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2018年寒假陈经纶中学创新人才培养计划之美国STEM课程体验

美中科技教育促进会 编辑部 2018年03月05日

 陈经纶中学秉承一贯扩展学生视野和学习时空的精神,首开先河,走出国门,尝试中外联合培养创新人才,特别设计了境外STEM科学与工程实践课程,与美中科技教育促进会、麻州国际科学工程节、哈佛大学、麻省理工学院等多家单位合作,突破单纯的验证“短期的简单的有形的”结果,更多注重领会世界顶级教育机构科学与工程研究的思维方法,让学生获得受益一生的学习能力。


 活动设计的核心思想是在科学与工程的实践中接触现代科学、现实问题、跨学科融合。实践以应用为目的,技能与认知结合。学生的体验从提出问题,定义问题,到构建使用模型,有计划调查研究,分析解释运用,设计解决方案,用事实论证,获取、评估、交流信息。


一、友好学校课程


“注重合作,重视学生体验,强调学生中心”是陈经纶中学与友好学校安多福中学交流的最大收获。



今年是中美学生合作创新峰会的第二年,陈经纶学生采用研究性学习方式,实地探访了当地一家多功能超市,再与美国学生随机形成团队,共同攻克今年的挑战“食品的未来”。美国学生的专注,积极参与给中国学生留下深刻印象。美国学生的投入与自主创新也让中国学生感慨这需要更大的勇气。



交流的另一个方面:中美学生交换创新思想,寻求未来合作。在麻州科学工程节主席的主持下,大家尝试了解兴趣爱好,相约网上继续,发挥各自优势,推进研究合作,共同解决问题。他们要在科学节70年的历史上,第一次打破国与国的边界,尝试合作共赢。未来社会,无论是能源问题,环境问题,或流行病问题都需要国际合作,让我们的学生从小具备国际视野,尝试国际合作,了解国际规范无疑是未来国际领袖必备的素质。


最终,学生中产生了8组合作团队,他们的课题从免疫药品的存储到电梯安全系统的改进,到ipad显示屏的创新,抗时差药丸的发明等等,集思广益,各自精彩。



二、哈佛科学实践课程


 哈佛大学的老师们给同学们带来一系列课程,让同学们体会一个哈佛的研究工作者的思维过程和生活方式。学生们在这里体会观察现象,总结推理,提出定义问题,用已知的条件推导未知的假设,使用先进设备,跟紧最新科技发展趋势,从定性到定量,设法给出解释构建理论。学生们在活动中预测、识别、控制变量,调查、修订、发展或提出新的理论和解释。很多生活中耳熟能详的概念,在眼底变成的现实,这个过程,又激发了更多的好奇心,让同学们具备了更多的数据和能力进行新一轮探究。


 在哈佛实验室学什么是我们出发前给学生布置的问题:

 这里就是学生的回答:

 “在这里我对科学探究的方法有了一个更深一层的理解。其实说到科学探究我们大家都不陌生。但是像一个科学家对未知领域的问题的探究方法,我们可能并不清楚。这次在美国我们就学习到了真正的探究方法。不同于在学校所学的老师讲什么我们就相信什么就背什么,有时也不太明白缘由。在这里我们要把探究的课题当做是未知的,来自己设计一个实验,这样才更加的真实,来培养一个科学家的思维,首先我们要提出探究的内容。因变量是什么?自变量是什么?无关变量是什么?要如何控制?这都是我们要思考的问题,这样虽然更加的繁琐,但却更贴近于对真理的追求。其次,我们就要自己操作实验。并且记录相关的数据。比如说今天我们重新探索了种子的干湿对呼吸作用的速率的影响,在这里我们就明确了自变量和因变量。而还有他们的间接测量。



 特别说一下,我们在这里运到了,在国内没有用过的高科技产品,可以自己计算分析数据简化了我们的步骤。最后还要对数据进行分析比较得出结论,这个工作也不简单,我们要画图要计算还要排除各种干扰,有时还要质疑之前的数据并进行改正。这是一个非常繁杂的工作,但是却非常有条理,整体上也非常清晰。总而言之,仅仅一天我们学到的知识,没有多少,重要的是我们的学习到的方法。---孟京臣



 “我可以看到五种科学思想: 控制变量,相互/空白,对照思想,凭借科学仪器达到研究目的。转化思想,数字建模,虽然在中国课堂上老师讲过,但真正动手做才更能理解他们的意义,项目中,凭借二氧化碳浓度检测仪。推得细胞呼吸的速率,运用了转化思想和凭借仪器的思想。在第三天里外国学生运计算器,亦是如此。将检测仪的数据传输到显示屏上建立图像,然后拟合得到一条线。这是数学建模。用干豆和湿豆对比运植物和动物对比,而其他条件不变,这是控制变量和对照思想。我想到一个问题,曾有人说过,中国人善于脑子搞实验,美国人善于用手搞实验,尤其是化学chemistry,词缀是try尝试,化学便是尝试实验。的确物理和化学生物乃至自然科学应当是以实验为基础的学科,绝不是空泛而谈,中国古话也亦有“纸上谈兵,终觉浅,绝知此事要躬行”一句。大概,美国教育成功的一点就在于动手。动手能让学生加深印象,学会探究,激发对科学的兴趣,为以后人生的终身学习起到了不可缺失的重要作用。现在中国的中考高考在改革,在向西方学习。这样实验的分值进一步扩大,提升了对动手探究的重视程度,中考甚至讲计算难度大幅下调,便于学生算数。这预示着中国教育的进步。”---周轩宇








三、MIT工程



  一走进MIT,就让人心潮澎湃,立刻就想到一个问题:美国为什么会有那么多的科学家与工程师。在三天的学习过程中, 同学们自己动手设计制作。自己设计图纸、加工、组装、测试自己的作品,分析设计受影响的因素、分析测试结果,然后继续进行改进。同学们用蹩脚的英语不知克服了多少困难,从刚开始不敢提问不知怎么提问到满实验室找老师问问题,英语差一些的找中文老师帮助翻译,甚至拒绝出去吃午饭(只好把饭给带回来吃),孩子们的学习兴趣空前高涨。


 下面让我们一起来感受一下这个愉快的过程。







 学生们感慨的说:

“今天我们进行了有趣的设计练习。从中我领悟到了一点点的设计精髓。这对我来讲无异于是最大的收获。ed教授在所有人试图用有限材料搭建尽可能体积大的塔时,仅用了一个放在地上的倒立的瓶盖儿便折服了所有人:空气,便是最大的建筑。他为我们开辟了一种新思路,同时也让我们对设计有所领悟:用了太多复杂的材料后这个设计或许已算不上优秀。因此学会利用有限的材料去完成项目会成为一个设计师最重要的必修课。这也许不仅与设计密切相关,或许也和人日常的思维提升有关:如何让一个复杂的问题简单化?抑或找到新的解决途径?设计,原是思维的芭蕾,在思考与钻研中挖掘出美。”---康劲帆




 “第一次我找到了拥有一技之长的满足感。走进MIT,扑面而来的是现代与古典并存的学院气息,在这里,置身于理工学术界的高地,我被新的思想与新的态度洗礼。  随性又不显凌乱的实验室,弥散着现代的工业风,生锈的铁栅栏…。我头一次想,原来理工人也可以如此具有艺术感。  分好组后,老师教我学会了如何用电钻打孔,我便开始操作了起来,当看着流水线般的塑料外壳在我面前摆好,旁人也在各有其职地加工着外壳时,我突然觉得拥有一技之长的满足与分工合作的良好氛围,这也许是一个高效率的合作方法。  摆正固定塑料外壳,标记,用改锥扎孔,拿起电钻,对准,慢慢推,看着塑料屑旋转而飞散。耳边轰鸣作响,此刻,我的内心有一种冉冉升起的工匠精神的情感,责任,专注流转于眼神之间。第一次我找到了工匠态度带给我的神圣感。”---康劲帆




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