一年前，我们在 PopSci 上发起了《大众科学》/InnoCentive 挑战赛，征集能在未来至关重要的五个科学领域中，用于中学的教学计划。材料成本不得超过 50 美元，课程必须在不超过三个 50 分钟的课堂内完成。在此，我们自豪地宣布获胜者和亚军。
仿生学
第一名
姓名： Lisa Schmidt，澳大利亚
课程：研究动物骨骼模型，了解如何设计更坚固的建筑材料
点击 [此处](https://popsci.com.cn/files/SchmidtLessonPlanBM/ (1).pdf) 查看课程计划。
Lisa Schmidt 的职业生涯始于癌症研究。但当她发现教大学生生物学比实验室研究更有回报时，她离开了实验室，在澳大利亚弗林德斯大学高等教育部门担任教师培训师。“我将我的科学分析原则运用到教学中，”Schmidt 说。“我想验证我的工作是否有效，并阅读文献，看看别人在做什么。”
仿生学对 Schmidt 来说是一个全新的课题，她不得不查阅了这个词的含义。为了让课程简单而引人入胜，Schmidt 选择了一种所有学生都熟悉的设计：骨骼。课程以讨论骨骼是什么、它们的作用以及如何折断骨骼开始，最终让小组制作自己的骨骼模型，以了解骨骼结构中帮助其支撑我们体重的奥秘。
第二名
姓名： Ryan Fox、Karen Fox、Dan Guenette、Barbara Ann Hession，加拿大
课程：比较生物结构（如翅膀）与其机械对应物，然后设计一种可以帮助濒危物种免于灭绝的装置
Ryan Fox 在意识到社区志愿辅导比他的日常工作更令他满意时，放弃了工程师的职业，成为了一名教师。“教授科学是两全其美，”Fox 说——既是乐趣，也是生计。Fox 组建了我们获胜者团队中规模最大的团队，包括他的妻子 Karen，以及他们所在的加拿大艾伯塔省 Notre Dame Collegiate 中学的同事：戏剧老师 Dan Guenette 和科学老师 Barbara Ann Hession。这四人共同设计了一个三部分组成的教学计划，旨在通过生物学、进化论和工程学的概念吸引学生，同时让他们了解关键的仿生学概念。
第三名
姓名： Christopher Gaw 和 Anupama Joseph，美国
课程：用纸制作蜂巢，了解六边形结构元素的强度
Christopher Gaw 和 Anapuma Joseph，同为俄亥俄州立大学生物化学专业的学生，合作设计了一门仿生学课程，该课程以普通的蜜蜂的家为主题。“孩子们对蜂巢的形状很熟悉，但他们不明白为什么它很重要，”Gaw 说。通过用纸制作六边形蜂巢结构，这些结构可以承受人自身重量的数倍，学生们从中可以清楚地了解到这些形状为何如此坚固。Joseph 说，动手实践的方法很重要，因为它能激发那些可能对仅仅交谈和记忆不感兴趣的年幼学生。“我是一个喜欢眼前有东西可以触摸的学习者，”Joseph 说。“我坚信，如果你引导学生朝着这个方向思考，你就能让任何人产生兴趣。”
燃料电池
第一名
姓名： Alan 和 Matt Chalker，美国
课程：用硬币（一分、五分）和盐水制作燃料电池
点击 [此处](https://popsci.com.cn/files/Popsci/ Lesson Plan – Fuel Cells.pdf) 查看课程计划。
兄弟 Alan 和 Matt Chalker 在参加我们的挑战赛之前，多年来一直为高中科学奥林匹克比赛设计教学计划。难怪他们在燃料电池和大数据两个类别中获得第一名，并在聚合物类别中获得第三名。Matt 学习材料科学和工程，并为芝加哥科学与工业博物馆设计教育资源。Alan 是俄亥俄超级计算中心的计划总监。考虑到大多数学区紧张的预算，我们挑战赛的支出限制吸引了他们的注意。“便宜的课程能让更多人受益，”Matt 说。
但吸引他们创造其他教学计划的不仅仅是挑战。他们心中最重要的是培养新一代的科学家和工程师。“我们都对科学和教育充满热情，”Alan 说。“我们现在所做的一切都深受我们科学背景的影响。我认为我们都在努力回馈社会。”
第二名
姓名： Tanner Bobak，美国
课程：用铝箔制作燃料电池
Tanner Bobak 带来了与 InnoCentive 挑战赛中大多数参赛者不同的视角。年仅 14 岁的 Bobak 对传统的教学计划了解不多，但他知道哪些方法能帮助他学习并引起他在课堂上的注意。在咨询了一位科学老师后，Bobak 制定了一个教学计划，展示了学生如何利用氧气和铝箔之间的放电反应，以低成本制作自己的燃料电池。“它产生的功率不大，”Bobak 说。“但它是展示这个概念的非常廉价的方式。”
第三名
姓名： Ruby Grewal，美国
课程：研究土壤和细菌如何导电。
Ruby Grewal 在攻读研究生学位期间，在教学中发现了自己对教育的热情。“我真的很享受探索的过程，这让我对科学产生了兴趣，”Ruby Grewal 说。在担任了一段时间的教科书编辑后，Grewal 回到母校阿尔伯塔大学任教。受近期关于某些土壤细菌导电性的研究启发，Grewal 的教学计划展示了可以将哪些物质转化为燃料电池，甚至包括随处可见的操场泥土。它也提醒学生，生命无处不在——即使在泥土中。
聚合物
第一名
姓名： Nigel Jalsa，特立尼达和多巴哥
课程：比较一张美国的 1 美元纸币和一张由坚韧聚丙烯制成的澳大利亚 5 美元纸币
点击 [此处](https://popsci.com.cn/files/Jalsa/ Lesson Plan P.pdf) 查看课程计划。
Nigel Jalsa 是一名化学讲师，12 岁时收到父母送的第一个化学实验套装，他希望鼓励学生思考日常生活中的塑料，并意识到塑料无处不在，甚至在货币中。Jalsa 说，他想表明聚合物能够赋予熟悉物品不寻常的物理特性。
尽管 Jalsa 预料到教比他习惯的大学生年轻得多的学生会面临挑战，但他发现自己能够轻松地传达课程内容。而且，Jalsa 说，如果说有什么更重要的是触及那些年轻的学生。“必须有优秀的中学生和高中生，才能有优秀的大中学生和科学家，”Jalsa 说。
第二名
姓名： Kemal Ugur Tufekci，土耳其
课程：用常见的家用原料制作胶水
截至发稿时，未能直接联系到 Tufekci，但他目前是 Dokuz Eylul 大学神经科学的研究生。
第三名
姓名： Alan 和 Matt Chalker，美国
课程：用木棍和活页夹制作模型聚合物
气候变化
第一名
姓名： Claude Hartman，美国
课程：探索温室效应等主题，以了解气候变化的机制
点击 [此处](https://popsci.com.cn/files/HartmanLessonPlanCC/ (1).pdf) 查看课程计划。
Claude Hartman 在加利福尼亚的高中和社区学院教授了几十年的物理科学。如今已退休的他，在加利福尼亚州格罗夫比奇市一家小型动手科学博物馆“探索站”设计展览和互动课程，他最近为该博物馆制作了一个遥控飞机风洞和一个悬浮物体的伯努利鼓风机。
Hartman 一直是位木工，他说他一直强调教学中的演示；如果某个东西的演示不容易获得，他就会自己动手制作。“任何你可以用眼睛看到而不是仅仅通过谈论来做的事情，这就是我一直努力的方向，”Hartman 说。
第二名
姓名： Norah Dunkerly-Richards，美国
课程：在冰箱里制作一个人造冰川，然后提取冰芯样本
Norah Dunkerly-Richards 在获得生物化学专业学位一半的时候，本打算成为一名儿科医生，但她意识到自己比课程更喜欢在课后辅导项目中教孩子们科学。于是她转到了教育领域。使用最简单的原料——碎冰和少许食用色素——学生们制作自己的微型冰川。在冰箱里过夜后，他们会像真正的冰川研究人员一样提取冰芯样本。这门课程向学生展示了科学家们如何获得用于研究过去地球气候的数据。
第三名
姓名： Ulyana Nadia Horodyskyj，美国
课程：通过档案摄影追踪冰川随时间的变化
作为科罗拉多大学的博士生，Ulyana Horodyskyj 的气候变化影响研究曾将她带到喜马拉雅山。在那里，她专注于该地区最大的冰川——Nogzumpa。利用历史照片和近期的延时摄影，Horodyskyj 追踪了冰川数十年来的变化。
这数千张照片构成了她教学计划的基础，在她的计划中，学生们分析图像并测量冰川随时间的变化。Horodyskyj 认为，关注一个冰川随时间的变化，比图表和讲座更能让这个主题变得真实。她觉得动手分析和实时研究是让孩子们对科学更感兴趣并理解科学如何影响他们生活的关键。“我们正在将学生培养成一个科学时代的人，”她说。“所以我们有机会让科学变得酷。”
大数据
第一名
姓名： Alan 和 Matt Chalker，美国
课程：使用 Google Correlate 分析数据集，追踪全国范围内的互联网搜索历史与新闻事件的关系
点击 [此处](https://popsci.com.cn/files/Alan/ Chalker Lesson Plan BD.pdf) 查看课程计划。
Chalkers 的教学计划侧重于使用 Google 的数据处理工具 Correlate，向学生展示如何分析数据，在本例中是特定关键词（如“蝙蝠侠：黑暗骑士崛起”或“世界系列赛中的巴尔的摩金莺”）的搜索次数。由于学生可以搜索自己最感兴趣的主题（体育、爱好或电视节目）的数据，他们能够以不同于传统课程的方式与数据互动。此外，由于 Google 的地理标记查询数据集不断发展，学生可以了解其随时间和地理区域的变化。然后，他们可以解析这种第二层数据，得出影响搜索的事件的结论，或根据搜索历史在地理区域之间建立联系（例如，佛罗里达州有大量洋基队球迷，因为那里有很多从纽约搬来的移民）。
第二名
姓名： Aaron Leanhardt，美国
课程：抛硬币来理解统计学
Aaron Leanhardt 是密歇根大学的一名物理学家，他通常研究一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚的奇异物质态。他致力于让学生不仅能更好地理解科学，还能更好地理解公民意识。通过重复一个简单的实验——抛硬币——Leanhardt 让学生更好地理解随机性在实际中的表现，以及可靠实验所需的样本量。
Leanhardt 说，孩子们可以从中获得的经验教训可以应用于各种随机事件，从民意调查数据到学习批判性地思考调查，再到理解气体的扩散。“我认为，重要的是让孩子们从中学生开始就理解，对于像民意调查这样的随机事件，如果你一次从 100 次中得到 57 次，你不会每次都得到 57 次，”Leanhardt 说。
第三名
姓名： Gilbert Zalczer，法国
课程：使用弹球和硬币探索统计学和大数据集
像大多数父亲一样，Gilbert Zalczer 尽可能地帮助儿子做家庭作业。Zalczer 的教学计划最初是为了帮助儿子学习统计学，但由于公众对该主题的普遍误解让他感到沮丧，他决定将这个项目变成一个 InnoCentive 挑战赛的教学计划。Zalczer 是一位物理学家，自 1974 年以来一直在法国原子能和替代能源委员会工作，他说，让实验变得具体有助于吸引年轻学生。“他们能比在电脑上更好地理解发生在他们面前的不确定性和随机性，”Zalczer 说。
