数学与物理探索实验室 (日营)

1）清晰的教育目标：建模世界 · 检验假设 · 用证据解释

在许多学习环境中，学生往往掌握了解题步骤，却不清楚这些方法与现实世界有何关联。本课程从根本上改变这一现状。在为期五天的学习中，学生将像真正的科学家一样使用数学与物理：描述现实、构建模型、设计实验、分析数据，并基于证据作出负责任的解释。 当抽象的公式与气候变化、能源效率、运动和反馈系统等真实问题产生连接时，学生会逐渐意识到—数学与物理不是为了应付考试，而是理解世界、解决问题的强大语言。这种“看见意义”的体验，正是激发学习热情与深度思考的起点。

2）三大融合式学习主线，系统培养科学思维

课程围绕三条相互交织、贯穿全程的学习主线展开，帮助学生形成完整而严谨的科学认知结构：

• 主线 A：科学建模
  学生学习如何运用估算、比例推理、图表、函数和不确定性，对真实现象进行合理简化与建模，理解科学家如何在复杂世界中抓住关键因素。
• 主线 B：真实系统中的物理学
  能量、热、力、运动、流体与材料等核心概念，通过具体、可测试的情境引入，使学生能够“看见”物理规律的运作方式。
• 主线 C：科学方法的实践训练
  学生系统掌握科学研究的核心纪律：设计公平实验、选择合适测量方式、规范处理数据、识别误差，并以清晰、诚实和逻辑严密的方式表达结论。

3）符合认知发展的分龄学习路径

课程充分尊重学生科学思维发展的阶段性特点，设置两条清晰而互补的学习路径：

• 10–12 岁组别：观察 · 测量 · 解释
  学生建立对因果关系的直觉，练习精准测量和基础作图，并通过直观、具体的模型，用清晰语言解释实验结果。
• 13–15 岁组别：建模 · 量化 · 论证
  学生以更高精度使用公式与图表，初步处理不确定性与误差分析，合理说明假设，并用证据和逻辑为结论辩护。

4）真实世界主题模块与标志性科学体验

每个模块都围绕一个现实科学问题展开，并通过标志性探究活动，将抽象理论转化为可体验、可思考的科学实践：

• 用数学思考气候 — 测量、建模与预测
  核心任务： 通过可控实验模拟冰川融化，记录并分析时间序列数据，讨论模型的价值与局限。
• 热、能量与变化 — 为什么事物会升温、降温与转化
  核心实验： 保温挑战— 学生设计、测试、测量并基于数据不断优化方案。
• 运动与力 — 日常运动背后的物理原理
  核心实验： 斜坡与阻力研究，探究坡度、质量、摩擦力与停止距离之间的关系。
• 系统与反馈 — 微小原因，巨大影响
  核心研讨： 建模真实系统（如能源使用或交通流量），识别变量、限制条件与反馈回路。
• 实验设计 — 科学方法的核心训练
  终极项目： 学生自主设计研究课题，从提出问题到呈现基于证据的科学结论。