技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地設計與實踐

摘" 要" 探討技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地建設，并以STEM教育為例進行分析。從虛擬實驗設計、教育情境設計和極簡技術應用三個方面探討博物館、科技館等實踐教育基地的設計重點。根據(jù)STEM教育與博物館、科技館等實踐教育具有共同的特點，如邏輯性、實踐性、探究性學習和直接體驗，提出實驗操作與技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地結合進行科學探究。

關鍵詞" 技術賦能；STEM教育；博物館；科技館；實踐教育基地

中圖分類號：G632" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）21-0-04

0" 引言

黨的二十大報告再次強調“科技是第一生產(chǎn)力”。技術與教育的結合成為推動社會發(fā)展和歷史進步的動力之一[1]。信息技術的發(fā)展使得教學時空不再囿于教室和課堂，顯著增強了教學環(huán)境的互動性、情境性、開放性、靈活性和智能性。技術變革催化教學范式變革，更加重視學生基于情境的參與式學習體驗，從傳統(tǒng)范式的促進接受式學習轉向構筑有意義的整體性學習經(jīng)驗[2]。

1" 博物館、科技館等實踐教育基地的虛擬實驗設計

虛擬現(xiàn)實（VR）技術作為充分實現(xiàn)演示、實驗操作、展覽和戶外團隊活動的有效途徑，將成為實踐教育基地教育功能提升的重要方式。在實踐教育基地中，STEM教育可以通過豐富的實驗教學和團隊活動實現(xiàn)目標。科技館、實驗室、科技中心、博物館等實踐教育基地是課堂教育的有效延伸。

1.1" VR技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地課程

1）3D建模和場景設計：使用3D建模軟件創(chuàng)建虛擬實驗場景和實驗器材模型。對實驗環(huán)境和實驗器材進行準確建模和設計，確保虛擬環(huán)境的逼真感。

2）交互技術：使用交互設備（如VR手柄）和技術實現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境的交互。

3）物理引擎：使用物理引擎技術模擬物體的運動和交互，確保虛擬環(huán)境中的物體和實驗器材具有逼真的物理行為和相互作用，使實驗操作更加真實和準確。

4）虛擬現(xiàn)實設備：選擇適當?shù)腣R設備（如VR頭盔、手柄）以及相關的硬件和軟件，重視設備的性能、分辨率和圖形渲染等方面。

5）數(shù)據(jù)采集與分析：在虛擬實驗中收集和記錄實驗數(shù)據(jù)，并進行相應的數(shù)據(jù)分析。重視虛擬環(huán)境交互的數(shù)據(jù)采集設備和數(shù)據(jù)分析軟件的應用。

6）虛擬現(xiàn)實內容創(chuàng)作：創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實內容，包括場景、模型、動畫和音效等。需要使用相關的創(chuàng)作工具和技術。

7）體驗設計：關注體驗，包括虛擬環(huán)境的界面設計、視覺效果和聲音效果等。關鍵技術的應用可以幫助實現(xiàn)VR技術在實驗過程中的有效應用和提供優(yōu)質的實驗體驗。

1.2" VR技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地課程模式變革

虛擬實驗在技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地教育中具有突破時空限制、安全、可靠、高效等優(yōu)勢，可以改變傳統(tǒng)實驗教學模式。

1）突破時空限制：虛擬實驗可以通過計算機和網(wǎng)絡技術將實驗場景呈現(xiàn)在學生面前，使學生能夠進行自主探索和實踐。

2）安全可靠：對于一些危險性較高的實驗，虛擬實驗能減少實驗誤差，提高實驗數(shù)據(jù)的準確性。

3）在虛擬實驗場景中，學生能完成無法在實際實驗室中進行的復雜實驗，接觸昂貴的設備和實驗材料等。虛擬實驗能拓寬學生在實驗領域的視野。

4）個性化學習的虛擬實驗可以為學生提供即時的反饋和指導。

5）跨學科整合：虛擬實驗可以創(chuàng)造出跨學科的學習場景，促進不同學科之間的交叉應用和學生綜合能力的培養(yǎng)。虛擬實驗在技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地中的應用非常廣泛，能提供沉浸式和交互式的學習體驗，提供更加靈活和多樣化的學習方式。

2" 技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地的STEM教育情境設計

在社會建構主義看來，人的學習是一種情境認知。情境認知不是封閉于個人頭腦之中的認知過程，而是同周圍環(huán)境中的工具、符號、語言乃至人際關系等媒體和功能性資源交互作用生成的認知過程[3]。

2.1" 技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地的STEM教育情境的硬件設施

技術賦能的科技館、博物館等實踐教育基地的直觀教育軟硬件是指在提供直接經(jīng)驗和實踐操作的環(huán)境中所必需的物理設施和抽象支持系統(tǒng)。STEM教育強調學生的主動學習和實踐操作，而不是單純依靠教師的講解。

2.1.1" 探究實驗室

配備基本的實驗器材和工具，讓學生進行各類科學實驗和觀測。可以設立專門的生物、化學、物理等實驗室，也可以是綜合性實驗室。

STEM教育將科學、技術、工程和數(shù)學這四個領域的知識結合起來，為學生提供了一個跨學科技術賦能的學習環(huán)境，使他們能夠在解決實際問題的過程中學習和成長。科技館因其豐富的資源，成為實施STEM教育的理想場所。科技館與學校教育結合，可以讓學生在一個更加自由和富有創(chuàng)造性的環(huán)境中進行探索，從而更好地理解科學原理和技術應用。技術賦能的實踐教育基地的軟硬件設施應該支持學生的主動探究和實踐操作，激發(fā)他們的求知欲和創(chuàng)新能力。

2.1.2" 信息技術設施

配備計算機和相關軟件，用于數(shù)據(jù)分析、編程學習和虛擬仿真。使用VR（虛擬現(xiàn)實）和AR（增強現(xiàn)實）技術，提供沉浸式的學習體驗。

創(chuàng)客空間和工作坊可以提供3D打印機、電子元件、機械加工工具等，支持學生將創(chuàng)意和設計轉化為實體作品，讓學生有機會交流想法，了解最新的科學和技術進展。

在5G技術支持下，智慧課程和實踐教育基地結合可以提供更多的資源和工具。希望能夠進一步推動這樣的教學模式，培養(yǎng)出更多對科學和技術充滿熱情的學生。在5G技術支持下，實踐教育基地的課程環(huán)境逐漸豐富和完善，課程能得到基礎性的保障。

2.1.3" 自然探索區(qū)域

技術賦能的戶外自然觀察區(qū)，如小型動植物生態(tài)園、天文觀測臺等，能讓學生直接接觸和研究自然現(xiàn)象。通過技術賦能的軟硬件設施的結合，實踐教育基地能夠為學生提供一個充滿探索和創(chuàng)新氛圍的學習環(huán)境，有助于他們成長為具備實踐能力和批判性思維的人才。

2.1.4" 實踐教育基地場地規(guī)劃與基礎設施建設

選擇地理位置優(yōu)越、交通便利的地點建設實踐教育基地。規(guī)劃合理的場地布局，建設穩(wěn)固、安全的建筑物，提供足夠的教室、實驗室、展覽廳等設施。確保基地內水電供應充足、網(wǎng)絡通信良好，滿足教學和科研的需求。同時要創(chuàng)建良好的生態(tài)環(huán)境，如種植綠化植被、進行景觀設計，為學生提供舒適的學習和休息環(huán)境。實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用，采取節(jié)能、環(huán)保的建筑材料和設施。

2.2" 技術賦能的博物館、科技館等STEM直觀課程教育情境

STEM課程不僅教授學生學科知識，還強調把知識還原到豐富的生活情境中。學生通過情景互動，以小組合作的形式協(xié)同互助、相互啟發(fā)，參與、體驗獲得知識的過程，不僅能夠獲得結果性知識，還能夠習得蘊含在問題解決過程中的過程性知識[4]。

2.2.1" 創(chuàng)設技術賦能的科學教育情境并且強化直觀教育

常見的基于項目的學習操作流程包括選定項目、制定計劃、活動探究、作品制作、成果交流、活動評價六個階段。STEM教育在項目的設計上注重將涉及的知識隱藏在情景化的真實問題當中，演示、實驗操作與展覽多以科學家進行科學研究、科學考察、技術發(fā)明的實驗裝置或對象為原型，為了加強學生對科學知識的了解，創(chuàng)設科學教育情境，讓學生形成自己的直接經(jīng)驗。

2.2.2" 博物館、科技館等實踐教育基地的演示、實驗操作與STEM課程相依托

美國國際技術教育協(xié)會（International Tech-nology Education Association）提出了STEM課程的基本架構，其核心觀點是以解決工程問題為課程主軸，再輔以技術設計、數(shù)學與科學相關知識，發(fā)展專題導向的教學模組，以培養(yǎng)學生對各學科知識的整合能力并激發(fā)學生學習工程的興趣[5]。

運用博物館、科技館等實踐教育基地資源展開科學教育，基地實踐課程的開展以STEM課程為依托，積極發(fā)揮實踐教育基地對科學教育所能起到的作用，建立實踐教育基地的教學方式，利用實踐教育基地的充足資源開展學校的STEM教育。與博物館、科技館等建立合作關系，共同開發(fā)和更新課程內容。與學校合作，確保課程與學校教育相輔相成，共同促進學生科學素養(yǎng)的提升。通過這樣的設計，實踐教育基地能夠成為一個集教育與實踐于一體的學習場所，幫助學生在實踐中學習和掌握STEM領域的知識和技能。

2.2.3" 直觀教育課程通過實踐中的探索和操作，實現(xiàn)“做中學”的教學效果

技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地是課堂教育的有效延伸，STEM教育作為充分實現(xiàn)演示、實驗操作、展覽和戶外團隊活動的有效途徑，將成為實踐教育基地教育功能提升的重大突破口。STEM教育的目標是通過實踐教育基地的直觀教育，讓學生有機會在團隊中與同學合作、分享想法。通過實踐教育基地，學生可以得到直觀的教育體驗。技術賦能的實踐教育基地提供了具體的場地和設備，讓學生親身參與解決科學問題的過程，學生可以在實踐中觀察、探索、實驗。

3" 博物館、科技館等實踐教育基地的極簡技術應用

3.1" 極簡技術概述

極簡技術強調的是技術的簡便性、實用性和效率性，通過簡化教育技術的應用，讓教師和學生能有效地利用技術。極簡主義理念與教育技術實踐結合，通過簡化技術來深化應用。極簡技術并非反對技術，而是采取便捷、易用、體驗良好的技術，減少復雜性。極簡技術工具實現(xiàn)包括文本、圖像、視頻等，也包括投屏，手機或平板電腦等移動設備將屏幕內容無線投射到電子白板或電視等大屏幕設備上，特點是簡便易用、實用有效。

3.2" 博物館、科技館等學習資源的獲取、處理、設計和分享

3.2.1" 極簡技術賦能的博物館、科技館等學習資源分享

1）博物館、科技館等學習資源的快速搜索。在搜索學習資源時，盡量使用具體、精準的關鍵詞篩選結果。例如，可以使用特定的學科、實踐活動、地理位置等關鍵詞，以便更快地找到所需資源。

2）學習資源平臺。許多學習資源平臺提供了基于極簡技術的分類和篩選功能，可以根據(jù)需要選擇相關的學科、主題或類型，可以直接訪問教育機構官方網(wǎng)站（許多科技館、實驗室、科技中心和博物館都有自己的官方網(wǎng)站），瀏覽它們提供的學習資源和教育項目。

3）基于極簡技術的社交媒體和在線社區(qū)。在社交媒體平臺和在線社區(qū)中，與其他教育從業(yè)者、學生或家長交流并獲取他們推薦的學習資源。例如，在微信、微博等平臺上搜索相關的社群和話題，會看到更多的資源分享和討論。

3.2.2" 文本資源獲取

對于較復雜的圖片或需要更高精度的文字提取，可能需要使用專業(yè)的OCR（光學字符識別）工具或服務。

3.2.3" 圖像資源獲取

1）圖片資源網(wǎng)站。這些網(wǎng)站提供了大量的高質量圖片供選擇和下載。可以通過在這些網(wǎng)站上進行關鍵詞搜索，瀏覽并下載適合課程的圖像資源。

2）搜索引擎圖片。可以根據(jù)關鍵詞查找和獲取相關的圖像資源。在搜索結果中，可以選擇合適的圖像，并通過右鍵點擊選擇下載、另存為或復制圖像。

3）版權免費圖像庫。除了特定的圖片資源網(wǎng)站，還有一些版權免費的圖像庫提供了各種類型的圖像資源。例如，Unsplash等網(wǎng)站提供了高質量的免費圖像下載。

4）截圖和屏幕截取。如果在在線課程或網(wǎng)頁中遇到適合作為教學資源的圖像，可以使用截圖工具或操作系統(tǒng)自帶的屏幕截取功能將其捕捉并保存為圖像文件。

無論使用哪種方法獲取圖像資源，都要確保遵守相關法律法規(guī)，尊重作者的版權。

3.2.4" 視頻資源獲取

對已有資源進行重組、加工和處理，將搜索到的視頻資源下載到本地。可使用瀏覽器下載或錄制視頻資源，使用瀏覽器插件等獲取視頻資源。

1）在打開視頻網(wǎng)頁后，可以使用瀏覽器的“另存為”功能將視頻保存到本地設備。這個方法適用于一些直接嵌入網(wǎng)頁的視頻，可以右鍵點擊視頻區(qū)域，選擇“另存為”并保存視頻文件。

2）使用瀏覽器下載或錄制。可以使用這些瀏覽器打開視頻網(wǎng)頁，然后根據(jù)瀏覽器提供的下載或錄制選項保存視頻。

3）使用瀏覽器插件。瀏覽器插件如貓抓、IDM等可以幫助下載在線視頻。安裝和啟用插件后，它們可能會在視頻頁面上顯示一個下載按鈕，或者在視頻播放時自動捕獲并提供下載選項。

4）使用錄屏軟件。如果用其他方法無法獲取視頻資源，用錄屏軟件可以記錄屏幕上的所有活動，包括播放在線視頻的過程。可以選擇合適的錄屏軟件，并根據(jù)軟件提供的指導錄制視頻。

5）技術拓展課程音頻資源的獲取。獲取音頻常用的方法是從音樂播放器中下載或者采用錄制的方式。

3.2.5nbsp; 極簡技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地課程設計與應用

1）多媒體課件可以通過圖像、視頻、動畫等形式呈現(xiàn)教學內容。在選擇教育資源網(wǎng)站和小程序時，確實有許多優(yōu)秀的工具可供選擇。剪映、萬彩動畫大師、希沃白板5、101教育PPT等工具都提供了豐富的功能，可以實現(xiàn)視頻制作、動畫制作和課件制作等。例如，剪映是一款簡單易用的視頻編輯工具，可以使用它制作技術拓展課程小視頻；萬彩動畫大師可以幫助制作生動有趣的動畫、交互式和美觀的課件。

2）技術拓展課程的工具可以提供高效的信息化學科輔助，幫助學生在數(shù)學、語文、英語等學科的學習中取得更好的成績。

3）手機投屏在極簡教育技術賦能的課程中，可以實現(xiàn)實時展示和共享。希沃投屏是一款常用的手機投屏工具，可與希沃白板5配合使用，實現(xiàn)手機端和電腦端的同步登錄。學生可以將手機上的圖片、視頻、實時拍攝的內容等展示到大屏幕上，營造技術拓展課程的氛圍，提高參與度和主動性。通過手機投屏，學生可以實時與教師或其他同學共享學習成果、問題解決過程等，促進學習交流和合作。同時，教師也可以利用手機投屏來展示教學資源、示范操作、進行實時指導等，提高教學效果和互動性。

4）UMU平臺提供了一種全面的教學管理和評價工具。通過UMU平臺的相關功能，學生可以方便地提交問題并得到教師的指導和解答，也可以查看實驗報告并進行互評與討論，促進互動和合作。UMU平臺的應用可以實現(xiàn)技術拓展課程的在線管理、評價和反饋，為技術拓展課程提供更全面的教學支持和管理服務。

4" 結束語

技術賦能的博物館、科技館等實踐教育基地的實踐教育，通過人工智能等新技術的引入，為教育提供了更多可能性。技術賦能的教育創(chuàng)新不僅提供了更多的學習資源和機會，還讓教與學變得更加簡單、高效和智能化，推動了學習向智能和創(chuàng)新方向發(fā)展。

5" 參考文獻

[1] 李欣桐，李廣，徐哲亮.技術賦能：美國教育信息化的歷史轉向及未來發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代教育管理，2022（6）：120-128.

[2] 李爽，林君芬.“互聯(lián)網(wǎng)+教學”：教學范式的結構化變革[J].中國電化教育，2018（10）：31-39.

[3] 鐘啟泉.知識建構與教學創(chuàng)新：社會建構主義知識論及其啟示[J].全球教育展望，2006，35（8）：12-18.

[4] 周禮，章亞楠，朱悅衛(wèi)，等.基于STEM理念的校本課程：以制作“天氣瓶”為例[J].化學教學，2016（10）：14-17.

[5] 李揚.STEM教育視野下的科學課程構建[D].金華：浙江師范大學，2014.

*項目來源：中國教育裝備行業(yè)協(xié)會課題“基于科技館、博物館、展覽館等研學（勞動）實踐教育基地建設與管理”（項目編號：CEFR22013R8）；吉林省教育規(guī)劃課題“基于科技館、博物館、展覽館等研學（勞動）拓展課開發(fā)行動研究”（項目編號：GH21520）；長春市教育學會課題“博物館、展覽館、陳列館等研學技術拓展課校本開發(fā)”（項目編號：CJKG20220975）。

作者簡介：王興宇，副教授，現(xiàn)兼任長春市教育局圖工委秘書長。