邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[追踪]青少年高校科学营特色活动——清华大学分营:科学训练营

青少年高校科学营特色活动

2019-02/总第275期

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2018年青少年高校科学营清华大学分营的主题是“玩转科学”,分营为营员们量身打造了一系列生动、前沿、有趣的活动。清华大师讲座为营员们提供了开阔国际视野、聆听前沿成果、感受大师风范的宝贵机会;感受创客中心与兴趣团队,营员们看到了一个个创新的点子是如何落地成企业甚至产业的,也了解了学长们是如何将科研和兴趣完美结合在一起的;参观艺术博物馆与清华校史馆,营员体验了身临其境的艺术审美之旅,也更为深刻地体会到清华精神与清华风貌;科学训练营与实验室科研探究激发了营员对科学的兴趣,帮助其掌握科学实验基础知识,让营员们在玩中学,玩转科学!

科学训练营是清华科学营精心准备的一系列原创课程,涉及人工智能、电子电路、土木结构和日用化学品4方面。在科技辅导员的带领下,营员们在轻松愉快的氛围中体验到了原汁原味的清华课堂。

人工智能漫谈课程

人工智能漫谈课程针对当前人工智能研究热点,为营员们设计了走进人工智能的启发式课程。针对人工智能中需要大学知识的备课难点,备课组选取了其中最典型的人工神经网络,深入浅出地准备了人工神经网络原理的讲解,并寻找了开源的神经网络调试网页,为营员们了解神经网络提供了具体实例。

在课程当中,辅导员首先从人工智能的起源出发,以科幻小说及科幻电影片段为切入点,为营员们讲解了人们对人工智能的憧憬与想象。之后讲述了人工智能的三大学派,即符号主义、连接主义和行为主义,对人工智能进行了科学系统的描述。结合人工智能的“三起三落”,辅导员又讲述了人工智能的发展历史,使营员们明白任何技术的演变都是曲折的。最后,辅导员通过实例向营员们讲解了人工智能在金融、医疗、安防、交通、游戏等各行业的广泛应用,让营员们对人工智能的作用有了进一步了解。

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在人工神经网络的原理部分,辅导员先讲解了神经网络是什么,在网络的调节过程中可以尝试改变哪些参数。而这些参数会产生怎样的影响,则通过营员们实际调试神经网络探索。在全班都调试完成后,辅导员又引导大家对比分析各个参数对调试的结果会造成怎样的影响,最后总结网络参数对调试结果的影响,全员合力得到一份较好的调试结果。

体验部分,辅导员准备了画猫和作诗2个活动,分别对应对抗生成网络和自然语言处理2个研究热点。在画猫活动中,营员上台简笔画猫,然后使用生成对抗网络生成猫的画,其中一位同学画出的猫像真的一样,引起了众多营员的惊叹与赞美。作诗环节使用了清华大学开发的九歌自动作诗系统,为参与的营员作了姓名藏头诗。

课程最后,通过引用科技界名人的话语,营员们对人工智能的未来进行了憧憬与反思,关于人工智能的伦理问题甚至引发了部分营员的对辩,启发大家对人工智能的未来作进一步思考。

神奇“加法器”课程

神奇“加法器”课程以电学实验为导引,传授电子电路加法器的知识,通过动手搭建电子电路,锻炼营员们的动手能力;通过介绍我国计算机发展历史及我国芯片行业发展现状,激发营员们投身科技创新活动的热情,树立爱国敬业的思想,从而体现完整的“三位一体”教学体系。

从电学实验本身来说,这是一个较基础但也比较复杂的科技活动。在搭建电路之前,组织营员用人体模拟1位加法器和2位加法器,营员们通过实际操作与思考基本明白了加法器的原理,这对电路搭建的顺利开展提供了有力支持。此外,考虑到电路比较复杂的特点,辅导员在备课时还特意将搭建好的电路及电路原理图放在幻灯片里,利于营员们对比学习,快速搭建电路。

最后,辅导员还向营员们展示了事先搭建好的一个复杂电路——数码管,营员们在惊呼的同时也埋下了兴趣的种子。

奇迹桥课程

为了充分准备此次奇迹桥课程,备课组在科学营开始前进行了细致的准备:查阅资料,编写课程实施方案,制作幻灯片,介绍有关结构力学、不同桥梁结构构造的知识,总结国内外知名桥梁设计等造桥理论,启发课程活动中营员们动手创造。

活动开始后,辅导员先介绍有关桥梁的基本知识,包括常见桥梁的种类、结构及其结构力学知识。考虑到一些结构力学知识,如应力、应变,属于大学物理范畴,备课组根据营员们现有的高中物理力学基础,用引导性语言解释其中的力学原理,并由此提出一些问题,启发营员思考。辅导员讲授完毕后开始介绍“造桥”比赛的规则与评分准则,营员们则准备开始比赛。

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比赛过程中,营员们积极发散思维,充分利用手中的材料,有的小组做了简易的梁桥,有的小组尝试了“高大上”的悬索桥,还有的小组向斜拉桥发起了挑战。

比赛结束后,辅导员按照评分细则,客观公平地对各个小组所造的桥梁进行性能测试。让辅导员们吃惊的是,大部分小组的奇迹桥都可以承载较大重量的物品,甚至有的桥梁承载能力大于事先准备的所有砝码质量总和,于是营员们开始往桥上放置自己的手机、书包等物品。挑战极限,不为成绩,只为心中的那份追求,这种精神深深打动了在场的所有营员。

简易护手霜的制作课程

简易护手霜的制作课程从生活中选题,从常见的护手霜出发,为营员们介绍了分散系、两亲分子、乳浊液、乳化剂等化学知识。营员们还亲手制作了护手霜,体验了动手的乐趣,在动手过程中学到了新知识。

课程所讲授的知识与高中课本相贴近,但又高于高中化学所学知识,课程循序渐进,引导营员们学习化学知识。在动手环节,营员们不仅积极参与护手霜的制作,还对课程设置的拓展探究任务进行了积极的思考,亲自动手验证了杏仁油与甘油对护手霜黏度和透明度的影响。此外,营员们积极回答课程中的问题,判断乳浊液的类型,并和HLB理论计算的结果相互验证。在课程实验环节结束后,还有营员利用自带的饮料制作出不同颜色和气味的护手霜。

最后,辅导员还向营员们介绍了一般化妆品中的化学品,以及不同化学品的作用,可谓是从生活中来,又回到生活中去,完成了一堂生动活泼的化学课。

“在清华,我们接触到了有关人工智能、护手霜的化学成分、建桥的物理知识、电子电路的课程,还听了有关材料基因等的讲座,这些大师级的讲学完全有别于平常在学校里课堂教学的内容。清华的老师们精心设计、认真备课,生动有趣的课堂氛围,既为我们传输了知识,又分享了经验。衷心感谢老师在我实践科技梦的道路上猛推一把。我们还参观了清华的创客空间i-Center和中国科技馆,我对祖国一日千里的科技发展深感佩服和自豪。相信在不久的将来,我们这群追逐科技梦的青少年也将可以为之作出贡献,让科技更上一层楼。”——香港圣保禄学校 刘悦翘

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