火星实验室搬进国际学校,STEAM跨学科教育成就未来创新组织中的领导者

2021-11-05

仰望星空,离不开脚踏实地。从“两弹一星”的伟大创举,到神舟系列多次载人飞行任务成功实施,中国航天人在星辰大海中不断前行。我们的目光正向月球、火星以及更深远、更浩渺的星空投注,中国不久将成为太空探索和各领域航天技术的真正领导者。

 

不仅如此,近年来,全球范围关于STEAM教育的呼声越来越高,通过STEAM教育来培养孩子的创新能力、独立思考的能力、动手能力与解决问题的能力,已成为了全球各国的共识。

 

上海诺美学校旨在培养学生多学科融合、创新和实践能力,特别引进了“火星学者计划 Mars Scholar Project(简称MSP®),该项目作为超前沿火星主题STEAM跨学科教育项目,旨在成就未来创新组织中的领导者。

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 诺美学校火星实验室

 

火星蜂巢实验室(Mars Cell Labs, MCL)位于上海诺美学校教学楼的五楼,该实验室是面向学校和社区科学中心的科创竞赛实验室。火星蜂巢实验室模拟人类未来在火星的实验室,用紧凑的空间来完成包含火箭发射和着陆系统生命支持系统、人体外骨骼机器人、火星科学实验室、火星基地设计装备生物及基因实验舱等科学与工程领域的任务。

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在火星蜂巢实验室,不难发现一个随处可见的一个形状—“六边形”,不管是最为显眼的课桌,还是火星蜂巢实验室的logo本身,充满了几何美感的对称性、全覆盖性、不重叠性源自于大自然创意—蜂巢。 因此只是简单称呼它为火星实验室显得也有点单调,应该称呼它的全名—火星蜂巢实验室。
 

 

这个占地60平米的巨大的蜂巢里蕴含着各种值得深入了解的模块,不管是涉及到设计类课程的3d打印机、激光切割机;涉及到未来生物的育苗舱、种植舱;以及与现在正在火星上执行任务的好奇号等比例缩小的火星车;甚至是可以真实体验火箭发射过程的发射台……都能给进入到这个实验室的人带来不一样的体验。

 

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相较于其他国际学校通常开设ICT、生物化学、DT教室,上海诺美学校火星蜂巢实验室将工程、设计、生物、物理、数学、信息技术等多学科进行有机融合。建立在人类探火的大背景下,涉及到多学科多角度的教学内容,结合了不同的软硬件,成功地将这些内容梳理成了一条吸睛的故事线。
 

 

国际一线航天专家联合开发,

培养孩子编程能力

 

课程目标

 

1、编程思维

2、设计技能与思维

3、创客技术与资源

4、分析场景和总结问题的洞察力

5、沟通和展示的自信与技巧

6、学术素养和习惯

7、国际比赛中参赛经验积累

8、PBL项目式学习

 

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特色课程

太空基地设计(3D建模)

课程:太空基地设计

 

太空基地设计师课后课是建立在人类探索太空的真实场景下的PBL课程,围绕前往太空、登陆行星、建立生存基地并进行可持续发展这个系统工程,引导学生制定一项有效的太空探索任务计划书。学习Tinkercad等易为上手的建模设计软件,将课程所学运用于设计一个太空基地并用3D打印设备呈现出来,认识与掌握先进技术,提高创新设计能力。

 

课后课教学计划基于MSP®课程单元和内容设计,包括知识点学习(Lesson)及动手操作 (Hands-on Activity)。课程由国际一线航天专家联合开发,涵盖数学、天体物理、设计(艺术)等多学科知识,通过了解行星科学、现有探索技术、人类生命支撑系统等,将科学理念和设计思维相结合,并培养学生从创意设计到概念落地的问题解决能力。完成阶段性学习后学生,可以参加国际火星学会的青少年设计比赛、欧洲宇航局主办的Moon Camp Challenge及其他太空探索主题的城市设计大赛。

 

 

未来生物(基因创客)   

课程:太空种植仓

 

植物种植与计算机编程的结合运用,针对植物生理学相关进行的课题研究。在太空种植仓中,使用无土栽培的方式去适应太空环境中的植物生长,使用超声波汽雾向植物提供水分、养分等生长所必须的因子。

 

过程中同学们编写程序去设置不同的环境条件,开启种植仓进行自动培育,并依托物联网平台进行远程监察管理。达到在不同环境温湿度、光源颜色、光源强度等外界条件下的植物生理研究目的。

 

该课程主要包含植物学科基础编程控制、电子电路与植物成长观察实验。

 

 

人工智能(火星车等)   

课程:火星移动实验室

 

火星移动实验室以美国火星车好奇号和毅力号为蓝本,集Microbit及其拓展、麦克纳姆轮、AI智能摄像头、数十种传感器于一身。可通过图形化的方式来控制火星移动实验室完成避障、越障、巡线、抓取、人脸识别、物体识别等多种特定功能。

 

在火星移动实验室系列课程中,学生主要学习各种传感器的原理:超声波传感器、温湿度传感器、倾斜传感器等;学习麦克纳姆轮的运动方式,配个机械手爪的舵机控制完成多种任务的功能实现。

 

 

电子创客(物联网&脑机交互)   

课程:模拟火箭发射

 

模拟火箭发射课后课是建立在人类探索太空的真实场景下的PBL课程,围绕火箭发射,飞行,着落的过程,并通过自己研发的模拟发射台动手操作区尝试每一个过程,在过程中总结失败的经验,引导学生学习有关天体物理学,机械运动学,航天飞行,行星科学等相关知识。

 

通过scratch等易为上手的积木式编程软件,将每节课学到的知识点通过一个编程作品展现出来。既加深理解又锻炼了孩子的编程逻辑思维,提高创新设计能力。

 

 

我们采访到了G10 年级的雷丁同学,让我们看看他所参加的火星实验室课程:

                                            

 

G10 雷丁  

社团:火星蜂巢实验室 USACO美国计算机奥赛

 

“火星蜂巢实验室有很多活动和社团,如3D打印,无人机、USACO俱乐部编程等。我第一次参观火星蜂巢实验室。我对实验室的设备和环境感到满意,因为这里看起来很有未来感。这里要比很多学校的实验室都要高级。因为我有一些编程基础,所以我参加了USACO社团,因为我想参加USACO竞赛。USACO是美国计算机奥林匹克竞赛,这个比赛是检验每位选手编程技能和解决问题的能力的计算机测试。

 

在我们的社团里,我们做的主要事情是学习编程的算法。大多数算法只用于编程,里面的内容真的很抽象,很难理解。我们的社团老师教我们这些算法是如何工作的,并把它分成更小的部分进行细致讲解,而且在课堂上我们也通过在线练习熟悉各类算法。我知道在练习过程中出现问题是正常的。我们的老师教我编写如何解决问题的程序。如果我不参加这个社团,当我发现有问题的代码我可能会抓狂的砸电脑吧!(开玩笑的!)

 

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赛事开发、

监考加盟教师团队

 

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 程益民老师 

拥有多年一线教学经验与青少年科创赛事指导经验,同时负责课程内容与教具方案设计。擅长机械结构分析与三维建模设计,熟练使用C/Scratch进行编程教学开发和arduino等硬件课程开发。

 

从事竞技格斗机器人开发与相关赛事,设计建造人形外骨骼控制机器人获得专利,并担任比赛现场裁判。指导学生获得创客新星大赛一等奖、青创赛二等奖、宋庆龄少年儿童发明二等奖,上海市青少年人工智能创新大赛一等奖、上海创客新星大赛获得高中组一等奖等。

 

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  黄哲老师 

  • 信息学、编程、机器人竞赛队教练

中国电子学会机器人考级监考教师,入围上海国际 STEAM 课程开发大赛。熟悉Botball、Robotex、First、Vex、WRC 世界机器人大赛等国际大赛竞赛流程,定制参赛方案。擅长 SolidWorks、123Design等结构软件设计,精通 EV3、Arduino、Micro :bit创客类教育硬件;一直从事机器人/编程教学的研发和授课工作。

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孟垂汝老师 

中国电子学会青少年软件编程导师,NOI指导教师,擅长AutoCAD、SolidWorks、UG等结构设计软件;熟练运用乐高、mbot、VEX系列等多种STEAM教学器材和编程语言;一直从事机器人/编程教学的研发和授课工作。

 

如果火星学者计划可以激励更加多年轻一代接受科学教育,那么最终我们将获得数以千万计的科学家、工程师、发明家、研究人员和医生。期待我们这些年轻的一代将在现有领域不断创新,创造以无数种方式造福于世界回馈社会。

 

火星蜂巢实验室只是一个开端,未来上海诺美学校还将会继续丰富实验室以及课程内容,给学生提供更多有趣的STEAM学习活动以及更多的火星项目体验。

 

For English Version:

 

Mars Scholar Project (MSP) is co-founded by The Mars Society and Worldshaper Academ in China. MSP is an advanced interdisciplinary STEAM project, and aims for cultivating the young leaders for future innovative organizations. Currently, MSP  focuses on training teachers certified by the The Mars Society, organizing Mars Challenges Competitions and science camps, developing member schools to build up Mars Cell Labs.

 

Mars Cell Labs (MCL) is a science and innovative laboratory. MCL simulates the future laboratory of human beings on Mars, and uses a compact space to complete the tasks in the fields of science and engineering, including rocket launch and landing system, life support system, human exoskeleton robot, Mars Science Laboratory, Mars base design equipment, biology and gene experiment module, etc.

 

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For English Version:

 

Mars Scholar Project (MSP) is co-founded by The Mars Society and Worldshaper Academ in China. MSP is an advanced interdisciplinary STEAM project, and aims for cultivating the young leaders for future innovative organizations. Currently, MSP  focuses on training teachers certified by the The Mars Society, organizing Mars Challenges Competitions and science camps, developing member schools to build up Mars Cell Labs.

 

Mars Cell Labs (MCL) is a science and innovative laboratory. MCL simulates the future laboratory of human beings on Mars, and uses a compact space to complete the tasks in the fields of science and engineering, including rocket launch and landing system, life support system, human exoskeleton robot, Mars Science Laboratory, Mars base design equipment, biology and gene experiment module, etc.