谁是未来的生物机械工程师?看小学生玩转“仿生手臂”

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楼主 2020-11-22 11:06:49
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《自然》杂志指出,每个孩子天生都是科学家,只要从小就给他们合适的科学教育。为了培养21世纪的科学家,我们的教育需要培养孩子“创造性的问题解决能力”(creative problem solving)、“批判性思维”(critical thinking)和“合作”(collaboration)等“软技能”(soft skills)。



上周日,创未来创客中心开展了STEAM学期课试听课程——超能仿生机械臂。50多名同学走进科技宫,共同开启了一段神奇的机械创新之旅。与此同时,大家还开启了一场精彩绝伦的小组PK赛——使用自制机械臂举起承重水杯。


大部分同学都顺利实现了机械臂的抓起和放松功能,更有小组成功挑战了装有600ML水的塑料水杯。那么,你知道他们都利用了哪些材料吗?




答案是瓦楞纸壳、吸管和毛线。这个神奇的机械臂到底是怎样制成的呢?


STEP1 肖像设计,团队建设

设计制作机械手臂是一个复杂过程,需要小工程师通力合作才能完成。



在每一次的课程开场,创未来都会设计一个有趣的团建小游戏,它能帮助同学们迅速打成一片,为接下来的小组合作创造良好开端。


课程导师石头老师让同学们在ID卡上画出能表现自己特征的肖像画,并写出自己的兴趣爱好。然后同学们随机抽取ID卡,介绍ID卡上这位同学的特征与爱好。




在介绍中,同学们得知,姜芃宇、谢赵泽天的爱好是scratch编程,单一凌、孙睿等数十位同学都十分爱好读书,还有王靖童更是用一个历史典故介绍了自己的名字。


在互动过程中同学们迅速达成一片,并选出了小组长,气氛活跃,团队凝聚力大大增强。


STEP2 确定需求,寻找突破

在设计新产品之前,工程师必须先确定要满足什么需求或解决什么问题。



本次课程则从研究人手的结构和功能开始。石头老师让同学们尝试用5秒时间举起手—5秒握成拳头—1秒快速张开。然后问同学们“你的大脑、胳膊和手是如何配合完成这些动作的?”


同学们纷纷抢答:大脑信号、神经、骨骼肌肉等。


石头老师又问,“机械手模仿人手,它应该具有的基本功能是什么?”



通过一步步的引导,同学们将知识点串联起来,学会用工程设计思维解决问题。


STEP3 观点聚焦,方案设计

工程师在设计新产品时,通常采取团队合作的方式。



设计团队经常举行讨论会,每个成员都能提出自己的想法。在这个集思广益的过程中,每一个人的想法都有可能激发其他人的创造灵感。


各个职业的机械臂功能与外形各不相同。酷炫的钢铁侠和蜘蛛侠,日常生活常见的职业理发师和厨师,同学们要从中任选一种角色,小组成员共同讨论,为其设计仿生手臂。



钢铁侠小组认为他们的机械臂要有攀爬功能,并且结实牢固;

蜘蛛侠小组认为他们的机械臂能够吐丝;

理发师小组认为他们的机械臂有剪刀、卷发棒等工具;

厨师小组则认为他们的机械臂要隔热、防锈。


STEP4 模型制作与挑战

老师为同学们准备了不同的材料盒,每个盒子里的材料都对应着大家所设计的职业手臂特色。



小组成员你穿绳我粘贴,不会系绳怎么办?快向其他同学求助。完成机械臂的抓握等基本功能后,小组成员还一起装饰机械臂,完成它的职业功能。


原型往往并不完美,因此需要测试。在完成测试后,设计团队会分析测试结果,确定疑难问题,然后设法解决设计中的不足。

创未来◎创造季

创未来◎创造季


制作完成后,导师设置了挑战环节。同学们利用自己制作的机械手臂依次尝试抓起空纸杯、装有水的纸杯和装有水的塑料杯。这个过程中同学们发现自己制作的机械手臂手指太短、“肌肉”长度不均衡,“骨骼”稳定性不够等问题。


同学们在动手中自己寻找不足,学会应用科学实验过程,从经验到规律,层层进阶。



石头老师有话说:

对于大部分从事STEAM工作的成年人来说,工程设计的过程是更多偏向枯燥和乏味的,因为要不断的面临失败和挫折,一个标点没填好,就会导致辛苦编写的程序直接崩溃;一个零件没修好,就致使花费大量成本研发出的作品付诸一炬。因此,任何一个与工程设计相关的活动,都需要你有一个强大的心理素质,来面对一次又一次的失败和从头再来。


在进行STEAM课程设计时,通常会涉及大量职业知识的聚焦,并不只是让学生们知道世界上有这样一种职业,更是希望他们从小就能够对每种职业背后所积累的知识和必须要走过的曲折有一定认知。不管他们将来走上哪条路,我都希望他们能够具备工程素养,能够从更加理性和科学的角度去看待每一件事,胜不骄败不馁,不会轻易被一次小失败打击到。


但令我们惊喜的是,在“机械手臂”的课程中,我很少看到因为一次“抓不起水杯”就丧失希望,轻言放弃的组员。更多的孩子会在彼此的互帮互助下,从一次次的试错中,不断去发掘作品的弱点和不足,并持之以恒地去进行完善和优化。他们会用“下次一定要成功”的想法取代“这次挑战又不成功”的沮丧心情,把更多的注意力关注在创造本身,这些都值得我们这些“大人”去认真学习。同时,也希望每一个孩子都能把每一次的“挑战失利”都当做成长阶梯,让重整旗鼓代替伤心沮丧,从生活中不断地“抓取”到每一个小确幸。


【探谷STEAM学期课本周就开课啦!!!!】


探谷STEAM,是在培生STEM项目的基础上,参照中小学科学课程标准,通过对科学、技术、工程、艺术和数学五个学科进行融合打造而成的课程体系。让孩子打开世界探索的大门,用最简单易得的材料激发创造精神和工程意识。


未来创想家(初级班)

8:30-10:00;13:30-15:00 适合1-4年级 16期课

1、微观昆虫王国:通过实践学习和探究来了解了解动物的适应性特征和身体构造,测试并制作仿真电子昆虫及生态捕虫器。

2、桥梁数学家:掌握桥梁设计的工程学和力学知识,提高问题解决能力、方案检测能力,及设计研究和评估的科学素养。

3、科学小径:以道路和小径设计为切入点,探究地球上的不同材料和性质,并设计制作科学环保道路场景。


X空间4.0计划(进阶班)

10:30-12:00;15:30-17:00 适合3-6年级 16期课

1、飞鸟工程师:探究和观察鸟类生活习性和身体特征,结合推理解题数学运算、捕食化学实验、鸟类假体技术的观察学习,完成机械鸟、喂鸟器原型设计制作。

2、寻密小行星:学习太空知识,进行航天器原理探究,并结合数学运算、化学实验、物理现象的观察学习,完成航天器、空间探测车原型设计制作。

3、Ocean X:学习海洋知识,以海洋保护和资源利用为切入点,进行海洋实验探究,并结合数学运算、化学实验、物理现象的观察学习,完成“Ocean X”原型设计。


《探谷STEAM学期课报名须知》


【课程时间】:每周日(四个时间段选其一),法定节假日除外

【课程费用】:单个项目收费960元,三项目合报为2580元,老学员立减200元。/含课堂材料包、主题学习手册、任务卡、成就勋章等

【招生人数】:每班不超过15人,每5名学生配备一名助教

课程地点:创未来青少年创客中心(东海西路6号青岛市妇女儿童活动中心)

报名方式:

1、现场报名

2、关注公众号回复“创想家/空间计划+学生姓名+联系电话

3、添加微信号:13181628007,预约试听课。


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