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10月3日下午5点30分,最新揭晓的2016诺贝尔生理学或医学奖授予了日本分子细胞生物学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)教授,以表彰他在细胞自噬机制研究中取得的成就。大隅良典也成为继去年获得该奖项的大村智之后第4位获得该奖项的日本人。
迄今为止,日本已经有4人获得诺贝尔生理学或医学奖,分别是利根川进(1987年),山中伸弥(2012年),大村智(2015年)和今年的大隅良典。大隅也成为第22个获得自然科学领域诺贝尔奖的日本人(包括两位获得美国国籍的日本人)。这一数字超过了英国、德国和俄罗斯,日本成为仅次于美国的诺贝尔奖大国。
日本人为何能频频获得诺贝尔奖?今天,”第一教育“推送一篇关于日本学校开展自由研究的文章,或许是窥探这一问题的一个视角。
本文作者系北京教育科学研究院国际教育信息中心李冬梅,本文原载于《上海教育-环球教育时讯》2016年9月刊,更多内容,请参见杂志。
在日本,有很多孩子从小学到初中,八九年都研究同一个主题,甚至还有将基于兴趣的自由研究一直持续到大学阶段,并最终从事与自己研究过的主题密切相关的职业的人。这些人中有不少因为对于自由研究的执著和毅力,而获得东京大学等名牌学校的青睐。
知识如果是自己亲自研究得来的,一定会比老师课堂上教的或是书上写的来得印象深刻。如果孩子从小开始每年都认真地亲身投入自由研究,那么除了可以学到很多知识、了解做学问的方法以外,更能形成独自思考的能力和归纳整合的技巧。也许正是日本人从小就开始自由研究的缘故,他们喜欢探究事情的根源,总是会尝试从不同的角度分析,发散新的创意,个个喜欢钻研、做事认真。日本能成为科技创新大国,并且涌现了许多诺贝尔奖获得者,或许其中也有自由研究的一份贡献。
当今时代,伴随全球化与知识本位社会的发展,培养学生的交流能力、问题解决能力、逻辑思考能力以及创造力是全球教育的共同目标。而学生在可支配的自由时间较多的暑假里,根据自身兴趣爱好确定研究主题,进行彻底调查、观察、研究、分析、整理、发表的自由研究,成为培养学生未来社会生存能力中备受期待瞩目的关键一环。
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自由研究的政策起源
日本的自由研究最早可以追溯到20 世纪20 年代,当时日本想跳出“填鸭式”的教育,希望加强儿童思考能力,于是开始有了自由研究的风气。
1920 年~1930 年,日本开展大正自由教育运动,倡导废除过去以教师讲授为核心的“填鸭式”教学模式,开始关注儿童的兴趣爱好与亲身体验,并开展相关的学习活动。这一潮流可谓日本自由研究的起源。1947 年,日本文部科学省制定了《学习指导要领(试行案)》,首次要求学校设置“自由研究”学科,目的在于推进基于儿童个性的探究活动。
“在学校教育课程的某一时间段,拓展儿童的自主研究与实践活动、深化儿童学习”,面向小学四至六年级学生开设属于选修课范畴的“自由研究”,每周学时为2~4 小时。
然而,作为学科的自由研究犹如昙花一现。从1951 年开始,日本政府决定逐步取消这一学科。然而,自由研究却以另一种形式得以延续,即在学科以外的学校活动,例如社团活动、儿童会、年级会、学校图书馆中开展儿童的自主研究、自由实践。
伴随时间的流逝,这种活动逐渐演变为如今风靡日本中小学的“综合学习时间”,2003 年日本修订《学习指导要领》并确定这一课程。在这门课程中,学生们自主发现课题,自主思考、学习并做出判断,培养解决问题的思维习惯和能力。而在可支配的自由时间较多的暑假里,学生可根据自身兴趣爱好确定研究主题,进行自由研究。
不同的是,“综合学习时间”主要由教师指导,多以小组形式开展;而暑期的“自由研究”虽有家长支援,但基本上都需要学生独自完成。也因此,自由研究有一定的难度,但却是提升个人能力的绝佳机会。学生可根据各自的兴趣、能力,确定研究主题并开展行动。即便是不太擅长学科学习的学生,也能找到自己感兴趣或关心的主题。
因为是自己喜欢的,因此能够积极学习、独自调查和研究,并加以整理报告,从中获得的成就感又能延伸到其他的学习当中。并且,在研究过程中遇到困难但没有退缩,而是勇敢坚持的经历,对于儿童来说,也是提升自信的一大机会。
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自由研究的类型领域
自由研究可谓全部自由,学生们可以选择各式各样的题目,但也有大体的领域,而且具备相关的规则和流程。自由研究的领域多聚焦于科学、数学等学科,强调的是社区实践、真实环境的体验探究。自由研究的类型基本上可分为科学实验型、社会调查型、环境观测型、美工劳作型。
例如,科学实验型的研究有“香蕉也会被晒伤”,就是把香蕉用铝箔纸包起来,涂上防晒霜后观察香蕉被日晒后的黑点。社会调查型的研究有“调查自动贩卖机”,归纳出近年来自动贩卖机的省电功能,以及附加社会贡献功能,如地震发生时,自动贩卖机会打出“跑马灯”警示;发生公共灾害时,可以设定贩卖机里的饮料或饼干让灾民免费取用。环境观测型的研究有“扬羽蝶的秘密”,将扬羽蝶虫蛹如何羽化成蝶的过程与时间进行详细的观测记录。而美工劳作型的自由研究则为工艺制作,例如制作水车、简易的雨伞搁置架、陶艺厨具等。
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自由研究的实施步骤
很多学生都会从上述的领域类型中选择一种加以研究,研究通常需要大约1 个月左右。
首先,研究要从寻找课题开始,例如,自己对什么感兴趣?喜欢什么?如果不是自己喜欢的,很难花费大量时间去研究。此外,过于简单、很快就结束的课题,或是太难驾驭、可行性不大的课题也不适合自由研究。
其次是设定主题,研究和过去相同的主题也没关系,只要在某些地方根据自己的情况下工夫即可。此外,要进行具体的准备和预先调查,如果是科学实验,有时要借用学校的显微镜等,因此需要老师的许可;即使是植物和昆虫观察以及图画创作等,也需要准备工具和材料;如果进行调查,要去图书馆借相关的书籍,或者让父母购买。
接下来,做好准备之后,进入研究实践阶段:实验、观察、获取数据、搜集材料,或者进行问卷调查,等等。
最后是进行总结,为了易于演示研究内容,要把内容誊写到大块纸张上,或者想方设法使数据一目了然。
到了新学期,学生们要在班级里一个一个进行发表,或者在全校举办的展览中进行展示。如果作品被认定为优秀,会被张贴到教室走廊的墙壁上,或者参加整个地区的学校竞赛。
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自由研究的评价
暑期的自由研究,主要是学生在脱离了教师指导下的自由实践,也因此并不能进行严格意义上的评价。
在自由研究中,学生以及家长更加关注的并不是教师评价,而是能在其他学生以及家长面前进行展示和交流。当然了,教师虽不会进行如其他学科或作业的分数批阅,但也会着眼于学生的努力认真程度、表现方法等进行文字评论、表述自我感受并与学生进行交流等。
在此过程中,日本教师也会让学生们在上交的作品中注明自身的努力之处、研究的精彩之处等,这也是自由研究中评价的关键一环,通过自我评价提升学生们的自信心与今后自由研究的积极性,更彰显自由研究的意义所在。
小学二年级男生的自由研究之工艺作品:“我的长戟大兜虫(犀金龟科巨型甲虫)储物罐”。完成时间:3 天。
●优点自评:这份工艺品真实展示了栖息在树上的长戟大兜虫,惟妙惟肖。从树枝入口处投入硬币,能够滑入盒子里。使用小刀和叉子展现了树木的真实感。一边回想着以前自己亲眼见过的长戟大兜虫,一边制作。
●努力自评:充分按照自己的所思所想完成了制作,我很满足,也觉得这一次自己很有毅力。
小学五年级女生的自由研究之科学实验:“制作丰富多彩的盐之结晶”。完成时间:2 周。
●优点自评:实验证实了不同素材下盐的结晶的模式不同。在模造纸上进行汇总的时候,使用照片逐一说明盐的结晶过程,并且添加了实物。
●努力自评:为了制作饱和盐水,多次尝试,最终确定1 升水与约400 克的盐能够完美融合。每天观察盐之结晶的形成过程,总计观察10 天。
初二男生自由研究之手工艺品:“为了社团活动而努力”。制作时间:1 周。
●优点自评:比想象中花费了更长时间和精力。虽然不是很完美,但完成的时候充满成就感。因为自己很热爱社团活动,因此在制作的时候也是带着这一信念的。
●努力自评:制作途中有很多困难,曾多次想要放弃,但终归是完成了。本来没什么信心,但获得了老师好评,很开心。
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暑期的“烦恼根源”?
自由研究虽说立意很好,有学习价值,但过程着实艰辛,不仅需要学生的努力坚持,也需要家长们劳心劳力、辅助支援。
如今,自由研究甚至已成为许多家长与学生暑期的烦恼根源。很多学生与家长苦于寻找自己兴趣所在、有研究价值并具备研究可行性的主题。针对这一情况,日本学校、社会机构、大学等积极协助家长与学生,为中小学学生的自由研究出谋划策。
当前,日本已出版了很多有关自由研究主题与方法的书籍,更有不少教育门户网站开发整理了面向学生与家长的自由研究数据库等。例如,日本御茶水大学科学教育中心于2011 年7 月公布了“理科自由研究数据库”,小学生可查找前辈们通过观察、实验进行的精彩研究,初中生、高中生、教师以及民众可检索意欲实施自由研究的题材、研究方法、业已完成的作品题目、作者等信息。
此外,日本的研究机构会有固定的一般公开日,是学生和家长为暑期自由研究寻找题目和素材的好地方。例如筑波(Tsukuba)这一研究学园都市,是日本的国家级研究特区,有三百个大型研究机构,如日本太空总署(JAXA)、高能加速器研究机构(KEK)、产业技术综合研究所(AIST),等等。家长们可以带上孩子前去参观,动手玩一玩跟生活有关的科学实验。馆方在开放参观日,会安排相关的科学家及研究人员抽空到现场陪小朋友一起做实验。
日本学生的自由研究报告长啥样?
几乎每一位日本中小学学生上交的自由研究报告书均清楚注明了研究的动机、想调查的事项和自己的假设以及准备了哪些东西,用什么方法观察,得到了什么结果;最后说明学习到的事情和需要反省的部分。
报告巨细靡遗地用文字、图表和数据解释说明,最后还标注了参考数据和书籍的出处。整份报告充满创意,小朋友的手绘风也十分可爱。
让我们来看两位同学的暑期自由研究报告:
案例一
山本同学的《文房具图鉴》
今年4 月,一位日本小学生因暑假的自由研究成果被出版成书、该书在销售第一个月就突破4 万册,而成为日本炙手可热的红人。这位小红人就是刚刚从神奈川县川崎市某小学毕业的山本健太郎。
2015 年暑假,山本在强烈热爱的驱动下,以文具为主题,洋洋洒洒完成了一份针对170 多种文具进行详细钻研的自由研究报告,题目叫“文房具图鉴”,意思就是“学生文具使用宝典”。
山本针对每一件文具,都注明了譬如“这款签字笔性能卓越”“重心低所以写起来很顺手”等的详细说明,可谓一份从文具的优点到缺点的最强解说。
山本同学确定这一研究主题的契机是,去年他为了参加班上“看谁能弹飞对方的橡皮”的游戏,开始研究橡皮的种类和性能,只为获胜。但没想到从此一发不可收拾,他进而研究其他各种文具。山本说:“我也没有想到,小小的文具里蕴含了这么多的智慧。比方说,如果橡皮的包装纸边角上没有设计一道切痕,在太大力用橡皮擦的时候,包装纸就会裂开。”
山本同学完成的报告中每一页几乎都是满满的绘画和语言描述,密度很高,令人咋舌。而每一份手绘的签字笔、橡皮或是修正带等,也几乎和实物毫无出入,这份执著认真的态度更是令人佩服。
在报告中,他会针对某支自动铅笔进行描述:“不必把铅笔芯按出来就可以写。虽然使用时会有少许钝感,但在描绘细微之处时非常方便!”他还将多种文具作比较:哪种笔比较适合着色,哪一款修正带使用更为顺畅,这款文具的价格,等等。例如,山本对某一款水性笔搭配描线并加以介绍道:“这一款叫做ball pentel 的水性笔,售价100 日元,从1972 年开始出售,属性为水性笔但写起来异常地顺滑,不可思议的笔尖里包括了气囊,停笔、运笔、收笔都很流畅。”
报告中,从一支笔到一块橡皮,每一样文具都是山本同学亲手着色、绘制,甚至还有一些小插画,比如一位老爷爷来上一句幽默的提醒“乱写乱画不合适的哟~”,让人看着十分幽默轻松,也足以窥见山本同学浓浓的热爱与认真的态度。
此外,山本还以漫画的形式展示了人类发现石墨后如何将其粉末烧成黏土,进而成为如今的铅笔芯等一系列的历史。山本同学还在报告中穿插介绍了德国公司辉柏嘉(Faber-Castell)于1790 年前后奠定了铅笔制作的基础、法国人尼古拉? 康特(Nicola Conte)于1795 年完成铅笔芯的制作等历史。
没错,就是这份可谓“超常超长版”的自由研究成果被出版成书——《文房具图鉴》。该书共112 页、A4纸大小,忠实再现了山本同学的报告书,同时还收录了山本同学的老师、同窗好友的一些读后感等。这本书的售价为1500 日元,书面封皮上出版社风趣地将价格标为:“山本作者自己标价3 万亿日元,而我们的真实售价是1500 日元,大约降价99.99999995% !多么惊人啊!”
山本同学潜心钻研的自由研究是日本中小学鼓励学生综合实践,培养学生研究、创新能力的一个例证,而山本同学完成的,显然已经远超学校要求。如果说山本同学完成的是一份超常版的自由研究,那么正常版的自由研究,又会如何呢?
案例二
长谷川同学的“生活排水对于植物成长的影响调查”
以下是日本加西市立北条初中初三学生长谷川幸奈(女生)关于“生活排水对于植物成长的影响调查(理科实验类) ”的暑期自由研究报告。
研究契机
长谷川同学在一次帮妈妈刷碗的时候不小心多倒了一些洗洁精,看着泡沫充斥下水道,就想到这种生活排水是不是会对自然环境产生影响,于是确定了这一研究主题。
研究内容
长谷川同学的研究主要由以下4 个实验构成:
实验1:制作生活排水,浇灌萝卜并观察其成长;
实验2:调查实验1中的生活排水是酸性还是碱性;
实验3:调查酸性和碱性溶液对于萝卜成长的影响;
实验4:将碱性的肥皂水与合成洗洁精进行中和以后,观察萝卜的发芽与成长状况。
研究过程
报告中,长谷川同学以表格、图片和文字描述的形式,展示了不同
条件下萝卜的成长状况。具体的研究过程如下:
实验1 以翔实的图片展示了水、肥皂水以及洗洁精溶液三种水质下,萝卜每天的发芽成长情况。
观察结果是:正常水质下萝卜第二天发芽,到第十天的时候就长出茂盛的枝叶;肥皂水质下,第二天虽然发芽但直到第十天依然不见成长,呈现停滞状态;洗洁精水质下,萝卜根本就没发芽。
长谷川同学思考:不同水质下萝卜的成长情况明显不同,那么原因是什么?是不是因为这些水溶液的属性?于是开始接下来的实验。
实验2 使用相关试纸调查水质属性,发现肥皂水和合成洗洁精溶液均属于碱性。
实验3 为调查酸性或是碱性溶液是否对萝卜成长产生影响,长谷川同学制作了5 种程度不同的酸性水、碱性水与中性水,按照实验1 的方法分别观察萝卜成长。
实验4 将本属于碱性的肥皂水和洗洁精制成中性水,观察中性肥皂水与中性洗洁精溶液对于萝卜成长的影响。将实验结果以横纵坐标图的形式展现,并配以相关图片。
研究发现
通过这些实验观察,长谷川同学得出自己的研究思考:从实验1 和2 中发现,虽同属碱性,但洗洁精比肥皂水对于生物的影响更大,这应该是因为肥皂中去除污渍的成分为天然物质,而洗洁精中去除污渍的成分为化学物质。从实验3 中发现,不论是酸性还是碱性,属性越强则对生物的危害越大。实验3 中食醋(1%)调和酸性水的浇灌使萝卜种子出现霉菌,应该是因为室温33度、湿度60% 以上高温高湿的环境导致的。通过实验4发现,即便用醋来中和碱性的肥皂水和洗洁精溶液,依然没能消除对于植物的有害影响。
研究反思
通过这次研究,长谷川同学发现了许多以前从不知道的事情,也有了很多感叹。本以为肥皂的主要成分是天然物质,对萝卜成长不会有影响,但发现其实是有害的,而洗洁精的害处竟然比肥皂水更大。
几次实验都是在同一个房间内进行的,却唯有食醋(1%)的水质让萝卜种子出现霉菌,似乎也是因为食醋的浓度与酸性强烈导致的。生活排放的污水不仅限于洗洁精、肥皂水,还包括墨水、厨房用油等。
长谷川同学说,今后还想继续调查其他污水对于环境的影响。另外,希望自己家中少用危害更大的洗洁精,以后也希望能减少排放对环境有害的生活污水。
参考文献
《初中生理科自由研究》,成英堂出版。
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