基于科學探究的科技館科普教育活動研究與實踐

摘 要：以科學探究為核心，深入開發中國杭州低碳科技館低碳科技廳常設展覽的能源相關展品、沙盤、模型、教具和小小探索者課程等館內資源，在展示、體驗、互動、表演和教室等區域展開科普教育活動，與學校的科學課程實施要求相整合互補，彌補了青少年在學校教育中缺乏親身體驗科學探究實踐的不足，同時也提高了館內資源的教育價值。

關鍵詞：科學探究;科學教育;低碳節能;情景化教學

一、科學探究培養目標

1996年，美國國家科學院推出了美國歷史上第一部《國家科學教育標準》。這部標準要求學校的科學課程把“學科學作為一種過程”，并強調“學科學的中心環節就是探究”。我國在基礎教育改革中，新課程標準也明確提出“科學學習要以探究為核心”[1]。

科學探究的具體培養目標包含四個方面：科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任[2]。

（1）科學觀念：學生在科學探究過程中理解科學的本質，生成對客觀事物的本質及規律等觀點與見解;形成學科觀念與跨學科觀念并能夠將其應用于科學現象的解釋與實際問題的解決。

（2）科學思維：學生掌握分析、綜合、分類、比較、概括等抽象思維方法，空間認知、想象、聯想等形象思維方法和發散、遷移、重組等創造性思維方法，將其合理應用于科學學習過程。基于經驗事實抽象概括出理想模型，發展模型建構能力;運用推理與論證提出問題，做出假設，提出解釋，發展推理論證能力;批判看待不同觀點和結論，通過不斷檢驗和修正提出創造性見解，發展創新思維能力。

（3）探究實踐：學生能夠形成科學探究的意識，理解科學探究的本質;具備制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流和反思評價等科學探究能力;能夠學會設定學習目標，計劃、監控并調整自己的學習過程，發展自主學習能力。

（4）態度責任：學生能夠對科學持有積極的態度，保有對自然世界的好奇心;以批判性的眼光看待權威知識，敢于質疑、勇于探究、善于創新、樂于合作、積極分享;形成熱愛自然、珍惜生命、保護環境、節約資源的社會責任感;能綜合考慮社會責任、倫理道德、公共規范與法律法規等，對社會性科學問題做出正確的價值判斷。

四個素養相互依存，共同構成一個完整的體系。

科學觀念作為科學本質屬性的集中體現，是其他素養發展的基礎。

科學思維作為科學探究過程中所需的關鍵能力與核心思維方式，是素養發展的核心。

探究實踐不僅是學生通過科學探究所形成的關鍵能力與對科學探究的本質理解，同時也是其他素養發展的關鍵途徑。

態度責任是在探究實踐和科學思維支撐下科學觀念的內化，是社會主義核心價值觀的集中體現。

通常學生在學校的科學課堂學習中，主體性、參與性、參與科學性和實踐性都較為欠缺，針對這種情況，中國杭州低碳科技館探索提出把科技館展品與科學教育相結合的一種科學探究學習模式，使科技館資源與學校教育結合起來，建立資源共享機制，促進校外科技活動與學校科學教育有效銜接，提高對青少年進行科學素養、科學技能、創新和實踐能力培養的重要性認識，并落實于行動。

二、一個展項引發教育活動

坐竹筏，依次穿越美麗的家園、城市蔓延、冰川融化、燃燒的大地、極端天氣、城市濕地，親歷全球變暖帶來的各種極端環境的震撼場景……這不是童話故事，這是中國杭州低碳科技館的全球變暖展廳，在這個集合多種現代科技藝術表現手法的沉浸式體驗區中，人們可以直觀地感受氣候變化帶來的災難性后果。

全球變暖體驗區在低碳館最受觀眾的歡迎，很多青少年學生體驗完后便產生疑問“為什么地球的氣候環境會越來越惡化”“我們身邊有清潔的能源嗎？”“我們應該如何節約能源”等一系列與能量相關的問題，但是這些問題的解決需要結合低碳館海浪發電、太陽能熱發電、風力發電、陽光照亮夜晚、漫游智能電網、地熱之城、太陽能之城、風能之城、換燈前后、大樓還是電站、城市能源規劃師和能量轉換機等能量相關展品，并且通過進一步的探究、討論才有可能解決。為了充分利用和挖掘出展區的展品資源優勢，我們設計出“全球變暖”主題教育項目，它既延伸了展區的教育功能和展品的教育價值，又與學校教育活動有區別。實物展品為學生的學習創造了更直觀和擬真的情境條件。該項目面向小學中高段各年級學生，將科技館展品和科學課程緊密結合，以全球變暖這種普遍生活體驗為切入口，逐步展開對能量的認識，讓青少年了解能量有多種形式，能相互轉化，并儲存在一些物質之中，同時能經歷一個完整的科學探究過程，并動手實踐，體驗清潔能源對人類生活的重要意義，認同珍惜能源、節約能源、低碳生活的觀點。如何在一個以場館資源為依托的教育項目中實現上述綜合性的學習目標？下文介紹的項目開發和實施經驗也許對從事科技場館教育的工作者有借鑒。

三、情境創設設計探究活動

“全球變暖”主題活動主要針對預約的青少年學生團隊，至少以一個班級（40人）為單位，活動內容主要可分為五個環節：能量之旅、能量探索游戲、生活和能量、小小探索者課程和校內延伸學習。活動實施過程學生將被分成4個小組，每組10人，設一個小組長，這樣的小組規模對于參觀體驗、講解、游戲和實踐課程等具體活動有較強的操作性，講解員和輔導員比較容易掌控，學生活動的效果也最佳。

能量之旅環節安排兩位講解員，一位帶領兩個小組學生坐竹筏先體驗全球變暖展廳，感受資源與能源的日益緊張造成的環境污染加劇和氣候災難頻繁，然后步行參觀煤、石油、天然氣能源礦產、太陽能、聲、光、電、熱等多種能量形式聯系在一起的展品，在大量具體現象基礎上逐步形成比較抽象的能量概念。另一位講解員帶另外兩組的線路相反，這樣可以避免一個展品前面人數眾多影響體驗和講解效果。學習過程中興趣是起點，該環節能充分利用科技館豐富的展品資源調動學生對能量的興趣，這是學習動機中最活躍、最現實的因素。

情境創設應使學生聯系已有的知識經驗解決問題，鼓勵學生獨立思考、挑戰權威、合作互動，從而形成一種學生主動學習、積極參與的生動活潑的教學氛圍。情境創設應滿足以下幾點：

首先，情境應與學生的生活背景相關聯，促使學生自主感知科學探究的意義，激發學生學習的內在動機。

其次，情境應該圍繞教學內容進行創設，貼合學生的最近發展區。

最后，情境應當能夠引起學生的認知沖突。

提出問題階段，學生主要通過觀察，將現象與概念進行聯想以激活先驗知識，結合對現象或環境中變量間關系的分析，在發散性思維的基礎上從多個視角上提出不同的問題;比較和區分所提問題的可行性，進一步確定自己的研究問題，明晰學習目標。

概而論之，學生需要在觀察、聯想比較、類比、分析、發散等思維方式的基礎上來抽取、識別和明確可探究的科學問題。

對中小學生，尤其是低年級的學生而言，獨立提出、鑒別和區分科學問題存在一定困難，教師需要提供輔助材料來幫助學生感知到情境中的實際價值，建構學習的意義;關注學生如何提出問題，幫助他們對所提出問題進行聚焦和轉化，進一步引導學生發現和歸納科學問題的特征。

能量探索游戲環節要充分培養學生遇到問題會進行自主探究的能力，通過九宮格游戲，經歷一個簡單的科學探究過程，例如先發給每個小組長一張空白A4紙，按井字形對折，形成9塊等大區域，這就是所謂的九宮格，然后學生在講解員的帶領下來到能量轉化機展品前，讓學生帶著以下6個探究的問題仔細觀察：看到了什么能量？它們有什么相同點？有什么不同點？有哪些用途？彼此間有什么關系？它們又是如何相互轉化？每個問題的答案要經過小組討論確定后寫在九宮格里，剩下3個格子可以自由設計問題并探究答案，20分鐘后每組輪流提供問題答案，講解員對認可的答案格子做上標記，最后看哪組的九宮格里被標記的格子所連成的直線或斜線總數多，最多的組將獲得小小紀念品。這個環節探究的展品必須互動性和探究性強，學生在第一個環節可能只是走馬觀花，但在這個環節卻可以在愉快的游戲中不知不覺學會提出問題、分析問題和解決問題，對能量種類以及轉化有更深層次的認識。

有了對能量的初步認識和全球變暖廳的體驗，學生自然而然會有疑問“我們生活中能量具體使用情況又是如何的呢？如何節能保護地球呢？”因此設計了生活和能量環節，該環節會每人發一份《生活和能量》活動單，活動單上有家用電器和常用交通工具使用時所消耗的能量值，讓學生根據平時使用時間粗略算出一天所消耗的能量值，例如燒飯、洗衣、洗澡、沖馬桶和上下學等，學生可以比比誰家生活最低碳、最節能，然后大家一起討論自己家還能在哪些地方節約用能，為地球的環境貢獻自己的力量。通過這個環節的計算和討論，學生能回歸到自己實際生活，明白自己是可以從身邊的小事做起節約用能、低碳生活的。

光靠節約用能不能解決根本問題，還需要大力開發和使用新的清潔能源，例如太陽能、風能等，因此我們設計一個實踐動手制作環節，學生可以在相應的展品面前探究并制作簡單的太陽能車、太陽能船和水果發電等，每個動手做的實驗過程設計都遵循科學探究的流程：提出問題、做出假設、設計實驗、進行檢驗、匯報交流、共享成果。這些情景化探究活動使學生印象深刻，也培養了學生更加自主、合作探究的能力，同時也體驗了科學技術對社會進步的貢獻。這是學校課堂上所難以實現的。

四、校內外結合進行教學評價

教學評價要重視學生的關鍵能力和必備品格，全面考查學生的科學觀念、科學思維、探究實踐以及態度責任等核心素養的發展;充分發揮學校、教師、學生、家長等參與評價的主動性與積極性;綜合利用診斷性評價、過程性評價和總結性評價，滿足不同教學階段的需求。

在教學開始之前，教師可通過診斷性評價了解學生的現有水平，由此創設良好的教學情境，激發學生學習興趣。

教學過程中以過程性評價為主，其目的主要包括兩方面：

一是幫助學生實時監控自己階段性目標的完成情況，指導學生的下一步學習。

二是協助教師監控學生的學習表現，以便于教師及時為學生提供指導。

評估主體包含教師評估、同伴之間的互評以及學生自評。評估內容包括學生的表現，以及教師在教學過程中所提供的“腳手架”的有效性。

在教學結束后，可通過總結性評價，了解學生對總體學習目標的掌握程度，從而為教學實施的有效性和下一步改進提供依據。在總結性評估中應該從多個維度設計評價細目表，全面評價學生的素養發展等級。

最后的環節是由校外體驗回歸到校內學習，一方面學生可以寫日記將館內活動的感想與收獲和學校老師做分享，老師可以根據學生情況對相關能量教學內容進行查漏補缺，另一方面科技館輔導員通過帶隊老師填寫的“全球變暖”主題教育反饋單也可以對活動情況做適當調整，例如針對學生活動過程中紀律難以掌控，老師建議活動過程中可以采取小組競賽，表現好的加分，最后積分高的小組發小獎品，我們后來嘗試這個方法，效果很好。

五、探究式的科學教育活動更有吸引力

“全球變暖”活動是針對浙江省小學六年級“科學”課程能量單元的校內教學內容，通過充分挖掘館內資源與學校課程的結合點和最佳結合途徑進行策劃和設計的。該活動通過深入開發中國杭州低碳科技館低碳科技廳常設展覽的能源相關展品、沙盤、模型、教具和小小探索者課程等館內資源，在展示、體驗、互動、表演和教室等區域展開科普教育活動，與課程實施要求相整合互補，彌補了青少年在學校教育中缺乏親身體驗科學探究實踐的不足，同時也提高了館內資源的教育價值。學生在學校學完能量單元課程后來館內體驗全球變暖活動，可以更直觀、更立體、更全面地理解能源和人類發展之間的關系，有助于其形成低碳節能的生活理念。

雖然探秘活動的設計是根據小學六年級《科學》教材，但是并不局限于只適合六年級學生參與，探秘活動內容設計也充分考慮了其他年齡層次青少年心理和知識結構等特點，可以針對不同對象進行靈活調整，以提高其普適性。同時，探秘活動的內容選擇也是靈活多變的，可以根據青少年的年齡層次以及在館停留時間，全部體驗或者只選擇體驗其中一項感興趣的內容，其中每一項活動都包含科學探究的過程，這樣就可以充分激發他們的好奇和興趣，在互動體驗中學習關于能量的科學知識。“全球變暖”將適合青少年年齡特點的一系列活動以“探秘”的形式串聯起來，既有認知又有互動，既有探究又有合作是此項活動的創新點。情景化教學的授課內容由專職輔導員，利用講解、實驗、道具表演的多種形式，傳播與生活貼近的科技知識或與學校課本內容不一樣的數理化問題解決方案等，啟發并帶動觀眾參與進來，使教學非常活躍，學生主動學習興趣增強。低碳館通過幾年來的實踐，此項主題活動深受廣大青少年及老師、家長的喜愛，同時成為中國杭州低碳科技館開展探究式科普教育的一項成功案例。“全球變暖”主題系列活動已經成為低碳館吸引青少年兒童走進科技館、愛上科技館、學習科學知識的一大亮點。

結語

科技館作為社會教育場所，是對學校教育的重要補充，它將枯燥、抽象的課本知識以生動、直觀、互動的形式展示出來，能有效彌補學校教育的不足，解決學校課堂教育不易解決的問題[3]。而科普工作是一項系統工程，科學知識的普及和青少年科學素養的提升不僅是學校的任務，還需要校外教育機構的協同努力，二者應該保持著相輔相成的密切聯系。我國各地都有各式各樣的科技場館，作為社會文化教育事業的重要組成部分，科技場館在配合學校教育方面有著義不容辭的責任[4]。

參考文獻：

[1]牛靈江.科技輔導員工作指南[M].科技輔導員工作案例，2011，5：80-81.

[2]胡衛平.思維型科學探究教學的理論建構[J].課程.教材.教法，2021，41（06）.

[3]白宗新，陳競蓉.科技館的社會教育功能[J].科技情報開發與經濟，2005，15（3）：176-177.

[4]謝娟，尚修芹.關于科技博物館教育活動開發的若干思考[J].科普研究，2009，4.

作者簡介：凌浩（1982— ），男，漢族，湖南株洲人，本科，館員，從事科技館科普活動工作。