火星實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)國(guó)際學(xué)校，STEAM跨學(xué)科教育成就未來(lái)創(chuàng)新組織中的領(lǐng)導(dǎo)者

　　仰望星空，離不開腳踏實(shí)地。從“兩彈一星”的偉大創(chuàng)舉，到神舟系列多次載人飛行任務(wù)成功實(shí)施，中國(guó)航天人在星辰大海中不斷前行。我們的目光正向月球、火星以及更深遠(yuǎn)、更浩渺的星空投注，中國(guó)不久將成為太空探索和各領(lǐng)域航天技術(shù)的真正領(lǐng)導(dǎo)者。

　　不僅如此，近年來(lái)，全球范圍關(guān)于STEAM教育的呼聲越來(lái)越高，通過(guò)STEAM教育來(lái)培養(yǎng)孩子的創(chuàng)新能力、獨(dú)立思考的能力、動(dòng)手能力與解決問(wèn)題的能力，已成為了全球各國(guó)的共識(shí)。

　　上海諾美學(xué)校旨在培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科融合、創(chuàng)新和實(shí)踐能力，特別引進(jìn)了“火星學(xué)者計(jì)劃 Mars Scholar Project(簡(jiǎn)稱MSP®)，該項(xiàng)目作為超前沿火星主題STEAM跨學(xué)科教育項(xiàng)目，旨在成就未來(lái)創(chuàng)新組織中的領(lǐng)導(dǎo)者。

　　諾美學(xué)?；鹦菍?shí)驗(yàn)室

　　火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室(Mars Cell Labs, MCL)位于上海諾美學(xué)校教學(xué)樓的五樓，該實(shí)驗(yàn)室是面向?qū)W校和社區(qū)科學(xué)中心的科創(chuàng)競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)室。火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室模擬人類未來(lái)在火星的實(shí)驗(yàn)室，用緊湊的空間來(lái)完成包含火箭發(fā)射和著陸系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)、人體外骨骼機(jī)器人、火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、火星基地設(shè)計(jì)裝備、生物及基因?qū)嶒?yàn)艙等科學(xué)與工程領(lǐng)域的任務(wù)。

　　在火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室，不難發(fā)現(xiàn)一個(gè)隨處可見的一個(gè)形狀-“六邊形”，不管是最為顯眼的課桌，還是火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室的logo本身，充滿了幾何美感的對(duì)稱性、全覆蓋性、不重疊性源自于大自然創(chuàng)意-蜂巢。 因此只是簡(jiǎn)單稱呼它為火星實(shí)驗(yàn)室顯得也有點(diǎn)單調(diào)，應(yīng)該稱呼它的全名-火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室。

　　這個(gè)占地60平米的巨大的蜂巢里蘊(yùn)含著各種值得深入了解的模塊，不管是涉及到設(shè)計(jì)類課程的3d打印機(jī)、激光切割機(jī);涉及到未來(lái)生物的育苗艙、種植艙;以及與現(xiàn)在正在火星上執(zhí)行任務(wù)的好奇號(hào)等比例縮小的火星車;甚至是可以真實(shí)體驗(yàn)火箭發(fā)射過(guò)程的發(fā)射臺(tái)……都能給進(jìn)入到這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的人帶來(lái)不一樣的體驗(yàn)。

　　相較于其他國(guó)際學(xué)校通常開設(shè)ICT、生物化學(xué)、DT教室，上海諾美學(xué)校火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室將工程、設(shè)計(jì)、生物、物理、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科進(jìn)行有機(jī)融合。建立在人類探火的大背景下，涉及到多學(xué)科多角度的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合了不同的軟硬件，成功地將這些內(nèi)容梳理成了一條吸睛的故事線。

　　國(guó)際一線航天專家聯(lián)合開發(fā)，培養(yǎng)孩子編程能力

　　課程目標(biāo)

　　1、編程思維

　　2、設(shè)計(jì)技能與思維

　　3、創(chuàng)客技術(shù)與資源

　　4、分析場(chǎng)景和總結(jié)問(wèn)題的洞察力

　　5、溝通和展示的自信與技巧

　　6、學(xué)術(shù)素養(yǎng)和習(xí)慣

　　7、國(guó)際比賽中參賽經(jīng)驗(yàn)積累

　　8、PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

　　特色課程

　　太空基地設(shè)計(jì)(3D建模)

　　課程：太空基地設(shè)計(jì)

　　太空基地設(shè)計(jì)師課后課是建立在人類探索太空的真實(shí)場(chǎng)景下的PBL課程，圍繞前往太空、登陸行星、建立生存基地并進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展這個(gè)系統(tǒng)工程，引導(dǎo)學(xué)生制定一項(xiàng)有效的太空探索任務(wù)計(jì)劃書。學(xué)習(xí)Tinkercad等易為上手的建模設(shè)計(jì)軟件，將課程所學(xué)運(yùn)用于設(shè)計(jì)一個(gè)太空基地并用3D打印設(shè)備呈現(xiàn)出來(lái)，認(rèn)識(shí)與掌握先進(jìn)技術(shù)，提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

　　課后課教學(xué)計(jì)劃基于MSP®課程單元和內(nèi)容設(shè)計(jì)，包括知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)(Lesson)及動(dòng)手操作 (Hands-on Activity)。課程由國(guó)際一線航天專家聯(lián)合開發(fā)，涵蓋數(shù)學(xué)、天體物理、設(shè)計(jì)(藝術(shù))等多學(xué)科知識(shí)，通過(guò)了解行星科學(xué)、現(xiàn)有探索技術(shù)、人類生命支撐系統(tǒng)等，將科學(xué)理念和設(shè)計(jì)思維相結(jié)合，并培養(yǎng)學(xué)生從創(chuàng)意設(shè)計(jì)到概念落地的問(wèn)題解決能力。完成階段性學(xué)習(xí)后學(xué)生，可以參加國(guó)際火星學(xué)會(huì)的青少年設(shè)計(jì)比賽、歐洲宇航局主辦的Moon Camp Challenge及其他太空探索主題的城市設(shè)計(jì)大賽。

　　未來(lái)生物(基因創(chuàng)客)

　　課程：太空種植倉(cāng)

　　植物種植與計(jì)算機(jī)編程的結(jié)合運(yùn)用，針對(duì)植物生理學(xué)相關(guān)進(jìn)行的課題研究。在太空種植倉(cāng)中，使用無(wú)土栽培的方式去適應(yīng)太空環(huán)境中的植物生長(zhǎng)，使用超聲波汽霧向植物提供水分、養(yǎng)分等生長(zhǎng)所必須的因子。

　　過(guò)程中同學(xué)們編寫程序去設(shè)置不同的環(huán)境條件，開啟種植倉(cāng)進(jìn)行自動(dòng)培育，并依托物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)察管理。達(dá)到在不同環(huán)境溫濕度、光源顏色、光源強(qiáng)度等外界條件下的植物生理研究目的。

　　該課程主要包含植物學(xué)科基礎(chǔ)、編程控制、電子電路與植物成長(zhǎng)觀察實(shí)驗(yàn)。

　　人工智能(火星車等)

　　課程：火星移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室

　　火星移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室以美國(guó)火星車好奇號(hào)和毅力號(hào)為藍(lán)本，集Microbit及其拓展、麥克納姆輪、AI智能攝像頭、數(shù)十種傳感器于一身?？赏ㄟ^(guò)圖形化的方式來(lái)控制火星移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室完成避障、越障、巡線、抓取、人臉識(shí)別、物體識(shí)別等多種特定功能。

　　在火星移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室系列課程中，學(xué)生主要學(xué)習(xí)各種傳感器的原理：超聲波傳感器、溫濕度傳感器、傾斜傳感器等;學(xué)習(xí)麥克納姆輪的運(yùn)動(dòng)方式，配個(gè)機(jī)械手爪的舵機(jī)控制完成多種任務(wù)的功能實(shí)現(xiàn)。

　　電子創(chuàng)客(物聯(lián)網(wǎng)&腦機(jī)交互)

　　課程：模擬火箭發(fā)射

　　模擬火箭發(fā)射課后課是建立在人類探索太空的真實(shí)場(chǎng)景下的PBL課程，圍繞火箭發(fā)射，飛行，著落的過(guò)程，并通過(guò)自己研發(fā)的模擬發(fā)射臺(tái)動(dòng)手操作區(qū)嘗試每一個(gè)過(guò)程，在過(guò)程中總結(jié)失敗的經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)天體物理學(xué)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)，航天飛行，行星科學(xué)等相關(guān)知識(shí)。

　　通過(guò)scratch等易為上手的積木式編程軟件，將每節(jié)課學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)編程作品展現(xiàn)出來(lái)。既加深理解又鍛煉了孩子的編程邏輯思維，提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

　　我們采訪到了G10 年級(jí)的雷丁同學(xué)，讓我們看看他所參加的火星實(shí)驗(yàn)室課程：

　　G10 雷丁

　　社團(tuán)：火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室 USACO美國(guó)計(jì)算機(jī)奧賽

　　“火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室有很多活動(dòng)和社團(tuán)，如3D打印，無(wú)人機(jī)、USACO俱樂(lè)部編程等。我第一次參觀火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室。我對(duì)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和環(huán)境感到滿意，因?yàn)檫@里看起來(lái)很有未來(lái)感。這里要比很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室都要高級(jí)。因?yàn)槲矣幸恍┚幊袒A(chǔ)，所以我參加了USACO社團(tuán)，因?yàn)槲蚁雲(yún)⒓覷SACO競(jìng)賽。USACO是美國(guó)計(jì)算機(jī)奧林匹克競(jìng)賽，這個(gè)比賽是檢驗(yàn)每位選手編程技能和解決問(wèn)題的能力的計(jì)算機(jī)測(cè)試。

　　在我們的社團(tuán)里，我們做的主要事情是學(xué)習(xí)編程的算法。大多數(shù)算法只用于編程，里面的內(nèi)容真的很抽象，很難理解。我們的社團(tuán)老師教我們這些算法是如何工作的，并把它分成更小的部分進(jìn)行細(xì)致講解，而且在課堂上我們也通過(guò)在線練習(xí)熟悉各類算法。我知道在練習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題是正常的。我們的老師教我編寫如何解決問(wèn)題的程序。如果我不參加這個(gè)社團(tuán)，當(dāng)我發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的代碼。我可能會(huì)抓狂的砸電腦吧!(開玩笑的!)

　　There are a lot of activities and clubs in Mars Cell lab(MCL)like 3D printing, programming for the USACO club. The first time I visited the MCL, I was amazed by the apparatus and environment there. It looks so futuristic. And it is also better than many labs in other schools.

　　Plus, I have some experience in programming，then I attended the USACO Club in MCL. USACO stands for United States of America Computer Olympics, which is the computer test for candidates‘ programming skills and problem-solving skills.

　　In our club, the main thing we are doing is learning the algorithm for programming. Most of the algorithms are only used for programming, the content inside could be really abstract and hard to understand. Our club teacher teaches us how those algorithm works and break it into smaller piece. In the class, we also practice for the problem online. While practicing it is normal to have issues in the program, our teacher also taught me how to solve the problem in the program. If I didn’t attend this club, I might destroy my computer as I find the issue in the code.”

　　多名STEM賽事開發(fā)、監(jiān)考加盟教師團(tuán)隊(duì)

　　程益民老師

　　擁有多年一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與青少年科創(chuàng)賽事指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)負(fù)責(zé)課程內(nèi)容與教具方案設(shè)計(jì)。擅長(zhǎng)機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與三維建模設(shè)計(jì)，熟練使用C/Scratch進(jìn)行編程教學(xué)開發(fā)和arduino等硬件課程開發(fā)。

　　從事競(jìng)技格斗機(jī)器人開發(fā)與相關(guān)賽事，設(shè)計(jì)建造人形外骨骼控制機(jī)器人獲得專利，并擔(dān)任比賽現(xiàn)場(chǎng)裁判。指導(dǎo)學(xué)生獲得創(chuàng)客新星大賽一等獎(jiǎng)、青創(chuàng)賽二等獎(jiǎng)、宋慶齡少年兒童發(fā)明二等獎(jiǎng)，上海市青少年人工智能創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)、上海創(chuàng)客新星大賽獲得高中組一等獎(jiǎng)等。

　　黃哲老師

　　信息學(xué)、編程、機(jī)器人競(jìng)賽隊(duì)教練

　　中國(guó)電子學(xué)會(huì)機(jī)器人考級(jí)監(jiān)考教師，入圍上海國(guó)際 STEAM 課程開發(fā)大賽。熟悉Botball、Robotex、First、Vex、WRC 世界機(jī)器人大賽等國(guó)際大賽競(jìng)賽流程，定制參賽方案。擅長(zhǎng) SolidWorks、123Design等結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)，精通 EV3、Arduino、Micro :bit創(chuàng)客類教育硬件;一直從事機(jī)器人/編程教學(xué)的研發(fā)和授課工作。

　　　孟垂汝老師

　　中國(guó)電子學(xué)會(huì)青少年軟件編程導(dǎo)師，NOI指導(dǎo)教師，擅長(zhǎng)AutoCAD、SolidWorks、UG等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件;熟練運(yùn)用樂(lè)高、mbot、VEX系列等多種STEAM教學(xué)器材和編程語(yǔ)言;一直從事機(jī)器人/編程教學(xué)的研發(fā)和授課工作。

　　如果火星學(xué)者計(jì)劃可以激勵(lì)更加多年輕一代接受科學(xué)教育，那么最終我們將獲得數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的科學(xué)家、工程師、發(fā)明家、研究人員和醫(yī)生。期待我們這些年輕的一代將在現(xiàn)有領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，創(chuàng)造以無(wú)數(shù)種方式造福于世界回饋社會(huì)。

　　火星蜂巢實(shí)驗(yàn)室只是一個(gè)開端，未來(lái)上海諾美學(xué)校還將會(huì)繼續(xù)豐富實(shí)驗(yàn)室以及課程內(nèi)容，給學(xué)生提供更多有趣的STEAM學(xué)習(xí)活動(dòng)以及更多的火星項(xiàng)目體驗(yàn)。