科技实践周 | 如何培养学生科学的思维方式?

2018-06-22 14:15:27
近日,美国花旗集团的投资银行部门表示,集团的20000名技术和运营人员,将会在未来5年内减少一半,也就是说裁员幅度或达到50%。花旗表示,将在未来大力推行人工智能的使用,以减少人力投入的成本。该集团总裁表示,花旗银行中有40%的运营职位,是可以完全用机器来替代的。

此前,德意志银行两年内裁员4000人,其相关负责人曾表示裁员的方向将针对能用科技提高效率的部门,他们认为自动化等技术可以提高效率,取代人力,降低成本。


人工智能来势迅猛,旧有的、低价值的、重复性高的工作,逐渐开始被人工智能所替代。我们无法预期人工智能将会发展到何种境地,但可以确定的是,“机器‘吃’人”的事件正在发生。


试想一下,接受着当前常规教育的学生,无论学到多少知识,都无法企及人工智能一个芯片的知识储存量,无论学到多少技能,都难以做到机器人高专注度、不分昼夜的工作效率。对于生活在这个时代中的学生,究竟需要具备怎样的能力,才能更加从容地立足于未来世界?

创造力首当其冲,人创造人工智能。但在创造之前,科学的事实依据、严谨的逻辑、审辩式思维不可或缺,唯有培养出这样的优秀特质,形成科学的思维方式,才能更好地发挥自己的创造能力。

基于此,本次六力国际学校【科技实践周·科技与文明】,设置专门的理科教学情境,以理科知识的学习为基础,带领学生沿着科学技术的发展历程,以过去、现在、未来为节点,让学生深入感受科技之于文明的奥义,追本溯源,从发展的需求中挖掘自身潜能,成为具有科学家思维方式的未来型人才。

课程中,我们又是如何做的?接下来,我们一同走进本次大课。


1. 科学的事实依据
——理科知识的学习和应用

这次课程,是一次系统的理科综合训练大课,导师根据学生的课上学习情况,精心设计课题,每一个主题都需要学生根据已有的知识水平去思考、完成。


亲身实践阶段的第一天上午,是密室逃脱。导师共设置五个关卡,各个关卡之间互相关联、环环相扣,其中涉及数学、物理、化学等学科知识。比如房间内会有水,也有苏打。这两种都是生活中随处可见的物质,它们会不会和谜题有关?如果有关,又要利用它们的哪些性质,找出解开谜题的线索呢?这时,就需要学生们想到化学课上学到的酸碱指示剂显色实验了。


 


 
【密室逃脱】线索查找



再如,看到房间中的电池、电线、小灯泡等等材料,是否能够立刻想到物理课本中学过的电学知识,是能够走出密室的关键步骤之一。

除过固有的课本知识,导师也会根据学生们的能力水平进行适时拔高,比如二进制的转换。二进制是计算机的语言。初中学生还未接触过这样的课程,但不要紧,此情此景之下,学生们依旧很快掌握了十进制切换二进制的要领,这也是读懂人工智能第一步:切换计算机语言。




【密室逃脱】线索推理




当然,课程整体就是一个系统的、综合的理科学习和应用过程。比如生物进化(生物)、水的净化(化学)、杠杆原理(物理)等,这些理论知识,成为学生们科学理论依据的一部分。


2. 严谨的逻辑
——逻辑思维能力

【逻辑思维能力】

指合理、正确思考的能力,即对事物进行观察、比较、分析、综合、抽象、概括、判断、推理的能力,采用科学的逻辑方法,准确而有条理地表达自己思维过程的能力。

黑格尔说:逻辑是一切思考的基础。

所谓思考的深度决定行动的高度,逻辑思维能力是一个人作出正确判断和迅速决策的基础,是人们进行正常思维所必须具备的能力,如果没有出色的逻辑思维能力,那么人的大脑必将是一片混乱,做事了无头绪。

而这种能力并非天生就有,要想具备出色的逻辑思维能力,很大程度依靠后天的培养和锻炼。训练逻辑思维能力的方法多种多样,就像我们上文中提到的【密室逃脱】就是一种很好的方法,学生们通过科学依据(系统的学科知识)不断推理、论证的过程就是逻辑思维能力的形成过程。

除密室逃脱外,本次大课,从大的角度来说,本身就是一个逻辑相对严谨的情境设置。以人类进化的路程,从文明之源开始,学生们依次经历石器时代、黑铁时代和工业时代,每个时代的材料供应、课题设计、知识点应用都是在符合科学发展的基础上制定。


通过密室逃脱的背景,学生们穿越到石器时代,各项目小组抽选不同的地理位置(同一片区域的不同划分),不同位置代表着不同的气候类型。学生根据当地的气候环境寻找可用“资源”,比如该如何获取火种,大家可以找一些木头和石块,通过钻木达到取火的目的,也可用石头打火,导师根据学生依据是否合理进行评判。

净化水源的过程中,学生们需要利用手头的工具以及周围可用材料去操作,同样也需要结合自己所学知识去设计、实施。这类实操的过程,需要学生能够整合自己所学知识,依一定逻辑按序完成。


从小的方面来说,具体到每天、每个环节以及每一个小的操作过程,都是一个又一个严密的逻辑思维训练过程。比如课程中,学生们需要多次制作模型,而这些模型的用料是有一定考究,石器时代,就只有木条和陶泥;黑铁时代,随着很多材料的发现,学生们逐渐有了竹条、胶水,也有了小刀、钉子等等。



 

 
 

寻找“资源”,制作模型

在这样的课程设计当中,学生们从人类的起源感受着科技的越迁,感知理科知识的同时,整合自身所学的知识体系,在做与合作中提升自身逻辑思维能力,由此学会独立思考,循序渐进、稳步成长。

3. 审辩式思维

当今世界,审辩式思维是创新型人才必须具备的能力,也是一个审、思、辨、判的过程。在这个过程中,学生们需要调用自身诸多能力于一体,通过合理运用以达到审辩式思维的强化。

课程进行中,各个项目小组被分到不同位置后,需在各自的领地内寻找不同的物资(卡片形式)。物资信息可能是直接写明,也可能是提示性的,学生们要根据自己所学知识去判断。

随着课程的进展,学生们不断发现着各种物质——
小泽根据发现的内容“岩石表面因风化,显现出了红色,带有光泽,且能够使指南针失灵”判断该地区可能有磁铁矿;
小航根据发现的内容“黑色油状物、黏性很高、也可以点燃”判断该物质可能为石油;
睿宜根据自己看到的图片和文字信息“蓝绿色石头”,再结合自己所处的位置,判断这种石头可能为蓝铜矿石;
……


 


除了对资源的判断,到了工业时代后,学生们需要再次根据自己的地形判断自己所处地区的能源利用,比如处“西北地区”的小组,通过分析判断,认为当地适合风力发电;处在“东南沿海地区”的认为自己适合太阳能发电和风力发电等。

学生们根据自己所学的知识,在庞杂的信息中迅速辨别出有效的信息,判断是否于“我”有用,他们逐步将现有的知识变成创造新知识的资源,不再只是停留在对知识的掌握上,最后通过一定的逻辑推理、论证,得到更加深刻的答案。这样的辨别过程是我们对学生审辩式思维的一种训练,当然,这也是科学家思维必须具备的优良品质。

我们能够从中发现,在教学的过程中,导师不再通过灌输式的方式进行教学,而是通过引导和提示,帮助学生找到问题的根源,让学生学会自己去解决问题。在这种教学方法下,答案不仅仅是答案,更是发现问题和解决问题的考察标准,而我们对学生吸收效果的检测也不再限于知识性的考试,而是拓展到以检测思维能力为标准的能力考核。


学生们在寻找和制作的过程中深入理科世界,透过事物现象探究其本质,洞察微观世界,运用思维构建宏观世界,并学会知识背后的逻辑、思维,批判性思维和哲理性思辨,学会根据自己的思考、学识、情感、经验和理性做出独立判断,也不再一味接受或者拒绝别人的观点和意见,而是在不断地审辩,审问、慎思、明辨中,逐渐形成更加客观、辩证的科学家思维模式。

4. 创造力

创造力的重要性毋庸置疑,无论人类社会如何发展,创造力永不过时。面对着人工智能的大热,创造力成为学生立足于未来最大的竞争优势。本次课程中,我们又是如何培养学生的创造力?





认真制作

从石器时代、黑铁时代,再到工业时代,学生们根据课程内容分小组、分课程内容制作模型,比如石器时代,学生们需要利用陶泥和木条制作砖窑和原始房屋;黑铁时代,学生们需要制作简单的织布机和犁模型,根据能源的利用制作水车和风车模型,导师提供有限的材料,由学生根据一定的科学依据,自由发挥想象去创造。

搭建房屋的时候,因为只有木条和陶泥,材料明显不足,于是学生们综合考量周围的地形和可用材料,工具不够,自己制作。用泥土加水增加黏性,用做地基,木条做横梁,屋顶做成平顶,用手边的纸巾搭建雨棚用来排水,用周围的植物做房屋的装饰,看是天马行空,实则融以大量知识于其中,通过科学的依据去执行。


 

 

 

在创造中,导师鼓励每个学生的想法,顺着他们的思路适时引导,教给他们科学的方法和手段,但不以此来约束他们的创意和探索空间,并给到他们足够的时间,让其亲身践行自己的想法和构思,同时鼓励“试错”,在重复中精进,在经验中提升创造力。



本次课程,是一个不断创造的过程,也是一个集中的科学思维训练过程。

课程最后,导师组织学生一起反思过去,展望未来。在谈到人工智能的问题上,他们有了不同的看法,小照说:“人人都说科技改变世界,甚至推测以后机器人会代替所有的劳动力,但我不这么认为,我觉得人有自身独一无二的能力和特点,是几千年来发展的结果,不会轻易被淘汰的。”

小泽则说:“很多企业开始在一些岗位上设置机器人,机器人似乎正在取代人类的工作。人类创造机器,机器却取代人类,那么人在未来应该如何生存?我觉得人类文明与科技共同进步的同时,首先应该与自然和谐相处,然后应该行动起来,培养一些机器人无法取代的技能。”


姑且不论学生们探讨是否值得推敲,但这样的辩证看待问题的方式,不正是科学家思维方式的体现?

在这样的讨论声中,学生们不断思索着,【科技实践周】虽已结束,但是学生们的未来,似乎计日以俟……
学校地址
中国·天津 武清开发区源泉路15号
中国·北京 昌平区崔村镇南庄88号
招生电话
4008-089-137
招生邮箱
liuli@liuliinternationalschool.org
版权所有:北京快乐营教育科技股份有限公司
你也可以扫一扫,获得更多信息
返回顶部
返回顶部
>