我和科学有个约会 | 包玉刚实验学校科学教育助力孩子全面成长

　　科学学科，毫无疑问是包校课程图谱中极为重要的一块金色拼图。科学的学科宗旨是通过研究、讨论、实验和项目帮助学生了解世界。在了解世界的同时，包校学子们也在用所学的知识以及个人的勤奋与智慧尝试着自己的探索。从球形机器人到月球登陆器，两位自一年级便加入包校的男生Jason和Tuding，在2021年的市级科学领域大赛上的表现令人刮目相看。

从探索单元到月球登陆器

　　就读松江校区十年级的Tuding同学在2021年举办的第十七届上海未来工程师大赛中获得了航空工程师板块的个人赛一等奖。同时，参与此次活动的指导老师王忠老师也获得优秀指导老师奖。Tuding分享自己之所以选择航空工程项目，是因为这是人类在太空中扩张的最重要一步，所有人类创造的科技，只有在航空工程的帮助下，才能被运送到其他星球和卫星。这个专业可以帮助人类步向地球以外的地方。

　　Tuding在一年级便加入了包玉刚实验学校，此外他还是第一批在虹桥校区就读的六年级学生。回忆起小学生活，Tuding最喜欢的就是学校的信息技术和探索单元这两门学科。探索单元是一门以学生为中心的跨学科综合课程，有利于最大程度激发学生在人文与科学领域的兴趣。Tuding认为这两门学科能够学到非常实用的知识。在信息技术课程中学习的3D建模，能在电脑里面复刻出和现实生活中一模一样的模型，让他感觉非常奇妙。而在探索单元上，给他印象最深刻的就是老师在讲解空气阻力的概念时，让同学们制作“造降落伞”的项目，大家需要制作一只降落伞，使一颗鸡蛋安然无恙地从学校的五楼降落到一楼。而当时Tuding和爸爸一起制作的大降落伞，是唯一成功的。

　　到了初中，学校的课程变得更加细化且深入，而Tuding最喜欢的就是物理，因为物理课上学习的知识是能真实运用到生活中的，而且自己还可以用简单的算式表达生活的现象。他分享物理课经常能给自己带来不可思议的感觉，物理老师在讲解气压和液体的凝结点的关系时，使用了塑料瓶、打气筒和酒精，在瓶子里制造出了一朵云。还有一次有同学向他介绍了一款模拟器，并利用它制造出了一些飞行器。Tuding制造的火箭和飞机最终都成功了，但他仍然觉得还有更好的方法，只是自己还没有发现。

　　而Tuding此次在未来工程师大赛中获奖的月球登陆器，使用的制作软件就是在六年级时接触到的模拟器。据Tuding介绍，从开始构思怎么制作登月器到最后完成，他用了两周的时间。起初，他参考了很多方案，而美国好奇号火星车的登陆方式给了自己启发。

　　Tuding设计的登月舱的推进器使用了固体燃料APCP（高氯酸胺组合推进器）。之所以使用固推，是因为大部分使用的液体燃料推进器需要有特别细的冷却管，以及由自身驱动的燃料泵等复杂的系统；这使得液态燃料引擎造价不菲。在相比之下，一个简单的固体燃料推进器只需要一个喷嘴，一个外壳，以及一些固体燃料，对材料要求更低，成本也更低。其次，固推的可靠性也在相互比较下较高，因为固态燃料不会像液态燃料一样在燃料罐里流动，且点火的失败率更低。然而，固推也有自身的风险，因为固推一旦点燃了就无法熄灭，所以它对电脑的控制系统和编程要求很高，还需要搭配相当灵敏的传感器。

　　据Tuding介绍，在这个项目上他遇到两个难点，其一就是在运载火箭下降过程中，点燃固体推进器的时间，第二则是推进模块和主体分离的时间。为了解决这些问题，他在运载火箭上安装了八个固体燃料推进器，两个两个分四次点燃。为了解决这些办法，他编写了一套程序，计算推进器点燃的最佳时机，在火箭行驶速度为0的时候让推进器脱离。在登月舱安全到达月球表面后，舱体将翻转90度，成为事先安装在舱内登月车的基站。

　　除了未来工程师大赛外，Tuding还参加了诸多国际性比赛，他曾是英国奥林匹亚的物理竞赛BPhO的金奖获得者，也曾在真实世界挑战赛(RWDC)获得了中国赛区团体一等奖。

　　Tuding分享，此次获奖还要感谢高中科学组王忠老师给的指导与建议：王忠老师对我的设计提出了许多有用的问题，帮助我进行反思。这些问题对于我改进登月器的过程有许多帮助。

　　王忠老师分享到，包校给予学生的是因材施教的个性化教育，让孩子们在体验中找到各自的长处，并不断挑战自我。Tuding同学从一年级便加入包校，他有非常高的专注力，并有很强的钻研精神，这是我们作为教师最想看到的。

开辟书本以外的精彩世界

　　目前就读于初中部八年的Jason同学设计的自平衡驱动球形机器人，在2021年举办的第36届上海市青少年科技创新大赛中获得了青少年科技创新成果一等奖。

　　Jason在科创大赛中提交的研究成果是一款以《星球大战》里机智灵活的球形机器人BB8为原型的自平衡驱动球形机器人。从项目启动到最终获奖，Jason共花了一年多的时间，期间经历了查文献、学编程、买材料、写代码、做模型、实地测试、制作视频、撰写论文和最终答辩等数个阶段。Jason分享道：“这整个过程离不开包校老师平时的谆谆教导和对我无私的支持。”

　　和Tuding一样，Jason从一年级踏入包校的校园起便爱上了这里，因为在这里不仅能从课堂上汲取到丰富的学科知识，还能在联课活动中拓展自己的兴趣爱好，接触到很多未曾接触但却一直向往尝试的事物，比如：咏春拳、国际象棋、F1方程式模型、军事模型、数独等等。

　　Jason妈妈感言道：包校的教育没有功利心，这里不仅重视学业，同时也注重艺术、体育等方面的综合全面发展，它积极拓展学生的视野，为他们开辟了书本以外的精彩世界。老师总会倾力给孩子们创造更多机会，帮助他们充分挖掘自身潜能，找到自己的优势和兴趣所在，并为他们的个人发展插上自由与信心的翅膀。

　　相比于小学鼓励学习兴趣的学习环境，Jason觉得在初中各学科的学术性增强了。从七年级起，科学老师便开始教他们学术论文的写作方法，从论文的基本结构和要素，到优秀作品解析和欣赏，老师都会进行耐心详细讲解。七年级上半学期，科学组翁梅倩老师带领同学们撰写了关于镰刀型贫血的论文；下半学期，大家则在老师指导下实践制作了一台两栖自行车模型，并将实验数据和研究过程都整理成文字写进论文中。

　　刚开始接触学术论文时，Jason时常一头雾水，但在老师耐心的梳理指导下，写作思路和方法都逐渐清晰。通过学术论文阐述自己的项目，并展示研究成果，是科创大赛的一个关键环节，在这一环节中，Jason表示要感谢科学组翁梅倩老师和陶茜老师平日的教导，以及她们对此次创新大赛提供的宝贵意见。

　　2020年2月，Jason正式启动球形机器人的项目科研，在研究了市面上的全地形机器人后，他发现球形机器人有适应在潮湿和崎岖等复杂环境下行驶的优势，然而，它们大多存在着驱动方式复杂，转向不灵活、无法保持平衡等问题。为了解决这些问题，Jason在设计中采用了驱动轮自平衡的驱动方式来控制机器人的行进，并安装独立电机控制履带的左右移动，调节机器人的重心、控制其转弯。在完成了整体设计后，他对机器人在不同环境和场景下的行驶功能进行了测试。

　　此外，由于机器人的开发必须要运用编程语言，因此在信息技术（ICT）课堂中学习Scratch编程的基础上，Jason还利用课外时间学习了Python和Arduino编程语言以及计算机仿真系统。

　　论文答辩阶段，Jason要面对数位来自全国顶尖大学的教授，进行10分钟的线上演讲、实物演示和问答环节。Jason表示，虽然在演讲开始时略有些紧张，但对答辩本身并没有抵触和害怕情绪，这要感谢平日学校多次提供的演讲和项目展示机会，让他能自信地站在台前展现自己。业精于勤，在正式答辩前，他也在教务主任庄勤老师和陶老师面前反复练习了演讲稿。

　　对于此次获奖，Jason妈妈说道：我们希望孩子在这样的年龄，能拥有独立的坚持完成一件事的经历和体验。非常感谢在此过程中，科学组的翁老师、陶老师以及庄老师给予孩子的巨大支持，让孩子在不断试错中成长。包校是一个非常温暖的大家庭，包校独具特色的中国传统文化的浸润和积淀对孩子来说更是至关重要。包校在日常教学中能将中国优秀的传统文化潜移默化地传授给孩子，这也是我们最希望看到的。

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