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7月8日至15日,华东师范大学教育集团“华师启航”夏令营之“硫光溢彩”营在上海民办华曜浦东实验学校顺利举办。褚君浩院士以《放飞梦想 迎接智能时代》为题开讲“第一课”,前沿科学研究衔接真实的科学认知过程与青少年科学教育的新尝试由此开启。
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▲“硫光溢彩”营全体营员合影
此次夏令营是由来自华东师范大学跨学科研究团队策划、三十余名跨学科的中外团队成员共同为百余名全国青少年打造的科学教育研学之旅,是将前沿科学成果走进夏令营、前沿仪器与科普教育深度结合而探索的科学教育新模式,是一线科研人员参与科学教育来促进学生沉浸式感知科学的新路径,是化学、光学、智能仪器、生命科学、医药、新能源、人工智能、建模、音乐、戏剧等多学科融合到同一课堂的新尝试。
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分子的魔力、一起探寻科学之美、氟的前世今生、触手可及的量子点、塑料降解,七场讲座从生活中的科学出发,科研人员带领营员们一起思考全合成对于人类治疗疾病和健康的重要性、发光材料背后的分子动力学机制、塑料降解的科学本源。从分子手性、药物靶标、受体理论,再到科学研究的方法对于药物作用的微观原理的深入探究,同学们在不断提问中思考如何解决前沿科学问题,讨论如何通过新的仪器和技术的研发、多学科的交叉运用,来破解科学难题。多米诺传递、取代基效应、蝴蝶分子—洋腊梅碱的全合成、荧光蛋白、半导体量子点、金属纳米簇,这些听起来似乎很遥远的科学名词和原理,在一问一答之中分享浸润。
▲七场讲座
科研人员在讲座过程中,精心设计了多个演示实验,让营员参与、共同讨论,启发营员为讲座之后的动手实验提出问题、做出铺垫。
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▲实验演示
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破解叶绿素“密码”、以光执笔、“普”绘蓝图······营员们穿上实验服、带好护目镜和手套,分为四组进入实验室动手做科学。
十余个动手实验,沉浸式感知科学,让科学可触可感可知。为什么植物的叶子是绿色的?物质为何会发光?背后的化学、光学、生物学原理是什么?数学推理过程是什么? 这些贴近前沿科学、又直观有趣的实验,结合华师绿色仪器工作室自主研发的科研仪器,营员们通过动手、思考和探索自然现象和技术应用背后的科学研究过程,理解科学仪器在科学研究中的具体作用。
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▲全员动手实验
营员们在惊呼仪器下呈现荧光增强等过程的同时,纷纷询问并思考发光现象背后的原理。他们还化身魔术师,从试管中变出蓝色玫瑰花,在玻璃瓶中打造水中花园、染制专属的“硫光溢彩”扇来让科学可触可感可知、“磨制”了荧光棒。
▲从试管中变出蓝色玫瑰花
▲染制专属的“硫光溢彩”扇
▲在玻璃瓶中打造水中花园
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做一个分子模型!AI如何驱动科学发现?科学探究的哪个环节最重要?
在分子模型课上,营员们在动手实验、探究现象的基础上,通过活动课建立模型认知、利用新工具,通过论辩与讨论,深度理解多维度的科学,学会像科学家一样思考。分子和原子是组成物质的基本微粒。数量有限的原子是如何组合成各种各样的分子,进而形成无数的复杂的世间万物的?发挥想象力,在理解科学原理的基础上,营员们完成了各种常见的分子模型的搭建,通过动手搭建,建构模型认知,深入探索身边宏观世界背后的微观结构与变化。在人工智能如何做科学课程上,营员们了解图灵测试和推理机、机器学习、神经网络,动手操作并思考“什么是人工智能”,而不是在比喻的基础上观赏镜花水月。在科学论辩课上,通过营造辩论式的学习氛围来,营员们的参与热情被激发,一旦开始参与讨论,就能互相引导自主探索和深入思考。
▲分子模型课
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谱一曲化学之歌,来一场推理游戏。音乐结合,把推理融入戏剧,营员们在音乐创作和表演中感受科学的魅力。
营员们在教师指导下为元素周期表谱写旋律,有的唱旋律,有的弹钢琴伴奏,合作演绎着属于自己的第一首化学音乐作品。这些作品驰骋着孩子们的想象力,营员们对化学的热爱也在一个个音符中得到了具象的体现。通过推理游戏与戏剧展示,营员们围绕钠在空气中的缓慢氧化展开,根据“线索”思考反应过程,推断钠在空气中进行了什么变化,营员们的“游戏身份”让他们沉浸式推理游戏中还原“现场”的环节,让更多的同学参与到科学原理的思考中。
▲音乐戏剧
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在夏令营中,营员们制作了结晶玫瑰、水中花园、硫光溢彩扇;搭建了分子模型;让音乐与化学碰撞,用戏剧将化学演绎;讨论科学的本质与AI如何驱动科学发现;还将他们对科学研究过程的思考、思想的理解,写在卡片和研学手册上。
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▲成果展示
这次夏令营,营员们从提出科学问题到亲历科学实验获取证据,再到根据证据进行推理、畅想科学发现如何产生实际应用,形成科学认知的闭环。让科学回归有趣和好玩,从细节中感知科学魅力,让科学可触可感可知,是华东师范大学在科普教育上的新尝试。未来,我们将持续努力,为我国实现高水平科技自立自强、推进新时代科普教育贡献更多的力量!
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▲“硫光溢彩”营组织团队合影留念