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教室里的PBL:如何让探测车成功登陆火星?

作者:智能观 发布时间:

教室里的PBL:如何让探测车成功登陆火星?

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摘要:老师跟学生一样期待接下来会发生什么。

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当一个十几岁的孩子爬到书桌上,举着东西往下扔时,老师约翰尼·迪瓦恩(Johnny Devine)并没制止。恰恰相反——他和班上其他同学一样,急切地想知道接下来会发生什么。

在这一瞬间,该学生和他的队友们得到了其他同学积极的响应,因为这件东西是他们手工制作的。一个由塑料制成,用胶带固定的小降落伞按计划打开,减缓了下降的速度,使货物安全着陆。学生们一边记录着数据,一边交换着满意的笑容。尽管他们的任务还没有完成,但是今天的测试使他们更接近成功,甚至有望成为有抱负的航空工程师。

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为了提高参与度,迪瓦恩让学生去解决专业科学家和工程师的问题。迪瓦恩说:“他们马上就知道,自己所学到的知识可以应用到实际工作中。学生之所以有动力,是因为这是一项真正的任务。”

“火星任务”项目,是华盛顿Science and Math Institute高中的高级预科物理课程中的五个项目式学习单元之一。这所小型的公立高中的特点是,强调通过实践来学习,并联络社区资源和专家。

登陆火星的任务一开始,学生们就知道当地航空航天公司的专家工程师,将评估他们火星着陆装置的最终工作模型。他们的模型必须反映出最佳思路,即如何在不破坏内部物品的情况下,从轨道上将有效载荷送入火星表面。虽然真正的火星登陆器需要花费数百万美元,学生试验的发射装置仅仅是携带4个易碎的鸡蛋,但其原理是一样的。

路线图

虽然这个项目给了学生相当大的自由,但它是分一系列精心设计的阶段展开的,每个阶段都有一个特定的学习目标。根据详细的项目计划,老师“为学生们创造了一个任务路线图,”迪瓦恩解释说,“让学生们真正地跟着工程师的进度,看看自己正在学习的东西是如何与相关问题联系在一起的,如工程师们是怎样成功在火星上着陆的?”

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在介绍技术内容之前,迪瓦恩希望学生们能对太空科学家的实际工作有个大致了解。通过观看工程师为航天器设计入轨、下降和着陆系统的视频,学生们开始进入角色,准备接下来的工作。

迪瓦恩介绍了一系列实践活动作为项目展开,以帮助学生把物理概念付诸行动。例如,他们通过跌落试验和应对真正的问题,来了解空气阻力:他们将了解如何将着陆器减慢到合理的速度,以进入稀薄的火星大气层。

为了应用动量变化的概念,学生们设计了安全气囊系统,位于着陆器的底部——这个位置被称为防撞区。他们尝试使用气泡膜和其他材料,作为货物的潜在缓冲垫。

随着总决赛日期的临近,学生们继续使用所学到的知识来测试、分析和修改设计。“你必须在不同的试验中重复使用方程,”一名学生解释道,“一遍又一遍地使用数学方法,也有助于验证试验。”

迪瓦恩承认,这个PBL课堂上的大部分实践学习“可能看起来像在一个传统的物理实验室中发生的”,学生要通过探究调查来学习概念。与之不同的是,老师要不断提醒学生“一直保持系统工程师的角色”。

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实验室的每个研究都是在解决问题,并给了迪瓦恩更多的机会,提出探索性的问题,并对学生的理解进行形式化的评估。这位老师解释说:“每节课结束后,我们都会进行大量的框架设计,这样学生们就有机会反思问题,并将理论与实际联系起来。 ”

与专家对话

当学生们终于可以将宝贵的货物从二楼着陆时,当地航空航天公司的工程师们就开始对他们的成果进行评估。

比测试数据更重要的是专家和学生之间的讨论。例如,一位工程师要求查看团队设计的早期版本,并听取了学生们修改的原因。当一个叫伊丽莎白的学生听到工程师们使用学生用过的专业词汇时,她兴奋不已。

“这是一种鼓励——实际上是一种让我们继续努力的动力。”她说。

迪瓦恩说:“他们之间进行了非常深入、有意义的对话,这样学生们就可以锻炼着陈述自己的设计理由。”听学生使用学术语言和应用物理概念告诉老师结果,就能感觉到,学生们深刻地理解了他们设计背后的科学。“说到底,这才是我最关心的。”他说。

像专业人士一样的管理

就像NASA的科学家在复杂的太空任务中进行合作一样,学生们也在火星任务项目上进行团队合作。迪瓦恩从以往的经验中感觉到,学生们可能不知道如何有效地进行合作,所以他教他们适用于专业人员的项目管理策略。

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一个可行的策略是scrum。这是一个快节奏的日常团队会议的协议。学生们使用公告来跟踪进度和分配任务。每个小组成员通过回答三个关键问题来参与讨论:

1.自从上次会议到现在,我完成了什么?

2.从现在到下次会议我要做什么?

3.目前我对这个项目有什么问题或担心?

技术人员和软件开发人员使用相同的方法来解决问题,并使复杂的项目在正确的轨道上运行。迪瓦恩说,在PBL的课堂上,scrum“让学生们监督彼此说过的话”。他们一眼就能看出任务是否在团队成员中平均分配。对于老师来说,scrum是一个有用的工具。“它给了我一种温和的方式,在学生完不成任务时,我可以借此提示和督促他们。”迪瓦恩说。

参观迪瓦恩班级的工程师,强化了学生通过火星任务获得的价值。“让专家来告诉我们,‘这是我们每天要做的事情。这些都是我在你们这个年龄时渴望得到,而没有得到的东西’——会产生非常有意义的影响。”迪瓦恩说。

本文由微信公众号”智能观“编译,原文来源edutopia,原文作者Suzie Boss,原文来源。文章为作者独立观点,不代表芥末堆立场。

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