创新拔尖人才如何培养,既是“亦中”办学主旋律,也是“亦中”金招牌。学校在原有的国家课程、地方课程和校本课程的基础上,进行了系统化的课程整合,既包括学科间的横向整合,也包括学段间的垂直整合,在面向全面发展、个性发展基础上,铺设创新拔尖人才“跑道”,形成基础类、拓展类和研究类课程,构建了“三层三类”科技创新课程体系。
项目化学习(Project Based Learning,简称PBL)作为一种全新的创新学习方式,具有指向学生核心素养培养的重要优势,不仅是国际教育潮流的大趋势,也是国内基础教育发展的新动向。在项目化学习背景下,学生作为学习的主体,立足新的学习方式,才能顺势成长。以学生的现实诉求为基础,形成学生主体的教学方法,为不同学习背景、学习能力和学习状态的学生搭建项目化学习平台,实现指向适应未来社会核心素养的目标。
初二年级致远区积极响应学校号召,深入践行物理项目化学习,促进学生物理核心素养的培养,真正实现从生活走向物理,从物理走向社会。
项目概述
该项目化学习综合物理和技术学科知识与方法,学生通过综合应用杠杆、滑轮、轮轴、斜面、劈、螺旋等简单机械原理,知道电机、触动传感器、颜色传感器的作用及使用方法。学生尝试组装简单机械为复杂机械,理解掌握组合连接方式即一个机械的阻力成为第二个机械的动力。学生在项目化学习过程中还需要理解设计一个智能机器人的一般过程:需求分析(确定机器人设计任务)、设计机器人结构(齿轮传动、连杆传动等)、动手搭建模型、编程控制机器人。通过搭乘EV3乐高编程机器人平台,学生分组设计并制作智能快递分拣机器人,完成模拟场景下的不同颜色物块的分拣,通过制作PPT进行现场答辩和演示。
下面让我们跟随同学们的视角来开始这一项目化学习的过程吧!
游亚洲一号仓
4月21日,初二年级致远区的同学们前往京东北京亚洲一号物流园参观,在路上,同学们都在兴奋地讨论亚洲一号是什么样子的。
到达北京亚洲一号仓后,工作人员老师向同学们讲解京东亚洲一号仓,该仓在全国分设了北京、上海、沈阳、成都、武汉、西安以及东莞七大仓。
老师告诉同学们,整个亚洲一号物流园能够容纳上万人同时工作,但得益于人工智能技术的大幅度发展,整个园区内每天只有不超过500人在同时工作,而这也为疫情期间中国物流的维护起到了决定性的作用。而接下来,同学们就要真正见识到这所物流园里真正的“员工”了。
在这里,大家认识到了四个最重要的“工人”:地狼、天狼、堆垛机和交叉带分拣机。地狼负责搬运货架,将货架运送到指定堆垛机处,便于存储,别看地狼长得小小的、像一台扫地机器人,他的能耐可大着呢,最大负载量达一吨!
天狼则是一个巨大的系统,通过自动分拣,将货物送入货箱,经过一步人工分拣,即可送往分装区进行打包。
交叉带分拣机则是通过扫描包裹上的条形码进行自动分拣,在履带传输到准确的袋子时,包裹下的小车就会将包裹推下袋子,经过装配后进入货车,送往下一级分装点。
其中,地狼与交叉带分拣机是大多数同学研究创作的灵感来源。
老师又向同学们展示了京东物流仓中的数控系统,通过计算机控制能尽可能将错误缩小到最少,又通过第二层保障使错误能够及时被发现并作出最佳的解决方案。
最后,老师介绍了许多京东的创新举措,比如无人清洁能源快递车、光伏发电等,在保证质量与安全的前提下最大限度地为环境保护做出贡献,让同学们也不禁赞叹于中国发展的迅速。返校后,同学们都在热烈地讨论自己的设计与构思。
通过在京东亚洲一号物流仓的职业考察之旅,同学们对于物流行业有了一次深入的职业体验,师生们详细了解了全流程无人仓从入库、存储、包装、分拣全流程、全系统的智能化和无人化。近距离了解京东地狼货到人系统、天狼系统等京东智慧物流设备,感受到了我国在物流核心设备方面强大的自主创新力。为后续设计智能快递分拣机器人加入了新灵感和想法。
探究过程
京东亚洲一号仓参观结束后,同学们便开始对快递分拣机的设计与制作。首先,段新新老师向大家讲解了有关乐高EV3的各种零件(如大型电机、中型电机、颜色传感器、触碰传感器等)和它们的功能特点,以及EV3的程序设计(如程序语言结构等),让同学们对乐高EV3有了基本而全面的认识。
随后,同学们利用项目化学习任务书,通过由老师们精心设计的阶梯型任务,填写参观京东亚一仓的心得,并梳理了物理、技术的相关基础知识。
紧接着,同学们开始了小组讨论,设计分拣机的外观与功能,然后利用乐高EV3拼搭分拣机,并设计程序。
在完成的过程中,挑战纷至沓来,比如程序无法按照理想情况运行、分拣机的准确率不够高、零件不足、对乐高EV3不够了解等等。但同学们都保持着乐观积极的心态,反复试验、多次尝试,并与老师和小伙伴们不断交流学习,最终完成了对快递分拣机的设计。
在设计的基础上,大家制作了精美的PPT,准备最后的答辩环节。
现场答辩
5月12号下午,评委老师和致远区全体同学们齐聚模联教室,开展最终项目化答辩。7个小组,7种设计思路,7次精彩表现,精彩思维与智慧的火花在这里碰撞!
第一组:
蒋瀚霆 李浩天 张子牧 韩羽霆 周靖凯 陈锐藩
第一组的同学们不仅运用了传送带,还用到了小车结构。更令人惊叹的是,他们将蒸汽机将活塞的上下运动转化为船轴的旋转运动原理运用到小车的搭建中,将前人的智慧作为现代分拣技术设计的灵感,创新出能分拣快递的机械结构。
成果的结构和编程都很巧妙,赢得了所有人的肯定。当然还有一些可以改进的地方,因为摩擦力等原因,小车行进距离误差较大,导致成功率降低,希望小组成员们能据此进行改进。
第二组:
刘钧淦 郝一方 刘恩睿 简开宇 艾千资 曾郭傲 郑皓元
第二组的同学们凝聚力极强,分工明确。其涡轮结构是“地狗”机器人的亮点,他们根据涡轮具有提高发动机功率和扭矩的优点,改进“地狗”,使运作稳定。在现场答辩时,本组也放大优点,通过视频、现场演示向观众展示涡轮结构的优势,逻辑清晰,语言简洁。
现场展示成功率很高,不过也有需要改进的地方,希望小组成员可以继续改进。
第三组:
曹滢雷 周妙语 侯锐阳 程月涵 付思墨 张若宸
该小组幽默风趣,充满欢快与活力,缓解了紧张的气氛。他们的设计思路是通过快递小车,将货物运输到相应的框内,这样的设计思路具有挑战性,因为编写程序时要考虑到多种无法控制的因素,不过他们挑战自己,完成的也很不错。第三组的亮点是欢快的音乐,备受大家的好评。
答辩时,他们也分析到了引起误差的因素,所以也便于之后的调整与改进。
第四组:
杨道承 黄怿诚 岳亦铭 倪烁 赵俊淇 赵孜航 李宇轩 李焓
第四组同学们的表现十分精彩,讲解清晰易懂。他们有许多设计思路,并且都进行了试验,最终选出最优的一版,他们原本的设计思路和第一组有类似之处,用小车的前后运动击打货物进筐,但实施时,却发现误差大这一缺点,他们果断选择修改思路,改为放一个固定的宽板,将货物推进筐内,这样就解决了摩擦力的影响。
现场演示时,一个货物意外挂在传送带导致误入另一个颜色的框内,一位成员手动将货物放进正确的位置,并开玩笑道:“京东物流分拣时都有人工分拣区,所以我们人工操作一下也没有问题。”幽默风趣的话语引得全场阵阵掌声。
第五组:
赵北宁 刘雨芯 甄一淼 吴曜宇 徐浩真
第五组设计的机器人外形很可爱,酷似一只小狗。机器人有两版,第一版出现摩擦力导致转向误差大的问题,所以将结构进行调整,解决了这个问题。
现场演示时,机器人出现了“脱离轨道”的情况,需要进行改进。在评委老师提出机器人为什么会倒着走这一问题时,组员机智回答,说明若先转向再回原点会使误差更大,偏离更远。让人心服口服。
第六组:
步桐 张沥燃 康雨彤 许皓铭 冯婧童 屈墨萱 朱梓铭
第六组的设计有三版,第一版是小车结构,在车前安装一个长棍将货物打到左边或右边,但这样只能分拣两种颜色的货物而且摩擦力导致货物打飞的距离不一样,所以她们毅然决定完全推掉这种思路,换成货物从斜面上滚下,轮子左右移动的第二版,但车子总是歪着走,成功率仅为50%,经过老师的指导,他们将辘轳拆下,铺放了一个轨道,控制机器人走直线,第三版完美解决了这些问题。该组也有耳熟能详的旋律伴随机器人的移动,很有特色。
现场展示成功率为100%,赢得了大家的掌声。不过老师也提出了改进建议:每放一个货物不必再次回到原点,希望小组成员能进行改进。
第七组:
蔡哲同 刘文杰 刘芷麟 李沅俊
第七组的机器人完全自己设计,没有任何参考材料,并且还是第一个完成任务的组合,令人佩服。他们运用传送带,用机械臂快速把货物投进筐内,设计新颖,与其他小组截然不同,让人耳目一新。
在展示时,发现影响成功率的问题在于货物的摆放是否整齐,因为放货物的空隙较窄,有时货物会卡在出口,投不进去,希望小组成员能再次开动脑筋,解决这个问题。
在答辩的最后,各位评委老师们向各组同学们进行了表彰。
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学生感悟
| 本次项目化结束后,同学们现场聊了聊所学所感所思
跨学科项目化学习方式打破学科壁垒,创造真实情境,让学习与生活、社会互联,引导学生像科学家一样思考问题,像工程师一样创造工具,学生的能力和素养在跨学科项目化学习中得到了锻炼和培养。
学校将持续探索从教走向学的变革,围绕k12学习蓝图的“基本大盘”,推进跨学科项目化的学习的实验。学校持续改进策略,通过组织变革驱动、课程驱动、教学驱动,不断满足未来高品质教育需求,成为面向2035实现高水平教育现代化的现行学校,更好服务宜居宜业亦庄新城建设。
文字:刘雨芯 倪烁 康雨彤
视频:朱梓铭 康雨彤
编辑:杨镝霏
审核:张哲 张爽
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