基于科技館加工實驗車間的教育活動實踐探索

王陽 張磊 巍蘇靖 王磊

[摘要]科技館加工實驗車間是展覽展品研制的“發源地”，是展覽展品運行維護的“保障站”，是科技館重要組成部分。該文首先對比分析高校工程實訓中心、企業生產加工車間、科技館加工實驗車間的功能優勢，梳理和凝練出科技館加工實驗車間的特點與文化底蘊。基于科技館加工實驗車間，結合科技館特色科學教育，圍繞科普展品研制和專業機床設備開發了加工實驗車間系列教育體驗活動。通過進一步轉變觀念和拓寬視野，利用科技館加工實驗車間開展青少年科技教育活動，把科技館加工實驗車間打造成一個創新創造的服務平臺，為公眾提供更多的特色教育資源。

[關鍵詞]科技館青少年加工實驗車間教育活動

[中圖分類號]G268[文獻標識碼]A[文章編號]10019596（2022）040056-05

教育作為科技館的重要功能已得到世界科技館界的公認[1]。科技館依托豐富多彩的科普展覽，通過科學性、知識性、趣味性相結合的展品和參與體驗式的教育活動，不僅普及科學知識、科學方法，而且注重培養青少年的科學思想和科學精神[2]。科技館加工實驗車間擁有先進的數控機床設備、多工種協作的專業技術人才等獨特資源，是展覽展品研制的“發源地”，是展覽展品運行維護的“保障站”，是科技館重要組成部分[3]。科技館專業技術人員在完成展品研制和運行維護任務的前提下，可以依托這種得天獨厚的物理空間面向青少年提供特色教育活動服務。為了進一步發揮科技館加工實驗車間直接傳播普及科學知識的功能，充分激發公眾特別是青少年對工業制造和創新創造的興趣，通過結合科技館特色科學教育，融合“工匠精神”和“創客文化”，充分考慮專業技術人才和創客人員的特質，對加工實驗車間現有的物理空間和資源進行整合，探索開發科技館加工實驗車間特色教育活動，具有重要的現實意義。

一、科技館加工實驗車間的教育優勢

美國舊金山探索館是科學中心式科技博物館的開山鼻祖，其展品研發車間置于主展廳中心區域“黃金地段”，公眾可以看到專業技術人員的工作場景，通過好玩有趣的展品和科學實驗調動公眾的好奇心，激發起公眾對科學技術的興趣[4]。與美國舊金山探索館相同的是，加拿大安大略科學中心也將1800多平方米的展品研發車間巧妙融入整個場館中。近些年來，伴隨著國內科技館事業蓬勃發展，科技館加工實驗車間軟硬件設施也逐步有所起色，重慶科技館、廣東科學中心等科技館也都擁有一定規模的加工實驗車間。通常情況下，國內科技館的加工實驗車間主要用于加工展品維修所需的零部件，并且只允許館內專業技術人員進入，公眾或者其他人員都不能出入。科技館專業技術人員在完成展品研制和維修任務情況下，車間的機床設備和人員往往處于閑置狀態，這無疑是一種浪費。

科技館加工實驗車間既不同于高等院校的工程訓練中心，又區別于企業的生產加工車間（見表1）。高等院校的工程訓練中心目前已成為培養高校學生實踐能力和進行工程教育的重要載體，在高校教學中發揮著舉足輕重的作用，但其主要面向大學生，尚未面向青少年群體[5]。企業生產加工車間雖然有比較專業的機床設備，由于其功能定位的原因，一般都不具備展示教育功能。科技館加工實驗車間不僅具有鮮明的工業生產特色，還蘊含著很多展品研制相關的科技元素，更有著強大的科技館科學教育理論做支撐。對于培養學生的動手實踐能力和科技創新能力而言，科技館加工實驗車間擁有獨特的硬件和軟件資源優勢，理應作為科普場所直接發揮其特色科學教育功能并服務于科技館教育體系。XUEHUI學會2022年第4期2022年第4期基于科技館加工實驗車間的教育活動實踐探索XUEHUI

表1高校工程實訓中心、企業生產加工車間、科技館加工實驗車間功能對比高校工程實訓中心企業生產加工車間科技館加工實驗車間功能定位高校學生實踐教學加工生產制造展品研制及維護設備規模專業機床設備專業機床設備專業機床設備物理空間場地比較大根據規模，有所差異根據規模，有所差異服務對象高校學生加工生產人員專業技術人員設計能力較強根據規模，有所差異較強加工能力較強根據規模，有所差異較強教育功能工程教育無創客教育、STEM教育文化底蘊工匠精神無創客文化、工匠精神

科技館加工實驗車間具有通識性工程實踐優勢，能夠給予青少年以工程教育啟蒙，了解工業制造和工業文化，更可以是培養青少年實踐能力和創新意識的重要教育場所[6]。青少年可以在科技館的加工實驗車間參與教育活動體驗，像工匠一樣打磨產品，在思想上和精神上達到共鳴，從而獲得直接經驗達到教育目的。與此同時，科技館加工實驗車間能夠博采眾長，匯聚新思維、新想法和新技術開發創新科普展品，從而進一步滿足廣大公眾日益增長的科普需求。

二、科技館車間教育活動體系構建探索

中國科學技術館擁有1200多平方米的加工實驗車間，專業技術人員以此為基礎，集合創客及創客空間特質，對現有的物理空間和資源進行整合，在傳統的科技館加工實驗車間中引入創客理念，增強科技館加工實驗車間的教育屬性，圍繞展覽展品研制提供豐富的教育活動資源，推動“工匠精神”和“創客文化”在科技館教育活動中得到傳承和弘揚。

科技館加工實驗車間具有先進的數控機床設備以及多工種協作的技術人才等獨特資源。在科技館加工實驗車間所開展教育活動也理應是科技館教育功能的延展，是科技館特色科學教育的重要組成部分。對標《中小學綜合實踐活動指導綱要》和《義務教育初中科學課程標準》，根據青少年的認知水平、知識經驗及需求，對車間教育活動內容進行了不同層級的劃分：初級體驗活動、中級體驗活動和高級體驗活動。不同層級的體驗活動從活動內容、活動對象和活動目標上都有明顯區分。其中，初級體驗活動主要針對普通公眾以參觀輔導的形式進行。中級體驗活動針對有一定動手能力或參加過創客活動的青少年，以參觀輔導、動手設計制作的形式進行。高級體驗活動針對有一定動手能力，具有設計和探究思維能力的青少年，以參觀輔導、動手設計制作、探究實驗等形式進行。通過多層次的車間教育體驗活動，引導青少年“基于實物的體驗”和“基于實踐的探究”，實現對“直接經驗”的認知[7]。

（一）初級體驗活動

初級體驗活動主要面向普通觀眾，允許公眾在加工實驗車間開放的狀態下進行參觀，在活動中注重突出加工實驗車間對外展示和交流的功用。考慮到加工實驗車間的空間大小和體驗活動效果，初級體驗活動適宜的受眾人數為20人。以“機械發展史”主題教育活動為例，科技輔導員首先使用演示法，通過圖片、實物及一系列教具，根據“機械發展”的時間線串聯主題，讓公眾了解機械發展簡史。在專業技術人員的帶領下公眾參觀加工實驗車間，近距離觀察數控機床設備及加工過程，觸摸機床加工的零部件產品，通過直觀感受來了解加工實驗車間機床設備基本功能及工業應用。在這個過程中，公眾不僅能看到傳統的普通機床設備及相應樣品，還能見到五軸聯動加工中心等數控機床設備的現場演示。

（二）中級體驗活動

中級體驗活動圍繞科普展品研制所需的專業數控機床設備，通過設計制作個性化紀念品或科技館文創的形式，開發好玩有趣的教育體驗活動。教育活動所針對的具體教學對象是有一定動手能力或參加過創客相關活動的青少年，適宜的受眾人數為20人。以“神奇的激光切割”主題教育活動為例，科技輔導員利用公眾在初級體驗活動中參觀中科館加工實驗車間獲得的直接經驗引入本次活動主題，并提出問題：原材料是如何在加工實驗車間變成復雜多樣的產品？引發青少年思考。科技輔導員利用圖片、動畫等多媒體介紹激光切割的加工原理、技術特點及應用。在專業技術人員的帶領下使用設計軟件進行個性化圖紙設計，促使青少年了解和體驗產品設計的基本流程。隨后，青少年近距離觀察金屬激光切割機和非金屬激光切割機，觀看自己設計的個性化紀念品由圖紙變成實物的加工過程。通過這種寓教于樂的方式激發青少年的學習興趣，調動青少年的積極性。

（三）高級體驗活動

高級體驗活動的教學對象為具有一定動手能力，具有設計和探究思維能力的青少年。以參觀輔導、動手設計制作以及探究實驗等形式進行，適宜的受眾人數為5人。專業技術人員對科普展品研制基本流程進行介紹，并結合加工實驗車間正在研制的新展品，現場分析和講解自主研制新展品零部件組成、加工方法、裝配調試等知識。科技輔導員結合常設展廳的展品提出任務：利用工業設計軟件和加工實驗車間的機床設備研制一件實驗裝置或展品原型試驗樣機。以“經典復現——‘錐體上滾’的巧思與制作”主題教育活動為例，青少年重新設計的可調節式“錐體上滾”實驗裝置來源于常設展廳經典展品“錐體上滾”，但又區別于展廳展品。在活動過程中，青少年不僅可以體驗新實驗裝置零部件的設計過程，還可以觀看自己設計的零部件加工制作過程，而且還能利用自己設計的新型實驗裝置進行探究實驗，探究導軌平面與水平面夾角、兩導軌間夾角、雙錐體形狀及角度等因素對“錐體上滾”現象的影響，從而深刻理解“錐體上滾”的運動機理。

三、科技館車間教育活動安全管理

車間教育活動的安全管理直接關乎公眾及工作人員的生命財產安全，是科技館加工實驗車間開展教育活動最重要的前提保障。科技館加工實驗車間通過加強頂層設計，細化安全管理，堅持“自上而下、預防為主、全員參與”的安全管理運行方針[3]，制定了由車間專業技術人員作為技術負責者，科技輔導員作為教育主導者，青少年作為重要參與者，全員聯合起來進行安全監督的創新管理方法。每臺機床設備的使用均由專業技術人員負責，他們精通相關機器安全、標準化操作、維修保養等方面的知識，對教育互動進行全方位監督和技術指導，確保人員與設備的安全。

除此之外，在公眾進入加工實驗車間前會進行必要的安全培訓和多次安全警示。專業技術人員利用典型的安全警示案例分析車間環境中的機械、電氣等危險因素，提高公眾在參觀過程中的安全意識。在進行教育體驗活動時，細化活動流程和環節，每個環節設置專門的安全人員負責;根據當期主題活動內容，設置公眾安全體驗區域和體驗時間;充分考慮機床專業性和危險程度，同時兼顧活動體驗效果，設置每臺機床的參與程度。健全安全生產例會制度，每周總結各設備安全生產的內容，定期分析安全運行狀況[8]。此外，還要求深度體驗的公眾購買相應的商業保險。

四、科技館車間教育活動效果反饋

根據青少年的認知水平、知識經驗及需求，加工實驗車間教育活動內容進行了不同層級的劃分。通過不同層級的體驗活動激發青少年對工業制造和創新創造的興趣，幫助青少年了解我國工業制造基本流程、科技創新成果方面的知識及其在生活中的應用。為了確保參與的公眾與活動相匹配，通過活動前的目標對象初篩，如對機械主題的基礎知識是否了解，是否有機械加工動手相關經驗、是否參加過科創比賽等，提升活動實施質量和公眾滿意度。

加工實驗車間教育初級體驗活動“機械發展史”于2020年10月18日首次對公眾開放，共預約10組親子家庭。問卷調查結果表明，公眾非常喜歡這次活動，并且活動滿意度100%。體系化的機械發展簡史讓公眾對機械的發展有了初步認識，實地觀看真正的數控機床設備、加工樣品及演示，驚嘆機械加工的神奇。中級體驗活動“神奇的激光切割”首次預約17人。通過活動后訪談了解到，公眾對于活動滿意度較高。通過在加工實驗車間參觀，親自動手設計圖紙，利用激光切割機加工制作個性化紀念尺，培養動手實踐能力，獲得參與感和成就感。但是，也有青少年希望活動時間再長一些，體驗環節再多一些。高級體驗活動“經典復現——‘錐體上滾’的巧思與制作”于2021年4月18日首次對公眾開放，共預約3組親子家庭。問卷調查結果表明，公眾對于活動滿意度較高。通過活動后訪談了解到，青少年對動手設計圖紙、利用多種設備及工藝加工制作“錐體上滾”實驗裝置等環節最感興趣。

五、結論與展望

科技館作為提高全民科學素質的重要場所，必須進一步轉變觀念、拓寬視野，積極提供特色科普文化產品與服務。實踐表明，科技館加工實驗車間教育活動的探索已經實現了從無到有的突破，但仍亟須進一步加強建設，繼續深入研究科技館加工實驗車間教育活動理論基礎，完善科技館加工實驗車間教育活動安全管理方案。

參考文獻

[1]陳玉涵.基于建構主義理論的科技館展示形式研究[D].武漢：華中師范大學，2016.

[2]孫迪一.館校合作下小學科學教學案例開發與實施研究[D].石家莊：河北師范大學，2019.

[3]王陽.基于加工實驗車間的科技博物館創客空間創建探討[J].實驗技術與管理，2020，37（9）：282-285.

[4]王巖.我國科技館功能實現探析[D].沈陽：東北大學，2008.

[5]陳詠華，李麗榮.工程訓練實踐教學研究與探索[J].實驗技術與管理，2011，28（3）：118-119，126.

[6]胡康怡.試論科技館中的手工工作室該如何發展[C]//束為.2014（安徽·蕪湖）全國科技館發展論壇論文集.北京：中國科學技術出版社，2014：254-258.

[7]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，2017，2（1）：5-14.

[8]滕小幸.生產事故人因機理及應對策略[D].西安：西安建筑科技大學，2011.