论文部分内容阅读
机器蟑螂（Roboroach）实验课程在杭州大成岳家湾实验学校开设以来，相对于以往形式单一的科学课程，受到学校师生的一致好评与欢迎，也引起了媒体的广泛关注与报道。在2015年举行的第3届科技场馆科学教育项目展评中获得二等奖。
活动简介
机器蟑螂实验课程是由浙江省科技馆科学院（浙江省科协国际部、浙江省科技馆联合开展）自行策划、设计、实施的进校园趣味科学实验课程。目标受众为6-8年级在校学生，将基础的生物学、神经科学、电子工程等学科领域的基本知识和科研方式引入实验中，改变枯燥的授课方式，最终引导学生独立完成可通过手机蓝牙操控的机器蟑螂。
该项目旨在激发学生的好奇心，改变填鸭式的传统实验教育方式，让学生通过小组合作、动手实验等方式培养学生的观察动手能力、独立思考能力、查阅撰写能力，提升学生的科学探索精神。
活动主题与目标
课程主题主要围绕制作智能化机器蟑螂展开，配合该主题扩展开发了好奇心与科学兴趣实验、昆虫学实验及蟑螂宠物认养、蟑螂麻醉和复苏、跳舞的蟑螂腿神经元测试实验、神经传导测试实验、人体神经反应测试实验（控制他人实验）、微创手术实验、机器蟑螂手术8大子课程。内容涉及生物学、神经科学、电子工程、解剖学等学科领域的基本知识和科研方式，包含了丰富的课外知识，是初中课程的有力补充。
机器蟑螂实验课程的主要目标是通过一系列激发好奇心的实验课程，让学生体会在做中学的乐趣，逐步培养学生的科学兴趣和探索精神，通过小组的团队分工协作，蟑螂幼虫的饲养观察，蟑螂麻醉手术、PPT分享汇报等环节培养学生观察、动手、表达、独立思考等能力，提升学生查阅文献、团队协作、撰写科学报告的能力。
活动实施流程
2014年科学院与杭州大成岳家湾实验学校合作，主要面向初中段学生开设第1期实验课程。机器蟑螂实验课程以选修课的形式由学生自主选择，共开设2个班，每班30人，每周1次，每次1小时，每3～5次课为一个主题授课区间。每次课程围绕制作智能化机器蟑螂主题分别让学生体验和学习不同内容的子课程，循序渐进，环环相扣，层层递进，最终的目的是给蟑螂植入电极，实现顺利控制蟑螂行动路线的目标。
第1步：认养蟑螂宠物
课堂上教师提供给每个小组固定数量的马达加斯加宠物蟑螂幼虫，学生需要通过自行观察、查阅资料、小组讨论和教师答疑等方式辨别蟑螂性别，了解该种蟑螂的生理结构、生活习性。在对蟑螂有了初步了解后，学生们的另一个重要任务就是课后将这些蟑螂带回家饲养，通过亲身实践对这种昆虫有更加全面直观的了解。
第2步：给橘子做微创手术实验
为了锻炼同学们的动手能力，项目组别出心裁地开设了一堂取橘核的微创手术实验课，给每个小组提供1个工具包、1个橘子，要求各小组独立思考合理的取橘核的方法，然后分工合作，争取在最短的时间内，用最小最少的创口，从橘子里取出尽可能多的橘子核。每个小组在实验中都充分开动大脑，花招百出。
第3步：人体神经反应测试实验（控制他人实验）
课堂上提供测试神经的小仪器，同学们可以作为样本亲身体验人体神经信号测量实验，包括人体神经信号的采集、识别，同时能连接手机、iPad或电脑进行波形分析等。该实验吸引了学生们的积极参与，每一次握紧拳头后的神经变化都经由仪器传输到手机程序上，呈现在同学面前，通过波形分析，同学还可以比较各自握力大小。
第4步：蟑螂麻醉和复苏
麻醉蟑螂是项目组给学生抛出的又一个难题。蟑螂没有皮肤，浑身都是硬硬的甲壳，究竟怎么麻醉？用什么麻醉才能成功？是用酒精把蟑螂灌醉，用冰水把蟑螂冻住还是用针筒加点麻药，随便戳个小洞？这些都需要学生自己探索思考，自己动手尝试。
第5步：机器蟑螂精细手术
给蟑螂成功植入芯片是整个实验课程的关键。实验中，学生需要极其精细地操作，把芯片植入蟑螂体内代替原有的神经系统，使其变成一只“机器蟑螂”。一旦成功植入了芯片，我们就可以通过手机蓝牙，发送不同频率的脉冲电流，刺激蟑螂的两根触角，让其误以为行走的路线上存在障碍物，进而改变行动方向。实验中的芯片和导线是可以反复回收使用的，实验完成，学生可以将芯片卸下尝试植入到其他生物体内。
第6步：结题报告会
实验课程中学生需要组成研究小组，选择感兴趣的实验及探索方向，进行实验，查阅资料，撰写随堂科学报告。完成机器蟑螂的制作后，学生要形成PPT向大家介绍自己的实验过程、收获体会等。整个结题报告从构思到文字，全部由学生自己完成，通过分享交流也提高了学生的口头表达能力、文字撰写能力。
活动经验和改进方向
改变科学课，从离开教科书做起
开设机器蟑螂实验课程，没有教科书，没有固定的实验步骤，更没有传统的教师教授学生听讲。所有的科学教师都遵循“改变科学课，从离开教科书做起”的教学理念，身体力行告诉学生想要坐等答案是行不通的。课堂上倡导一种轻松、自由、互动的氛围，有疑问需要学生通过动手尝试、互相讨论、查阅资料等方式自行解决，每节课开始教师都会抛出一个开放性的问题，需要学生带回家思考，并在下一堂课中通过演示给出答案。
并不是每一次实验都能成功，过程同样重要
由于制作機器蟑螂需要通过麻醉、植入芯片等精细操作，手术存在一定的难度和不可控性，结果往往是难以预料的。并不是每一次实验都能成功，稍有不慎，蟑螂就可能在饲养、麻醉或者手术的过程中不幸身亡。但是，实验失败也是一种结果，教师并不会给孩子们提供第2只蟑螂。实验成功固然好，但最重要的是传递给学生一种勇于探索、不畏失败、重视过程的探索精神。
关于未来我们要做的还有很多
在未来，我们将根据学生的要求和兴趣设计出更为人性化的实验课程教案，把科学课堂搬到户外，走进大自然，引入更多户外考察拓展环节，让学生更加直观地观察和接触昆虫。同时要设计出更多结合主题的生物、神经学、电子工程等交叉化实验课程，更科学地编排实验课程顺序，加大学生分享实验过程及结果的时间比例。进一步增加学生动手机会，充分调动学生好奇心，更好地锻炼学生口头表达能力、科研笔记能力和综述能力。
活动简介
机器蟑螂实验课程是由浙江省科技馆科学院（浙江省科协国际部、浙江省科技馆联合开展）自行策划、设计、实施的进校园趣味科学实验课程。目标受众为6-8年级在校学生，将基础的生物学、神经科学、电子工程等学科领域的基本知识和科研方式引入实验中，改变枯燥的授课方式，最终引导学生独立完成可通过手机蓝牙操控的机器蟑螂。
该项目旨在激发学生的好奇心，改变填鸭式的传统实验教育方式，让学生通过小组合作、动手实验等方式培养学生的观察动手能力、独立思考能力、查阅撰写能力，提升学生的科学探索精神。
活动主题与目标
课程主题主要围绕制作智能化机器蟑螂展开，配合该主题扩展开发了好奇心与科学兴趣实验、昆虫学实验及蟑螂宠物认养、蟑螂麻醉和复苏、跳舞的蟑螂腿神经元测试实验、神经传导测试实验、人体神经反应测试实验（控制他人实验）、微创手术实验、机器蟑螂手术8大子课程。内容涉及生物学、神经科学、电子工程、解剖学等学科领域的基本知识和科研方式，包含了丰富的课外知识，是初中课程的有力补充。
机器蟑螂实验课程的主要目标是通过一系列激发好奇心的实验课程，让学生体会在做中学的乐趣，逐步培养学生的科学兴趣和探索精神，通过小组的团队分工协作，蟑螂幼虫的饲养观察，蟑螂麻醉手术、PPT分享汇报等环节培养学生观察、动手、表达、独立思考等能力，提升学生查阅文献、团队协作、撰写科学报告的能力。
活动实施流程
2014年科学院与杭州大成岳家湾实验学校合作，主要面向初中段学生开设第1期实验课程。机器蟑螂实验课程以选修课的形式由学生自主选择，共开设2个班，每班30人，每周1次，每次1小时，每3～5次课为一个主题授课区间。每次课程围绕制作智能化机器蟑螂主题分别让学生体验和学习不同内容的子课程，循序渐进，环环相扣，层层递进，最终的目的是给蟑螂植入电极，实现顺利控制蟑螂行动路线的目标。
第1步：认养蟑螂宠物
课堂上教师提供给每个小组固定数量的马达加斯加宠物蟑螂幼虫，学生需要通过自行观察、查阅资料、小组讨论和教师答疑等方式辨别蟑螂性别，了解该种蟑螂的生理结构、生活习性。在对蟑螂有了初步了解后，学生们的另一个重要任务就是课后将这些蟑螂带回家饲养，通过亲身实践对这种昆虫有更加全面直观的了解。
第2步：给橘子做微创手术实验
为了锻炼同学们的动手能力，项目组别出心裁地开设了一堂取橘核的微创手术实验课，给每个小组提供1个工具包、1个橘子，要求各小组独立思考合理的取橘核的方法，然后分工合作，争取在最短的时间内，用最小最少的创口，从橘子里取出尽可能多的橘子核。每个小组在实验中都充分开动大脑，花招百出。
第3步：人体神经反应测试实验（控制他人实验）
课堂上提供测试神经的小仪器，同学们可以作为样本亲身体验人体神经信号测量实验，包括人体神经信号的采集、识别，同时能连接手机、iPad或电脑进行波形分析等。该实验吸引了学生们的积极参与，每一次握紧拳头后的神经变化都经由仪器传输到手机程序上，呈现在同学面前，通过波形分析，同学还可以比较各自握力大小。
第4步：蟑螂麻醉和复苏
麻醉蟑螂是项目组给学生抛出的又一个难题。蟑螂没有皮肤，浑身都是硬硬的甲壳，究竟怎么麻醉？用什么麻醉才能成功？是用酒精把蟑螂灌醉，用冰水把蟑螂冻住还是用针筒加点麻药，随便戳个小洞？这些都需要学生自己探索思考，自己动手尝试。
第5步：机器蟑螂精细手术
给蟑螂成功植入芯片是整个实验课程的关键。实验中，学生需要极其精细地操作，把芯片植入蟑螂体内代替原有的神经系统，使其变成一只“机器蟑螂”。一旦成功植入了芯片，我们就可以通过手机蓝牙，发送不同频率的脉冲电流，刺激蟑螂的两根触角，让其误以为行走的路线上存在障碍物，进而改变行动方向。实验中的芯片和导线是可以反复回收使用的，实验完成，学生可以将芯片卸下尝试植入到其他生物体内。
第6步：结题报告会
实验课程中学生需要组成研究小组，选择感兴趣的实验及探索方向，进行实验，查阅资料，撰写随堂科学报告。完成机器蟑螂的制作后，学生要形成PPT向大家介绍自己的实验过程、收获体会等。整个结题报告从构思到文字，全部由学生自己完成，通过分享交流也提高了学生的口头表达能力、文字撰写能力。
活动经验和改进方向
改变科学课，从离开教科书做起
开设机器蟑螂实验课程，没有教科书，没有固定的实验步骤，更没有传统的教师教授学生听讲。所有的科学教师都遵循“改变科学课，从离开教科书做起”的教学理念，身体力行告诉学生想要坐等答案是行不通的。课堂上倡导一种轻松、自由、互动的氛围，有疑问需要学生通过动手尝试、互相讨论、查阅资料等方式自行解决，每节课开始教师都会抛出一个开放性的问题，需要学生带回家思考，并在下一堂课中通过演示给出答案。
并不是每一次实验都能成功，过程同样重要
由于制作機器蟑螂需要通过麻醉、植入芯片等精细操作，手术存在一定的难度和不可控性，结果往往是难以预料的。并不是每一次实验都能成功，稍有不慎，蟑螂就可能在饲养、麻醉或者手术的过程中不幸身亡。但是，实验失败也是一种结果，教师并不会给孩子们提供第2只蟑螂。实验成功固然好，但最重要的是传递给学生一种勇于探索、不畏失败、重视过程的探索精神。
关于未来我们要做的还有很多
在未来，我们将根据学生的要求和兴趣设计出更为人性化的实验课程教案，把科学课堂搬到户外，走进大自然，引入更多户外考察拓展环节，让学生更加直观地观察和接触昆虫。同时要设计出更多结合主题的生物、神经学、电子工程等交叉化实验课程，更科学地编排实验课程顺序，加大学生分享实验过程及结果的时间比例。进一步增加学生动手机会，充分调动学生好奇心，更好地锻炼学生口头表达能力、科研笔记能力和综述能力。