葉影　金晶

機(jī)器蟑螂（Roboroach）實驗課程在杭州大成岳家灣實驗學(xué)校開設(shè)以來，相對于以往形式單一的科學(xué)課程，受到學(xué)校師生的一致好評與歡迎，也引起了媒體的廣泛關(guān)注與報道。在2015年舉行的第3屆科技場館科學(xué)教育項目展評中獲得二等獎。

活動簡介

機(jī)器蟑螂實驗課程是由浙江省科技館科學(xué)院（浙江省科協(xié)國際部、浙江省科技館聯(lián)合開展）自行策劃、設(shè)計、實施的進(jìn)校園趣味科學(xué)實驗課程。目標(biāo)受眾為6-8年級在校學(xué)生，將基礎(chǔ)的生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、電子工程等學(xué)科領(lǐng)域的基本知識和科研方式引入實驗中，改變枯燥的授課方式，最終引導(dǎo)學(xué)生獨立完成可通過手機(jī)藍(lán)牙操控的機(jī)器蟑螂。

該項目旨在激發(fā)學(xué)生的好奇心，改變填鴨式的傳統(tǒng)實驗教育方式，讓學(xué)生通過小組合作、動手實驗等方式培養(yǎng)學(xué)生的觀察動手能力、獨立思考能力、查閱撰寫能力，提升學(xué)生的科學(xué)探索精神。

活動主題與目標(biāo)

課程主題主要圍繞制作智能化機(jī)器蟑螂展開，配合該主題擴(kuò)展開發(fā)了好奇心與科學(xué)興趣實驗、昆蟲學(xué)實驗及蟑螂寵物認(rèn)養(yǎng)、蟑螂麻醉和復(fù)蘇、跳舞的蟑螂腿神經(jīng)元測試實驗、神經(jīng)傳導(dǎo)測試實驗、人體神經(jīng)反應(yīng)測試實驗（控制他人實驗）、微創(chuàng)手術(shù)實驗、機(jī)器蟑螂手術(shù)8大子課程。內(nèi)容涉及生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、電子工程、解剖學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的基本知識和科研方式，包含了豐富的課外知識，是初中課程的有力補充。

機(jī)器蟑螂實驗課程的主要目標(biāo)是通過一系列激發(fā)好奇心的實驗課程，讓學(xué)生體會在做中學(xué)的樂趣，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣和探索精神，通過小組的團(tuán)隊分工協(xié)作，蟑螂幼蟲的飼養(yǎng)觀察，蟑螂麻醉手術(shù)、PPT分享匯報等環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生觀察、動手、表達(dá)、獨立思考等能力，提升學(xué)生查閱文獻(xiàn)、團(tuán)隊協(xié)作、撰寫科學(xué)報告的能力。

活動實施流程

2014年科學(xué)院與杭州大成岳家灣實驗學(xué)校合作，主要面向初中段學(xué)生開設(shè)第1期實驗課程。機(jī)器蟑螂實驗課程以選修課的形式由學(xué)生自主選擇，共開設(shè)2個班，每班30人，每周1次，每次1小時，每3～5次課為一個主題授課區(qū)間。每次課程圍繞制作智能化機(jī)器蟑螂主題分別讓學(xué)生體驗和學(xué)習(xí)不同內(nèi)容的子課程，循序漸進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，最終的目的是給蟑螂植入電極，實現(xiàn)順利控制蟑螂行動路線的目標(biāo)。

第1步：認(rèn)養(yǎng)蟑螂寵物

課堂上教師提供給每個小組固定數(shù)量的馬達(dá)加斯加寵物蟑螂幼蟲，學(xué)生需要通過自行觀察、查閱資料、小組討論和教師答疑等方式辨別蟑螂性別，了解該種蟑螂的生理結(jié)構(gòu)、生活習(xí)性。在對蟑螂有了初步了解后，學(xué)生們的另一個重要任務(wù)就是課后將這些蟑螂帶回家飼養(yǎng)，通過親身實踐對這種昆蟲有更加全面直觀的了解。

第2步：給橘子做微創(chuàng)手術(shù)實驗

為了鍛煉同學(xué)們的動手能力，項目組別出心裁地開設(shè)了一堂取橘核的微創(chuàng)手術(shù)實驗課，給每個小組提供1個工具包、1個橘子，要求各小組獨立思考合理的取橘核的方法，然后分工合作，爭取在最短的時間內(nèi)，用最小最少的創(chuàng)口，從橘子里取出盡可能多的橘子核。每個小組在實驗中都充分開動大腦，花招百出。

第3步：人體神經(jīng)反應(yīng)測試實驗（控制他人實驗）

課堂上提供測試神經(jīng)的小儀器，同學(xué)們可以作為樣本親身體驗人體神經(jīng)信號測量實驗，包括人體神經(jīng)信號的采集、識別，同時能連接手機(jī)、iPad或電腦進(jìn)行波形分析等。該實驗吸引了學(xué)生們的積極參與，每一次握緊拳頭后的神經(jīng)變化都經(jīng)由儀器傳輸?shù)绞謾C(jī)程序上，呈現(xiàn)在同學(xué)面前，通過波形分析，同學(xué)還可以比較各自握力大小。

第4步：蟑螂麻醉和復(fù)蘇

麻醉蟑螂是項目組給學(xué)生拋出的又一個難題。蟑螂沒有皮膚，渾身都是硬硬的甲殼，究竟怎么麻醉？用什么麻醉才能成功？是用酒精把蟑螂灌醉，用冰水把蟑螂凍住還是用針筒加點麻藥，隨便戳個小洞？這些都需要學(xué)生自己探索思考，自己動手嘗試。

第5步：機(jī)器蟑螂精細(xì)手術(shù)

給蟑螂成功植入芯片是整個實驗課程的關(guān)鍵。實驗中，學(xué)生需要極其精細(xì)地操作，把芯片植入蟑螂體內(nèi)代替原有的神經(jīng)系統(tǒng)，使其變成一只“機(jī)器蟑螂”。一旦成功植入了芯片，我們就可以通過手機(jī)藍(lán)牙，發(fā)送不同頻率的脈沖電流，刺激蟑螂的兩根觸角，讓其誤以為行走的路線上存在障礙物，進(jìn)而改變行動方向。實驗中的芯片和導(dǎo)線是可以反復(fù)回收使用的，實驗完成，學(xué)生可以將芯片卸下嘗試植入到其他生物體內(nèi)。

第6步：結(jié)題報告會

實驗課程中學(xué)生需要組成研究小組，選擇感興趣的實驗及探索方向，進(jìn)行實驗，查閱資料，撰寫隨堂科學(xué)報告。完成機(jī)器蟑螂的制作后，學(xué)生要形成PPT向大家介紹自己的實驗過程、收獲體會等。整個結(jié)題報告從構(gòu)思到文字，全部由學(xué)生自己完成，通過分享交流也提高了學(xué)生的口頭表達(dá)能力、文字撰寫能力。

活動經(jīng)驗和改進(jìn)方向

改變科學(xué)課，從離開教科書做起

開設(shè)機(jī)器蟑螂實驗課程，沒有教科書，沒有固定的實驗步驟，更沒有傳統(tǒng)的教師教授學(xué)生聽講。所有的科學(xué)教師都遵循“改變科學(xué)課，從離開教科書做起”的教學(xué)理念，身體力行告訴學(xué)生想要坐等答案是行不通的。課堂上倡導(dǎo)一種輕松、自由、互動的氛圍，有疑問需要學(xué)生通過動手嘗試、互相討論、查閱資料等方式自行解決，每節(jié)課開始教師都會拋出一個開放性的問題，需要學(xué)生帶回家思考，并在下一堂課中通過演示給出答案。

并不是每一次實驗都能成功，過程同樣重要

由于制作機(jī)器蟑螂需要通過麻醉、植入芯片等精細(xì)操作，手術(shù)存在一定的難度和不可控性，結(jié)果往往是難以預(yù)料的。并不是每一次實驗都能成功，稍有不慎，蟑螂就可能在飼養(yǎng)、麻醉或者手術(shù)的過程中不幸身亡。但是，實驗失敗也是一種結(jié)果，教師并不會給孩子們提供第2只蟑螂。實驗成功固然好，但最重要的是傳遞給學(xué)生一種勇于探索、不畏失敗、重視過程的探索精神。

關(guān)于未來我們要做的還有很多

在未來，我們將根據(jù)學(xué)生的要求和興趣設(shè)計出更為人性化的實驗課程教案，把科學(xué)課堂搬到戶外，走進(jìn)大自然，引入更多戶外考察拓展環(huán)節(jié)，讓學(xué)生更加直觀地觀察和接觸昆蟲。同時要設(shè)計出更多結(jié)合主題的生物、神經(jīng)學(xué)、電子工程等交叉化實驗課程，更科學(xué)地編排實驗課程順序，加大學(xué)生分享實驗過程及結(jié)果的時間比例。進(jìn)一步增加學(xué)生動手機(jī)會，充分調(diào)動學(xué)生好奇心，更好地鍛煉學(xué)生口頭表達(dá)能力、科研筆記能力和綜述能力。endprint