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2021-10-21
威雅壹课 | 像科学家一样思考,享受探索的乐趣

  仍然在世界各国蔓延的新冠疫情,其背后的主宰,是科学。

  西湖大学的研究员周强和团队运用冷冻电镜的技术,解析了ACE2和S蛋白的重要结构,使得人们第一次从原子水平看清楚新冠病毒进入人体的过程。看清第一步,就可以做研究防止第一步的发生,以及在第一步发生之后,还有什么方法来对付病毒。

  因此,这个科学实验的意义非比寻常。西湖大学校长、中国科学院院士施一公强调,结合新冠疫情,科学发现、基础研究,才是决定我们现在和未来根本的力量。

  那么,什么是科学呢?科学是对自然界客观的描述。它与我们有什么关系?我们如何学习?

  今天的文章里,我们邀请了南京威雅的三位科学专业背景的学术负责人,诠释南京威雅科学学科将会如何开展。

  在正式开始前,先跟大家厘清南京威雅科学课程的顶层设计。南京威雅创校中方校长田宁表示科学教育在遵循义务教育阶段教学标准之上,既要有继承性又要有突破性

  将物理、化学、生物三科安排在高质量的科学实验室环境下单独授课,把科学知识的学习寓于动手实践的过程之中,引导威雅学子走进科学大门,造就更多具有科学素养的人才。

  让孩子爱上科学

  让抽象的概念真实可感

  Encourage Children to Go for Science

  Make the Concept Visible

  “化学烦,物理难,数学作业做不完。”这句顺口溜是绝对的经典永流传。

  和拥有化学博士学位的中学部执行校长乔恩娜沟通中,提起这句顺口溜,以及大多数人学习化学的烦恼:消耗了大量脑细胞把元素周期表背下来后,仍然在掌握化学元素特性、规律上很吃力,还有那总是配不平的化学方程式……乔恩娜和我们分享道,孩子要对一门具体的学科感兴趣,需要走进去,而老师了解学生是让孩子走进学科的一个重要途径。

  生活处处是科学,当老师知道学生的兴趣爱好倾向时,便能以此为切入点,将抽象的科学知识融合学生的兴趣爱好,引发学生的好奇心和专注力

  乔恩娜举例道,若是学生喜爱羽毛球,她可以从“为什么羽毛球无论起初是如何起飞的,最后一定是球头朝着飞行的方向并一直保持着此方向飞行?”这样的问题引入鹅毛、鸭毛与人造材料的区别等化学知识点。若是学生对学习化学产生疑问,她可以分享自身在化学企业工作和多年大学的化学研究经验,告诉年轻的孩子每一个细分学科都有用武之地

  同样,在与南京威雅科学部主任苏菲畅聊时,我们听到了一致的观点。苏菲拥有多年一线生物课教学经验,她对人体、生物有着莫大的兴趣,这样的热爱源于她本人在中学时期有幸亲眼观察的一场真实的手术过程。由此,她在中学时期修读了所有理科专业,也最终在大学选择了生物化学类专业攻读。

  苏菲说,生物、化学、物理作为科学学科的三个细分方向,彼此间有着密切的联系。但在南京威雅,我们将这三门科单独教学,是希望给到学生每一个学科更深度的学习与理解。

  每个学科的老师在整体课程的备课中,会先内省“为什么将知识点以这种顺序教给学生?学生会理解么?什么样的方式能够让学生真正参与课堂?”,会预判学生会提出哪些类型的问题,在哪些知识点的掌握上有难度。

  但学科之间仍然有许多跨学科的项目实践机会,这样不仅能夯实学科基础,也有机会对科学这一整个学科有着完整的认知。等升入高年级,才能有清晰的学习计划,才有机会游刃有余。

  Same voice also comes from Ms. Sophie Quiney, the Head of Science at WASNJ. With abundant experience of teaching Biology on the frontline, Ms. Quiney has always been passionate about studying human body and biology. Her memory of observing onsite a surgical procedure influenced her choice to study science during her school time, which ultimately led to her pathway to study biochemistry in the university.

  According to Ms. Quiney, as the 3 branches of science, the 3 subjects closely connect to each other. While being distinct with others, the 3 subjects are taught separately here at WASNJ, for that to provide students with opportunities of deep learning for each subject. As part of their lesson plan, every teacher would firstly ask themselves following questions: why to teach in such an order? Can students understand this? How to let them engage more? Teachers would also predict and prepare for questions from student, as well as contents where students would feel hard to comprehend.

  Interdisciplinary practice opportunities are available to students all the time. Through which, not only students’ learning in the classroom are enhanced, but also their recognition for perceiving the 3 subjects as a whole is completed. Experience as such helps to build up the landscape which benefits students learning when they progress to the next level of study. 

  探究式学习

  让学生像科学家一样思考

  Inquiry-based Learning

  Think Like a Scientist

  “在学生们入学的第一天,就推动他们意识到任何一门学科的学习中都会经历犯错。重要的是,让学生像科学家一样去思考验证,而非直接将科学定律灌输给他们。” 毕业于帝国理工学院物理系,南京威雅学校中学助理校长安东尼如是说道。

  物理学习是帮助我们理解周围世界的一门学科。为什么人在水中移动如此困难?而在轻盈的空气中,骑自行车的人可以克服阻力快速前进呢?这些习以为常的现象为什么发生?

  在南京威雅,学生们会被鼓励亲自动手实验来总结答案,比如小组A、小组B、小组C都拿着薄如蝉翼的塑料片,一个在蜂蜜中运动,一个在纯净水中运动,一个从空中自由下落,来测试运动物体受到的阻力,每个小组将实验数据汇总到一起对比研究。

  我们将要做的是让孩子们用所学的知识来解释生活的现象。与其是教师直接告诉孩子,有哪些物理概念、定律,我们更愿意把学习的过程还给孩子,让孩子拥有动力去观察、动手实验、反思总结

  但如同苏菲所言,许多学生在学习具体的科学知识过程中,并没有给到机会发自内心的提出真实的问题,他们更多地是依循着书本里的人物提出的问题进行后续的学习,也因此并没有热切地想知道问题答案。然而,提出“为什么”和动手实践在我们的课堂上很重要,这代表我们的课堂“活”了,具体的知识点从书本向实际生活转移了

  苏菲以她生物学专业背景和多年的国际化学校教学经验,给我们讲述了一节生动的生物课案例——心血管循环系统。

  Circulation System

  苏菲会以“血液是如何循环的?血液的作用?”等开放性问题开始这堂课,引导学生们向着“心脏”这一重要人体器官思考探究,了解到心血管系统由血液、心脏及血管组成,血液只在心脏及血管形成的网络中流动。往往,学生会开始主动思考提问,为什么心脏输送血液,血液如何在身体中流动。

  接下来,苏菲会运用一个真实的心脏模型,带领学生细致入微地观察心脏的构成,解释心脏如何获得氧气、为什么右心房大于左心房等生物学科知识。

  在条件允许的情况下,学生们以小组形式借助真实的动物器官模型开展学习,比如解剖猪的心脏。此时,书本上那句“左心室位于右心室的左后方,室腔呈圆锥状,左心室比右心室壁厚”以一个真实的可触摸的情景呈现在学生眼前。知识的内化比书本上的图片、文字来的更直接。

  再之后,苏菲会向学生们布置一个学习任务,画出心脏,并标出心脏各个部位的名称。在下一节课上,苏菲会邀请学生分享自己的作品,并进行知识点的查漏补缺。

  生物课堂上临摹是学习常见的方法之一,但在经过模型学习后,这样的临摹别有一番风味,刚学习到的知识就被运用了。苏菲告诉我们,她至今还记得中学课堂上她画的一个生物器官图,虽然简洁但实用。

  Circulation System

  By initiating inquiries about blood circulation, Ms. Quiney’s intention is to guide students to eventually probe into how the heart works, which necessarily involves knowledges about cardiovascular system and blood flow. A positive learning process normally succeeds in receiving questions like why blood is pumped by the heart, or how blood flows in our body.

  In order to visualize the knowledge, Ms. Quiney displays students an anatomical heart model, and elaborates each part’s various function of the organ. Students would possibly be provided with anatomy opportunity where they can dissect a real heart of pig by themselves. In this way, textual descriptions on book pages turn into vivid reality which can be seen, touched and impressive. Just as Benjamin Franklin once said, “Tell me and I forget, teach me and I may remember, involve me and I learn.”

  Some basic sketch skill is required for Biology class as well. As follow-up of the class, students will be assigned by Ms. Quiney a task, which is to complete an illustration of the organ. Students will be invited to share their sketch in the next class, and review what they previously learnt. Ms. Quiney still remembers her sketching experiences and how helpful they are to her study of the subject. 

  这样生动的学习过程给到学生的远不止抽象的知识概念。对于在未来没有直接从事生物医学事业的孩子们来说,被内化的生物学知识,能够帮助他们在未来遇到生命健康问题时,使得他从以往学习到的基本知识出发,进行合理的推测和判断

  改变世界

  从校园里的科学项目开始

  World Change Begins with 

  Learning Science at School

  相比于互联网应用技术,科学知识的迭代速度要慢的多。80后、90后、00后在初中阶段应该要掌握的物理、化学、生物核心知识点近乎一致。

  比如讲人体知识,中学生会学到人有皮肤骨骼肌肉,分别长什么样子;身体里有循环系统,动脉和静脉循环往复;身体里有许多血管,血管分成氧气多的动脉和氧气少的静脉;吃了饭会进到胃里磨碎了进入小肠等。

  如果按照我们以往的学习方式,对于中学生来说,不会知道这些知识是如何发现的,也没有机会来验证这些知识对不对。老一代普遍做的事是囫囵吞枣式的记住它们。

  但在南京威雅学习方式不止一种。

  跨学科项目式学习、体验式学习、拓展课程活动、大咖讲座、国际竞赛等形式,都将会给学生带来无可比拟的学习体验。

  orce & Materials

  比如,在物理“力的作用”这一章节上,有可能利用相机的慢动作技术来展示物体运动的瞬间,有可能邀请到一位工程师,请他讲述飞机的制作原理,可能带学生们走进航空航天大学,听航空专业的学长学姐讲述真实的故事。这些各行各业的佼佼者,为威雅学子创造更为立体和真实的学习经历和人生体验。

  比如,在乔恩娜曾经一节教授化学键和新兴化学材质的课堂上,她带领学生走进汽车制造厂,近距离观察汽车挡风玻璃的清洁过程,在玻璃上喷洒防水剂可以形成一层薄薄的硅胶模,有助于玻璃上的水聚集和流走,从而避免水滴蒸发后留下矿物质造成挡风玻璃上的斑点影响视线。

 

课上,一位学生对新兴化学材质产生了高度兴趣,并由此确定了EPQ项目的主题——对比研究纳米碳管和碳纤维哪种才是更适合制作自行车轮胎。乔恩娜还陪同该学生去到专门的生产纳米碳管的工厂实地考察。

  Force & Materials

  For example, in order to impress students with the action of force, slow motion shots will be used at class for the purpose of revealing an instant movement. Students will be meeting engineers or visiting university of aeronautics and astronautics for gaining a better understanding of science in real life.

  In a class about knowing chemical bond and emerging chemical materials, Ms. Joanne Ladds took students to visit a car manufacturer where they observed the whole process of  windshield cleaning with chemicals. One student’s extreme interest of this process was eventually reflected in his EPQ research, aiming to find out if bicycle tire is better made with nano carbon tube or carbon fiber.

  在课堂之外,学生还能享受奥林匹克物理、化学、生物竞赛等国际竞赛和拓展课程活动时,这种超深度的学习经历,一方面是挖掘学生的真实兴趣,为将来的升学、工作方向打好基础另一方面这正是世界名校所看重的一点,即学生如何度过课堂之外的时间。

  Aircraft Design

  安东尼曾经指导过学生小组参加过一场航空类国际竞赛,学生们自发设计了一个未来飞行器模型,并在校园的创客空间将设计图制作成真实的产品,在决赛时面向上百位专业的航空公司董事、工程师做汇报演讲,但他们最终成功了。

  令安东尼印象深刻的一点是其中一名学生后来成为了当时来听演讲的公司之一的工程师,专注研发创新该公司飞行器。

  Aircraft Design

  Presentations at a global competition can substantially change a student’s life. 

  Mr. Starkie recalls that one of his students grows to be an aircraft engineer working for a corporation who used to be addressed by the student at a competition.

  安东尼表示,不同兴趣爱好、不同学科能力的学生组成小组共同设计创造完成一个项目,同伴间相互学习相互成就是很难得的机会,校园内的科学项目在培养学生的协作、沟通、数学、问题解决等多种能力上更是极为重要的。在南京威雅中学阶段,我们将会注重培养学生对科学学科的真正热爱,也将提供各种科学项目来让孩子们实践、挑战、创新。

  在我们年少时,聊起梦想,总会说:要成为一名科学家。等慢慢长大,才意识到“科学家”这个职业并不适合每一个人。但这并不影响我们对科学知识的热爱。南京威雅的科学课程以了解每一个孩子的兴趣爱好为线索,将严谨的科学知识用有趣的方式教授给孩子,赋予孩子主动观察世界,独立探索问题的能力。

  《未来简史》作者尤瓦尔赫拉利说,在信息洪流的世界,从来就不缺乏知识。孩子们真正需要学习的,其实是使这些海量信息产生意义的能力。