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深究新的人生,中学生跟着物军事学家

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不久前,在北京的寒意凛然中,82岁的中国科学院院士、数学家林群来到西什库小学,给这里的孩子们讲微积分。

交汇点讯 (记者 李晨 王璟)湖库水环境的季节演替过程监测与保护建议,白垩纪缅甸琥珀中双翅目昆虫的研究,南极机器人望远镜故障自诊断方法的研究……昨天,中科院南京分院与南京师范大学(分数线,专业设置)附属中学联合创立的“中学生‘紫金’科学探究计划”举行了第二期汇报答辩会,学生们介绍了他们参与的实验并展示了论文和成果。

南京中考招生第一批次录取工作全部结束,各大高中纷纷迎来新一届学生。高中是什么样子?未来三年该怎样度过?南京师范大学附属中学、南京十三中、南师附中江宁分校等一批高中校精心为新生准备入学大礼,快来一起看看吧!

在孩子的眼中,这位获得过中科院自然科学奖一等奖、捷克科学院数学成就奖、何梁何利科技进步奖等荣誉的知名科学家,更亲切的身份是“微积分爷爷”。在他的口中,微积分成了孩子也能懂的有趣问题。

据了解,“中学生‘紫金’科学探究计划”是中科院南京分院与南师附中在探索高端科研资源教育应用的创新尝试。自2015年第一期启动以来,南京分院为南师附中累计46名同学提供了参与高端科研项目研发的机会。

南师附中:

与以往多次走进学校讲课不同,这一次,在讲台对面还多了三台摄像机和一群忙碌的技术人员。搭乘中科院中国科普博览求真云课堂的网络直播,“微积分爷爷”的科普现场实时传递到了遥远的黑龙江、宁夏、湖北、重庆、四川等地8个中小学课堂上,参与学生达到1000人。这些学生,大多都在县城甚至教育贫瘠的贫苦县。

“孩子们跟着科学家一起‘上班’,兴趣特别浓厚。”南师附中科研处副主任李小飞说,今年更火爆,已经有四十多位同学报名,他们将会和科学家面对面交流,竞争7个课题的研究名额。

玩转科学把“实验室”带回家

如何将高端科研资源与中小学科学教育对接起来?林群的科普现场直播,成为最生动的体现。

李小飞说,两年多来,同学们在中科院科研人员的指导下,顺利完成了16项科研课题,形成了16部研究论文,申请了专利两项,撰写了政协提案一篇,在EI核心期刊《环境科学》上发表论文一篇,另有两篇SCI期刊论文已进入最后审稿环节,一人凭借在本项目中的科研工作,同时被美国康奈尔大学和加拿大麦吉尔大学录取。

7月14日,南京师范大学附属中学高一新生们来到即将求学三年的新校园,不仅拿到了精美的《入学手册》,里面有每科老师对高中学习的入门建议,还领取到一个印有附中校徽的大礼盒,里面装着什么呢?学校化学教研组组长保志明老师介绍,这个礼盒是“科学盒子”,内容十分丰富,录取通知书、实验物资袋、学生课题手册、科学海报等都会放到“科学盒子”中,在同学们接到录取通知书的同时,意味着学校专门为新高一同学打造的暑期“科学盒子”线上课程正式拉开序幕。

有了资源,科普就能做好?

不同环境下空气微生物的差异性探究、百里香对动植物的化感作用研究、不同制作工艺对泡腾片性能的影响探究、住宅间距对室内有效日照时间的影响探究……记者了解到,“科学盒子”是一个探究性学习教具集成包,基于精心研发的科学课题,打造专属于学生的便携式微型实验室,每套盒子都有基于课程配套的线上课程和特制教具,比如简易显微镜、滴管等,学生们在家就能“玩”起来。“科学盒子”一共有10大课题,新生们将会随机领取到一个课题,每4名学生组成一个课题组,学生进入搭建完善的在线学习平台,通过观看教学视频、学习课题相关的知识和实验操作技能,完成课题探究。

2017年12月24日,在“第二届中科院中国科普博览互联网+科学教育高峰论坛暨首届中科院网络科普联盟研学旅行校长论坛”上,国家教育咨询委员会委员、中科院科普领导小组原组长郭传杰讲起了20多年前的一件往事。

南师附中江宁分校:

那是1996年,郭传杰带领代表团到美国的知名高校和国家实验室考察。这些实验室都是涉及军事、能源、材料等国家重要领域的科研重镇,在美国科学界占有重要地位。

东大基地班打开发展“天花板”

“我们每到一个实验室,工作人员通常最先带我们参观的就是他们的科普基地,一进实验室大门就能看到,里面的科普内容与该实验室的主要研究领域密切相关。”郭传杰回忆说,他当时觉得很奇怪,就问对方,实验室为何会把科普放在这么显要的位置。对方回答说:“我们实验室的发展需要纳税人的支持,所以我们必须要让公众享受到科研成果和科学资源。况且,来我们这里参观的学生,未来或许就会成为优秀的科学人才。”这个回答让当时的郭传杰深感震动。

7月16日下午,南师附中江宁分校举行“梦想起航”2019级高一新生入学典礼,在全体高一新生与家长们的见证下,东南大学基地班正式揭牌。拿到崭新的录取通知书意味着真正成为一名高中生,该怎样度过即将到来的三年呢?南师附中江宁分校副校长高中部校长成中余给同学们提建议。“希望你们拥有归零的心态”。成校长说,所谓“归零”,将过去的所“有”,一如失败,更如成功,全部从心房剔除,给理想留下足够的发展空间,用轻盈和谦卑的姿态创造新的精彩。成校长还希望大家拿出“主动”的姿态,保持“做功”的姿态。成校长说,每届都会有一些孩子陷入“劳而无功”或“劳而微功”的窘迫境地,这和物理中“做功”很像。“做功必须同时满足两个条件:有力作用在物体上;物体在力的方向上移动了距离。这和我们学习是一个道理,用功要用对方向和方法”。

上世纪90年代的中国,科学教育一词还很少见,科学普及的社会需求也不强,远未达到今天的地位和吸引力。“另外,我们当时也有一些误区,以为拥有这么多科学资源、科学家,做科普还不容易?”郭传杰说。

南师附中江宁分校校长张士民与东南大学常务副校长王保平共同为东南大学基地班揭牌。据了解,两校自2018年5月签署《战略合作框架协议》以来,在文化交流、资源共享、课程建设、教育研究等方面建立起了良好的互信与合作关系,在高中新一轮课程改革形势下,两校将以“东南大学课程基地班”为依托,共同探索创新拔尖型人才培养路径。校长张士民说,我们希望在办学方式、师生成长通道、课堂教学、校园管理等办学的方方面面能再打开一些,此次与东南大学合作,就意味着打开高中办学的“天花板”,打开高中生的发展空间,实现学生主动发展、充分发展、卓越发展。

于是,美国考察之行回来后,郭传杰等人做了两件事。一是在中科院内有条件的地方,开始将科学资源进行转化,变成中小学生喜闻乐见的形式,包括1999年研发完的中国科普博览网站正式上线,把中科院分布在全国各地的植物园、天文台等科普场馆放到网络上。第二件事是向国家申请专项资金,在合适的研究所前建立科普馆、博物馆,比如国家动物博物馆、南京地质古生物博物馆等。

南京十三中:

“科学教育需要科学资源,如果没有强大丰厚的科学资源作支撑,科学教育就是无源之水,很难长期发展下去。但是,有了丰富的科学资源,我们的科学教育是否就能自然而然地做好了呢?答案显然是否定的。”郭传杰说,“高端科研资源要承担起教育功能,一定需要一系列重构、重建和转化的工作。”

深度阅读课程揭开人生新一页

向科学教育延伸

7月15日是南京十三中高一新生到校日,全体同学和他们的爸爸妈妈们在新学校一起打开新阅读篇章!江苏省语文特级教师、南京十三中经典夜读小组导师曹勇军老师给大家做阅读讲座,介绍学校的读书课程,冀望家校联手,推动孩子们读书。曹老师说,新生甫入学,打开新的人生一页,正好描绘蓝图,我希望通过这样的讲座让有效读书人群大些大些更大些。

如今,中科院的科学资源比20年前更加丰厚。“我们有近4万一线科学家,其中两院院士上千位。我们拥有三所大学,共有硕士、博士研究生近6万人。我们有国家重大科学工程、天文台、国家重点实验室、国家级研究中心、分布在全国各地的生态野外台站等。”郭传杰说。

南京十三中是江苏省语文学习实验课程基地,曹勇军给大家介绍了学校的三级阅读课程设置——常规课程教学、启明星读书社、经典夜读小组。每个孩子都拿到一本《在大树下读书》手册,其中,高一年级孩子的基础书目25种,例如《鲁迅小说全集》《汪曾祺散文》《神似祖先》《生活十讲》等,高二孩子的基础书目25种,例如《人类群星闪耀时》《美学散步》《人间词话》《时间简史》等。记者了解到,十三中的经典阅读小组跨年级、跨班级,带领一群热爱阅读的孩子去亲近经典,发现真理,探索人生。

在这样的资源支持下,中科院开始实施“高端科研资源科普化”计划和“科学与中国”科学教育计划,打造科普国家队。

通讯员 钱静 高博 南京晨报/爱南京记者 刘颖

“在‘高端科研资源科普化’计划方面,我们要进行科普基地建设、科普队伍建设、科普产品建设、科普活动建设和科普平台建设,这方面的体系化程度已经比较高了。”中科院科学传播局科普处处长徐雁龙介绍说,“现在,我们要把这种体系化资源向科学教育延伸。”

新华报业视觉中心记者 刘莉 摄

依托这些科研资源,中科院开发出了多种周期的科学教育形式,比如一天周期的有科普报告、科学家面对面交流、公众科学日、科技创新年度巡展和各种主题的科普活动等,以一周为周期的活动有求真科学营和各类科学课程,还有周期长达1~3年的长期探究学习项目,主要就是北京青少年科技俱乐部。

南师附中江宁分校高一入学典礼。

北京青少年科技俱乐部开办于1999年,是由中科院院士王绶琯牵头做起来的。当时,退休之后的王绶琯在各学校讲授科学课,并且用科学家的眼光,在北京四中、人大附中、北师大附中等学校选拔了一些学有余力又对自然科学某方面有特别偏好的孩子,把他们放在中科院各研究所的实验室中去。

北京青少年科技俱乐部形成了良好的人才选拔机制和探索课程流程。有些学生后来出国深造,又通过“千人计划”“万人计划”回到国内,成为优秀的青年科学家。王绶琯有一年过生日,该俱乐部培养的学生在哈佛大学的实验室里,用基因做出“王老,生日快乐”的祝福,通过视频传送回来,王绶琯特别激动。

对于科学教育的内容,针对不同年龄段的孩子,内容也应有不同的侧重。比如,针对学前儿童强调自然体验,做感性的科学启蒙;对小学生主要做视频教学,开发科学教育课程,激发孩子对科学的兴趣;到了中学,主要是通过求真科学营等活动,对学生进行理性思维和科学技能的训练;到了大学则会进行科学传播技能的训练,鼓励他们输出知识。如今,中科院正在尝试在院内高校的研究生中推广科普学分制,推动6万研究生能够成为科普的主力。

作用于心灵的科学教育

在科学教育方面,我国已经有了不少探索案例。比如,教育部和中国科协合作推出的“做中学”科学教育实验项目、高校科学营、英才计划以及北京市的翱翔计划等。

科学教育有广义和狭义之分。广义的科学教育一词可以用于与科学有关的、与教育方式方法科学化有关的事物上,狭义的科学教育则指的是针对中小学生开展的以物理、化学、生物、地理等科学内容为基础的教育。

科学教育方兴未艾,也与国内教育发展大趋势有着密切的关系。“我们经历了三次教育目标的转变。”中国教育科学研究院STEM课程中心副主任曹培杰介绍说,“最初是面向‘双基’,即基础知识、基本技能。在这种理念下,什么是最好的学习?就是黄冈中学模式,老师精讲,学生精练。2001年,我们启动了第八轮基础教育新课改,提出了新的教育目标——三维目标,最好的课堂变为自主学习、合作学习和探究学习的课堂。到了2016年,《中国学生发展核心素养》发布,里面大量出现我们以往在教育教学中不太常见的词,比如理解、责任、担当、情怀等。在核心素养引领下,一定会有新的课堂形态出现。旅行、创造、设计、游戏、表演可能都会变成一种课堂形态,社区、田野、科技馆、博物馆可能都会变成课堂。”

我们为何要开展科学教育?爱因斯坦说,科学对于人类事务的影响有两种方式。第一种方式是大家熟悉的,科学直接地,并且在更大程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具。第二种方式是教育性的,它作用于心灵。

“科学教育是教育的重要组成部分,也是素质教育的重要组成部分。科学素养是人的核心素养之一。”徐雁龙说道,“但同时也要看到,科学教育归根结底也只是教育的一个重要组成部分而已,不能忽视,也没必要夸大。人不仅需要科学素养,还需要音体美等其他素养。科学教育有其特殊意义。我们说数学是所有学科的皇后和仆人,因为它具有皇后的地位和仆人的功能,而科学教育也正是如此,我们可以说,科学教育是其他教育的皇后和仆人,因为人的理性思维一旦树立,很多东西自然就能学得通、学得懂了。此外,科学教育还有其自身的规律。”

为了探求科学教育的规律,中科院每年都在云南罗梭江举办国际科学教育论坛,将科研人员和教育专家请到一起,共同探讨。

到NASA做火箭

在科学教育方面,欧美国家先行,积累了不少经验。在长期研究美国、芬兰教育的北京师范大学国际与比较教育研究院副院长滕珺看来,美国高端科研资源与中小学科学教育的对接,得益于其强大的社会支撑系统。“美国拥有众多的博物馆,学校教师带团参观可以很便捷地进行预约,免费参观,博物馆内有一批专业人员进行讲解。”在休斯敦的NASA中,滕珺惊奇地发现,NASA竟然就在研制火箭的现场专门开辟了一个独特的空间,中学以上的学生只要提前注册成功,就可以成为志愿者,把自己所学的知识真正运用到火箭研制之中,而不是只能隔着玻璃参观。

芬兰的经验则让滕珺看到,除了高端科研资源外,我们身边还有很多可挖掘的科学教育资源。“比如,芬兰一所小学要翻修操场,就让学生们一起参与,提出需求和建设方案,当然有专业人员一起参与,共同去市政府申请资金,实施修建。”滕珺说,“这整个过程就是倡导在无定式、真实、复杂的环境下,调动孩子各方面的能力,促进其核心素养的提升。”

在滕珺看来,科研资源与科学教育的对接过程中,科技和教育领域专家的跨界探讨很重要。“各个年级的孩子进入科研体系中到底要学什么,它需要是校园内课程的延伸和拓展,而不能与校园课程脱节,变成两张皮。比如,老师带领学生去参观机械运转,就需要有意识地将参观行程与学校课程体系对接,明确此行的目的是什么,学生是否学习过机械运转的原理,然后再去参观实物。这个过程需要很多专业的工作,包括课程研发和实施、培养专业人才等。”

郭传杰认为,高端科研资源与科学教育的对接,必须有一支专业化的团队和机构。“他们熟悉科学家和相关的科研领域,同时又了解学生、老师和学校的需求,做好两者之间的桥梁和纽带,把科学家的科学知识、科研思维、科学精神传递给学生。”

郭传杰还强调,教育专家、科学家和中小学校长等应共同研究科学教育的标准和规范问题。“近几年科学教育热度很高,吸引了很多机构和人员参与其中,有以赚钱为目的的,也有以教育为宗旨的。在这些活动中,学生能受到多少有益的熏陶、导游的专业度如何,都有待考量。”

如今互联网的发展也为高端科研资源与科学教育的对接提供了更多技术支持。2017年6月,在成都一所学校,曹培杰考察一个课程,是生物老师讲人造呼吸系统,设计的情境是学生遇到海难来到了一座荒岛上,此时同伴有危险需要做人造呼吸系统。课后曹培杰向老师提了一个问题:“你是最了解人造呼吸系统的人吗?”教师回答说不是。“那么谁是?”曹培杰问。“应该是医生和护士。”教师答说。“学生小组汇报用了15分钟,这个环节如果请医生和护士来点评,学生的收获可能会更多。怎么请?打开手机微信,随时都能在线联系点评。这就是互联网思维。”

也是借助互联网社交媒体等平台,不少科学家以科普人的身份为大众所熟知。高端科研资源与公众的距离,正在拉近。

(原载于《中国科学报》 2018-01-05 第1版 要闻)

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