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科技实践周 | 探究当下,构建未来

发布时间:2019-05-21

中国科学技术馆内,正在参观的学生们——

   “如何延长人的寿命?”

   “影响光伏发电的因素有哪些?”

   “‘静电滚球’是什么原理?”

   ……

诸如此类的问题,不断涌现在学生们的脑海中,他们专注地看着每个场馆奇观现象一旁标示的说明,时而就不懂的地方问询周围的老师,老师们则耐心为学生们解答着。


学生们“如饥似渴”地求知,让此时的科技馆不再像游览、参观之地,更像是课堂。其实,此番前往科技馆正是六力国际学校初中部科技实践周的部分课程设计。学生们就前一天制作沙盘过程中遇到的问题,前往科技馆寻问解惑,或是寻找灵感的突破。他们专注的背后,是深入地探究学习。

科技实践周课程设计


科技实践周】是六力国际教育初中部围绕理科教学展开的实践课程,老师带领学生们到真实的学习场景,通过体验让学生重新认识课本上抽象枯燥的理科概念、公式和原理。本次科技实践周,我们引导学生从当下生活出发,以未来发展为样本,通过沙盘制作,将理论知识与实际应用相互融合,帮助学生整合理科知识的同时,夯实基础,拓展他们的综合能力,培养他们严谨的科学探究精神,帮助他们更好地通往未来。


六力国际学校【初中部·科技实践周】课程:

◎每学期一次,每次为期一周。

◎由导师精心挑选研究课题,将课内知识与科学实践探索相结合,让学生从知识的宽度、深度和广度三个方面全面感受理科的无穷魅力。

◎从理科的知识系统入手,帮助学生了解理科知识之间的关联性,构建知识体系。

◎采用跨学科联合教学的方式,将理科有机融合在一起,带领学生围绕不同的主题进行探究性学习。

◎从学生的兴趣出发,轻松突破理科学习障碍,提升理科学习兴趣,让学生爱上理科,学懂理科。


这次课程中,分有“交通与居住”“人工智能人的寿命”“未来战争”三个主题,学生们沿着“提出问题、收集资料、猜想假设、推理验证、讨论反思”的探究性学习路径进行课题研究,回归理科问题的产生本源,着重培养自身的科学探究精神。接下来,让我们回到课程中,一起走进学生们创建“未来世界”的历程当中。


01 提出问题

B组研究的课题是“人工智能与人的寿命”,谈及“如何延长人类寿命”的问题时,小卓首先想到的是“人为什么会衰老”?借由一个问题,引申出更多的问题,单凭自己课堂上所学过的生物知识,是远远不够解决小卓心中的问题。由点及面,小卓的思考范围逐渐变得立体起来。

科技实践周提出问题

同样,A组这边研究“交通与居住”的澍婧同学,提出了自己的心中的设想:在海面上建造一个漂浮的小岛。随即,她的问题接踵而至:“如何确保岛屿能够漂浮在海面上?它的理论基础是什么呢?”科学研究的核心首先就是要有问题意识,问题是科学研究的出发点。澍婧所提问题不仅包括物理中有关浮力、地球引力等知识,还有化学中有关材料的知识。

再看研究“未来军事”课题的C组学生,“为什么要研究军事”“研究军事的出发点是什么”“那么应该研究什么样的军事体系才是未来所需的呢”……带着如此之多的问题,学生们对于本次课程更为专注和投入。

六力国际学校科技实践周

没有问题,就不会有解决问题的意识,也不会有解决问题的思想和方法,问题很多时候是方向,所以“提出问题”这个环节,至为关键。正是因为这些问题的引导,学生们才能更有目的性地走进这次课程,踏入探索未来的“门槛”。


02 收集资料

很多时候,我们容易忽略“收集资料”这个环节,认为这是自然而然的事情,甚至只是一条“通道”,并不具备拿出来细讲的资格,然而事实并非如此。收集资料与科学探究成果有着直接的关系。

通常我们的大课,无论是文化大课还是科技周,亦或是社会考察,都会持续近一个月,课前导入三周,亲身实践一周。课前导入是导入什么呢?就是前期一个发现问题并为之收集资料的过程。

科技实践周收集资料

六力国际学校科技实践周

六力国际学校科技实践周


这一次,老师们带领学生利用现有的知识,夯实巩固的同时,不断拓展,寻求自己研究的起点,论证自己沙盘制作构想得以实现的可能性。前导课期间,我们让学生们利用课余时间,借助学校的图书资源、网络资源查找资料。信息爆炸的时代,学生们要找到自己需要的知识,需要的不仅仅是有关构想的全面思考,同时还面临着自我信息的筛选、加工和处理。

在研究“人体寿命”的问题上,小卓通过查阅资料了解到有一种衰老理论是“端粒损耗理论”。了解什么是“端粒”,小卓要先了解染色体、细胞核,她需要用到七年级生物中学到的细胞分裂和细胞结构中的相关知识,染色体复制和端粒则是高中及大学阶段生物中会涉及的知识。

回归课本的同时,小卓也拓展了自己的知识。然而,作为初中生的小卓,面对这些生僻的词汇定然会存在“看不懂”的状况,遇到这样的问题,周围的师长就是最好的“工具”,询问老师,也是收集资料的一种方式。科学探究的过程中,资料的收集也是有一定技巧的。

科技实践周收集资料

不仅如此,我们在实践开始前,开过数次的前导交流课,各小组就自己组所收集到的资料进行讲解,及时与老师和同学讨论和交流。交流当中,有些资料,比如说A组负责的“居住与交通”和B组所负责课题“人工智能与人的寿命”中,未来的住房和交通会不会与人工智能相挂钩?人的居住环境和人的寿命是否有关联?两个组的资料完全可以互通有无,互相借鉴,在交流中互相累积知识。

当然,这也是科学探究过程中的资料收集方式。学生们在构思“未来世界”的过程中,想象可以天马行空,但科学的创作一定是基于相关理论基础的。学生们为正在创造的“未来世界”补充着理论知识,完善着自己的构想。


03 猜想假设

兆基跟导师探讨“未来交通和居住”问题时问到:“在未来城市中,人与人之间的交流难道只能是面对面或者通过音频、视频的形式吗?”导师引导兆基结合高新技术,比如全息投影或者VR等技术,对未来社会中人与人的交流“现况”进行畅想。随后,兆基开始了自己的猜想。

“猜想假设”是科学探究的另一个重要环节,猜想是根据经验和已有知识对问题的成因、探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设。在实际制作沙盘前,学生们的头脑中都是一些理论上的知识和前人灌输的经验,理论还未被亲身实践前,学生们的探究基础都是基于猜想假设之上的。

研究“未来交通与住房问题”的A组项目副经理文昭据之前查阅和整理的资料,如此设想自己组的沙盘蓝图:“在居住问题上,我们项目组成员商讨出两种解决方案,一种是利用海洋资源,在海面上建立一个空岛,通过增加居住面积解决居住难题;另一种是移居到别的星球。”

科技实践周猜想假设


六力国际学校科技实践周

六力国际学校课程实践周

六力国际学校课程实践周


“在交通问题上,我们主要从未来交通的智能化、网联化、清洁化和分享化这四方面来考虑。空岛的布局采用分层的形式,地下一层类似于一个大的停车场,专门行驶各种交通工具。随着共享经济的出现,人工智能技术的快速发展,我们的未来交通会朝着‘共享+无人驾驶’的方向发展,所以我们的交通方式为‘共享+无人驾驶’;中间是花园城市,楼与楼之间通过透明管道连接;而在空岛之外,我们采用飞行器解决跨区域的交通问题。”

发达如现在,交通和居住问题尚难解决,A组通过这样的设想以求解决未来人类的交通和住房问题,是一种猜想,也是一种思维的发散,为之后的探究过程提供了一个创造性的预见,这个环节,更注重的是对学生思维能力的培养。


04 推理验证

沙盘的制作过程中,学生们运用自己所掌握的理论知识推理论证着创想的可行与否,同时也修正着理论用于实际时的不可行之处。

比如C组在实际模型的制作中,涉及到建筑比例大小问题时,张彬说:“如果我们沙盘的比例与实际设计的比例不一致,制作出来的沙盘整体上会很不协调,影响美观。我们之前的比例是100:1,那我们所有的建筑物也应该按照这样的比例。”

科技实践周推理验证


在设想前期,学生们将比例尺定为1:10000,可经过实际调研后,发现比例过小,会导致整个沙盘过于袖珍,可能会给后续的电路安装等环节造成障碍,为此他们依照现况调整为1:5000。

比例的调整不只是一个数据的修正,也是经过一系列推理论证后的结果,推理验证是得出结论的重要过程。这期间,他们的根据一个已知的前提(电路的大小)去判断推理,事实证明,在沙盘制作完成后,更加验证了他们的推理是正确的。

六力国际学校科技实践周

整个推理验证,既包括对学生思维逻辑的训练,还包括对学生动手实践能力的锻炼。学生们在不断探索中夯实巩固着理科的相关知识,同时感受着知识在实际应用过程中所体现出来的价值。

知识必须能够在某些场合实际运用,才值得学习。因而,我们在对教育进行构想时,基本的出发点就是尝试设想我们所教授的知识内容中哪些对学生的生活有价值。关注交通与居住、人工智能以及未来军事等问题本身就带有一种可能性,即能够提供长久保存的、对学生个人生活有用的知识。


05 讨论反思

整个课程中,无论是课程前还是课程后,无论是对资料收集的互相探讨还是对沙盘制作要领的分享,“头脑风暴”占据着每个环节,学生们的每一次进步,都能够在下一次的讨论中的得以显现,这个过程中,反思也时刻进行着。

科技实践周讨论反思


我们每天的课程结束,都会有相应的会议,就是引导学生去讨论当日的进展,反思出现的问题,需要如何修正,对于好的方案又该如何去实施、精进,在不断迭代中提高自己的科学素养。再加上课程结束后的复盘总结,学生们的认识也更加深刻。

通常,理科是培养学生形成科学的学习方法和思维建模的过程。有效的学习方式是带领学生回归理科问题的产生本源,在生活中学习、探究相关知识,再通过动手实践加以应用,形成思维建模的完整闭环。

在这样的教学方式中,学生们体验知识在生产生活中的应用,亲身去感知、领悟知识,并在实践中验证;经由导师的引导和启发,调动已有的认知,主动寻求答案,主动构建知识体系。触及理科的价值,在生活中发现科学之美,在探索中追寻科学之美。

六力国际学校科技实践周


列夫托尔斯泰曾说“如果学生在学校里的结果是使自己什么也不会创造,那他一生将永远是摹仿的抄袭”。面对未来,我们要培养创造型人才,就需要帮助学生培养科学探究品质、科学探究思维能力和科学探究精神等基本素质。世界的发展与进步离不开科学探究和发明,孩子不应该只作为现代化技术的附属品,更应成为主宰者和创造者。

本次的六力国际学校科技实践周·我的未来我做主也正是这样做的,带领学生们吸收、运化,而后创造(释放)。我们最终目的不是完成沙盘制作,而是要让学生在制作的过程中学会知识背后的逻辑、思维,培养他们具有科学探究精神,形成自身科学素养,让他们在未来的道路上,知道要学什么、如何去学,形成终身学习的能力,并为之奋斗终生。

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