包玉剛實驗學校

所在地區(qū)：上海 長寧區(qū)學校性質(zhì)：私立學校

學費：15.60~19.00萬招生階段：高中 初中 小學

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　　科學學科，毫無疑問是包校課程圖譜中極為重要的一塊金色拼圖?？茖W的學科宗旨是通過研究、討論、實驗和項目幫助學生了解世界。在了解世界的同時，包校學子們也在用所學的知識以及個人的勤奮與智慧嘗試著自己的探索。從球形機器人到月球登陸器，兩位自一年級便加入包校的男生Jason和Tuding，在2021年的市級科學領(lǐng)域大賽上的表現(xiàn)令人刮目相看。

從探索單元到月球登陸器

　　就讀松江校區(qū)十年級的Tuding同學在2021年舉辦的第十七屆上海未來工程師大賽中獲得了航空工程師板塊的個人賽一等獎。同時，參與此次活動的指導老師王忠老師也獲得優(yōu)秀指導老師獎。Tuding分享自己之所以選擇航空工程項目，是因為這是人類在太空中擴張的最重要一步，所有人類創(chuàng)造的科技，只有在航空工程的幫助下，才能被運送到其他星球和衛(wèi)星。這個專業(yè)可以幫助人類步向地球以外的地方。

　　Tuding在一年級便加入了包玉剛實驗學校，此外他還是第一批在虹橋校區(qū)就讀的六年級學生。回憶起小學生活，Tuding最喜歡的就是學校的信息技術(shù)和探索單元這兩門學科。探索單元是一門以學生為中心的跨學科綜合課程，有利于最大程度激發(fā)學生在人文與科學領(lǐng)域的興趣。Tuding認為這兩門學科能夠?qū)W到非常實用的知識。在信息技術(shù)課程中學習的3D建模，能在電腦里面復刻出和現(xiàn)實生活中一模一樣的模型，讓他感覺非常奇妙。而在探索單元上，給他印象最深刻的就是老師在講解空氣阻力的概念時，讓同學們制作“造降落傘”的項目，大家需要制作一只降落傘，使一顆雞蛋安然無恙地從學校的五樓降落到一樓。而當時Tuding和爸爸一起制作的大降落傘，是唯一成功的。

　　到了初中，學校的課程變得更加細化且深入，而Tuding最喜歡的就是物理，因為物理課上學習的知識是能真實運用到生活中的，而且自己還可以用簡單的算式表達生活的現(xiàn)象。他分享物理課經(jīng)常能給自己帶來不可思議的感覺，物理老師在講解氣壓和液體的凝結(jié)點的關(guān)系時，使用了塑料瓶、打氣筒和酒精，在瓶子里制造出了一朵云。還有一次有同學向他介紹了一款模擬器，并利用它制造出了一些飛行器。Tuding制造的火箭和飛機最終都成功了，但他仍然覺得還有更好的方法，只是自己還沒有發(fā)現(xiàn)。

　　而Tuding此次在未來工程師大賽中獲獎的月球登陸器，使用的制作軟件就是在六年級時接觸到的模擬器。據(jù)Tuding介紹，從開始構(gòu)思怎么制作登月器到最后完成，他用了兩周的時間。起初，他參考了很多方案，而美國好奇號火星車的登陸方式給了自己啟發(fā)。

　　Tuding設(shè)計的登月艙的推進器使用了固體燃料APCP（高氯酸胺組合推進器）。之所以使用固推，是因為大部分使用的液體燃料推進器需要有特別細的冷卻管，以及由自身驅(qū)動的燃料泵等復雜的系統(tǒng)；這使得液態(tài)燃料引擎造價不菲。在相比之下，一個簡單的固體燃料推進器只需要一個噴嘴，一個外殼，以及一些固體燃料，對材料要求更低，成本也更低。其次，固推的可靠性也在相互比較下較高，因為固態(tài)燃料不會像液態(tài)燃料一樣在燃料罐里流動，且點火的失敗率更低。然而，固推也有自身的風險，因為固推一旦點燃了就無法熄滅，所以它對電腦的控制系統(tǒng)和編程要求很高，還需要搭配相當靈敏的傳感器。

　　據(jù)Tuding介紹，在這個項目上他遇到兩個難點，其一就是在運載火箭下降過程中，點燃固體推進器的時間，第二則是推進模塊和主體分離的時間。為了解決這些問題，他在運載火箭上安裝了八個固體燃料推進器，兩個兩個分四次點燃。為了解決這些辦法，他編寫了一套程序，計算推進器點燃的最佳時機，在火箭行駛速度為0的時候讓推進器脫離。在登月艙安全到達月球表面后，艙體將翻轉(zhuǎn)90度，成為事先安裝在艙內(nèi)登月車的基站。

　　除了未來工程師大賽外，Tuding還參加了諸多國際性比賽，他曾是英國奧林匹亞的物理競賽BPhO的金獎獲得者，也曾在真實世界挑戰(zhàn)賽(RWDC)獲得了中國賽區(qū)團體一等獎。

　　Tuding分享，此次獲獎還要感謝高中科學組王忠老師給的指導與建議：王忠老師對我的設(shè)計提出了許多有用的問題，幫助我進行反思。這些問題對于我改進登月器的過程有許多幫助。

　　王忠老師分享到，包校給予學生的是因材施教的個性化教育，讓孩子們在體驗中找到各自的長處，并不斷挑戰(zhàn)自我。Tuding同學從一年級便加入包校，他有非常高的專注力，并有很強的鉆研精神，這是我們作為教師最想看到的。

開辟書本以外的精彩世界

　　目前就讀于初中部八年的Jason同學設(shè)計的自平衡驅(qū)動球形機器人，在2021年舉辦的第36屆上海市青少年科技創(chuàng)新大賽中獲得了青少年科技創(chuàng)新成果一等獎。

　　Jason在科創(chuàng)大賽中提交的研究成果是一款以《星球大戰(zhàn)》里機智靈活的球形機器人BB8為原型的自平衡驅(qū)動球形機器人。從項目啟動到最終獲獎，Jason共花了一年多的時間，期間經(jīng)歷了查文獻、學編程、買材料、寫代碼、做模型、實地測試、制作視頻、撰寫論文和最終答辯等數(shù)個階段。Jason分享道：“這整個過程離不開包校老師平時的諄諄教導和對我無私的支持?！?/p>

　　和Tuding一樣，Jason從一年級踏入包校的校園起便愛上了這里，因為在這里不僅能從課堂上汲取到豐富的學科知識，還能在聯(lián)課活動中拓展自己的興趣愛好，接觸到很多未曾接觸但卻一直向往嘗試的事物，比如：詠春拳、國際象棋、F1方程式模型、軍事模型、數(shù)獨等等。

　　Jason媽媽感言道：包校的教育沒有功利心，這里不僅重視學業(yè)，同時也注重藝術(shù)、體育等方面的綜合全面發(fā)展，它積極拓展學生的視野，為他們開辟了書本以外的精彩世界。老師總會傾力給孩子們創(chuàng)造更多機會，幫助他們充分挖掘自身潛能，找到自己的優(yōu)勢和興趣所在，并為他們的個人發(fā)展插上自由與信心的翅膀。

　　相比于小學鼓勵學習興趣的學習環(huán)境，Jason覺得在初中各學科的學術(shù)性增強了。從七年級起，科學老師便開始教他們學術(shù)論文的寫作方法，從論文的基本結(jié)構(gòu)和要素，到優(yōu)秀作品解析和欣賞，老師都會進行耐心詳細講解。七年級上半學期，科學組翁梅倩老師帶領(lǐng)同學們撰寫了關(guān)于鐮刀型貧血的論文；下半學期，大家則在老師指導下實踐制作了一臺兩棲自行車模型，并將實驗數(shù)據(jù)和研究過程都整理成文字寫進論文中。

　　剛開始接觸學術(shù)論文時，Jason時常一頭霧水，但在老師耐心的梳理指導下，寫作思路和方法都逐漸清晰。通過學術(shù)論文闡述自己的項目，并展示研究成果，是科創(chuàng)大賽的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中，Jason表示要感謝科學組翁梅倩老師和陶茜老師平日的教導，以及她們對此次創(chuàng)新大賽提供的寶貴意見。

　　2020年2月，Jason正式啟動球形機器人的項目科研，在研究了市面上的全地形機器人后，他發(fā)現(xiàn)球形機器人有適應在潮濕和崎嶇等復雜環(huán)境下行駛的優(yōu)勢，然而，它們大多存在著驅(qū)動方式復雜，轉(zhuǎn)向不靈活、無法保持平衡等問題。為了解決這些問題，Jason在設(shè)計中采用了驅(qū)動輪自平衡的驅(qū)動方式來控制機器人的行進，并安裝獨立電機控制履帶的左右移動，調(diào)節(jié)機器人的重心、控制其轉(zhuǎn)彎。在完成了整體設(shè)計后，他對機器人在不同環(huán)境和場景下的行駛功能進行了測試。

　　此外，由于機器人的開發(fā)必須要運用編程語言，因此在信息技術(shù)（ICT）課堂中學習Scratch編程的基礎(chǔ)上，Jason還利用課外時間學習了Python和Arduino編程語言以及計算機仿真系統(tǒng)。

　　論文答辯階段，Jason要面對數(shù)位來自全國頂尖大學的教授，進行10分鐘的線上演講、實物演示和問答環(huán)節(jié)。Jason表示，雖然在演講開始時略有些緊張，但對答辯本身并沒有抵觸和害怕情緒，這要感謝平日學校多次提供的演講和項目展示機會，讓他能自信地站在臺前展現(xiàn)自己。業(yè)精于勤，在正式答辯前，他也在教務主任莊勤老師和陶老師面前反復練習了演講稿。

　　對于此次獲獎，Jason媽媽說道：我們希望孩子在這樣的年齡，能擁有獨立的堅持完成一件事的經(jīng)歷和體驗。非常感謝在此過程中，科學組的翁老師、陶老師以及莊老師給予孩子的巨大支持，讓孩子在不斷試錯中成長。包校是一個非常溫暖的大家庭，包校獨具特色的中國傳統(tǒng)文化的浸潤和積淀對孩子來說更是至關(guān)重要。包校在日常教學中能將中國優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化潛移默化地傳授給孩子，這也是我們最希望看到的。

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