高校生がプロジェクトを携えて高速鉄道シミュレーションのコックピットに乗り込んだ: 「1 から 1.1 へ」には科学研究の価値もある
2024-08-17
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復興高速鉄道は上海虹橋駅から杭州東駅まで運行しています。高速鉄道のエネルギー消費を最小限に抑えるために運転速度を調整するにはどうすればよいでしょうか。同済大学交通学部の鉄道交通インテリジェント運行研究室では、高校1年生10人が高速鉄道のシミュレーション運転台に座り、高速鉄道の運転士に変身して上海の列車を「運転」した。杭州都市間高速鉄道はこの問題を解決する方法を模索している。
中学校の授業で学んだ物理公式を現実の状況に適用して実践的な問題を解決することは、同済大学交通学部の青少年科学イノベーション実践ワークステーションが高校生たちにもたらした最初の課題です。
夏休み中に、これら 10 人の高校 1 年生は、没入型の仮想と現実の統合に基づいた「高速鉄道の速度向上とエネルギー消費量削減のトレードオフ分析」に関する研究プロジェクトを完了する必要がありました。理論的な学習から、仮想シミュレーション運転実験、そして実践的な運転シミュレーション実験に至るまで、科学的探求に対する高校生の本来の理解を打ち破ります。この実験は、高速鉄道のエネルギー消費量を削減し、乗客の移動の利便性と快適性を 1 から 1.1 に向上させるための参考データを提供しており、これも貴重です。」
人生における数学的および物理的公式の意味を見つける
「スピードを上げている高速鉄道にはどのような力が働いているのか？どのような力が働いているのか？」 研究プロジェクトの最初のクラスでは、同済大学交通学部の准研究員であるWang Fangsheng氏が研究を主導した。機械的な疑問を提起します。力の分析と仕事の分析は、中学校の物理の授業でよく出題されます。 「重力や牽引力など、これらの力は常に働いているのでしょうか？」 「空気抵抗や摩擦など、これらの力は一定なのでしょうか？」 数人の高校生が、目の前にある高速鉄道のシミュレーション運転台を見て、こう言いました。この知識は中学校の物理や地理学などの授業で習っていますが、実生活で応用するとなるとなぜ複雑になるのでしょうか?」
レンガやタイルを投げるという小さな問題は、Wang Fangsheng 氏の「隠された動機」です。「これは、教室での知識の多くが実際の問題を解決するための基礎であり、科学研究の出発点でもあることを生徒に思い出させるためです。探求と革新は、中学校の教室で学んだ科学原理、数学的論理と思考法であり、実践的な問題を解決するための重要なツールです。」
徐匯中学校の新入生、Wang Zihan さんは、常に工学に強い関心を持っており、高校では交通シミュレーション運転に関するコースを受講していました。しかし、彼女の最初の実技授業はやや「不完全」なものでした。彼女は、王芳生先生が説明する模擬運転を開始する手順を一言一句記録していましたが、運転席の前に座って手順に従ってみると、「電車」は動きませんでした。 「シナリオが異なることがわかり、ドライバーは実際の状況に応じて出発計画を調整する必要がある。このことから、実践は本の理論を覚えるよりもはるかに複雑であるという教訓を得た。」関連する数学的および物理的公式を組み合わせるだけでなく、複雑で絶えず変化する実際の環境でターゲットを絞ったソリューションを開発する必要もあります。
生活をより良くする小さな変化も科学研究の価値です
高校生たちは、初めて研究室に入って科学的な研究をするときは、難しいことに少し不安を感じますが、研究が進むにつれて、自分たちが生み出した疑問から研究を進めていくという熱意を感じることがよくあります。
周澤さんは、高速鉄道模擬運転システムの操作に非常に興味を持ったが、いざプロジェクトレポートを書こうと思ったとき、自分のプロジェクト研究で「驚天動地」の成果が得られるかどうか少し自信が持てなかった。しかし、研究が進むにつれて、周澤氏は素晴らしいアイデアを持ち続けました。「現在の高速鉄道の制限速度は時速 350 キロメートルです。もし列車の制限速度が時速 250 キロメートルに変更されれば、影響は出るでしょう」高速鉄道の運行時間やあらゆる側面について、エネルギー消費にどのような影響があるのでしょうか？「新しいアイデアがある限り、高速鉄道の模擬運転で勇敢に実践するよう生徒に勧めています。」実験。
「これらのテーマに関する私たちの研究は、高速鉄道の運行速度を速めることも、高速鉄道の運行の現状を大幅に改善することもできません。高校生の疑問に直面して、科学的研究の意義は何ですか？」同済大学教育部道路交通工学重点研究室の常務理事、上海交通工学実験教育実証センター副所長兼常務副所長のホン・リン教授は、科学研究には理論上の大きな進歩だけが含まれるわけではないと率直に語った。 0 から 1 への取り組みだけでなく、工学実践のニーズを満たすための堅実な努力や、関連部門の実践的な探求の参考となる実験結果の利用も、科学研究者が探求し続ける価値です。
高校生に人生体験授業を提供するプロジェクト研究
同済大学の交通工学演習ワークステーションは、一流の交通工学分野の教育と科学研究のリソースに基づいて、6 年連続で高校生に革新的な工学演習コースを提供してきました。当初は「科学研究」を探求してきました。科学的問題から学ぶ学生を訓練するための「普及」共同イノベーション モデル。科学研究に興味があります。
Wang Zihan 氏は、高速鉄道の速度とエネルギー消費に対する気象要因の影響を研究したいと考えています。彼女は、教科書に載っている理想的な実験データとは異なり、現実の高速鉄道は天候、地形、さらには走行エリアなどのさまざまな要因の影響を受けることが多いことに気づき、応用できる一連のデータを作成したいと考えました。現実の研究はそれほど簡単ではありません。 「可能な限り変数を制御しましたが、各実験では常に予期せぬ状況が発生し、測定データは毎回変化しました。しかし、研究が進むにつれて、彼女はそれが唯一であることに気づきました。」いくつかの実験要素の誤りに直面することで、実験を続行できる可能性があります。
「高校生がプロジェクトの実践に参加するには、最先端の科学概念を伝えるだけでなく、さらに重要なことに、科学研究についての考え方を伝える必要があります。実生活に基づいたテーマを探求するには、本の理論を習得するだけではありません」学生たちの進歩により、Hong Ling は科学研究プロジェクトから革新的な研究テーマへの「科学研究と科学の普及」の協力的イノベーション導入パスの重要性を理解することができました。
著者: 張鵬
文：張鵬 写真：張鵬 編集者：張飛耶 編集者：ファン・リーピン
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