第三节 科创指导
案例A
小黄同学,非常喜欢学习物理,成绩优异。在一次导师与同学们交流科创金点子时,她提出了一个设想——是否可以通过编程,将一些抽象的物理实验,在手机上用动画的形式演示出来,将枯燥的理论和知识形象化。她的想法得到了同学们的赞赏。导师推荐她学习学校科创导师团队开设的创客课程之一“移动应用设计与开发”,并在导师的指导下,确定了科创项目——“基于手机平台的物理实验过程辅助工具”,陆续开发实现了“射猴问题仿真实验”“单摆测重力加速度”“简易水平仪”“超失重研究”“探测磁场强弱”等5个教学辅助工具,形象地演示了实验过程,让物理知识点不再抽象,让物理实验一目了然。凭借这个项目,她斩获“明日科技之星”称号。她所开发的5个实验辅助工具,在同学们中广泛传播,获得了同学们的一致好评。
案例B
小奚同学喜欢编程,高一看到编程社团时便毫不犹豫地加入,学习了一段时间编程知识后,他看到现实中小区停车存在的问题,就想尝试通过编写一个小程序去解决这一问题。由于不确定能否实现,便和导师顾老师提出自己的创意点“小区双道停车系统”,顾老师大加赞赏,鼓励他放手去试,于是他迈出科创的第一步。接下来就是顾老师对他全过程的指导。顾老师是学校的科创导师,他认为对学生的辅导重在授人以渔而不是授人以鱼。
在项目进行的过程中,小奚每次遇到技术上的问题都向顾老师请教,顾老师并不直接回答,而是发给他一个API文档的网页链接或是一个硬件设备pdf文档相关内容的页数范围,让他自己去找寻,帮助他养成了通过看文档学习技术的能力与习惯。虽然在最开始的时候,找文档、看文档是艰辛的,但是文档知识的完备性对于打下牢固的技术基础具有重要作用。
在指导他写论文的过程中,顾老师借助各方资源帮助小奚提升论文写作的科学规范性和创意性等等。顾老师发现他偏内向不太会表达,于是便刻意训练他的演讲能力和表达能力。在演练的过程中,一开始小奚紧张得说不出话,顾老师一直鼓劲,并教了一些演讲的准备方法,比如列提纲等等,在一次次尝试和顾老师不遗余力的帮助下,小奚克服了自己的羞涩和胆怯,越来越能自如地表达,再加上采用了适合的准备方法,最终顺利地完成了演讲,并在之后的竞赛展示阶段表现出色。这个技能后来在参加浙江大学综评录取面试时起到了关键性的作用。
高中阶段,小奚是一个不折不扣的科创小达人,先后拿到上海市青少年科技创新大赛二等奖、中国(上海)国际发明创新展览会金牌等十几个奖项。高中毕业,他进入美国工科排名第五的顶尖名校伊利诺伊大学香槟分校,攻读电子与计算机工程专业。日常学习中,找文档、看文档、演讲、阅读文献是常态,让他万分庆幸的是,有了高中阶段的科创经历做基础,他毫不费力。目前,他已经在国际顶尖高科技年会IEEE年会上发表了论文并受邀宣读,他所主笔的数学建模论文拿到美国大学生数模竞赛二等奖。
科创是现代高中生成长的重要素养,是很多学生跃跃欲试想要完成的一件事。案例A和案例B是两个高中生小创客从小白到达人的比较典型的经历。现实中,有的同学有初步的想法,但是不知道从哪里开始;有的同学明确了想法但是受限于自己的知识基础、时间、所需的实验设备等各类资源,止步于初始阶段;也有的同学在具体实践的过程中,进展缓慢;还有的同学有了结果,却不知道如何表达、呈现……同学们遇到的困难各异,有些能够克服困难,最终完成设想,带给学生成就感、价值观、归属感,甚至有的学生在科创项目中找准了自己未来的发展方向,开始坚定自己的人生梦想,为社会做出贡献的同时实现自我价值。
毫无疑问,从一个想法,到达成一项成果,需要学生付出很多努力,更需要导师在其中做好支撑,在他们遇到困难时给予指导,为他们提供支持和帮助。同时,在学校实践的过程中,指导学生开展科创活动,更需要从学校层面(16),构建创新教育体系,建设创新孵化平台,建构创新孵化模式,以形成学校优势和学生的创新惯性。
一、从金点子到选题
(一)金点子怎么来
好的点子是选题的来源,是确定选题的关键,是成功的一半。在科创中,创意在一定程度上是第一位的,研究是实现过程,技术是解决方法,都是为创意创想的实现服务的。因此,鼓励学生提出“奇思妙想”是导师在辅导科创中最重要的一步。
金点子有时候起源于好奇心驱使下没有目标、没有目的的观察,即由偶然事件触发出来的创意:这是什么现象?为什么会这样?有什么用?在“想有所想”中善于注意,善于观察,善于辨别,善于发现。在“胡思乱想”中善于想象,善于变通,善于借鉴,善于类比,比较容易形成“金点子”。
金点子更多时候来源于学生在校园学习、家庭生活、工农业生产和社会活动中遇到的问题。比如生活中的现象或问题,当前媒体的热点问题,课堂教学中激发出来的问题,交叉学科问题,结合拓展、研究型课程引发的问题,别人的研究课题未完成部分的问题,对某个问题的不同研究方法、不同研究材料的举一反三实践等都可以成为课题研究的最初的选题——“金点子”。
(二)鼓励创想金点子,助力探索转化为选题
一个科创项目,始于一个金点子。学生在产生金点子的过程中,容易出现的问题主要有两个:一是不敢想,怕被否定和打击;二是金点子匮乏或太无厘头、无法聚焦、无法具体化、无法概念化、无法完成选题。导师在辅导中,要小心呵护学生的自尊,激发学生的好奇心,想办法提升学生的自信、激发学生探索的勇气,鼓励学生充分发挥想象,忌轻下定论和主观评判,倡导学生多提问、多讨论,想尽办法一步一步具体化,去论证、去学习、去清晰化,直至逐渐实现。由点子到明确选题,是科创训练中非常重要的一步,导师可以多提开放性问题,引导学生具体化,再逐渐聚焦,慢慢形成明确的选题和项目方案。在这个过程中,激发创新思维,呵护创新幼苗,其中,正面引导、鼓励支持是关键。
1. 榜样激励,启发创新意识
榜样的力量是无穷的,有很多学生的创新设想,便是始于榜样的启发,活生生的从小白到达人的例子会让学生增强自信。具体可以通过如下途径,为学生梳理榜样,启发创新:
(1)邀请专家、社会各界成功人士、各行各业的标杆人物、创客等做讲座,与学生互动交流他们的创新项目。
(2)通过视频、读书会等举办国内外创新人物创新故事学习会,以激发和保持学生的创新意识、情感。
(3)开设“学生科技论坛”,约定固定的时间和地点,由学生发布其科创成果,邀请资深教师、高校教授作为专家指导团成员,与学生展开充分的交流,为对科创感兴趣的学生提供成果宣讲、交流的平台和场所。
(4)现身示范引领,自己做给学生看,一步一步引领学生,身教重于言教。
在这些榜样激励、科创启蒙活动中,可以辅导不同的学生,进行刻意训练和学习。有了科创成果的学生学习如何表达,如何继续、完善;正在进行科创项目的同学学习如何克服科创过程中的难点,一步步达成目标;暂时没有找到选题的同学,可以从中点燃兴趣、学习榜样,参考、借鉴。总之,激发学生的科创意识,培养求真、百折不挠的精神,学习科学论证、科学表达、科学思辨,碰撞创意火花,是科创启蒙活动的要点。
2. 基础课程(通用技术/信息技术)激发金点子
科创教育也可以面向全体学生,激发全体学生生成金点子。以闵行中学为例,学校科创团队的教师在通用技术、信息技术课堂中设置了4课时专题内容——“创意引发课”,指导学生撰写创意方案。创意方案包括设计创意点子、草图绘制、创意说明。学生的创意可以是全方位、发散性的。老师在课堂中通过师生对话,共同思考,共同探求创意方案。随后,老师对学生的方案进行分专题归类并进行专题点评,互补完善。最后,可以形成一个或几个完善的创意方案。
闵行中学通用技术课金点子列举
(1)做一床可以自动控制温度的被子。这样,无论在严寒,还是酷暑,都可以很舒服了。
(2)做一双AI控制的鞋子,可以缓震和矫正走路方式。
(3)将人流量大的道路改为由压敏材质制成的可发电电路,人流经过时,便可以发生电流,并将其储存起来。
(4)下雨天,开着的窗户会飘雨。可否设计根据雨水自动关窗的装置?
(5)想做一个洗头机。人只要坐着,就可以自动完成洗头、吹干。
(6)父母经常因为小事吵架,希望能够做一个AI产品,可以自动检测分贝和语速,把语音转变成文字,记录他们的争吵内容,这样可以更有效地劝阻双方。
(7)去食堂吃饭,经常碰到去晚了想吃的菜品就没有了的情况。可否设计一个装备,可以记录各个菜品的受欢迎程度,并由此预测准备的数量?
(8)学习中特别容易疲惫。音乐播放器可否能根据人的状态,选择适宜的音乐进行播放?
(9)写作业时经常犯困。所以想设计一款笔,5分钟内没有写字就震动,再过5分钟会响铃。
(10)很想念逝去的奶奶。所以,可否做一个AI的产品,可以还原她的音容笑貌,和她见面?
3. 指导学生带着问题进行观察、思考,直至形成选题
所谓带着问题进行观察就是针对某一感兴趣的现象或问题,按照一定思路有意寻找答案,如为什么会这样?可以用什么办法解决?有多少种解决办法?哪种办法最好?可否多方案解决问题?可以围绕学生生活、学习身边的各类问题,进行训练。
(1)学习中的问题,如学习用具、教室、课桌椅、黑板、学习方法、学习习惯等;
(2)工作中的问题,如工作方法、工作关系、工作效率等;
(3)生活中的问题,如衣、食、住、行、工具、用具、休闲、娱乐、生活方式习惯等;
(4)环境中的问题,如水污染、空气污染、固体垃圾、噪声、生态环境、动植物等;(https://www.daowen.com)
(5)社会热点问题,即特定时期内人们关注、议论较多且影响较大、共同关心、急于解决的问题。
还可以将问题解决与创意思考相结合,训练学生的发散思维。可以尝试两种方法,其一,缺点列举法,围绕现有的用具物品列出它的缺点,再针对缺点,提出改革设想;其二,希望点列举法,提出种种需求和希望,经过归纳和概括,寻找发明和设计的构思。列举缺点,在于发现问题;列举希望点,在于大胆创想,充分发挥创造力。其中,辅导学生打破陈规、学会质疑是关键。
4. 有针对性的个别辅导,优化选题
在前两步的基础上,应该还需要进行个别辅导和优化。比如有的选题有点大,表述不清晰,有的选题太过于虚幻不太现实,有的选题需要拓展的知识太多,有的选题做的东西太多时间不太允许,有的选题太难太过于专业超过了学生的认知范围。因此我们一般根据实际情况进行调整,优化选题。
导师引导学生进行文献检索。通过文献、资料的收集和检索、阅读,判断选题价值和合理性。要广泛参考文摘、期刊、硕博士论文、专著、典籍、手册、专利文献、科技报告等各类文献、资料等。
选题太大是学生在科创起步阶段常常出现的问题,导师可以按下面的方法进行指导。①先选一个大的方向范围,例如,能源节约问题、交通便捷问题、家用电器问题;②再选稍小的待解决的具体问题,比如有待解决不足的问题(缺点发现法),有待满足希望的问题(希望建议法);③最后巧妙地提出解决设想并研究、了解别人已经尝试的解决方法或者得到的结果,提出自己更好的解决方案,构想如何实施,并研究出结果。
小夏是一个很喜欢观察、思考的学生。高一第二学期春夏交接之际,家里准备开空调,于是便请人进行清洁消毒,他看到拆下空调外壳、过滤网,进行清洁消毒,而散热片由于被封在空调内部,作为一个整体,要专业人员才敢拆除,因此日如一日就一直没有处理,在生涯导师一次课题辅导中,他提出自己发现的现象,导师夸赞他能够质疑现有常规做法,提醒他用“缺点列举法”发现问题。
发现问题:正值春夏之季,不少市民开始使用空调。家用空调大部分使用者都会关注空调过滤网的污染,并经常会进行清洁消毒,然自己感觉空调用久了虽然一直清洁,还是有异味,是否是那个没被拆的空调内部一直没被清洁,也存在污染。
“缺点发现法”发现问题后,就用“希望建议法”大胆提出假设和建议,空调内部也有污染源,建议找到具体是哪个部件,还有具体如何清洁是否需要让更多人知道,或者探索如何清洁。
在生涯导师的帮助下,他接触了制作空调散热片的专家,在了解空调制作和原理时,专家提到散热片是污染之源,但是被大众忽视,较少这方面的科普。室内环境污染能导致呼吸道疾病、肺病、支气管炎、肺癌。于是小夏确定了自己的课题:空调污染的源头——散热片清洁消毒至关重要。
二、建构“3+3”模式,搭建创新想法与项目开发之间的桥梁
任何一个科创项目,都是创新想法和知识拓展之间的双向奔赴。一个创新想法的达成,需要学生拓展相关知识、技能;一类拓展知识、一门先修课程、一项拓展技能的掌握,需要以一个由想法到成果的创新创意过程为实践基础。如何让更多对科创感兴趣的学生体验科创,是学校和科创团队导师一直探索的命题。在实践中发现,学生感兴趣的领域较为集中,再加上学校有比较好的社团、社团课程基础,因此,建构了系统化的课程体系与训练模式。
学校从2009年便有了单片机社团,开设了单片机课程,很多学生从高一年级开始学习单片机课程,并多次获奖。但随着项目的深化,学校科创导师团队发现,学生的作品普遍创意不够,更像是传感器的堆砌,原因是缺乏系统的知识作为基础,缺失从信息处理系统的角度来整体思考和开发。于是,不断优化、探索出“3+3”定制化模式,即以3个主要内容模块,3个主要项目开发阶段的模式,打造完成一个完整的创客路径。
(一)3个内容模块,奠定科创项目知识、技能学习基础
智能装备是学生普遍喜欢探索的领域,此领域对开源硬件开发、移动应用设计与开发、三维建模和3D打印等方面的知识和技能有一定要求。比如在一个智能浇水器项目中,实现自动浇水功能需要涉及开源硬件开发,即用单片机控制;浇水行为分析涉及大数据处理,需要涉及移动应用设计与开发,即用手机搜集、处理信息,将信号发送给单片机;浇水器的固定板和浇水装置需要3D设计和打印。基于此建构了系统化的3个主要内容模块课程。同时,在具体教学中,将三门课程按项目化学习方式贯穿整体设计。指导学生边学习边解决问题,这使得原本枯燥无味、循规蹈矩的制作课变得更具自主性、协作性和趣味性。
1. 开源硬件项目开发
嵌入式开发、电子电路、运动学和工程理论等知识是其中的核心内容。通过向不同基础的学生全方位地介绍Arduino、ATmega128、慧烁、STM32这四种单片机知识,并设计制作创新项目,同时为学生创造参加各级各类科技竞赛的机会,在掌握电子技术和程序设计基本知识的同时,激发学生创造发明的兴趣,培养学生动手能力及创新素养。
2. 移动应用设计与开发
该模块主要以手机等移动设备的软件项目的设计与开发为主,同时也学习VB、Java语言的基础内容,学习、掌握软件开发的基本方法,并以实际生活中经常使用的信息技术为载体开展项目制作,培养学生对软件设计与开发的兴趣,训练学生的计算思维能力,锻炼学生的逻辑思维能力,激励学生成为数字时代的创造者。
3. 三维建模和3D打印
该模块以初步掌握电子技术和机械加工基础知识,能对简单的电子作品和机械作品进行制作或加工,能使用Inventor软件进行三维建模,再配合3D打印机创作结构,培养学生基本的机电技术素养,并提高他们的动手能力和创新能力,训练空间想象能力为目标。在提高技术能力的同时,形成一定的与技术相联系的质量意识、环保意识、安全意识等,为学生适应未来社会及其今后的发展奠定基础,提高了学生的动手能力和创新能力。
(二)3步走规范进阶式培养
科创教育所倡导的提出问题并利用自己的创造力解决问题的过程,通常以输出为导向,最后形成作品。在制作作品过程中对学生能力的培养,以及确保学生能够自主研究至关重要。“3+3”定制化模式中的第二个“3”指用三个阶段完成一个进阶式挑战性项目,像游戏冲关一样,增强学生的学习兴趣,完成从领学到自学的过程,这三个阶段分别为:
1. 初级任务
主要任务是一些科技基础制作,主要涉及基本结构应用与控制、入门的二维空间建构、数学和机械知识等。这个过程多采用体验参与、概念探索、意义建构、展示应用等形式,指导学生掌握基本的科学方法,养成良好的科创习惯。一般从点亮LED灯、跑马灯、火焰传感器、电子音乐、驱动直流电机和舵机、1602液晶的显示、光敏电阻等开始学,到能够制作多功能自动控制电路(传感器的应用)、基本门电路、密码锁电路(数字信号与逻辑门应用)、二路抢答器(基本触发器的应用)等。
2. 进阶任务
主要任务为机器人创作,这一过程从外形到结构均在“数字化创作空间”平台上完成,涉及机械、力学、结构、材料、电子、软件、艺术等知识,在解决日常生活的问题过程中发展学生思维。如爬坡机器人的设计与创作、电子控制实验箱、全自动洗衣机控制系统设计、个性化台灯灯罩设计、光控小车、F1电容车、液压挖掘机、遥控风扇等。
3. 自主任务
主要任务是智造家创作,需要综合运用智能电子积木、机械结构、智能硬件、开源软件、3D打印等技术。如创作2048生物减数分裂版本、智能锁、超市自助结算推车、智能台灯、自动分类垃圾箱、时间变量电子密码锁、老人远程开门器、植物类别的人工智能识别、卡车驾驶模拟器智能浇水器、智能气象站、时间序列智能锁、智能红绿灯、激光乐动琵琶、小区双道停车平台、在线学习纠错系统、基于手机平台的物理虚拟实验室等。
三、搭建科创资源平台,支撑科创实践活动开展
创客教育的目的在于培养一批动手能力强、勇于实现自己想法的小创客。所以需要的硬件、软件资源多,需要建设集合各类资源平台的创客教室。同时,借助信息技术为学生的学习、实践、师生互动交流营造便利的环境。
(一)搭建科创资源平台,建设数字化创作空间
学校倡导以科创项目的思想和模式让学生在做中学,开展基于问题或项目的学习,因此建立了数字化创作空间(Digital Creative Space),确保学生有完善的工具和实验条件,包括开源硬件项目开发实验室、移动手机开发实验室、金属加工车间、虚拟仿真实验室、网络实验室、数字音乐实验室以及机器人实验室等多种“智能控制实验室”。
以开源硬件项目开发实验室为例,其中包含了24个工作位,台式电脑24台、笔记本电脑2台、单片机开发板约40块,以及Arduino、ATmega128、慧烁、AVR、STM32等单片机型号,微软的体感Kinect传感器、泰克100 M混合模式示波器、普源20 M任意波信号发生器、热风拆焊台、万用表、台式电烙铁、稳压电源、台钻等,以及30 W激光雕刻机、电火花线切割、铣床、车床、数控铣床机械加工设备等。相当于高校或者项目研究室生产间的完整配置,确保项目的硬件环境。
在科创项目实施的过程中,动手能力非常重要。为了培养学生的动手能力,实验室里添置了不少手动工具,如圆锯、手电钻、电动螺丝刀等,并从建材市场买来木材等,在保证安全的前提下让他们动手做作品,比如单片机社和环球音乐社社员联合做的伪3D全息显示,在开家长会期间展示,引起轰动,受到家长们广泛好评。
陈同学在高一选择了学校的程序设计选修课,最初他会一点点Pascal编程,慢慢学会了VB、C语言。在单片机驱动液晶模块课上,他第一个把线路接了出来,导师发现他在接电子线路方面有特长,动手能力强。于是,就启发他尝试参与科创项目。在导师的指导下,他决定做ZigBee无线火灾报警器。
模拟电路是这个项目中的一个核心部分,需要自己做电路板。那时,学校的设备还非常有限。导师与他一起尝试用透明胶带刀刻法解决,而且使用最普通的美工刀。无论是设计板子还是刀刻,他都一丝不苟地完成。虽然刻得不是很整齐,但测试后能用。他们从化学老师那借来三氯化铁,用于腐蚀。看到这一版设计,导师推荐他参加了智多星比赛,并通过初赛。
“赛复创智杯”前夕,他与导师探讨是否可以用更好的办法制作电路板,他们一拍即合,随即提出三个方案:热转印法、感光干膜法、感光蓝油法,并买来各种所需材料、工具。陈同学非常兴奋,不停地试验,先用热转印法试验,结果碳粉在铜箔没粘牢,失败了;又用感光蓝油试验,结果干燥的时间过长,曝光,也失败了;最后用感光干膜试验,成功了。陈同学还数次操作,总结了感光干膜的粘贴经验——用电熨斗烫五秒钟效果最好。接下来,他和指导老师一起,又克服了Zigbee模块中cc2430编程中的难点,对火焰传感器做了很多实验,实验室里经常闻到酒精和烟的气味。最终,研制成功,并获得第二届“赛复创智杯”上海市青少年创意设计大赛一等奖、少年科技智多星银星奖、创新大赛区二等奖等奖项。
(二)建设线上创新项目孵化机制,全方位支持学生科创
学校建立校级创新项目孵化机制,由学生自主申请创新孵化基金,并提交申请书,学生按计划实施创新项目,记录和积累过程性资料,每年年底进行创新项目过程展示和成果汇报、评审,学生进行答辩,并聘请专家组进行评选,对学生提供成长性建议,并以“明日科技之星”和“创新大赛”两大赛事为核心,推荐在孵项目参加各级各类科技竞赛,通过竞赛进一步提升学生的科创科研综合素质。
(三)建设校内外资源平台
学校积极利用学校、家庭、社区、高校及各种社会资源,利用学校地缘优势,如毗邻的上海交通大学、华东师范大学、紫竹高科技园区和“四大金刚”国有企业、江川社区等,建立校内外资源开发利用的校区、园区和社区“三区联动”长效机制。充分利用校区、园区和社区等的优势,发挥三区的人才库智囊团作用和名牌效应,创建校内外联合培养学生创新素养的平台。
闵行中学积极利用学校、家庭、社区、高校及各种社会资源,如与上海交通大学电子信息学院、上海大学美国德州仪器联合技术中心、上海市科技艺术教育中心合作建立“数理创新-微控制器”联合实验室,基于信息化平台,结合生涯辅导开展科创教育,还承办上海市科技艺术教育中心主办的单片机应用活动比赛,以赛促教。创新实验室成立以来已有多届学生在这里学习和研究,经历了一届又一届的传承和更新,从初始成员与导师共同创办实验室,到一届届学生开发制作自己的作品,到如今建设了成熟的基于联合实验室的科创辅导模式。
四、科创规范和成果精准论述和表达,使科创效能最大化
有学生投身科创,花了很大心力,但由于论文不规范,不会精准论述和提炼、不会演讲和表达,无法达到有效的科学成果,或者好的科研成果由于论述不到位得不到认可,一方面影响了学生的积极性,另一方面好的科研项目不能发挥最大效能。因此从科创服务于实践、推动社会发展的角度讲,成果的论述和表达很重要,同时在论述表达中也能进一步促使成果完善。
(一)系统推进,规范学生科创科研活动
学校设计科学的申报书,引领学生从申报书启动科创科研活动,并在后续的每一个环节中——从选题、方案设计、论证、修改、立项、实施,到撰写论文、答辩,推进科研活动的规范。尤其要注重关键环节的培养,如选题阶段如何进行文献综述,如何进行科学论文撰写,如何科学标注参考文献,此外,还要进行专利法科普等。在这一过程中,根据需要可综合运用团队辅导、专家指导、个别化跟踪辅导等办法。
(二)辅导科创成果表达
1. 培训学生的成果论述和项目答辩PPT制作及成果表达演讲
成果表达阶段需要辅导学生进行项目评审答辩、成果表达演讲等各类活动。通常,首先需要准备PPT。对于科学研究类的项目答辩PPT一般包括选题由来、实验过程与方法、实验数据、结果与讨论、参考文献等内容;对于创造发明类的项目答辩PPT一般包括选题由来、应用原理、技术和方法、性能测试、结论、参考文献等内容。其次,需要训练学生进行演讲表达,通常建议学生撰写演讲稿,并精确表达,常辅以(脱稿)计时演练,还需要训练学生姿态、肢体语言等。必要时,可以建议学生通过录像自己观看,找寻不妥之处加以更正,一遍遍练习,一遍遍调整;也可以邀请其他同学作为观众给出听者角度的建议等等。通过反复推敲和练习可以提升表达的精准和适宜度。
已毕业的科创小达人小於在回顾自己的科创成长史时,说道:
我在导师顾老师的指导下通过前期的金点子创意、文献综述确立了要开发一款“智能气象设备”。导师全程规范我的科创过程,具体包括需要做哪些准备、大致的过程与方法、主要实现工具。于是高一整个寒假,我窝在计算机房,自己设计软件,编写运行代码。编程的过程是枯燥且重复的,一个算法的实现,往往需要一遍又一遍的出错、更改、运行、出错、更改、运行,一次次地返工,填补漏洞,才能真正完成整个软件。在这一过程中,每当遇到更改多次仍无头绪的问题进而感到崩溃时,都在线上向导师请教。每一次,顾老师都会帮我指点迷津,用丰富的经验点明我的问题所在,引导我转换思维,找到更为准确便捷的方法。
开学时,我便连轴地带着作品参加答辩、展示、比赛。相较于前期的埋头研发,后期的展示更需要抬头表达。在一场又一场的答辩展示中,我渐渐褪去了最初的生疏与羞涩,能够自信大方地在评委和观众面前展现并介绍我的项目作品。在此期间,我的导师帮助我多次改稿,教我如何答辩,推荐我的作品参加不同的比赛,陪着我一步步成长与进步。
高中生涯的科创经验给我带来了很大的影响,我变得更为勇敢,勇于提出自己的新想法,并寻找合适的方法将脑中的想法变为现实,我变得不再羞涩,敢于自信大方地在舞台上展现自我。顾老师的指引与教导让我一步步成长,变为更好的自己,最终我荣获了闵行区“少年爱迪生”称号等。
2. 成果推广,让学生的科研发挥最大效能和影响力
在学生科创成果推广中,涉及两个方面。一方面,将学生内容形成成果推广,如采用新老学员传帮带的模式,把老学员的项目给下一届学员参考、示范;另一方面,通过参加科技竞赛,如科技创新大赛、国际上海发明展、澳门发明展、赛复创智杯等比赛,把项目设计方案向全社会公开。在闵中的毕业生中,有学生完成共享单车、智能快递箱、垃圾分类等项目,均早于社会推广、普及进程。
杨同学热爱编程,兴致来了会写代码到夜里一点。在做单片机项目时,他不满足于原有的程序例子框架和协议,便自己写无线通信的协议、单片机操作系统下的菜单管理函数等。他不仅会写单片机的程序,还会写Windows下的程序。他对新的科技很关注,如体感Kinect、虚拟现实等,对手机编程也很有兴趣,微软Windows Phone一出来,他就开始学手机编程,写了触控统计程序、快递查询程序等,还发布到微软Windows Phone应用市场,有了每月几十美元的收入。高二暑假,凭借Windows Phone下的“快递管家”应用,杨同学在威盛举办的第二十一届中国青少年威盛中国芯计算机表演赛全国总决赛高端赛项目中,荣获手机应用开发赛一等奖(唯一的一等奖)。
五、构建数字化平台,培养学生创客素养
高中生科创不仅限于课题的完成,最终指向的是科创人才的培养。通过构建数字化平台,支持学生学习与评价全过程、创新孵化全过程,培养社会需要的科创人才。
(一)数字化平台,建构基于创客学生素养模型的过程评价
借助数字化平台尝试建立学生成长电子档案。设置针对学生创新素养意识、能力提高的评价点。记录评价过程性资料,将结果评价与过程评价相结合,让评价更趋于公平、公正,实现由“知识本位”向“人本位”的转变。评价方法上力求评价内容和评价者多元,确立学生自评与互评相结合;定性评价和定量评价相结合;过程评价和结果评价相结合的评价原则。同时,建立健全社会评价制度,加强学生和家长参与的评价机制,评价注重过程反馈、过程指导和未来发展,使评价成为学生创新素养自我提升的手段。
实践中,导师们使用闵行中学学生综合素质发展六维度指标记录评价过程性资料,使结果评价与过程评价相结合。
(二)数字化平台,培养学生知识管理意识与能力
创建面向高中学生的个性化科技类知识管理平台。以兴趣为导向,逐渐聚焦学科,让学生尝试做以兴趣学科为落脚点的科技类知识管理系统,优化教育教学效果。参照知识管理的基本理论,为学生提供个人知识管理的工具,让学生尝试借助信息技术平台做好知识系统管理。系统基本功能包括:知识点管理功能,包括输入、分类、图形显示等;个性化复习指导功能,参照心理学学习理论并结合学生学习具体情况设计复习计划;事件紧急性及重要性分类管理功能;个人时间日程管理、浏览及输出功能;个人计划执行跟踪功能;教师远程辅导功能等。同时建设智慧班级,即“虚拟班级结构、师生主页功能、班级学习博客和课程资源整合”,让教师与学生借助学习平台,共同创建教育学习资源。
高中生的科创导师一定是学生需要时能够赋能的老师,一定是能接住学生的问题、给予学生探索方向的老师,一定是愿意欣赏学生、相信学生有能力的老师,一定是本身具备科创精神和不断提升自身能力的老师;还是善于借力、顺势而为的组织者;是能够发掘资源,整合应用的管理者。总之,是一个有大局观、有视野和格局的学习型、成长型教育创新人才。学无止境,探索永远在路上!
(执笔人:顾秋辉)