淺談機器蟑螂實驗課程項目開發

葉影　金晶

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

活動簡介

機器蟑螂實驗課程是由浙江省科技館科學院（浙江省科協國際部、浙江省科技館聯合開展）自行策劃、設計、實施的進校園趣味科學實驗課程。目標受眾為6-8年級在校學生，將基礎的生物學、神經科學、電子工程等學科領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，最終引導學生獨立完成可通過手機藍牙操控的機器蟑螂。

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

活動主題與目標

課程主題主要圍繞制作智能化機器蟑螂展開，配合該主題擴展開發了好奇心與科學興趣實驗、昆蟲學實驗及蟑螂寵物認養、蟑螂麻醉和復蘇、跳舞的蟑螂腿神經元測試實驗、神經傳導測試實驗、人體神經反應測試實驗（控制他人實驗）、微創手術實驗、機器蟑螂手術8大子課程。內容涉及生物學、神經科學、電子工程、解剖學等學科領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。

機器蟑螂實驗課程的主要目標是通過一系列激發好奇心的實驗課程，讓學生體會在做中學的樂趣，逐步培養學生的科學興趣和探索精神，通過小組的團隊分工協作，蟑螂幼蟲的飼養觀察，蟑螂麻醉手術、PPT分享匯報等環節培養學生觀察、動手、表達、獨立思考等能力，提升學生查閱文獻、團隊協作、撰寫科學報告的能力。

活動實施流程

2014年科學院與杭州大成岳家灣實驗學校合作，主要面向初中段學生開設第1期實驗課程。機器蟑螂實驗課程以選修課的形式由學生自主選擇，共開設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間。每次課程圍繞制作智能化機器蟑螂主題分別讓學生體驗和學習不同內容的子課程，循序漸進，環環相扣，層層遞進，最終的目的是給蟑螂植入電極，實現順利控制蟑螂行動路線的目標。

第1步：認養蟑螂寵物

課堂上教師提供給每個小組固定數量的馬達加斯加寵物蟑螂幼蟲，學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構、生活習性。在對蟑螂有了初步了解后，學生們的另一個重要任務就是課后將這些蟑螂帶回家飼養，通過親身實踐對這種昆蟲有更加全面直觀的了解。

第2步：給橘子做微創手術實驗

為了鍛煉同學們的動手能力，項目組別出心裁地開設了一堂取橘核的微創手術實驗課，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，用最小最少的創口，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：人體神經反應測試實驗（控制他人實驗）

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

第4步：蟑螂麻醉和復蘇

麻醉蟑螂是項目組給學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？這些都需要學生自己探索思考，自己動手嘗試。

第5步：機器蟑螂精細手術

給蟑螂成功植入芯片是整個實驗課程的關鍵。實驗中，學生需要極其精細地操作，把芯片植入蟑螂體內代替原有的神經系統，使其變成一只“機器蟑螂”。一旦成功植入了芯片，我們就可以通過手機藍牙，發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，進而改變行動方向。實驗中的芯片和導線是可以反復回收使用的，實驗完成，學生可以將芯片卸下嘗試植入到其他生物體內。

第6步：結題報告會

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

活動經驗和改進方向

改變科學課，從離開教科書做起

開設機器蟑螂實驗課程，沒有教科書，沒有固定的實驗步驟，更沒有傳統的教師教授學生聽講。所有的科學教師都遵循“改變科學課，從離開教科書做起”的教學理念，身體力行告訴學生想要坐等答案是行不通的。課堂上倡導一種輕松、自由、互動的氛圍，有疑問需要學生通過動手嘗試、互相討論、查閱資料等方式自行解決，每節課開始教師都會拋出一個開放性的問題，需要學生帶回家思考，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

由于制作機器蟑螂需要通過麻醉、植入芯片等精細操作，手術存在一定的難度和不可控性，結果往往是難以預料的。并不是每一次實驗都能成功，稍有不慎，蟑螂就可能在飼養、麻醉或者手術的過程中不幸身亡。但是，實驗失敗也是一種結果，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生一種勇于探索、不畏失敗、重視過程的探索精神。

關于未來我們要做的還有很多

在未來，我們將根據學生的要求和興趣設計出更為人性化的實驗課程教案，把科學課堂搬到戶外，走進大自然，引入更多戶外考察拓展環節，讓學生更加直觀地觀察和接觸昆蟲。同時要設計出更多結合主題的生物、神經學、電子工程等交叉化實驗課程，更科學地編排實驗課程順序，加大學生分享實驗過程及結果的時間比例。進一步增加學生動手機會，充分調動學生好奇心，更好地鍛煉學生口頭表達能力、科研筆記能力和綜述能力。endprint