凯文STEM | 论文发表、机器人大赛获奖…朝阳凯文的STEM课程大揭秘

面对越来越复杂的世界,我们需要具备解决问题、收集和评估数据以及理解信息的能力,从而应对未来世界的挑战。而这些能力是学生可以通过学习STEM课程来培养的(STEM即科学Science、技术Technology、工程Engineering 和数学Math)。和传统理工科教育的区别在于,STEM教育强调打破学科之间的藩篱,整合各个学科的知识来解决问题。

 

作为朝阳凯文的三大特色,STEM课程最近也喜讯频来:Edward老师和G9年级李迪霏合作的论文在《ECPT》(欧洲药理学和毒理学)发表;在日本举办的RoboRave机器人比赛中,郝帆老师带领的雨果机器人俱乐部取得了中学团队巡线组亚军,小学团队巡线组一等奖的佳绩。值此机会,我们也邀请两位朝阳凯文的STEM老师进行了采访,进一步了解这个学科在这个校园里的设计和落地。

 

Edward Gasanoff教授

 

Edward教授,恭喜您在《ECPT》研究院专栏上论文的发表,能给我们简单分享一下这篇论文的内容以及这份期刊的更多信息么?

 

Edward:《ECPT(欧洲药理学和毒理学)》是一份在英国伦敦出版的国际同行评议期刊,发表与药物发现、代谢和毒性相关的文章,优先选择具有药理学和毒理学反应分子机制的文章。《ECPT》是一份相对较新的期刊,已经出版了48期,目前正在努力成为美国生物医学文献数据库PubMed的索引期刊,该数据库包含美国国家医学图书馆存档的出版物摘要。

 

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《ECPT》已经在7月份出版了CKWA STEM课程,我们设计该课程是为了教授高中生生化工程和药理学的概念。这篇文章得到了同学科的积极反馈,《ECPT》因此邀请我们为其研究员专栏写一篇观点论文,描述CKWA的实地定向干细胞教育如何推进内分泌干扰物和生物医学和生物化学等领域的研究

Sophia Li(李迪霏),自去年以来一直是CKWA STEM的学生,在文章中分享了她对CKWA STEM课堂学习经验的思考,以及她对STEM在建立分析思维技能和理解科学概念如何发展方面的理解。Sophia还表达了她的新观点,即在生物化学工程等目标科学领域学习STEM概念应有助于培养新一代科学家,引领生物化学和生物医学科学新技术的发展。索菲亚的想法是我们在ECPT研究员专栏发表的论文的一部分

您如何看待STEM教学的发展,又是如何在CKWA开展STEM教学的?关于您的课程设计、项目进展,以及未来计划,是否能给我们进一步的分享?

Edward:在来中国之前,我一直在MSU(莫斯科罗蒙诺索夫国立大学)作为教授为高年级学生教授物理化学、生物化学和计算机相关课程,目标是让学生掌握软件工程技能,从而对大分子的相互作用进行复杂的模拟。STEM项目中的几个领域都有着非常广阔的发展前景,我们希望能有一些学生成长为这些领域里的顶尖科学家或工程师,解决我们社会未来可能会面临的一些大挑战

 

我在STEM课上的目标是这样的:首先,让中学生为IBDP科学课程的严格性做好准备,其次,促进学生对生物化学工程和生物医学科学发展所需的各种科学概念的相互理解。我的STEM课程因此包括两部分:第一个部分是关于化学键、原子和分子结构以及生物分子间相互作用概念的课程,第二个部分则是蛋白质与生物膜磷脂相互作用的计算机模拟。完成课程后,学生会进行一项评估测试,将这些课程中的所学进行应用。今年,我们引入了William Xu教授的编码课程,以提高学生使用计算机程序的技能。

 

 

你能评论一下这次论文项目中Sophia Li的工作吗?在CKWA任教期间,学生们给您留下了怎样的印象?

Edward:在本次项目中,Sophia意识到键旋转在大分子相互作用中的重要性以及计算机程序对这个部分的表现局限性,需要开发新的软件来模拟大分子与可旋转键的相互作用。我对朝阳凯文STEM班学生整体学习的动力印象深刻。他们都在STEM课程的某些领域取得了一定程度的成功。

例如,Jason非常擅长分析蛋白质的三维计算机模型,他在去年STEM周的报告中展示了这一点;Chris擅长化学结合的特定领域;Sophia则对现代计算机程序的局限性和改进方向有很棒的想法,这些程序的改进可以模拟只有刚性键的大分子之间的相互作用。

 

起源于美国麻省理工大学(MIT)的教育机器人活动,最初作为本科学生的课程及竞赛活动出现,受到了 MIT 学生的普遍认同和欢迎 。由于此项活动的教育特质明显,与美国所推行的 STEM(科学、技术、工程 和数学)教育理念高度契合,自 1997 年起,机器人教育活动被推入初高中阶段教育,其内容设计紧紧围绕培养科学素养和探究精神而展开。

 

2018年3月,朝阳凯文学校雨果机器人俱乐部(CKWA Hugo Robotic Club)成立,成员有编程高手,搭建能手和项目管理专家。出于对科学的热爱,大家聚集到了一起,也因为对科学的热爱,大家在协作和摩擦中成长,在不断的学习中提升自己和团队的表现。

 

成立至今,雨果机器人俱乐部已经接连获得了2018年Botball全球总决赛八强;2019年Botball欧洲赛区双亚军;中国赛区四强,联队赛冠军;以及全球总决赛八强,优秀中学奖杯。

此次赴日本参加的Roborave 是现在各大机器人赛事中最大的开放器材国际大赛,所谓开放器材就是对学生制作机器人的材料不做限制,所以在这个过程中从设计到最后的机器人调试对指导教师和参赛选手都有不小的挑战。在Roborave日本赛区参赛的500多名学生中,雨果机器人俱乐部获得了中学组超级巡线亚军和小学团队巡线组一等奖。

 

以下为我们对雨果机器人俱乐部负责老师——郝帆老师的采访:

 

每一次带领孩子参加国际机器人大赛都十分有趣而有挑战性,您是否可以分享您在这些活动中的宝贵回忆和体会?

 

郝帆老师:参加机器人比赛的整个过程中,学校、老师、家长、学生付出的精力和支出都是巨大的,在结果和过程的衡量中,更多的人还是更看重结果。但是孩子的成就,并不能用一个奖项就来完全衡量,孩子在各种经历里思想上和态度上的升华才是最宝贵的

以前我们的团队里有一些同学只是抱着玩玩的态度,所以平时训练并不太认真,甚至经常给团队捣乱。有时候我们忍无可忍特别想把这些孩子请出社团,但是在后来参加各种比赛的过程中才发现,这些孩子的求胜心有时却是最强的

 

在经历了一些挫败后,回到学校他们也会一改以前的懒散和不在乎,认真投入地学习,成为了团队中不可或缺的一环。我们有两三支队伍,大家在赛场上是竞争关系,但是很令人欣慰的是,孩子们在赛场上也会互相帮助,甚至在自己的团队已经失败的情况下还能忍着泪水继续帮助俱乐部其他的队伍,这样的精神境界是崇高的。这样的例子不是团队里的某一个人,而是我们俱乐部的整体的理念:有教无类,学无止境,学习机器人先学做人。

您如何看待STEM教学,能否给我们介绍一下您的课程安排及用意?

 

郝帆老师:当人学习一个学科达到比较高的水平时,就往往掌握了这个学科的一些思考方式,实际上就是大脑掌握了一些认知模式。深入学习并掌握多门学科意味着大脑能用多重不同的学科视角思考问题,在这个过程中,思想会互相碰撞、借鉴,思考能力会得到升华。这就是跨学科学习的价值和意义。Science, Technology, Engineering, Math 这四个科目在机器人项目中是一个完美的结合,我们俱乐部一直以PBL( Project Based Learning )为形式,带领学生展开物理机械设计、程序逻辑算法、统筹方法等多科目的学习。

在Roborave这样的不限器材和Botball这样的限制器材的不同比赛中,对于项目的准备还有着完全不同的模式,不限器材竞赛中学生可以选择任意机器人平台进行机器人的设计和调试,最终完成指定任务,非常锻炼学生的创造力。

而限制器材比赛中,对材料的种类和数量都进行了特别严格的限制和规定,在当今资源能源成为人类首要问题的当下显得更有意义,对学生的能力提出了更高的要求。学生在这个过程中要运用自己所学到的所有知识来创造适合多任务执行的机器人,到了国际赛场还要用流利的英语来给评委介绍自己的设计。

所以,我们借助这样的机器人赛事平台来提升孩子多方面的能力,争取培养孩子们的文理兼通,团队合作、执行力、领导力,这都是我们在俱乐部课程设计中所注重的部分。

 

写在最后:

新一代的科学家必须同时理解数学、物理、计算机、化学和生物这几门学科的知识并融会贯通。这是很大的挑战,也是很大的创新机遇。STEM课程的开展,为我们培养新一代的科学家提供了一个可贵的机遇。在朝阳凯文的 STEM 课程中,我们有更大的自由度整合各科的知识、开展项目式教学。学生可以在亲身参与的研究中发展独立思考的能力,深度理解融合各个学科的知识和技能。

 

 

 

     

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