hollander表示:“3DVIA Virtools内置的功能和灵活性有助于加快原型设计。我们的客户非常满意地看到他们的设计思路进展迅速,通过强化协作设计流程,提高了最终产品的客户满意度。”
现在的临床治疗效果表明,在很多情况下,患者不仅能感觉到疼痛感下降,而且脑部扫描的结果显示,患者与疼痛相关的脑部活动也下降了50%。
3D建模
分析优化“第二心脏”
心力衰竭可以通过药物、去纤颤器、内植心脏泵,乃至心脏移植加以治疗。但没有哪一种疗法对任何人都适用,而且植入的泵设备也往往会带来副作用和各种问题。新西兰奥克兰市立医院的胸外科手术专家和高级研究员William Peters博士认为应该有更好的治疗办法。
Peters曾发明过一种微创旁路系统。他表示,普通的植入式血接触设备(比如左心室辅助器LVAD)可以拯救等待心脏移植病患的生命,但患者必须长期服用抗凝药。虽然这样可以避免血液结块,但会增加中风的危险,而且某些心脏辅助设备的可靠性还存在问题。
作为替代方案,Peters构思了一种被称之为“C-Pulse”的新颖泵系统。它在体内发挥作用,但不是在血液循环系统内。C-Pulse包括一条环绕主动脉的缠带,外面有一层可使血管的外壁膨胀和收缩的膜(气囊)。气囊产生的正负压使主动脉的脉动与心脏同步,从而增加循环系统中的血液流量,降低心脏的负荷。该设备由放置在体外的电池供电泵系统提供动力。
Peters为他的构思申请了专利,并组建了Sunshine Heart公司进行设备的开发和测试。当气囊可以按人体模型比例进行放大的时候,公司决定采用更为先进的设计和开发方法来缩短交付时间,提供满足内科医生要求的长期性能保证。
Sunshine Heart公司的机械工程经理Scott Miller表示:“由于C-Pulse基本上是永久植入的,我们需要保证我们的物理设计得到足够优化,能够为我们提供所需要的长期抗疲劳性能。我们决定使用有限元分析(一种数值分析方法,计算精度高,能适应各种复杂形状),以计算的视角进行研究。”
Miller和一家产品开发小组与技术工程软件服务公司Matrix Applied Computing Ltd.保持着亲密协作关系。该公司建议在真实仿真阶段使用达索系统的Abaqus有限元分析软件。该软件主要用来为C-Pulse缠带、气囊与主动脉之间的互动情况建立分析模型。Miller表示:“有限元分析是一个迭代过程,由于设备的工作方式、组装方式和使用的材料的特殊性,我们需要一些特别的方法。”
生命科学解决方案范文6
正如上面这句引文所述，青少年要想成为当今世界的参与者，应当尽早了解包含科学、工程、技术和数学的STEM学科。因此小学教育中这些学科的高质量将会极为重要，应该逐渐培养起5～11岁青少年对这些学科的兴趣，对其基础知识和实践过程的理解，以及认识到它们与生活实践的联系。这些STEM的学习经历将给予他们在找寻机会及面对挑战时一个条理分明的智力与实践的框架。同时，该经历使得青少年们能够提升并很好地使用从那些学科中得到的经验与观点。
在这篇文章中，我们希望：
・阐明STEM教育的主要目的
・通过3个维度（实践、跨学科概念、学科核心概念）讨论这些学科的本质。
本文将聚焦在STEM中的科学（S）、技术（T）及工程（E）。当然，数学（M）的重要性不言而喻，无论将它作为单一学科还是STEM的组成部分，我们并不会刻意地去贬低数学的重要性。相反。我们坚信数学是青少年高质量教育的基础。数学在科学、技术及工程中的应用使得它们能够更好地结合在一起。数学知识与应用数学的能力更是在我们探究，以及解决关于科学、技术、工程问题的过程中起到了关键作用。
科学从本质上说是探究。科学探究是科学所有分支学科的核心特征，因为这是科学知识产生和被证实的途径。对于科学家们来说它是黄金标准，使得科学家们明白了他们是如何掌握科学知识的，以及可以证明科学家们所掌握知识的证据。因此，科学探究是为了建立知识和理论而产生的一种科学的策略。用《美国国家科学教育标准》（National ScienceEducation Standards，USA，1996）的话说，科学探究是“科学家学习自然世界、基于工作得到证据，提出解释及理论的众多途径”。
工程和技术聚焦在改变自然和人造世界，旨在解决问题或满足人类的需求。通过工程和技术设计创造解决问题的方案。科学探究是科学的基础，设计过程是工程和技术的基础。正如科学探究使科学领域蒸蒸日上，工程及技术中解决问题的方案也通过设计过程得以延伸和发展。
但是，在现实世界中，科学、工程、技术的主要方面并没有相互脱离。科学知识的产生表明了问题或许可以通过工程和技术得到解答。相似的是，工程和技术解决问题的过程同样影响着科学知识的发展，甚至有时产生了新的科学知识。就青少年而言，我们需要让他们理解这些学科之间的基本差异。同样重要的是还要帮助他们认知这些学科之间的紧密关系。
STEM学科的维度
我们使用美国《K-12科学教育框架》（AFramework for K-12 Science Education；Practices，Crosscutting Concepts，and CoreIdeas，2012）中所述的实践（Practices）、跨学科概念（Crosscutting Concepts）及学科核心概念（Core Ideas）比较这3个学科的内容。在每一个学科中，这些维度都紧密联系在一起，每一个维度的缺失都将影响整个学科。也就是说，为了让学习活动能够真实，3个维度的内容都必须清楚明白地体现在活动设计中。
实践――与成功的科学、工程，技术相关联的实践或能力
用“实践”一词代替“探究能力”，是因为在科学探究和解决问题中会同时用到知识和技能。而用“探究能力”一词会让人感觉这排除了解决问题。其实“实践”超越了“能力”，它包含着讨论、争论、评论和科学模型的建造等，它将有关专业人士是如何将实践应用到工作中的综合观点呈现在了眼前。
几十年来，科学教学经历了强调科学探究能力与学习科学事实之间的紧张期。过于强调对事实的认知会使得学生们认为科学与其他学科只不过是一些孤立的信息、做实验或解决问题的简单步骤而已。这将是对任何学科的极大误解。因此，关键是要让学生们实践那些专业人士在这些学科中所应用的，这样做是为了让他们能够明白学科核心概念和跨学科概念。
表1列举了STEM中的实践。需要强调的是在现实生活中这些实践不会呈现线性规律。例如，尽管基于证据的论证被单独列出，实际上论证却渗透在每一个实践中。在实际的科学问题上或是在一个能导致深入理解的现象中都会有论证的出现；在工程和技术中，对于要解决的问题需要论证，在解释、设计过程或得出解决方案时也会有论证的出现；在标准与限制下，讨论哪种解释最符合证据，或者哪种设计能得到最好的解决方案也是论证。总的来说，实践应聚焦于它所用的不同情境。
事实上，这张表中最突出的是科学、工程和技术的实践非常相似。我们都知道科学家们使用这些实践的目的与工程师、技术专家并不相同。但是，在科学、工程和技术中，在实践层面高度的共通性不仅有用，且说明了这些学科交叉的可能性。其实，在科学、工程、技术中差异还是存在的，如科学上的“提出问题”在工程和技术中被“定义问题”所代替；同样，科学中的“构建解释”在工程和技术中变成了“设计解决方法”。
・提出问题vs.定义问题
如果我们认为根据现象提出问题是一个科学活动的“发动机”，那么定义和澄清问题便是工程、技术和一些数学实例中很重要的因素。
好奇心，或者认识、理解，并用科学问题解释现象的欲望常常可以激发科学。对于科学的好奇心显示了科学问题的架构。比如说，学生会想知道“月亮离地球多远”或者“车从一个地方到另一个地方需要多久”，“什么导致了月食”，“如果每天都用浓盐水浇灌植物，它们会怎样”……所有这些都是科学问题并且都可以用科学的方法回答。
工程则集中在问题的阐明与定义上。通过对产品和过程的工程设计解决问题并满足社会的需求。工程师通过定义问题，得到在一定条件限制之内成功地解决方法的标准。同样地，技术最初的焦点也是在识别和定义问题，以此符合人们的需求和技术的专业性。
当然，上述讨论不应该与表中其他实践所产生的问题所混淆。比如在分析和解释数据的实践中会产生诸如“是否科学探究活动会回答最初的问题”，“是否是基于证据提出的解释”，当然也可能是由工程和技术设计的解决方案中不同方法的可行性问题。因此，对于所有的STEM学科，都会遇到与数据收集、解释数据相关的问题。还有些问题是关于信息的交流是否可以达到预期的精准和标准。其中有一些问题可以导致回答一个科学问题的多种方式，或是不同等级的问题解决方案。有时，这种问题会导致那些产生原始设计和科学问题的模型发生改变。根据这些问题的答案，有可能做出放弃之前提出的实验或设计方案的决定。
・建立解释vs.设计解决方法
对于科学，一个很重要的目的是在测试和证据支持下建立科学的解释，以帮助我们理解周围的世界。这样做，科学家们发展出建立在大量重要的知识、测试和数据之上的科学理论。他们用理论或是模型解释现象，预测现象，提升并修改他们之前的知识和对这些现象的理解。科学的解释在观察、数据和科学理论间建立有逻辑的连接。例如：一个有名的科学理论是“微生物理论”。在这个学说中，传染性疾病是由病人身上叫做细菌的微小生物导致的，不同的细菌会产生不同的疾病。如果细菌从一个生病的人传播到一个健康的人身上，它们就可以在这个健康的人的体内传播。人们可以通过消灭这些细菌或者减少它们导致疾病的活动得以康复。很多支持这一理论的证据从成千上万个病例中累积起来。因此某一个人的病症可以被判断为有传染性或是没有，并能被判断为是由某一种特定的细菌导致的，从而可以依据理论和数据的基础确定治疗方法。通过在证据基础上建立理论或者理论模型的过程，科学家们增长了对现象的认识和理解。
但是工程和技术的目的是为了创造一种设计并解决问题，从而满足人类的需求。就像科学中理论的建立一样，工程设计是一个具有系统性和生命力的思考过程。具体的活动包括在工程设计之中，然而即便工程师应用了科学知识，工程设计的过程却与科学探究完全不一样。在定义问题后，他们不得不去考虑必须达到的标准或设计的特点。例如在建桥过程中.他们需要考虑桥的组成部分、控制装置、预期的长度与高度、最大的承载量等。除此之外，他们必须考虑限制条件，如可获得的资源、完成的时间和环境条件。不论是“好”，或仅仅是“还可以”，他们需要在限制条件和解决方案的质量间作出基于权衡的重要决策。在所有的决策中，工程师们需要应用科学、技术和数学的知识。对于所有的目的而言，技术设计和工程设计是一样的。但是，我们意识到技术是由经验、磨炼与学习所导致的，而并非科学。在这些情况下，它比设计更强调工艺。
跨学科概念
有一些概念在所有的STEM学科中都会出现，甚至出现在其他的学科中，这就是跨学科概念。它们产生干阐明各学科核心概念的现象或者问题的过程中。它们有助于理解观察和在数学思维、问题解决方案中建立理论。跨学科概念不是存在于真空中，因此，这些跨学科概念不应该在孤立的调查或问题解决情境中学习，尤其是它们与学科核心概念的发展密切相关。
不论是科学家、工程师、技术专家，还是数学家，这些跨学科概念在看待世界上各种现象时可作为有力且全面的框架。因为它们超越了不同STEM学科之间的边际，它们也被称为统一的概念。我们将它们列在表2中，并提供简洁的说明。
学科核心概念
学科核心概念即是几个学科的核心主题。如物质科学中，有很多概念与物质特征、力、运动有关；在生命科学中有关的则有生物体的生长与发展、与环境的相互依存和适应等。与其相似的是，在地球与空间科学中，有一些概念例如地球、太阳系、天气和气候。工程与技术中的核心概念涉及定义问题并设定问题的边界、提出问题的解决方案，以及了解科学、工程、技术三者之间相互依靠的关系。
当然，与其在基础的科学、工程、技术中讨论学科核心概念，倒不如用4个标准说明什么是学科核心概念。这个思想来自于《K-12科学教育框架》，它告诉我们学科核心概念应该是：
・在横跨科学、工程、技术等多学科时具有广泛的重要性，或者是在单一学科中扮演重要的组织作用
通过这些核心概念，学生们学习了科学知识和对自然事件的解释，例如空气、水、矿物、生物、煤燃料、油燃料等，学习了关于可再生资源和不可再生资源的消耗。在工程设计中，明白了他们所用的自然和人造事物的性质，以及如何去使用它们。他们考虑了产品和生产产品过程中的环境影响。例如，建造桥和生产食物产品的方式对于资源的分配和获取的影响。
・提供理解或调研复杂观点和解决问题的核心工具
对例如材料、能量、燃料的自然资源的学习是学习更复杂知识的基础，如对于物质本质的理解（原子的运动与排列解释了不同材料的性质）；能量可以以电、化学、磁及力等形式存在；自然资源的获取影响着工程和技术的产品，人类住处与自然资源的分配和适宜的天气条件密切相关等。
・与学生们的兴趣和生活经验息息相关，或者是可以联系到需要用科学技术认知思考的社会和个人的观点
这是选择学科核心概念的重要一条，因为这些将与学生的生活息息相关。如学生学习生活中可接触到的事物的性质，以及可以改变事物性质的情况，学习能量的类型和能量的影响，并联系他们的人生经历；学习有生命的事物是靠什么生存并生长的；学习人类是怎么利用原材料制造产品和设施的，例如食物、玩具、桥、楼房、自行车。以及各种工程和技术的其他产品；他们还会学习自然资源的短缺是如何影响他们生活的，比如没有规律的雨水、矿物和粮食作物。
・在逐步提升知识深度和复杂度的多种等级中，要做到可教且可学
当孩子们进入小学时，他们了解不同的材料和它们各自的价值。而在小学的前期，他们的学习包括对事物和状态（固体、液体、气体）、天气和一些自然和人造事物的科学认识。在小学的后期，他们会学习由看不见的颗粒组成的物质（空气有重量但是看不见）。在更后期，他们会学习化学，如金属和塑料在不同情况下的用途，他还会根据测量性质识别不同的材料；在生命科学中，他们学习关于人类活动对于地球和生态系统，例如土地、空气、水质和生物多样性的影响。在教育的所有等级中，他们会学习开发自然资源是有益处的，但是这种做法会导致资源的短缺，这归根于不可再生资源的耗尽。
