一枚小齒輪在大齒輪的內(nèi)側(cè)咬合、滾動。紙面上，筆尖隨著齒輪的軌跡緩緩游走。“哇！畫出來了！”通用技術(shù)教室里，高一（21）班的同學(xué)們正圍聚在桌前，看著草稿紙上那朵規(guī)整的“四葉草”興奮不已。
【資料圖】
站在他們身旁的，是清華大學(xué)的高云峰教授，也是曾深度參與我國神舟十號“太空授課”方案論證的幕后專家。
4月9日上午，金陵中學(xué)江心洲校區(qū)迎來了一堂特別的跨學(xué)科公開課——《尋找四葉草》。清華大學(xué)航天航空學(xué)院高云峰教授親口授課，帶領(lǐng)同學(xué)們開啟跨學(xué)科的探索之旅。
一節(jié)特別的科學(xué)課， 制作一個物理裝置畫出“四葉草”
從斐波那契數(shù)列引入，高教授拋出了一個有趣的自然現(xiàn)象：植物葉片的生長往往遵循0.618的黃金分割比，因此我們在自然界中極容易見到三葉草，卻難見到四葉草。
“自然界里罕見，但我們可以自己造。”高教授話鋒一轉(zhuǎn)，拋出了今天的任務(wù)：利用提供的4個大小不一的齒輪和電鉆，嘗試設(shè)計一個簡單的物理裝置，畫出數(shù)學(xué)方程式（r=a cos 2θ）里描繪的“四葉玫瑰線”。
這絕不是一道在草稿紙上演算的常規(guī)數(shù)學(xué)題。學(xué)生們需要討論采用哪幾個小齒輪，在大齒輪上做記號，并用電鉆打孔，看哪組能用最少的試探次數(shù)，畫出理想的四葉玫瑰線。
面對真實的挑戰(zhàn)，最初，有的同學(xué)顯得十分謹(jǐn)慎。在課堂上，高教授特別注意到有一組學(xué)生極其聰明，一直在紙上進行復(fù)雜的理論計算，但因為缺乏動手實踐的環(huán)節(jié)，最終沒能在課內(nèi)成功畫出圖形。
“算不下去了怎么辦？在實踐中稍微調(diào)整一下可能就解決了。”高教授補充道，“科學(xué)的發(fā)展本就包含理論分析與實際操作，兩者相互啟發(fā)，才能事半功倍。”
“當(dāng)親手完成作品時，我們獲得了巨大的成就感”
作為班里第一個成功畫出“四葉草”的團隊成員，張譽騰難掩興奮。當(dāng)被問及這節(jié)課與平時課堂最大的不同時，他表示，“這節(jié)課最大的不同，是不以單純學(xué)習(xí)知識為目的，而是培養(yǎng)我們解決實際問題的能力。這堂課把數(shù)學(xué)、物理、語文和通用技術(shù)等不同學(xué)科高度融合在一起，這在平時很難體會到。”
同班女生騫子悅則對團隊合作與動手實踐感觸頗深：“大家各有所長，思維碰撞在一起，就會產(chǎn)生新奇的想法。在這個過程中，我們不僅訓(xùn)練了通用技術(shù)課上的動手能力，比如需要自己打孔；還運用到了物理中‘圓周運動’的知識，真正把課上學(xué)到的知識活學(xué)活用，去解決實際問題。在親手完成這件作品時，我們獲得了巨大的成就感。”
當(dāng)同學(xué)們圍在一起激烈討論、為一個小齒輪的軌跡絞盡腦汁時，教育變革的齒輪也在緩緩移動。
給一線教師做示范，把自己對課標(biāo)的理解傳達(dá)給學(xué)生
這既是一堂科學(xué)課，也是一堂思政課。高云峰教授將這堂《尋找四葉草》的課程定義為一個“新的時代寓言”：“我們不是讓一群人去搶同一個東西——你找到了，別人就沒有了；而是我們要去共同創(chuàng)造，我們的格局就高了。”“尋找四葉草的過程，其實就是創(chuàng)造幸福的過程。邁向成功的道路注定充滿挫折，但只要你不懈努力，最終一定會迎來屬于你的成功。”
據(jù)了解，高云峰教授長期從事航天航空方面的教學(xué)和研究，在衛(wèi)星軌道與姿態(tài)控制方面成果豐碩，他還特別熱心于中小學(xué)科學(xué)教育，參與了國家義務(wù)教育《科學(xué)》和高中《通用技術(shù)》課程標(biāo)準(zhǔn)的制定，累計培訓(xùn)教師超過百萬人次。他寫的《創(chuàng)造力培養(yǎng)》入選“中國好書”，《異想天開的科學(xué)游戲》被教育部推薦為全國青少年科普閱讀書目。他的學(xué)生覆蓋大中小學(xué)幼兒園以及航天員。
作為一名大學(xué)教授，高教授為什么樂于走到一線給中小學(xué)生上課呢？高云峰教授表示：“我參與了國家義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的制定，也參與了高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)的制定。我深知，課標(biāo)制定之后，教材按照課標(biāo)寫，會稍微損失一點點信息。然后，老師拿著課本上課，又會損失一些信息。我想，有機會的話，我就直接深入到大中小幼兒園，直接給他們上課，把自己對科學(xué)和技術(shù)工程的一些理解，直接傳達(dá)給學(xué)生，同時也為一線教師做一些示范。比如，如何考慮把不同學(xué)科融在一起，變成一節(jié)自然的探究課，如何讓學(xué)生在這堂課里既收獲知識，同時又得到心智和思想上的啟發(fā)。”
實習(xí)生 黃越 揚子晚報/紫牛新聞記者 王穎
視頻 王穎 薛超
校對 陶善工
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