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颠覆传统的物理课堂  

2012-08-12 05:52:35|  分类: 物理研究性学习 |  标签: |举报 |字号 订阅

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颠覆传统的物理课堂




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颠覆传统的物理课堂



 

 来源:科技生活  

  用互动的方式吸引孩子们的注意力,有机会使用真实的宇宙线探测器,并邀请他们和国际顶级实验室的科学家一起做科研……这种教育模式,对于拓展孩子们科学视野的广度和科学思维的深度很有帮助。

  对70名中国的中学生、中学老师来说,这绝对是难忘的一课。课堂设在中科院卡弗里理论物理研究所的3层大厅。讲桌上的道具,是一堆网球、乒乓球、小黑球,还有听装的雪碧。站在讲台上的授课人,名叫肯尼思·切奇雷(Kenneth Cecire),这名语速平缓、始终面带微笑的男子是美国圣母大学的教育专家。他想让孩子们知道,用扔小球的办法,可以探测出一个未知物体的大小。

  上述的这一课,发生在7月16日“KITPC2012拓展项目”的第一天。“KITPC”是中国科学院卡弗里理论物理研究所,也是该活动的联合举办方之一。

  ■始于“扔小球”的好奇心

  肯尼思设计了一个实验。很快,孩子们就分组开始了测试。

  几名来自北京四中、北京八中的同学,组成了一队。他们将一块边长为55厘米的地板砖划定为目标区域,在其中随机摆放了3听饮料;之后,一名男生在距离目标区域165厘米的地方,闭上眼睛、仅凭着感觉,向目标区域扔出网球。同组的一名女孩则在旁边记录:每扔10次网球、有几次会击中饮料瓶。结果出来了,这个男孩子击中了5次。他比前一个队友少击中了1次。扔球的人在不停地轮换着,同样的测试进行了8回。

  之后,网球被换成了直径较小的乒乓球、直径更小的黑球。随着统计数据的累积,一个关键的问题开始困扰这些孩子了究竟怎样才能利用这些数据、计算出目标区域中“未知物体”的大小。

  美国费米国家实验室的教育项目牵头人罗伯特·彼得森(Robert Peterson)博士一度走入孩子们中间。他观看孩子们做实验,也告诉他们“现阶段,最重要的就是获得大量的数据”。但很显然,孩子们的好奇心越来越为这个关键问题纠缠着。

  如果不是肯尼思提醒,也许孩子们都不会注意到已经到了午饭时间。他们强烈的好奇和种种疑问只能留到下午的课上再探讨和揭晓了。

  ■“我不是来教你们”

  “美国科学家想通过实验告诉孩子们,对于一个已经发现、但还不知道大小的粒子,可以通过撞击的方法去探知它的大小。这也是确定新粒子的一个步骤。”北京四中老师黄振说。

  在中国传统的课堂上,往往是老师先讲解基础知识。比如,探测器是什么样子、怎么工作、工作原理是什么、数据如何处理等。一开始,学生并不知道这些知识如何应用;之后,才应用它解决问题。而在这个课堂上,孩子们并不要求一开始就了解相关的基础知识,他们只要像科学家作研究一样模拟科研的过程,和科学家一起处理数据。其间,他们会发现各种问题,再有针对性地进行解惑。

  “美国科学家给孩子们的感觉,并不是"我来教你们",而是"我们一起来作这个研究、一起工作"。”黄振说。

  毫无疑问,这是一次个性化很强的教学。不同的小组得出了不一样的实验数据。于是,在处理数据时,大家不得不先讨论“为什么数据不同”。肯尼思肯定了孩子们为探测饮料瓶大小所建立的数学模型;当然,他也告诉大家,也许在将来的某一天,新的科学发现会认为今天的推导是错误的。不过,这丝毫不影响孩子们探究新知的热情。

  ■卡弗里所的一个许诺

  “KITPC2012拓展项目”的开展来自于一个许诺。

  2006年,中国科学院得到美国卡弗里基金会的捐赠基金,成立了一个国际性的科研与学术交流合作研究机构KITPC。它是全世界16所卡弗里研究所之一。

  中科院数理学部副主任欧阳钟灿院士曾在美国一个卡弗里研究所,见到了这样的拓展活动。在美国,年轻人步入科学殿堂,被给予了极大的重视。半年之前,在创新人才教育研究会的成立会上,KITPC所长吴岳良院士向与会的老师们许了一个愿:卡弗里研究所愿与研究会一起,为创新人才的培养提供支持。于是,KITPC联合理论物理国家重点实验室、美国费米国家实验室夸克网络中心、北京青少年科技俱乐部等机构,举办了这一项目。

  ■和科学家一起作科研

  “KITPC2012拓展项目”主要面向的是高校和中学的学生、教师。

  项目中,授课的老师是国际知名的物理学家,他们来自美国费米国家实验室、中科院理论物理研究所等机构。在2周的时间中,孩子们要与科学家一起,学习和探讨“大型强子对撞机和宇宙线,真实的粒子和真实的数据”。

  美国的科学家带来了宇宙射线探测器的实验。这让孩子们有机会利用真实的宇宙线探测器,与物理学家一起研究宇宙射线。来自欧洲日内瓦的强子对撞机的数据,也会出现在课堂上,科学家将带领孩子们进行分析。通过体验实验观测,孩子们还将学习到如何探测和发现基本粒子。在课堂之外,他们会参观北京正负电子对撞机。

  “从这些活动和日程安排就可以看出,把学习、教育和实验联系在了一起。”吴岳良说,在美国,这个拓展项目开展得极为成功。彼得森博士介绍说,老师和学生们几乎可以在一起工作,进行整个研究。大家一同测得数据、分享数据,一些公开的数据可能来自于全美以及德国、加拿大等前沿研究。

  ■新模式颠覆了传统课堂

  其实,不少科学家都在致力于青少年教育。著名的天文学家王绶琯院士,一直以来都在帮助有志于科学的高中生走进科学、认识科学。不过,在各种科学中,物理方面的难度太大了。“始终没有能够满足对这方面感兴趣的同学们的需要。而物理学是现代科学的基础,这样的现实,非常令人遗憾。”这一个项目的进行,让王绶琯院士发自心底地叫好。

  在拓展期间,“中微子物理”、“加速器和探测器”、“宇宙线物理”等若干科普报告,也在同时拓展着孩子们科学视野的广度和科学思维的深度。“从夸克到宇宙”,是由吴岳良院士带给孩子们的第一讲。

  “盖一座房子,最基本的构成是什么?材料如何黏合建成房子?其实,房子和宇宙一样。构成宇宙的最小材料是什么?宇宙又是怎么建造起来的?”吴岳良院士深入浅出地讲解着夸克和宇宙,带着中学生在极微观的世界与极宏观的世界之间穿梭;领着孩子们思考“为什么看不到自由的夸克”、“质量是怎么起源的”等前沿谜题。

  可以说,“KITPC拓展项目”为中学里拔尖创新人才的培养与选拔,开启了一个新的模式。毫无疑问,这一活动可以对传统的课堂教育起到良好的辅助作用。

     



 

 

 

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