新斯坦福大学本科课程鼓励科学创造力

塑料35毫米电影罐固定在临时加农炮的前面,然后射过斯坦福大学的一个篮球场,引起史蒂文·布洛克(SW Ascherman Chair of Sciences)和应用物理学和生物学教授的兴奋。

这门大炮以及不同设计和成功率的其他作品,是“ 创新过程”科学竞赛的一部分,这是一个在今年秋天首次提供的应用物理学和生物学交叉列出的课程。发射器被称为Piezo Poppers,因为压电装置点燃了Poppers中的酒精燃料(在燃气灶和烤架上也是常见的)。在设计好大炮的结构后,又多次优化了炮筒的形状,发射角度和选择的燃料数量,学生们参加比赛,看看哪个炮筒可以飞得最远。

有几个poppers根本没有弹出,但是这是一个教练预期的体验。布洛克说:“有时科学的进步是创造性失败的过程。这是支持班级最终目标的重要课程 – 教导学生如何像科学家一样思考。

“在这个课程中,我们真正要传达的并不是具体的信息 – 任何人都可以获得科学家多年来所了解的具体信息,而是通过科学工具来处理问题的方式,并尽可能地得出明确的答案。“ 生物系主任Frank Lee和Carol Hall生物学教授Tim Stearns说。他与Block共同开发和教授这门课程。

这门课对所有斯坦福大学的学生开放,没有任何先决条件,尽管它的设计考虑到了大一新生的科学专业。它是生物系里新的“On Ramp”课程的三部分之一,旨在“让学生积极参与现代生物学的兴奋,培养学生所需的批判性思维,分析,阅读和沟通技巧”。也是唯一提供给本科生的物理课程之一。

创造性科学
Stearns表示,Block和Stearns希望让学生们能够自由地思考科学究竟能做什么。支持这一使命,三项主要任务是开放式和跨学科的,培养计算机编码,工程,化学,物理,统计学和批判性思维方面的技能。在讲座中,教师在涵盖了科学的工具和方法论之后,提供了科学创造力的历史性例子,并要求学生集体讨论自己的假设性实验。


学生保罗·卡尔德龙(Paul Calderon)将课程描述为创造力与科学方法的混合体。(图片来源:Taylor Kubota)

“我们会想出一个想法来测试Stearns教授给我们的假设,但是他会提到一些后果,或者样本人群可能不会那么敏感,并且会有很多偏见。”Margot Bellon说。在秋天上课的学生。“我了解到,在实验过程中有很多可能出错的地方。但是有很多的回报。“

这个班的第二个主要任务叫做“测量某些东西”。在这个任务中,学生们得到了一个定制的构建工具包,里面包含一个小型的Arduino微控制器,一个布线面包板和一套20个不同的Arduino兼容电子传感器。这些传感器包括声音,光线,磁力,气压,温度,心率和湿度。有了这个学生需要保留的工具包,他们必须进行一个测量某个东西的实验,来回答他们感兴趣的一些问题。他们设计了自己的实验,收集了自己的数据,并以科学家的身份分析了结果,不仅要报告他们的发现,还要估计统计显着性的水平。

灵感来自研究表明,更快的fidget spinners更有效的人谁使用它们作为聚焦设备,Bellon测量不同数量的球轴承旋转器的旋转速度。为了测量这些速率,她在每个旋转器的一个边缘上放了一块磁铁,在其他边缘上用腻子平衡掉,并且每当磁铁通过传感器时,就连接她的Arduino。她发现带有更多轴承的纺纱机旋转得更快。

其他学生还创建了基于Arduino的心率监测器,气象站,激光绊网,热饮温度计,宿舍噪声计,太阳眼镜测试仪,班通勤计时器,园林土壤湿度探测器等等。他们的项目只限于他们的创造性和他们的工具中的多功能部分。

学生保罗·卡尔德隆(Paul Calderon)说,“这门课程提供了基础知识,但并不是这样做的,”他建立了他的Arduino来全天测量宿舍的声音。“是这样做,做那个,”但同时想想你在做什么,也许做一些完全随机的事情。这实际上是混合创造力和科学方法的过程。“

对于他们最后的项目,每个学生写了一个模拟赠款建议。他们必须制定一个适当的问题,设计一个控制良好的实验,并解释如何从错误中恢复过来,分析和发现数据中的含义并传达他们的发现。该文件还必须包括设备清单和预算。Block和Stearns希望这个项目能鼓励有想象力的想法,而不受实际上要进行实验的实际情况的限制。

成为问题解决者
凭借其建立的方程和过程的声誉,人们并不总是认为创造力对于科学至关重要。最重要的是Block和Stearns希望学生们探索和拥抱的这种关系。许多学生承认,他们不知道这个新班级会有什么样的想法,但他们四分之一的实验,失败,成功和独创性似乎达到了目的。

在上个季度上课的普雷斯顿•卡尔森(Preston Carlson)说:“在科学方面,创造力首先要解决问题,而解决这个问题的方法非常重要。“而创造力对于找到更多的解决方案是非常重要的,因为很多时候,你尝试的第一个解决方案是不行的。”

这个班的大部分成员将进入科学专业和职业。但是Block和Stearns相信他们在这门课中教授的课程可以适用于任何人。无论是在班上还是其他地方,他们都希望斯坦福大学的每个本科生都有机会学习如何在他们所关心的问题的背景下进行科学的思考。

“科学是激发想象力的工具。它可以让你用人类已经产生的最好的知识前进,并且迈向人们从未去过的新的方向。“布洛克说。“美国的下一代领导人特别需要知道如何以逻辑的,科学的方式进行思考,因为这将推动21世纪。”

Block is also a member of Stanford Bio-X. Stearns is also a member of Stanford Bio-X, the Stanford Cancer Center and Stanford ChEM-H.

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