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科学教育+ | 探秘建平中学创新人才培养:从兴趣出发做研究,为学生铸就创新思维底色

发表时间:2024-06-22 20:43作者:谢然来源:第一教育

“双减”背景下,如何做好科学教育加法?近年来,沪上不少中小学正通过创新办学模式,为科学教育的发展注入新的活力。


第一教育推出“科学教育+”栏目,聚焦这一热点话题,走进那些在科学教育领域有着独特探索的学校、青少年活动中心,聆听这些创新背后的理念和故事。


本期,我们走进上海市建平中学。2010年起,建平中学开展了基于研究性学习理念的科学活动。经过14年的探索,建平中学形成了怎样的科技创新人才培养模式?一起来看!



“我希望通过研究两栖动物的生存微环境,填补我们城市管理在这方面的空白,从而保护城市中的多样生命。”建平中学高二学生张家成从小对两栖动物有着浓厚的兴趣,高中一次生物学科的专家讲座开启了他对生物多样性问题的关注。

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深夜的世纪公园里,张家成忙着用无线电追踪金线侧褶蛙


他凭借课题《上海市公园绿地金线侧褶蛙的检测及方法研究》在第38届全国青少年科技创新赛中斩获二等奖。整整28天,无论风雨,张家成都坚持前往世纪公园进行研究,每天早晚两次,通过无线电追踪金线侧褶蛙的活动范围。


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在上海市建平中学,像张家成这样热爱科研的孩子还有很多。自2010年起,建平中学开展了基于研究性学习理念的科学活动,如今已实现100%的学生参与课题研究,并多次在国内外科创大赛中获奖。经过14年的探索,建平中学已经形成了独特的科技创新人才培养模式,致力于培养研究型人才。


创新人才的培养需要从单纯的知识传授转变为对学生创新素养的培育。正如建平中学校长虞晓贞所说,科学教育应该保障每一位学生的创新可能性,挖掘每位学生的创新潜能,不仅要培养学生的创新思维能力,更要培养学生内在动力源的创新人格,让科学研究的精神,成为伴随学生一路成长的精神底色。





高中三年至少开展一次课题研究




光照和湿度对生物多样性的影响究竟有多大?为了探究这个问题,建平中学高二学生夏铭直接在家里制作了一个“智能”生态热带雨林缸。


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从去年提出选题,和老师讨论可行性,到建模设计、购买材料,整个可自动调控的生态缸打造,前后花费他近4个月时间。


空气凤梨、积水凤梨、花烛郁郁葱葱,这个1米多高的大型生态雨林缸,仿佛把热带雨林搬回了家夏铭介绍,如今缸里的生物数量比几个月前将近翻了一倍,苔藓也是环境中自己生长出来的!


夏铭为这个生态热带雨林缸配备了传感器调节光照和自动浇水系统,平均6~8小时会喷淋一次,温度控制在20~26℃左右,即使无人打理也能保持稳定的生长环境,能维持1周以上。


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在建平中学,高中三年,每个学生都要在科技辅导员的指导下,开展至少一次课题研究。


建平中学课程教学中心副主任冯碧薇介绍,高一开学后,学生参与多项专题讲座后,开题并自主选择辅导教师,独立或协作进行调查、实验或动手实践,最终形成调查报告、论文或发明创造。进入高二年级,课题研究进一步深化,研究更加注重科研规范,实验设计中的细节把控。


为学生创造自主探究的空间,让学生体验科学研究的全过程。建平中学的学习经历,不仅让学生们收获科研成果和科研经历,更能收获创新思维和创新精神,为拔尖创新人才成长注入不竭动力。


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2023年,建平中学收到来自武汉大学的好消息——21级本科生顾勰舜的科研项目,入选了首批国家自然科学基金青年学生基础研究项目。


顾勰舜是建平中学2021届毕业生,这位冉冉升起的拔尖创新新星,对自己的科研事业充满了热情。在科研过程中,他时常告诉自己,提出一个好问题比回答十个问题都有价值,很多创新点都隐藏在这些问题的背后,激励自己在科研道路上不懈前进。


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而他之所以养成善于思考、敢于质疑的创新思维,离不开在建平中学的学习经历。“在建平的学习生活就给我带来了很大的影响。老师们鼓励我们去发问也乐于回答。提出问题实际上不仅仅是强化了我对学科内容的认识,更重要的是让我有了质疑精神。”顾勰舜说。





研究性学习融入课程




在建平中学,研究性学习不仅被视为一种学习方式,更是课程体系设计的核心组成部分。学校精心设计了一系列具有特色的学术课程,每个系列都包含了多种形式的科创活动课程。


学校致力于从学生的兴趣出发,引导学生在观察社会与生活的过程中学会质疑与思考,并掌握科学研究的方法。


例如,高一年级开展为期三天的“南京行”社会考察活动,属于成长实践系列中的综合实践活动,深受师生欢迎。活动不仅要求学生深入感悟历史,更鼓励他们提出独到的问题,开展关于南京的小研究课题。


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去年的“南京行”活动中,地理教研组组织了17位学生实践社团成员,在江苏省地质调查研究院的徐士银博士引领下,走进南京市六合及汤山地区开展了户外地质实践活动。


在探索过程中,除了带回几公斤珍贵的化石外,学生郑铭凯和姚立韬还发掘了一个研究课题。他们对六合桂子山的玄武岩柱产生了浓厚兴趣——这些规则棱柱体是如何由岩浆冷却形成的?这背后的科学原理是什么?


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师生在南京六合桂子山进行岩浆岩地质考察

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师生在南京采集的笛管珊瑚标本(二叠纪栖霞组)

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野外玄武岩棱柱截面与实验室模拟岩浆冷却棱柱生成对比

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两位同学在实验室进行研究


为解答这些疑问,两位同学首先进行文献检索,确定一种名为“瑞利-贝纳德环流”的流体运动模式在岩浆在冷凝形成六棱柱状节理的过程中起主要作用。


接下来进行了一系列尝试重现岩浆六棱柱的形成过程的模拟实验。在先后尝试以米汤、焦糖等黏稠物质模拟岩浆失败的基础上,最终,他们使用食用油拌合云母粉进行的尝试取得了成功。


当他们在实验台上调整加热器温度模拟岩浆冷却过程时,食用油中的云母粉终于清晰标记出了流体中的对流环边界,形成了与野外玄武岩柱状节理类似的花纹。


他们将自己研究过程和实验中碰到的困难梳理总结,形成了论文《瑞利-贝纳德对流的验证性试验初探》,在第39届上海市青少年科技创新大赛中获得三等奖,姚立韬同学还获评科技之星。


“学生们在社会实践中获得了丰富的收获,他们提出的选题经常给老师们带来惊喜。”冯碧薇介绍。


除了成长实践系列,学校还探索将理化生课程与自然科学相结合,通过实验和项目化学习让学生掌握知识体系与研究能力。此外,学校还尝试将劳动教育与研究性学习相结合,开展主题值周活动,让学生参与学校管理,发现并解决学校问题,共同推动学校发展。


同时,学校也打造了研学类课程,带领师生走进大学,如上海科技大学、复旦大学、上海交通大学等,让学生在老师和学长学姐的引导下,提前体验大学课程与实验室生活,亲身感受大学生活的魅力。





“高端研究天团”助力拔尖创新人才成长




建平中学连续多年在上海市青少年科技创新大赛中取得亮眼成绩,引起了社会的广泛关注。仅在这一大赛中,学校获奖总数高达1051项,四次位居全市学校之首。学生的创新能力和综合素养在高校招生的“综合素质评价”中得到了充分体现。近三年来,考入清华、北大、复旦、上海交大等高校的学生人数在上海名列前茅。


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学生成长和卓越成果的背后,离不开一支26名不同学科教师组成的科技辅导员团队的辛勤付出。在建平中学,学校建立了一套促进教师在科学活动方面专业成长的策略,并构建了科技教育团队的组建路径及其长效运行机制。


经过14年的持续探索,教师团队总结出了多年指导经验,形成了涵盖自然科学、工程、数学、社会科学、跨学科五大领域的课题研究操作流程和40余个指导案例,涉及11个学科领域。教师可以根据这些资源进行个性化设计,辅助学生进行问题探究。


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对于许多建平中学的教师而言,原创性课程开发和科创活动的个性化指导已成为他们的“必备技能”。85后冯碧薇老师,设计并搭建了三个创新实验室平台,引导学生自主开展实验,将创意火花转化为现实;数学老师杜金金在第五届上海基础教育青年教师教学竞赛中斩获特等奖,他设计的“数学建模”和“趣味数学”两门原创选修课程受到学生喜爱……学校迅速成长出一批优秀的“研究型”教师。


学校在师资队伍建设上还在不断探索。近日,建平中学拔尖创新人才培育计划导师团成立仪式举行,标志着学校师资队伍建设迈入新篇章。


导师团第一批23名成员来自数学、物理、化学、生物、信息、地理六门学科,平均年龄31岁,80%以上拥有国内外顶尖院校研究生学历。这些教师不仅在基础学科领域拥有深厚理论功底,而且具备丰富的科学研究、创新实践和学科交叉经验。


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拔尖创新人才培育计划导师团成立仪式举行


校长虞晓贞表示,导师们将进一步践行学校“合格+特长,规范+选择”的办学模式,准确把握人才培养方向,积极发掘每位学生的兴趣与潜力。通过学科学术竞赛、科技创新实践、跨学科研究等项目,为培养综合优秀、学科拔尖、勇于探索、品格端正、立志报国的学生提供平台和服务。



文章分类: 科技教育