“小小火車站建筑師”教育活動的設計與思考

左什

摘 要 “小小火車站建筑師”教育活動是中國鐵道博物館基于STEM理念開發的低齡兒童科學教育課程。活動通過結合展品資源，引導學生主動開展探究，親身動手實踐，從而使學生構建起對多學科知識的綜合認識，提升其解決實際問題的能力，為未來學習奠定基礎。

關鍵詞 科技博物館 兒童STEM教育 教育活動

0 引言

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的簡稱，強調以學生為中心，現實多學科的集成與融合[1]，使學生構建起對多學科知識的綜合認識和理解，達到提升解決現實問題能力的效果。從STEM教育的覆蓋面上看，從幼兒園到大學的各年齡段學生均可以接受STEM教育，但目前針對低齡兒童（學齡前及小學低年級）開展的STEM教育課程相對較少且比較薄弱。博物館作為開展STEM教育的重要場所，應當對基于低齡兒童特點設計和開展的STEM教育課程給予更多重視。為此，中國鐵道博物館設計了“小小火車站建筑師”教育活動，作為對基于STEM理念設計與實施博物館教育活動的一次探索。

1 設計思路

基于博物館展品開展STEM教育需要具備一定的前提條件，課程必須有立足點，即展品要具備STEM特點，能夠體現多學科的“綜合性”，還要兼具“實踐性”，學生能夠通過探究和自主體驗，構建知識體系[2]。因此，活動構思的關鍵是選擇合適的展品并以此為基礎開展設計。而且，由于活動針對低齡兒童開展，所以活動的目的不是為了展現學科知識多深、多難，在內容上要注重難度適當、通俗易懂，便于學生從中理解最基本的知識和原理。根據上述原則，本次活動選擇以展品“車站模型”作為切入點進行設計。

中國鐵道博物館正陽門展館有6件“車站模型”展品，展示了來自不同地區、結構各異的現代化車站建筑。火車站是與人們出行息息相關的場所，低齡兒童對它也并不陌生，比較容易理解。作為建筑，車站在設計中既涉及科學問題又涵蓋眾多工程和技術因素，這與STEM理念有較強的對應關系。另外，這一展品比較容易實現衍生設計和制作，有利于體現STEM教育的綜合性，學生可以通過自主設計和制作提升動手能力，培養開展科學探究的興趣，增強解決現實問題的能力。因此，活動以“小小火車站建筑師”為主題，以展品“車站模型”為背景，再結合操作、實驗、小游戲、繪畫等多種方式，引導兒童模擬火車站建筑師的職業情境，最終形成具備STEM基本特征并針對低齡兒童設計的教育活動。

2 策劃實施

2.1 活動準備

（1）活動對象

“小小火車站建筑師”教育活動主要針對5～7歲的兒童開展（具體情況可根據兒童年齡調整），活動人數控制在15人以內。這一年齡段的兒童已經具備了一定的認知、理解和溝通能力，可以通過學習形成對知識的基本認識。同時，考慮到這一年齡段學生的書寫能力相對較弱，所以活動基本采用問答、互動、游戲等簡單易行的方式進行。

（2）活動環境

活動環境共分兩個區域，分別為觀察區和活動區。觀察區即展品展示區域，學生可以在該區域根據課程要求充分觀察展品。活動區則是獨立設置的區域，活動前預先在該區域準備好課程所需的道具、座椅、電子設備等設施器材。學生在觀察區完成觀察后，到活動區進行學習。

（3）活動道具

活動采用價格低廉、操作簡單、安全性高的材料，如小木板、塑料板、砝碼、紙、樂高積木、彩筆、尺子等。

2.2 活動開展

（1）創設情境，引入主題

活動從創設問題情境開始，召集活動對象后，博物館輔導員首先提出問題：“去哪能坐火車？火車站都是一樣的嗎？有什么區別？”提問的目的是吸引學生注意力并引導學生進行思考和回答，進而引出活動主題——“火車站”。通過提問，將學生引入到教學情境之中，并引起下一階段的驗證。

引入主題后，輔導員引導學生自主觀察展線上的六座車站，讓小朋友們總結出他們觀察到的火車站有什么共同點和不同點，使學生主動觀察火車站的外觀、結構，并驗證自己的回答。

（2）構建知識，主動思考

在學生形成了對火車站構造的初步印象后，輔導員將學生帶領至活動區，進入知識構建環節。

知識構建第一階段，首先請同學們說出剛才觀察到的結果并說出他們認為火車站應該由哪些結構組成。回答完畢后，教師進行總結，提煉并補充同學們的答案，告知學生火車站應當由站臺、進站廳（候車室）、出站廳、停車場、換乘空間等組成。隨后，為了使學生二次加深印象，為接下來的深入學習做好鋪墊，輔導員會引導學生進行簡單的拼圖游戲，使學生再次明確所學內容。

知識構建第二階段的主要目的是引導學生通過自主思考，形成對火車站建筑結構問題的判斷，并在接下來的學習過程中，檢驗自己的判斷是否正確。如表1所示，這一階段中，學生要經歷三次由提問到回答的過程。問題由教師提出，學生進行自主思考和回答，再由教師提煉總結。

在進行了三次提問及回答后，學生應當已經能夠聯想到對于建筑結構至關重要的安全問題。如表2所示，接下來的第三階段要通過三個簡單的實驗和小游戲，讓學生親自驗證自己的猜想，形成對第二階段學習成果的反饋，使學生通過自主探究，解釋實驗現象并理解科學知識。

通過第一個小實驗，學生們會發現由于材料不同，小桌子的強度會受到影響，這使學生們認識到在設計建筑結構時要注重材料的選取。采取不適當的材料，可能會對建筑安全造成威脅。第二個小游戲中，學生們會發現，踮起腳尖站立的小朋友明顯沒有扎馬步半蹲的小朋友站得穩。輔導員由此引導學生理解重心的高低會影響結構的穩定性。第三個小游戲中，讓孩子們自主嘗試并展示自己通過什么方法讓紙立了起來。這一過程鼓勵學生大膽想象，主動表達見解，從而引導學生理解支撐面的大小對結構穩定性的影響。

經過了知識構建環節，通過自主參與和探索，同學們已經對部分科學與工程、技術知識建立了一定的認識。

（3）貼近現實，解決問題

活動的最終目的是要使學生建立對STEM各領域的綜合理解并提升解決實際問題的能力，所以活動的最后階段要回歸到解釋與評價上。

這一階段共設置兩個環節。第一步為制作環節，要求學生通過小組合作，設計并搭建一座火車站。學生先在紙上畫出設計圖，再在限定區域內用樂高積木搭建火車站。目的是引導小朋友們注意考慮影響建筑結構穩定性和強度的因素，并在此基礎上自由發揮想象，為車站設計不同的外觀造型，提升想象力和創造力。在搭建中，學生需要利用手、尺子等工具進行測量，考慮需要利用多少塊積木才能成功搭建，從而引導學生理解形狀與空間的關系，形成對數量關系的簡單認識。第二步是評價和交流環節，每組分別展示作品，介紹自己的設計理念，在設計時考慮了哪些工程問題，注意了哪些需要遵循的技術因素。

經歷過活動的全程后，學生們從最初對某個展品的表面認識上升到了對展品背后科學原理、科學方法與科學思想的綜合認識，這不僅指學生對STEM各領域形成了初步概念，還包括學生在主動參與和探究中鍛煉了思維能力，培養了合作意識，增強了表達能力以及在貼近現實的情境中提升了解決實際問題的能力。

3 特點與亮點

活動通過多次引入問題，使兒童分別產生對火車站構造、怎樣設計車站及影響結構穩定性、強度的因素等問題的思考。

在“引入主題”階段，學生通過自主觀察和拼圖游戲進行了初步探索，獲得了對“工程”領域結構設計問題的認識。

在“構建知識”階段，通過三次提問及回答，兒童反復進行自主思考，再次加深了對工程和技術問題的理解。學生還通過實驗及小游戲明確了相應的科學原理。這一階段實現了STEM教育要求的科學、技術、工程領域的綜合運用。

在“解決問題”階段，通過設計和搭建火車站模型，兒童嘗試進行測量和計算，建立了對部分數學概念的認識，并形成了對工程設計的再次理解。活動最終通過動手操作，使學生在潛移默化中運用所學知識，并將科學、技術、工程、數學及其他學科內容聯系起來。這既體現了STEM教育要求的各領域的“綜合”，又實現了以“實踐”和“探究”為基礎進行科學教育。

通過活動，兒童在引發問題、思考問題、觀察展品、開展實驗、構建解釋中反復經歷了由問題到判斷，由判斷到驗證，再由驗證到實施的過程。大部分的核心知識點是由學生自主探究得來的，這使他們獲取了難得的“直接經驗”[3]，直觀地構建和深化了學科基礎知識。在自主探究中，兒童初步建立了對物質科學、工程設計等“學科核心概念”的理解，盡管這種理解是比較淺層次的，但對于低齡兒童來說，足以使他們構建對科學、數學、工程、技術等方面的初步認識。活動設計的交流、合作、展示環節，是對STEM理念的進一步延伸和拓展。活動沒有過多的限制，也沒有好壞之分，這體現了STEM教育的多樣性和開放性。[4]最終的目的是讓學生鍛煉思維，增強創新能力和合作意識，提升綜合能力。

4 總結與思考

“小小火車站建筑師”教育活動是中國鐵道博物館基于STEM理念指導下對低齡兒童科學教育活動設計的初步嘗試，但距離對STEM理念的熟練運用和實踐仍然任重而道遠。對于博物館而言，如何更好地促進展品資源與游戲式探究的充分結合，為低齡兒童營造更好的學習環境和學習機會，如何設計出更多有針對性的STEM教育課程，還有賴于未來更加深入細致地研究和探索。

參考文獻

[1]葉兆寧，周建中，楊元魁.圍繞“大概念”設計STEM課程[J].人民教育，2018（7）：59-63.

[2]鄭巍，黃慧，孫琪琳.STEM教育在科技館教育活動中的實現方式——以上海科技館羊年生肖展為例[C].長沙：全球科學教育改革背景下的館校結合——第七屆館校結合科學教育研討會，2015.

[3]朱幼文.基于科學與工程實踐的跨學科探究式學習——科技館STEM教育相關重要概念的探討[J].自然科學博物館研究，2017（1）：5-14.

[4]葉兆寧，郝瑞輝，王蓓.非正規教育環境下青少年STEM教育活動的設計與實踐研究[J].自然科學博物館研究，2016（1）：43-48.