科學探究下科技館科普教育活動探究

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摘要:以科學探究為核心，深入開發(fā)中國杭州低碳科技館低碳科技廳常設(shè)展覽的能源相關(guān)展品、沙盤、模型、教具和小小探索者課程等館內(nèi)資源，在展示、體驗、互動、表演和教室等區(qū)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(nèi)資源的教育價值。

關(guān)鍵詞:科學探究;科學教育;低碳節(jié)能;情景化教學

一、科學探究培養(yǎng)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(diào)“學科學的中心環(huán)節(jié)就是探究”。我國在基礎(chǔ)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(yǎng)目標包含四個方面:科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)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(zhì)，生成對客觀事物的本質(zhì)及規(guī)律等觀點與見解;形成學科觀念與跨學科觀念并能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于科學現(xiàn)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(lián)想等形象思維方法和發(fā)散、遷移、重組等創(chuàng)造性思維方法，將其合理應(yīng)用于科學學習過程?；诮?jīng)驗事實抽象概括出理想模型，發(fā)展模型建構(gòu)能力;運用推理與論證提出問題，做出假設(shè)，提出解釋，發(fā)展推理論證能力;批判看待不同觀點和結(jié)論，通過不斷檢驗和修正提出創(chuàng)造性見解，發(fā)展創(chuàng)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(zhì);具備制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流和反思評價等科學探究能力;能夠?qū)W會設(shè)定學習目標，計劃、監(jiān)控并調(diào)整自己的學習過程，發(fā)展自主學習能力。(4)態(tài)度責任:學生能夠?qū)茖W持有積極的態(tài)度，保有對自然世界的好奇心;以批判性的眼光看待權(quán)威知識，敢于質(zhì)疑、勇于探究、善于創(chuàng)新、樂于合作、積極分享;形成熱愛自然、珍惜生命、保護環(huán)境、節(jié)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(guī)范與法律法規(guī)等，對社會性科學問題做出正確的價值判斷。四個素養(yǎng)相互依存，共同構(gòu)成一個完整的體系。科學觀念作為科學本質(zhì)屬性的集中體現(xiàn)，是其他素養(yǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)?？茖W思維作為科學探究過程中所需的關(guān)鍵能力與核心思維方式，是素養(yǎng)發(fā)展的核心。探究實踐不僅是學生通過科學探究所形成的關(guān)鍵能力與對科學探究的本質(zhì)理解，同時也是其他素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵途徑。態(tài)度責任是在探究實踐和科學思維支撐下科學觀念的內(nèi)化，是社會主義核心價值觀的集中體現(xiàn)。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(jié)合的一種科學探究學習模式，使科技館資源與學校教育結(jié)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(yǎng)、科學技能、創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)的重要性認識，并落實于行動。

二、一個展項引發(fā)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(huán)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(xiàn)代科技藝術(shù)表現(xiàn)手法的沉浸式體驗區(qū)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(qū)在低碳館最受觀眾的歡迎，很多青少年學生體驗完后便產(chǎn)生疑問“為什么地球的氣候環(huán)境會越來越惡化”“我們身邊有清潔的能源嗎?”“我們應(yīng)該如何節(jié)約能源”等一系列與能量相關(guān)的問題，但是這些問題的解決需要結(jié)合低碳館海浪發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、風力發(fā)電、陽光照亮夜晚、漫游智能電網(wǎng)、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(guī)劃師和能量轉(zhuǎn)換機等能量相關(guān)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(qū)的展品資源優(yōu)勢，我們設(shè)計出“全球變暖”主題教育項目，它既延伸了展區(qū)的教育功能和展品的教育價值，又與學校教育活動有區(qū)別。實物展品為學生的學習創(chuàng)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(jié)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(zhuǎn)化，并儲存在一些物質(zhì)之中，同時能經(jīng)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(jié)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(xiàn)上述綜合性的學習目標?下文介紹的項目開發(fā)和實施經(jīng)驗也許對從事科技場館教育的工作者有借鑒。

三、情境創(chuàng)設(shè)設(shè)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(nèi)容主要可分為五個環(huán)節(jié):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(nèi)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(shè)一個小組長，這樣的小組規(guī)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(huán)節(jié)安排兩位講解員，一位帶領(lǐng)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(huán)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(chǎn)、太陽能、聲、光、電、熱等多種能量形式聯(lián)系在一起的展品，在大量具體現(xiàn)象基礎(chǔ)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(shù)眾多影響體驗和講解效果。學習過程中興趣是起點，該環(huán)節(jié)能充分利用科技館豐富的展品資源調(diào)動學生對能量的興趣，這是學習動機中最活躍、最現(xiàn)實的因素。情境創(chuàng)設(shè)應(yīng)使學生聯(lián)系已有的知識經(jīng)驗解決問題，鼓勵學生獨立思考、挑戰(zhàn)權(quán)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(chuàng)設(shè)應(yīng)滿足以下幾點:首先，情境應(yīng)與學生的生活背景相關(guān)聯(lián)，促使學生自主感知科學探究的意義，激發(fā)學生學習的內(nèi)在動機。其次，情境應(yīng)該圍繞教學內(nèi)容進行創(chuàng)設(shè)，貼合學生的最近發(fā)展區(qū)。最后，情境應(yīng)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(xiàn)象與概念進行聯(lián)想以激活先驗知識，結(jié)合對現(xiàn)象或環(huán)境中變量間關(guān)系的分析，在發(fā)散性思維的基礎(chǔ)上從多個視角上提出不同的問題;比較和區(qū)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(lián)想比較、類比、分析、發(fā)散等思維方式的基礎(chǔ)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(qū)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(gòu)學習的意義;關(guān)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(zhuǎn)化，進一步引導學生發(fā)現(xiàn)和歸納科學問題的特征。能量探索游戲環(huán)節(jié)要充分培養(yǎng)學生遇到問題會進行自主探究的能力，通過九宮格游戲，經(jīng)歷一個簡單的科學探究過程，例如先發(fā)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(qū)域，這就是所謂的九宮格，然后學生在講解員的帶領(lǐng)下來到能量轉(zhuǎn)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(guān)系?它們又是如何相互轉(zhuǎn)化?每個問題的答案要經(jīng)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(shè)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(shù)多，最多的組將獲得小小紀念品。這個環(huán)節(jié)探究的展品必須互動性和探究性強，學生在第一個環(huán)節(jié)可能只是走馬觀花，但在這個環(huán)節(jié)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(zhuǎn)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(jié)能保護地球呢?”因此設(shè)計了生活和能量環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)會每人發(fā)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(jù)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(jié)能，然后大家一起討論自己家還能在哪些地方節(jié)約用能，為地球的環(huán)境貢獻自己的力量。通過這個環(huán)節(jié)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(jié)約用能、低碳生活的。光靠節(jié)約用能不能解決根本問題，還需要大力開發(fā)和使用新的清潔能源，例如太陽能、風能等，因此我們設(shè)計一個實踐動手制作環(huán)節(jié)，學生可以在相應(yīng)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(fā)電等，每個動手做的實驗過程設(shè)計都遵循科學探究的流程:提出問題、做出假設(shè)、設(shè)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(yǎng)了學生更加自主、合作探究的能力，同時也體驗了科學技術(shù)對社會進步的貢獻。這是學校課堂上所難以實現(xiàn)的。

四、校內(nèi)外結(jié)合進行教學評價

教學評價要重視學生的關(guān)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(tài)度責任等核心素養(yǎng)的發(fā)展;充分發(fā)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(jié)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(xiàn)有水平，由此創(chuàng)設(shè)良好的教學情境，激發(fā)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(jiān)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(xié)助教師監(jiān)控學生的學習表現(xiàn)，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(nèi)容包括學生的表現(xiàn)，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(jié)束后，可通過總結(jié)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(jù)。在總結(jié)性評估中應(yīng)該從多個維度設(shè)計評價細目表，全面評價學生的素養(yǎng)發(fā)展等級。最后的環(huán)節(jié)是由校外體驗回歸到校內(nèi)學習，一方面學生可以寫日記將館內(nèi)活動的感想與收獲和學校老師做分享，老師可以根據(jù)學生情況對相關(guān)能量教學內(nèi)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(diào)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(xiàn)好的加分，最后積分高的小組發(fā)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(nèi)教學內(nèi)容，通過充分挖掘館內(nèi)資源與學校課程的結(jié)合點和最佳結(jié)合途徑進行策劃和設(shè)計的。該活動通過深入開發(fā)中國杭州低碳科技館低碳科技廳常設(shè)展覽的能源相關(guān)展品、沙盤、模型、教具和小小探索者課程等館內(nèi)資源，在展示、體驗、互動、表演和教室等區(qū)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(nèi)資源的教育價值。學生在學校學完能量單元課程后來館內(nèi)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(fā)展之間的關(guān)系，有助于其形成低碳節(jié)能的生活理念。雖然探秘活動的設(shè)計是根據(jù)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(nèi)容設(shè)計也充分考慮了其他年齡層次青少年心理和知識結(jié)構(gòu)等特點，可以針對不同對象進行靈活調(diào)整，以提高其普適性。同時，探秘活動的內(nèi)容選擇也是靈活多變的，可以根據(jù)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(nèi)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(fā)他們的好奇和興趣，在互動體驗中學習關(guān)于能量的科學知識?！叭蜃兣睂⑦m合青少年年齡特點的一系列活動以“探秘”的形式串聯(lián)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(chuàng)新點。情景化教學的授課內(nèi)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(nèi)容不一樣的數(shù)理化問題解決方案等，啟發(fā)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?！叭蜃兣敝黝}系列活動已經(jīng)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。

六、結(jié)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(tǒng)工程，科學知識的普及和青少年科學素養(yǎng)的提升不僅是學校的任務(wù)，還需要校外教育機構(gòu)的協(xié)同努力，二者應(yīng)該保持著相輔相成的密切聯(lián)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(yè)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(wèi)平．思維型科學探究教學的理論建構(gòu)［J］．課程．教材．教法，2021，41(06)．

［3］白宗新，陳競?cè)兀萍拣^的社會教育功能［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2005，15(3):176-177．

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

作者:凌浩 單位:中國杭州低碳科技館