好奇工場：指向兒童科學素養的場景學習

左文飛 莊惠芬

常州市武進區星河實驗小學分校原名常州市武進區周家巷小學。學校曾經科學教學設備陳舊簡陋，科學教師教學手段單一，科學教育處于相對較低的水平。2017年學校加入常州市武進區星河實驗小學教育集團。集團秉持讓兒童“人人有好奇心、個個有創造力”的教育愿景，致力于將科學教育作為支點撬動兒童發展，于是為分校規劃了“好奇工場”項目，讓兒童在好奇心最為旺盛的年齡得到優質的科學教育。“好奇工場”按照有利于兒童做學玩創而設計，現已全部建設完成。學校結合兒童年齡特征與關注熱點，開發了“100個科技智能、100個科學發現、100個科學實驗、100個科學游戲”系列資源供全集團共享。目前，分校已經成為江蘇省機器人示范教育基地、全國青少年人工智能特色學校。

兒童在空間固定、結構功能單一的科學教室中接受傳統的講授式教學，容易出現好奇心和探索欲得不到激發，高階性的探究得不到支持，個性化的學習需求得不到滿足，科學素養與創新思維受到局限的問題。學習應該是大腦、身體與場景的融入式互動，場景本身就是學習，為支持科學學習資源的開發，并為兒童開展深度學習、培養兒童的學科與跨學科素養提供載體，學校把場景作為載體，設計了整體600多平方米的好奇工場，讓兒童在場景中學習。這是一個以年段序列、科學主題、探索線索為脈絡的科學探究場景空間。好奇工場把場景作為工具，構建更為靈活、開放、軟硬件融合的適應性科學學習環境，以滿足兒童個性化與跨學科學習的需求。

一、在場景中學習，設計空間中的好奇線索

科學素養既包括關于自然與技術世界的知識和觀念、探究自然的方法，也包括改造世界使用工具的能力。場景的設計是以兒童的體驗感、參與感為線索，以好奇為起始點，促使科學知識與兒童認知、科學技能與生活問題解決、科學思維與場景學習方式之間產生連接。新技術與學習場景之間深度融合，會讓學習更容易發生。好奇工場的教育目的指向興趣的激發、科學觀念的形成與進階，營造真實情境讓師生合作，以實踐的方式學習，為問題解決而行動，引導兒童通過人際互動、人與物的互動、人與場域的互動參與科學探索。我們在“好奇工場”中建構了以下四大場景：

“萬物夢工廠”區域以人體科學、植物科學、昆蟲科學為主題，形成兒童對世界萬物好奇探索的場景，比如：人體科學通過八個實驗從內而外揭示人體的奧秘；植物科學通過八個實驗揭示植物世界的秘密，兒童通過制作植物標本、研究植物的向光性和再生長等實驗，成為小小植物學家；昆蟲科學通過八個實驗揭示昆蟲神秘的世界，包括制作螞蟻農場、昆蟲陷阱、研究昆蟲的活動等。

“蝌蚪造物間”區域以水晶科學、氣泡科學、氣球科學為主題，形成兒童對身邊的事物進行實驗、探究與發現的場景。水晶科學通過八個實驗，讓兒童探索神奇的水晶世界，學習培養和制作屬于自己的閃閃發光的水晶，了解水晶的科學知識；氣泡科學用八個實驗，創造氣泡的趣味科學實驗以揭示奇異的化學反應；氣球科學通過八個實驗揭示氣球的力量，兒童可以親手制作氣球導彈、氣墊船及氣球火箭炮等，揭示神秘的動力學原理。

“智豆創意鏈”區域包含機械科學、光線科學、電能科學、磁力科學、汽車科學五個部分，形成兒童運用一定的科學原理進行實驗改造、發現原理的場景。兒童機械科學用十二個動力學實驗揭示機械的力量；光線科學用十二個實驗揭示光的神奇魅力；電能科學用八個電能裝置實驗揭示電的來源與原理；磁力科學用十二個實驗揭示磁鐵的迷人力量；汽車科學則用八個實驗揭示汽車運行原理，讓兒童了解汽車動力原理及安全裝置。

“火星實驗室”區域包含魔法科學、太空探索、埃及奇觀三個部分。魔法科學通過變色杯子、隱藏的錢幣、神秘圖片卡、超級旋轉和魔法多米諾等十二個神奇魔術揭示科學秘密；太空探索通過制作一個太陽系行星模型、研究月球火山口、了解各大行星的主要特征等實驗，讓兒童探索宇宙的奧秘；埃及奇觀讓兒童用八個實驗揭示古埃及人的智慧。

好奇工場注重場景設計、空間重構，關注課程融合與重構，通過科目群來支撐與構建。好奇工場的課程有超過300種主題以及數百種科學實驗，全面啟發兒童的生活科學知識，并在寓教于樂的實驗操作中，勾連書本與生活，聯結知識與實際，啟發解讀與運用，獲取融合與創新，為兒童埋下創新思維的種子。

二、基于場景的學習，支持學程的個性定制

基于真實場景的主題設計，能夠讓兒童在問題的探究中構建自我認知。同時彈性化、泛在性的科學學習場景的設計，讓學習的方式也走向個性定制。兒童自我定制學習目標、選擇場景、預設時間、自創方式，并進行自我調控。

（一）從五類問題探究科學主題

好奇工場的場景中蘊含著豐富的科學探究主題，這些主題中隱藏著大量問題，這些問題大致分為五個類型：單一性的原始問題，如“多肉的生長周期是怎樣的？”，學生可以通過解決問題形成對世界的基本認識；復合性的交叉問題，如 “小蝌蚪、小金魚、小烏龜能不能混養？他們需要怎樣的生態環境？”，學生能在解決問題的過程中提升認知技能；項目化的驅動問題，如“我們如何制作一份天氣寶典，讓大家知道天氣和生活之間的聯系呢？”，學生可在研究過程中構筑理解世界的框架；開放性的綜合問題，如“怎樣的風箏飛得高？”，學生能夠在解決綜合問題的過程中提升能力和素養；專題性的多元問題，如“如何構造一個校園垃圾分類機器人？”，學生能夠通過創新型實踐去解決實際問題。這五個類型的問題縱橫交錯，形成問題矩陣。

學生在發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的過程中提升了觀察、發現、分析、比較、抽象、概括等能力，并將習得的能力遷移到新的問題解決過程中，從而在日積月累的科學探究中涵育科學精神、葆有科學態度、形成科學的價值判斷，最終提升科學核心素養。

（二）從三個維度重構學習時空

好奇工場為兒童的科學學習創設場景，讓兒童成為場景學習的問題發現者。好奇工場鏈接場景，讓兒童在場景中被點燃、激活，促使兒童成為科學的探索者。

第一，空間突破。兒童的科學學習是需要時空的，好奇工場的建立打破了一般科學學習散點化的弊端，重構了基于體驗、探究與發現的科學探究鏈條，兒童的學習置身在場景中，使科學場景與問題環境相生相融；將學習內容嵌入到環境中，讓兒童的學習真實地發生。

第二，時間重組。在好奇工場中，依據兒童興趣的投入程度與問題的探究連續性，我們把40分鐘的科學課變長，有時兩節課連上，有時把一個課時擴展到60分鐘。學習時空的拓展使得兒童探究發現的興趣與科學精神不斷生長。在好奇工場里隨處可見“問號箱”，不斷變滿的“問號箱”里裝著的是兒童真實的問題卡，呈現兒童不斷猜想、驗證、發現、質疑的過程。

第三，區間貫通。好奇工場的設計是開放的，空間可以重組，主題的探究也可以貫通。我們圍繞問題線索進行主題的分解、整合，形成貫通六個年級的科學探究活動。這些活動與科學教材中的內容融合，輔之以項目化學習、學科聯動以及課題探究等，最終形成好奇工場課程的常態。

從這三個維度突破學習時空，能讓兒童獲取更豐富的信息，得到更充沛的時間，進行更廣泛的互動，有利于他們進行個性化的探索與表達。

（三）以兩種路線進行逆向學習設計

好奇工場不僅向全校開放，還向全集團以及整個片區開放，因此面對不同的對象，需要有一種參與體驗學習的基本路線，也需要有基于專題的實踐學習的基本流程。

第一，普適性的體驗路線。兒童走進好奇工場，從“獲得護照—明確目標—選擇問題—確定內容—選擇材料—嘗試創造—交流互動—答疑解惑—改進提升—完成成果—評價反饋”的活動過程中，享受創造的樂趣，完成好奇工場課程學習。這一普適性的流程適用于每一個兒童。

第二，個性化的學習路線。兒童通過“種子課—主干課—果實課—生長課”，進行個性化學習。種子課是指通過在工場的全方位的體驗之后，每個人提出自己的問題，再經過全班匯總形成問題群，建立共同體；主干課是指導師聚焦大家最關心的問題，通過任務單、研究框架以及合作組展開研究，形成一系列策略；果實課是指各個共同體通過合作探究發現科學知識、規律和原理、組織全班分享交流形成的成果；生長課是指借鑒之前的探究經驗，并進入下一輪研究的主題。

好奇工場讓兒童在問題提出、路線確定、同伴選擇、探索推進、成果發布等環節都擁有“我的研究我做主”的機會和可能。

三、場景即學習，指向科學素養的方式創新

場景的沉浸感、體驗感以及參與感，能夠將學習中的兒童與兒童、兒童與場景聯結起來，體驗區以學習科技歷史、體驗科學現象、培養科學思想與方法為核心，通過項目化、協同化、定制化以及情境化的學習，培養兒童對科學的認知、科學思想和方法、科學精神和價值觀。

（一）沉浸探索多元場景，基于課題的情境學習

兒童在好奇工場中能夠參與各類課程，每項課程中設置了不同難度層次的任務，并配以相應的引導。好奇工場配備有各種活動材料與任務資源包，并為每項任務編制了對應的活動指導材料。

基于問題的學習活動是從問題出發設立目標并設計活動步驟，活動過程包括選擇創設問題、進行問題可行性分析、構建反饋系統。如科學實驗“車輪為什么是圓的？”來源于“為什么方形輪子不能在平面滾動”這一疑惑。在教師的幫助下，兒童發現這一研究可以利用測量、計算、推理等已有技能去解決，于是開始規劃研究行動。

基于任務的探究活動以任務為導向推進探索過程。例如探究飲食和身體健康主題，兒童需要帶著一個研究任務到好奇工場中的數字廚房專區研究合作完成。兒童根據所給的任務，獨自或以協作的形式完成任務，通過“做中學”，以任務為驅動，學以致用。

基于游戲的體驗活動將場館資源與游戲相結合，鼓勵兒童在玩中學。例如科學創想中心的宇宙奇觀專區就是將與兒童生活相距遙遠的宇宙知識和兒童最愛的星際游戲整合，兒童可以模擬駕駛星際飛船，在游戲中了解宇宙。

基于虛擬情景的交互學習通過輔助設施，創設貼近現實的、自然的、生活的、社會的模擬情境。兒童通過虛擬工具解決問題，但他們的活動體驗是真實的，他們的研究成果是指向現實的。例如好奇工場的城市規劃課程，既有靜態的未來城市呈現教學，也有真實的數字影片動態演繹，幫助兒童構建對于城市規劃體系的認知，規劃未來城市的虛擬樣態。

（二）建立可探究問題墻，基于問題的項目學習

在好奇工場中采用項目化學習是指兒童基于生活需要，經過前期調研、探究與發現形成驅動性問題，通過團隊合作以及運用已有的科學知識與經驗形成富有創造性的方案與計劃，最終解決較為復雜的問題。

項目主題應來自兒童的生活，熟悉的內容能引發兒童的共鳴，以身邊事物中發現的新問題更容易激發興趣，所以主題的獲取可以以兒童經驗為源頭。主題可以基于具身經驗提出，兒童從自身體驗出發找到研究項目，例如泥巴、螞蟻、影子、種子等等；可以基于直接經驗獲得，例如經歷過“燒不破的紙杯”現象的兒童有可能對紙杯產生一探究竟的愿望；可以來源于間接經驗，比如“螞蟻的窩到底是什么樣子”這一主題，兒童可以通過觀察螞蟻的行動特征提出猜想，再通過飼養一小群螞蟻獲得證據從而解決問題。

驅動性問題的設計要圍繞主題，讓問題的解決過程成為對主題的認知過程。第一種方式是圍繞一個特定的物品、作品或事件進行多角度的發散性思考。例如以“螞蟻”項目化學習設計為例，兒童圍繞主題，根據已有經驗，提出自己覺得有意思的問題和讓自己困惑的問題，師生共同梳理這些問題，根據自身的能力、條件等選擇合適的問題進行探究實踐。第二種方式是將同一主題中有關聯的內容聚合在一個問題之下。兒童可以對圍繞主題的1～2個核心問題開展探索，從而理解該主題。例如“泥土”這個主題，既可以研究泥土的種類，也可以研究泥土的形成與變化，還可以研究泥土對植物的影響。教師設計了“如何改變泥土種好紅薯”這一項目，鼓勵兒童創造性地介入泥土的變化過程，幫助他們在探究過程中發現泥土的本質屬性和與植物的相互作用。第三種方式是不同主題的交叉融合。我們可以把兩個或更多主題放在一起審視，找到結合點。比如“電池”與“植物”的融合，通過“見到很多電池扔在河邊—電池中的電解液有毒性—河中有水葫蘆、金魚藻等水生植物—植物的生存生長需要適宜的條件”這樣的思考路線，創生研究項目“堿性電池對水生植物的影響”。

（三）設計個體預約菜單，基于主題的定制學習

好奇工場的課程以任務單的方式呈現，方便兒童定制學習。兒童來到活動室，可選出自己感興趣的活動內容，按照任務單的提示自主選擇所需的材料進行活動，在一定的時間內完成。

課程形態“嫁接式”融合，讓不同學段的兒童都能定制學習。有的兒童專注力不足，就可以用較短的時間關注一個小問題；有的兒童能夠沉下心做研究，就要給足時間，讓其研究復雜問題。由此，我們將課程分為三類：第一類是微課程，如“創造有方法”的十二種奇思妙想；第二類是短課程，低年級主打“我是小問號”，中年級關注“我愛小研究”，高年級升級為“我能小發明”；第三類是長課程，每周一次開展卓越課程，比如螞蟻研究項目從低年級的“畫螞蟻”“養螞蟻”，到中年級的“辨認螞蟻”“螞蟻的生活”，再到高年級的“螞蟻的窩”“螞蟻戰爭”，對兒童從認知、學習能力、創造素養等多方面進行長程培養。

課程主體“選擇性”聯結，為不同能力水平的兒童定制學習。在好奇工場中，設置了VIP定制課程，形成真正意義上的定制學習。課程尊重學習規律和個體差異，為兒童提供量身定制的獨有課程，幫助兒童認識自己、發展自己。

（四）建立可視化實驗室，基于專題的協同學習

好奇工場建設了可視化實驗室，對小學傳統實驗室進行改造，提供精確度更高的測量工具、多樣的傳感器、豐富的虛擬實驗軟件，讓實驗數據可視化、微小差異顯性化、長期等待短時化。提高了實驗的精度和效果，豐富了實驗手段，給予兒童更多的探索體驗。在基礎型科學課程教學中根據教學內容及兒童的認知規律開展可視化探究活動，為兒童的專題研究提供更有力的證據支持。

可視化實驗室讓兒童將質的研究升級成量的研究。例如圍繞“距離越遠，聽到的聲音越小嗎”這一問題，兒童們可以拿著分貝儀分別在距離聲源2米、4米、6米、8米的位置測量，測量出準確的音量數據并形成音量變化折線圖，結果一目了然。利用這一結果，高年級的學生還能嘗試著發現音量降低與距離之間的數值關系。

可視化實驗室為兒童縮短等待的時長。例如“連續三個月每天吃漢堡、薯條，我們的身體會發生什么變化”這個問題的研究需要較長時間的等待，每天的變化也并不明顯，還會承擔身體健康受損的風險。因此可以改成虛擬實驗，設置好每天的飲食種類與數量，在1秒鐘內就能看到人體外形變胖、血液黏稠度增加。

可視化實驗室為兒童提供創新工具的機會。例如“運動后的心跳怎么變”是兒童想要了解的問題。他們選擇合適的傳感器制作運動手環，隨后佩戴運動手環測量出運動前的心率，輕度運動后的心率，高強度運動后的心率，運動停止后三分鐘、六分鐘、九分鐘時的心率，通過閱讀統計圖除了可以發現運動后心率加快，還能發現不同強度運動后心率的差異、不同強度運動后恢復平靜心率所需時長的差異等。

在好奇工場這一學習場景的建構中，教師帶領兒童在問題驅動中探究、發現、聚合、發散，兒童在開放性的探究空間中運用知識、經驗以及方法，實現了思維由表及里、由外而內、由淺入深地有序推進，最終促進了科學素養的發展。