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星空探学 群木成森

——北京一零一中学科技教育纪实

作者:本报记者 汪瑞林 通讯员 史艺 发布时间:2017.10.11
中国教育报

    “我看到了用来训练航天员超重耐力及在超重条件下操控飞船能力的装置——亚洲最大的离心机,它那8米长的手臂引人注目,为什么要设计这么长呢?很快我就明白了,要想获得6-8g的加速度,转速不变的情况下就要增大旋转的半径。我们刚刚学的物理知识,竟用在如此尖端的科技上……”北京一零一中学高一年级李一鸣同学在参观航天城后感慨道。

像这样走出书本、走出校园的课堂在北京一零一中学还有很多,学校从学生多元发展和个性化需求的角度,建立起一套成熟的科技教育课程体系,为高中阶段培养学生科技素养积累了丰富的经验。日前,记者走进一零一中学,对该校富有特色的科技教育进行了探访。

国家课程校本化,传递的不只是科技知识

国家课程是课堂教学的核心,科技教育不能脱离国家课程。北京一零一中学将国家课程与校本课程深度融合,把丰富的国家课程资源校本化、教学方式个性化,让国家课程发挥综合育人的功能。

比如,物理组的教师将人教社物理教材中“航天”主题的内容:必修1中的“超重与失重”、必修2中的“万有引力与航天”、选修3—5中的“反冲运动火箭”等进行整合,将教室搬到中国航天员科研训练中心,进行实地考察,现场讲授。在这里,学生们触摸到返回舱实体、航天服,观看了火箭发动机、月球车模型、失重训练的“超级水槽”……

学校邀请北师大梁灿彬教授为高二年级做“相对论与星际穿越”的讲座,将影片情节与相对论知识有机结合,不仅使大家对时间与空间有了全新的认识,了解了天体物理中的许多奇异现象,如黑洞、奇点、时空弯曲等,更锻炼了学生以抽象思维思考问题的能力。在展示探月工程等主题时,老师们不失时机地将科技与社会联结起来,让学生看到科技应用的社会价值,增强学生的民族自豪感和自信心。

地理组的教师结合近两年北京城市发展变化,为高一年级开发设计了人文地理实践活动——“我的北京我的城”,围绕地理学科核心素养,培养学生的观察能力,运用所学的地理原理认识身边地理现象。学生在考察过程中,了解了北京的城市文化、城市空间结构,通过地名、遗址追溯北京的历史,认识城市空间功能区的变迁。地理组和天文社举办的一年一度的“中秋赏月”活动,更是人文知识与科技知识交融,猜谜语,吟诗词,听讲座,观测月球……

化学必修1中“元素化合物”的教学,在化学组老师那里,变成了“菠菜补铁是真的吗?”这样的问题探究。老师引导大家以探究实验为手段,将铁元素的定性检测和定量测定相结合,用模型拆解了一个真实的、复杂的生活问题。再如,选修模块中,化学反应速率和限度内容的教学,教材中主要是讲理论,化学组的老师则以“我的工厂我做主”为任务将其校本化,让学生化身工程师,以可燃冰的开发利用为情境,建立一个工厂,通过企业的选址情况,收集产品的生产原理、原料利用率、能耗、投资和成本核算等活动,关注化学反应过程中的反应方向、反应速率以及反应限度,通过资源的综合利用,让学生提高环保意识,认识合理开发资源的重要性。

“三层九类”科学课程体系,为创新人才奠基

新课程改革和学校特色发展要求学校构建适应学生发展需求的制度文化。北京一零一中学试行“年级+书院”的经纬式教学管理模式——继承以年级、班级为核心的横向管理模式,同时建立纵向跨年级的学术一体化管理模式。学校创立了以“科学”“人文”“领军”“国际”为主题的学森书院、圆明书院、六韬书院和国际书院,成立了课程开发中心,并由校长郭涵担任总设计师、副校长熊永昌担任总负责人。各学科骨干教师和科研院所、高校专家组成导师团队,负责书院课程的开发和实施,经过几年的探索和实践,逐步建构起书院主题课程群。

以“科技创新”为主题的学森书院搭建了“学术拓展”“个性实践”“拔尖创新”三个层级九种类型的科学教育课程体系,学生每学期都可以自由选择主题课程。这些课程给学生打开了一扇扇通往新知的大门。

科学前沿课程紧跟时代脉搏。在学森书院的科学主题学术拓展课程中有物理科技前沿、好玩的数学、激光加工与生活、奇幻电子世界、畅游IT、网络与信息安全等课程,也有“海底总动员——海洋生态研究”项目组、基于“3D打印”的STEAM项目和生命科学探究、基于机器人的STEAM项目等项目组,以培养跨学科综合人才为目标。

“当初我想,不就是组装一个排爆机器人嘛,小时候在乐高课上就玩过,但是当我踏入教室时,面对摆在面前一堆山一样的零件,无从下手。于是只好虚下心来,一步一步地按照老师的指导和自己的研究进行尝试。当最终拼装出一个功能完善的机器人,还是很有成就感的。”高一6班学生袁也说。

袁也说的就是基于机器人的STEAM项目中,“防爆排雷机器人”的设计拼装。这个过程中涉及机械、电子、控制、计算机、网络、管理等多个学科,学生以团队合作的形式,从一个个小元件焊接成电路板开始,到控制程序的设计,再到手机APP的设计,完全独立完成机器人的构思、设计、实现和运作全过程。在这个过程中,学生跨学科解决实际问题的能力,以及创新意识、创造能力、科学探究和技术运用能力、团队合作精神,都得到了锻炼,学生获得了一种基于核心素养的综合成长。

大师领航课程开阔学生的视野。当今世界,新一轮科技革命蓄势待发,如果能在现阶段培养学生的科技兴趣和开阔眼界,将对其未来的专业发展发挥积极影响。为此,学校聘请相关领域的专家,让学生和科学家、学者、高新技术人才面对面交流,关注资源环境、生命科学、航天科技、互联网及信息安全、高新技术等领域的最新进展,让学生了解科学发展的趋势和未来。这对学生开拓视野、选择未来研究方向、树立正确的人生观和价值观有着重要的领航作用。中科院、国家天文台、中国空间技术研究院等单位的专家都曾登上学校的讲坛。

学术论坛和科普活动营造科学氛围。在一零一中学,有一个博士讲堂,主讲者都是学校的高学历青年教师。化学博士王昱甥的“舌尖上的食品添加剂”、生物学博士崔旭东的“探秘DNA”、地理学在读博士金梓乔的“科学与工程”等,都曾引起强烈反响。物理学博士相新蕾还带着学生拜访了他的博士生导师、2012年国家科学技术最高奖获得者、核物理学家谢家麟先生。谢先生殷切地嘱托孩子们:“世界上那么多美好的事物,要有自己的兴趣爱好,选定方向还要耐得住寂寞。科学研究的道路上不会一帆风顺,要有持之以恒的精神。”

学生们还有自己的“学生学术论坛”。他们把自己的研究成果向大家展示汇报,有的同学编写了校本教材,在校内开设选修课,当起了小老师。物理节、科学嘉年华、中秋赏月、天文观测、航天育种等活动,营造出浓厚的科学氛围。

学科竞赛激励学生走上学术之路。学科竞赛有助于培养学生学习的主动性,增强学习能力。学校组建了强大的学科竞赛团队,利用主课堂、选修课、书院课、周末竞赛小组、夏令营等,分层次、分类型开展竞赛辅导。钱学森理科实验班的学生不负众望,在全国高中数学、物理、化学、生物、信息学联赛和国际天文奥林匹克竞赛、国际数学邀请赛中屡获佳绩,很多学生进入高校后选择了自己曾经的研究领域。2016年毕业的钱学森班陈肇盟和陈启昭兄妹俩综合成绩名列前茅,在数学竞赛中获得数十个国内外大奖,一同被牛津大学录取。

科学实践活动激发学生科技创新热情

这所学校的学生无疑是幸福的,学校有一套中学与大学、科研机构有机衔接、体系开放的联合培养机制,这使得学生有机会走进高校和科研院所的实验室,接触高端的实验器材,在导师指导下完成小型科研创新项目。

外出科学考察。学校与中科院京区科协合作,利用中科院在全国各地的研究所及其野外台站的资源,精心规划每一条科考线路的活动和课程内容。2010年1月以来先后组织学生在云南、内蒙古、吉林、山东、安徽等地举行了动物学、植物学、地质学、天文学、物理学等不同主题的科学考察活动。同学们穿越雨林,远足野炊,露营沙漠,采摘收集植物,制作生物标本,了解少数民族风情,与科学家一起做小课题研究和社会调查等活动,以生态学的视角审视人类与自然环境的关系。

搭建高端课题研修平台。学校通过青少年科技后备人才计划、翱翔计划、英才计划等活动途径,和中科院各科研院所、北京大学、北京邮电大学、北京交大等高校合作,选拔对科学有浓厚兴趣、学有余力的学生走进国家重点实验室,让他们在专家和本校导师的指导下做创新课题研究。在管理方面,学校采取“宽严结合”的方式,“严”是指开题答辩、中期汇报、结题答辩和科研方法讲座需要师生“面对面”,甚至需要“手把手”;“宽”是指平时的指导可以利用微信、电话等方式联络,建立了指导老师和学生的微信群,要求每周学生上传一次活动记录,导师上传一次指导记录,及时了解和督促每个课题组的进展情况。指导老师们惊讶地发现,一些研究生阶段才具备的优秀科研素质已经在他们身上体现出来。

打造品牌科技项目。学校生命科学探究活动已有20多年的历史,涌现出马丽霞、夏焕春等一批优秀的科技辅导员,在天文、小行星搜寻、信息学奥赛、航模、模拟飞行等科学探究活动中取得不凡成绩。6年来,钱学森理科实验班的学生在各类国际科学比赛中,有20人获得全国青少年科技创新大赛一等奖,11名学生荣获北京市科技创新市长奖,是获此奖项最多的学校之一。

星空探学、群木成森,小星光能汇成浩瀚宇宙,小树苗能育成广袤森林。一个个课题研修走过来,一个个科创项目做下来,学生们受到熏陶和感染,对科学研究有了深入的认识,也慢慢形成了对科学前沿敏锐的洞察力。高端研修平台的搭建使这些有着强烈求知欲和创新能力的学生潜力发挥到最大,并为未来走上科学研究道路奠定基础。正如第35届北京市科创大赛一等奖获得者冯艺菲写道:“在我确定自己想要搞科研后,我知道做研究会花费很多的时间,但我的热爱使我面对困难时甘之如饴。”

《中国教育报》2017年10月11日第9版 

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