科学探究下科技馆科普教育活动探究

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摘要:以科学探究为核心，深入开发中国杭州低碳科技馆低碳科技厅常设展览的能源相关展品、沙盘、模型、教具和小小探索者课程等馆内资源，在展示、体验、互动、表演和教室等区域展开科普教育活动，与学校的科学课程实施要求相整合互补，弥补了青少年在学校教育中缺乏亲身体验科学探究实践的不足，同时也提高了馆内资源的教育价值。

关键词:科学探究;科学教育;低碳节能;情景化教学

一、科学探究培养目标

1996年，美国国家科学院推出了美国历史上第一部《国家科学教育标准》。这部标准要求学校的科学课程把“学科学作为一种过程”，并强调“学科学的中心环节就是探究”。我国在基础教育改革中，新课程标准也明确提出“科学学习要以探究为核心”［1］。科学探究的具体培养目标包含四个方面:科学观念、科学思维、探究实践、态度责任［2］。(1)科学观念:学生在科学探究过程中理解科学的本质，生成对客观事物的本质及规律等观点与见解;形成学科观念与跨学科观念并能够将其应用于科学现象的解释与实际问题的解决。(2)科学思维:学生掌握分析、综合、分类、比较、概括等抽象思维方法，空间认知、想象、联想等形象思维方法和发散、迁移、重组等创造性思维方法，将其合理应用于科学学习过程。基于经验事实抽象概括出理想模型，发展模型建构能力;运用推理与论证提出问题，做出假设，提出解释，发展推理论证能力;批判看待不同观点和结论，通过不断检验和修正提出创造性见解，发展创新思维能力。(3)探究实践:学生能够形成科学探究的意识，理解科学探究的本质;具备制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价等科学探究能力;能够学会设定学习目标，计划、监控并调整自己的学习过程，发展自主学习能力。(4)态度责任:学生能够对科学持有积极的态度，保有对自然世界的好奇心;以批判性的眼光看待权威知识，敢于质疑、勇于探究、善于创新、乐于合作、积极分享;形成热爱自然、珍惜生命、保护环境、节约资源的社会责任感;能综合考虑社会责任、伦理道德、公共规范与法律法规等，对社会性科学问题做出正确的价值判断。四个素养相互依存，共同构成一个完整的体系。科学观念作为科学本质属性的集中体现，是其他素养发展的基础。科学思维作为科学探究过程中所需的关键能力与核心思维方式，是素养发展的核心。探究实践不仅是学生通过科学探究所形成的关键能力与对科学探究的本质理解，同时也是其他素养发展的关键途径。态度责任是在探究实践和科学思维支撑下科学观念的内化，是社会主义核心价值观的集中体现。通常学生在学校的科学课堂学习中，主体性、参与性、参与科学性和实践性都较为欠缺，针对这种情况，中国杭州低碳科技馆探索提出把科技馆展品与科学教育相结合的一种科学探究学习模式，使科技馆资源与学校教育结合起来，建立资源共享机制，促进校外科技活动与学校科学教育有效衔接，提高对青少年进行科学素养、科学技能、创新和实践能力培养的重要性认识，并落实于行动。

二、一个展项引发教育活动

坐竹筏，依次穿越美丽的家园、城市蔓延、冰川融化、燃烧的大地、极端天气、城市湿地，亲历全球变暖带来的各种极端环境的震撼场景……这不是童话故事，这是中国杭州低碳科技馆的全球变暖展厅，在这个集合多种现代科技艺术表现手法的沉浸式体验区中，人们可以直观地感受气候变化带来的灾难性后果。全球变暖体验区在低碳馆最受观众的欢迎，很多青少年学生体验完后便产生疑问“为什么地球的气候环境会越来越恶化”“我们身边有清洁的能源吗?”“我们应该如何节约能源”等一系列与能量相关的问题，但是这些问题的解决需要结合低碳馆海浪发电、太阳能热发电、风力发电、阳光照亮夜晚、漫游智能电网、地热之城、太阳能之城、风能之城、换灯前后、大楼还是电站、城市能源规划师和能量转换机等能量相关展品，并且通过进一步的探究、讨论才有可能解决。为了充分利用和挖掘出展区的展品资源优势，我们设计出“全球变暖”主题教育项目，它既延伸了展区的教育功能和展品的教育价值，又与学校教育活动有区别。实物展品为学生的学习创造了更直观和拟真的情境条件。该项目面向小学中高段各年级学生，将科技馆展品和科学课程紧密结合，以全球变暖这种普遍生活体验为切入口，逐步展开对能量的认识，让青少年了解能量有多种形式，能相互转化，并储存在一些物质之中，同时能经历一个完整的科学探究过程，并动手实践，体验清洁能源对人类生活的重要意义，认同珍惜能源、节约能源、低碳生活的观点。如何在一个以场馆资源为依托的教育项目中实现上述综合性的学习目标?下文介绍的项目开发和实施经验也许对从事科技场馆教育的工作者有借鉴。

三、情境创设设计探究活动

“全球变暖”主题活动主要针对预约的青少年学生团队，至少以一个班级(40人)为单位，活动内容主要可分为五个环节:能量之旅、能量探索游戏、生活和能量、小小探索者课程和校内延伸学习。活动实施过程学生将被分成4个小组，每组10人，设一个小组长，这样的小组规模对于参观体验、讲解、游戏和实践课程等具体活动有较强的操作性，讲解员和辅导员比较容易掌控，学生活动的效果也最佳。能量之旅环节安排两位讲解员，一位带领两个小组学生坐竹筏先体验全球变暖展厅，感受资源与能源的日益紧张造成的环境污染加剧和气候灾难频繁，然后步行参观煤、石油、天然气能源矿产、太阳能、声、光、电、热等多种能量形式联系在一起的展品，在大量具体现象基础上逐步形成比较抽象的能量概念。另一位讲解员带另外两组的线路相反，这样可以避免一个展品前面人数众多影响体验和讲解效果。学习过程中兴趣是起点，该环节能充分利用科技馆丰富的展品资源调动学生对能量的兴趣，这是学习动机中最活跃、最现实的因素。情境创设应使学生联系已有的知识经验解决问题，鼓励学生独立思考、挑战权威、合作互动，从而形成一种学生主动学习、积极参与的生动活泼的教学氛围。情境创设应满足以下几点:首先，情境应与学生的生活背景相关联，促使学生自主感知科学探究的意义，激发学生学习的内在动机。其次，情境应该围绕教学内容进行创设，贴合学生的最近发展区。最后，情境应当能够引起学生的认知冲突。提出问题阶段，学生主要通过观察，将现象与概念进行联想以激活先验知识，结合对现象或环境中变量间关系的分析，在发散性思维的基础上从多个视角上提出不同的问题;比较和区分所提问题的可行性，进一步确定自己的研究问题，明晰学习目标。概而论之，学生需要在观察、联想比较、类比、分析、发散等思维方式的基础上来抽取、识别和明确可探究的科学问题。对中小学生，尤其是低年级的学生而言，独立提出、鉴别和区分科学问题存在一定困难，教师需要提供辅助材料来帮助学生感知到情境中的实际价值，建构学习的意义;关注学生如何提出问题，帮助他们对所提出问题进行聚焦和转化，进一步引导学生发现和归纳科学问题的特征。能量探索游戏环节要充分培养学生遇到问题会进行自主探究的能力，通过九宫格游戏，经历一个简单的科学探究过程，例如先发给每个小组长一张空白A4纸，按井字形对折，形成9块等大区域，这就是所谓的九宫格，然后学生在讲解员的带领下来到能量转化机展品前，让学生带着以下6个探究的问题仔细观察:看到了什么能量?它们有什么相同点?有什么不同点?有哪些用途?彼此间有什么关系?它们又是如何相互转化?每个问题的答案要经过小组讨论确定后写在九宫格里，剩下3个格子可以自由设计问题并探究答案，20分钟后每组轮流提供问题答案，讲解员对认可的答案格子做上标记，最后看哪组的九宫格里被标记的格子所连成的直线或斜线总数多，最多的组将获得小小纪念品。这个环节探究的展品必须互动性和探究性强，学生在第一个环节可能只是走马观花，但在这个环节却可以在愉快的游戏中不知不觉学会提出问题、分析问题和解决问题，对能量种类以及转化有更深层次的认识。有了对能量的初步认识和全球变暖厅的体验，学生自然而然会有疑问“我们生活中能量具体使用情况又是如何的呢?如何节能保护地球呢?”因此设计了生活和能量环节，该环节会每人发一份《生活和能量》活动单，活动单上有家用电器和常用交通工具使用时所消耗的能量值，让学生根据平时使用时间粗略算出一天所消耗的能量值，例如烧饭、洗衣、洗澡、冲马桶和上下学等，学生可以比比谁家生活最低碳、最节能，然后大家一起讨论自己家还能在哪些地方节约用能，为地球的环境贡献自己的力量。通过这个环节的计算和讨论，学生能回归到自己实际生活，明白自己是可以从身边的小事做起节约用能、低碳生活的。光靠节约用能不能解决根本问题，还需要大力开发和使用新的清洁能源，例如太阳能、风能等，因此我们设计一个实践动手制作环节，学生可以在相应的展品面前探究并制作简单的太阳能车、太阳能船和水果发电等，每个动手做的实验过程设计都遵循科学探究的流程:提出问题、做出假设、设计实验、进行检验、汇报交流、共享成果。这些情景化探究活动使学生印象深刻，也培养了学生更加自主、合作探究的能力，同时也体验了科学技术对社会进步的贡献。这是学校课堂上所难以实现的。

四、校内外结合进行教学评价

教学评价要重视学生的关键能力和必备品格，全面考查学生的科学观念、科学思维、探究实践以及态度责任等核心素养的发展;充分发挥学校、教师、学生、家长等参与评价的主动性与积极性;综合利用诊断性评价、过程性评价和总结性评价，满足不同教学阶段的需求。在教学开始之前，教师可通过诊断性评价了解学生的现有水平，由此创设良好的教学情境，激发学生学习兴趣。教学过程中以过程性评价为主，其目的主要包括两方面:一是帮助学生实时监控自己阶段性目标的完成情况，指导学生的下一步学习。二是协助教师监控学生的学习表现，以便于教师及时为学生提供指导。评估主体包含教师评估、同伴之间的互评以及学生自评。评估内容包括学生的表现，以及教师在教学过程中所提供的“脚手架”的有效性。在教学结束后，可通过总结性评价，了解学生对总体学习目标的掌握程度，从而为教学实施的有效性和下一步改进提供依据。在总结性评估中应该从多个维度设计评价细目表，全面评价学生的素养发展等级。最后的环节是由校外体验回归到校内学习，一方面学生可以写日记将馆内活动的感想与收获和学校老师做分享，老师可以根据学生情况对相关能量教学内容进行查漏补缺，另一方面科技馆辅导员通过带队老师填写的“全球变暖”主题教育反馈单也可以对活动情况做适当调整，例如针对学生活动过程中纪律难以掌控，老师建议活动过程中可以采取小组竞赛，表现好的加分，最后积分高的小组发小奖品，我们后来尝试这个方法，效果很好。

五、探究式的科学教育活动更有吸引力

“全球变暖”活动是针对浙江省小学六年级“科学”课程能量单元的校内教学内容，通过充分挖掘馆内资源与学校课程的结合点和最佳结合途径进行策划和设计的。该活动通过深入开发中国杭州低碳科技馆低碳科技厅常设展览的能源相关展品、沙盘、模型、教具和小小探索者课程等馆内资源，在展示、体验、互动、表演和教室等区域展开科普教育活动，与课程实施要求相整合互补，弥补了青少年在学校教育中缺乏亲身体验科学探究实践的不足，同时也提高了馆内资源的教育价值。学生在学校学完能量单元课程后来馆内体验全球变暖活动，可以更直观、更立体、更全面地理解能源和人类发展之间的关系，有助于其形成低碳节能的生活理念。虽然探秘活动的设计是根据小学六年级《科学》教材，但是并不局限于只适合六年级学生参与，探秘活动内容设计也充分考虑了其他年龄层次青少年心理和知识结构等特点，可以针对不同对象进行灵活调整，以提高其普适性。同时，探秘活动的内容选择也是灵活多变的，可以根据青少年的年龄层次以及在馆停留时间，全部体验或者只选择体验其中一项感兴趣的内容，其中每一项活动都包含科学探究的过程，这样就可以充分激发他们的好奇和兴趣，在互动体验中学习关于能量的科学知识。“全球变暖”将适合青少年年龄特点的一系列活动以“探秘”的形式串联起来，既有认知又有互动，既有探究又有合作是此项活动的创新点。情景化教学的授课内容由专职辅导员，利用讲解、实验、道具表演的多种形式，传播与生活贴近的科技知识或与学校课本内容不一样的数理化问题解决方案等，启发并带动观众参与进来，使教学非常活跃，学生主动学习兴趣增强。低碳馆通过几年来的实践，此项主题活动深受广大青少年及老师、家长的喜爱，同时成为中国杭州低碳科技馆开展探究式科普教育的一项成功案例。“全球变暖”主题系列活动已经成为低碳馆吸引青少年儿童走进科技馆、爱上科技馆、学习科学知识的一大亮点。

六、结语

科技馆作为社会教育场所，是对学校教育的重要补充，它将枯燥、抽象的课本知识以生动、直观、互动的形式展示出来，能有效弥补学校教育的不足，解决学校课堂教育不易解决的问题［3］。而科普工作是一项系统工程，科学知识的普及和青少年科学素养的提升不仅是学校的任务，还需要校外教育机构的协同努力，二者应该保持着相辅相成的密切联系。我国各地都有各式各样的科技场馆，作为社会文化教育事业的重要组成部分，科技场馆在配合学校教育方面有着义不容辞的责任［4］。

参考文献:

［1］牛灵江．科技辅导员工作指南［M］．科技辅导员工作案例，2011，5:80-81．

［2］胡卫平．思维型科学探究教学的理论建构［J］．课程．教材．教法，2021，41(06)．

［3］白宗新，陈竞蓉．科技馆的社会教育功能［J］．科技情报开发与经济，2005，15(3):176-177．

［4］谢娟，尚修芹．关于科技博物馆教育活动开发的若干思考［J］．科普研究，2009，4．

作者:凌浩 单位:中国杭州低碳科技馆