鲁文文

一、 课程开发的前期思考

对于科技馆来说，展品是基础，教育是灵魂。美国当代科学教育改革的指导文件《2061计划：全体美国人的科学》和《科学素养的基准》都强调，要引导学生们像科学家做科学研究一样，以科学探究的方式去学习科学，建立科学的世界观，并在这一过程中理解科学家思考问题、解决问题的方法。[1]因此笔者认为，科技馆科学教育的目标应该是：引导公众像科学家一样地想事情、做事情。那么科学家是如何开展科学研究的呢？美国《国家科学教育标准》指出：科学探究是科学家们研究自然界并解释所发现的证据而进行的活动。我国2017年《小学科学课程标准》(以下简称《课标》)中描述的学生探究式学习是指在教师的指导、组织和支持下，以学生为主体，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究的过程，以获取科学知识、领悟科学思想、学习科学方法为目的的学习方式。[2]笔者经过分析后发现，科学探究是科学家进行研究的过程，探究式学习可以让学生掌握科学家思考问题和解决问题的方法。基于此，笔者认为：在科技馆开展探究式教育活动是有效实现“引导公众像科学家一样想事情、做事情”这一教育目标的方式之一。在此过程中，开发与实施探究式馆校结合教育活动尤为重要。

如何开发探究式馆校结合科学教育活动？笔者认为，这样的教学活动既要体现场馆教育特征，即“基于实物的体验”“基于实践的探究”，又要满足学校科学教育课程标准的要求。“倡导探究式学习”是我国《课标》的基本理念之一，该《课标》中共提及“探究”164次，提出科学课是一门“实践性课程”。笔者认为：科学教育课程中的“科学探究”目标其实就是科学家“想事情”“做事情”的方法，即科学探究过程中的科学方法；“科学态度”目标的内容其实就是科学家“想事情”“做事情”的基本态度和价值观，即科学探究过程中的科学精神、科学思想。那么，在设计探究式学习项目并引导学生进行探究式学习时，不仅要关注《课标》中的课程内容，还要将上述“科学探究”与“科学态度”的目标融入教学过程。而且，科学方法、科学思想、科学精神不能依靠教师的灌输，而要通过“实践性课程”和探究式学习的过程让学生们亲身体验、亲身实践并获得“直接经验”。如此，基于科技馆展品开展的馆校结合科学教育活动方可以体现出“基于实物的体验”“基于实践的探究”这一教育特征，[3]才能够实现科技馆的科学教育目标，即：“引导公众像科学家一样想事情、做事情”，并且将“探究式学习”融入馆校结合的实践性课程中，从而实现《课标》的教学要求，为“馆校结合”科学教育项目的设计思路确立方向和目标。

二、 《T博士讲科学》教材简介

为了能将以上教育理念落实到馆校结合科学教育活动中，实现科技馆展品资源与《课标》深入有效地对接，笔者在郑州科学技术馆尝试开展系统化、精品化的馆校结合探究式科学教育课程。笔者团队基于“魅力科学课堂”实施过的200多个科学教育活动，结合《课标》中物质科学与技术工程的内容要求，选择了和学生们的实际生活紧密相关的机械展区展品，设计出“简单电路”“杠杆”“工程设计”等10个主题，编写了以探究式学习为教育理念的馆校结合科学教育教材——《T博士讲科学》。

该教材以科学知识的逐步深入为主线，科学探究技能和方法的逐级培养为辅线，对配套教具的灵活使用贯穿教学过程始终。课程设计不仅关注科学知识，更注重科学方法的运用、科学态度的培养以及科学技术在生活中的应用。比如，为了能让学生兴趣盎然地“像科学家一样想事情，像科学家一样做事情”，课程中设计了科学家T博士的形象。这位敢于冒险、想象力丰富的“怪”科学家伴随学生们的整个探究学习过程。其中，学前准备篇——“成为像T博士一样的科学家”，让学生对科学探究建立整体印象，了解像T博士一样进行科学探究需要哪些技能，这些技能会依次在相应的主题活动中深入学习。每次主题活动均注重学生亲身经历探究和不间断的实践过程，在直接参与探究的体验中获得对探究特征的深刻认识。教学活动注重学生的“体验与理解”并行，要求教师向学生介绍探究的基本要素，并在活动中引导学生思考探究活动的特征。

为了更好地发挥《T博士讲科学》在馆校结合科学教育方面的作用，设计团队为本教材研发了配套资源箱——“科学百宝箱”。“科学百宝箱”内共有零件41种、156个。主要配件采用透明材质，便于观察其内部结构、学习其中蕴含的科学概念。其中“科学万能球”为基本配件，在内部装入不同的零件，就可以成为不同的功能球。它与其他配件可以自由组合，类似于具有各种不同功能的积木，能搭建100多种创意作品。

《T博士讲科学》搭配“科学百宝箱”使用，可以让青少年在自主设计、自由创造、不断改进、趣味竞赛的体验中，理解电、齿轮、杠杆、力等方面的科学知识，了解科学探究的具体方法和技能，发现和提出实际生活中的简单科学问题，并尝试用科学知识和科学方法予以解决，真正让学生在做中学，在学中思，激发他们学习科学的兴趣，培养创造性思维，提升创新能力。

三、 馆校结合科学教育活动“小小赛车会”的实施与启示

(一) 学情分析

“小小赛车会”是《T博士讲科学》中的最后一节课程，属于综合应用篇，也是校内科学课程的拓展延伸。[4]三至五年级学生在学校科学课上已经学习了“简单电路”“运动与力”的内容，初步了解工程设计。[5]经过前9个主题的学习，他们具有了项目学习的经历，能够设计方案并依据方案制定比赛规则；也熟悉了“科学百宝箱”中各种配件的使用方法，具备了灵活选用配件设计模型的能力，所以本主题的教学重点设定为：充分发挥学生的主观能动性，激发学生对设计一辆小赛车的兴趣，并且按照科学家想事情、做事情的方法设计小车草图和制作模型，并对自己或他人的小车提出改进建议，最终制作一辆跑得更快的小车。

(二) 教学目标与对象

“小小赛车会”的教学目标包括四个维度，并与《课标》中的要求相对应(见表1)，分别是：

1. 科学知识——了解小车的基本构造，初步知道小车的工作原理；对自己或他人设计的小车模型提出改进建议，并说明理由。

2. 科学探究——了解设计制作一辆赛车的基本流程；能与他人合作有计划地选择材料。设计和制作一辆赛车；通过测试、调整、改进，实现小车能够沿直线向前运动的目标；最终向大家推介自己的小车。

3. 科学态度——在与他人合作的过程中相互交流、不怕失败、不断改进，感受探究实验的快乐。

4. 科学、技术、社会与环境——体会工程设计给我们的生活带来的改变。

教学对象：小学三至五年级学生。

表1 “小小赛车会”对应《小学科学课程标准》中的要求

(三) 实施流程

1. 引导环节(激发兴趣)：教师以简短的问答方式了解学生对小车竞速赛的认知程度，再播放精彩的方程式赛车视频或者发给每组学生一辆常见的玩具赛车，引导学生观察赛车的特点。

设计意图：激发学生参与活动的兴趣，同时回顾和观察生活中常见的车，帮助教师了解学生的知识基础，有利于教师引导学生归纳小车的基本构造，猜测小车的工作原理，进而提出本次活动需要研究的问题：“如何设计一辆小车？”

2. 设计环节：教师引导学生在观察的基础上，利用“科学百宝箱”中的材料设计一辆车。

设计意图：学生在规定时间内，梳理制作一辆赛车的基本流程。通过小组讨论、分工完成车辆的设计图，并制定计划，预设拼装的顺序。同时对车体外观、电路连接、配件选用等进行规划设计。

学生需要明确的问题：

(1) 设计一辆小车需要考虑的因素有哪些？

(2) 预设小车的拼装顺序。

(3) 组内交流设计思路，有无不合理之处？

(4) 应该如何修正设计方案？

此环节中，教师不对学生的设计进行过多指导，要允许学生试错，最终能以合适的方式对方案进行修正；教师关注学生遇到的问题，引导学生通过不同的方式亲自解决问题。

3. 拼装环节：学生根据设计图拼装一辆赛车并进行初步的检测。通过测试、调整、改进，实现小车能够沿直线向前运动的目标。

设计意图：学生能够与他人合作，有计划地选择材料，根据设计图拼装赛车。学生在拼装中遇到问题时，教师不做“好”与“坏”或“行”与“不行”之类评价，而是引导学生自己通过实际操作去证明设计方案的优劣、猜想的对错等。培养孩子相互交流、不怕失败、不断改进的科学态度。

检测小车的环节，让学生在小组内多次经历“分析判断—方案设计—实验验证—结果分析—方案改进—实验验证”的实践过程，不断优化自己的小车。领悟以“求真”“实证”为核心的科学方法、科学思想、科学精神和“实践是检验真理的唯一标准”这一科学的认识论、方法论、价值观。

4. 竞赛环节：在小车竞速赛中，发现自己小组的小车与其他小组的小车在运动过程中的差异，并进行对比分析。

设计意图：学生学会设计对比实验，并按照合理的规则进行比赛。比如，在使用相同电压的情况下，如何设计小车才能使车速更快；材料完全相同的情况下，重心的位置变化会影响小车的速度吗？该怎样进行对比实验？学生自主选择设计标准，组建小组，进行对比实验。引导学生基于实验证据分析问题，解决问题。

5. 小结环节：教师根据现场情况选择小车跑得最快、最慢或者具有其他特性的小组，上台分享制作与竞赛过程中遇到的问题，分析小车跑得最快或最慢的原因。

设计意图：这个环节可以促进学生之间的交流与评价。教师不对学生的观点直接评价，而是引导学生引用小车竞速赛的数据记录、现象观察等方面的证据，对自己或他人设计的小车提出改进建议，并说明理由。除此之外，学生要介绍在小车的设计制作过程中遇到了哪些问题，是如何解决的？在各小组相互对比后，获得了哪方面的启发？将会怎样改进自己的小车？学生再次经历“提出问题—分析判断—设计方案—实验验证”的实践过程，深刻体会“实践是检验真理的唯一标准”。

6. 交流分享环节：创意赛车推介会

设计意图：“如果现在有商家来购买小车的创意设计方案，作为设计师的你们该怎样介绍自己的创意赛车，最终赢得商家的认可？”通过“创意推介”的方式，引导学生梳理经历的科学探究步骤，增强对科学探究要素的认识，深刻体会“像科学家一样想事情、做事情”的内涵，同时提升学生表达交流的能力。

课后，教师带领学生到科技馆机械展区参观，引导学生在主题活动与展区展品之间建立联系。学生在展区参观不再是走马观花，而是认真地分析齿轮之间的传动关系，遇到小车中用到的齿轮组合，还会特别兴奋。纵观此课程的教学过程，我们会发现：学生们被一个接一个的任务或问题吸引，带着极大的兴趣和好奇努力思考，并动手寻找答案，尽力完成科学探究并最终制作出了各具特色的小车。直到活动结束，学生们仍然觉得意犹未尽。

(四) 学生探究活动与科学家探究之间的相似之处

1996年，美国国家研究理事会发布的《国家科学教育标准》指出：尽管学生使用探究式学习的方式学习科学知识，而科学家是在努力增进人类对自然界的了解，学生和科学家所从事的活动及思维过程都有很多的相似之处。[6]如果将学生在“小小赛车会”中的探究与科学家的探究做个对比，我们会发现科学家的探究源于观察，并对观察到的有趣现象表现出好奇，从中产生疑问，从已有的知识背景中提炼出问题；“小小赛车会”则是让学生通过观察视频或图片中的赛车，对设计一辆赛车产生兴趣，引出探究的问题——“如何设计一辆小赛车”。科学家会利用已有的知识，或查阅资料，利用已完成的研究提出可能的解释，制定研究计划，使用实验、技术、数学方法收集精准的证据；学生们基于总结和梳理生活中常见车辆的共同特征，尝试分工完成车辆的设计图，并制定计划，预设拼装的顺序，并进行初步的拼装与检测。科学家们会利用研究成果支持解释自己观点的合理性；学生们通过小组内和小组之间的多次拼装、调试、检测、竞赛等过程，观察现场并记录数据，验证小车设计方案的合理性。科学家最终会发表研究结果；学生们也“发表”了自己的研究成果——向全班同学进行“创意赛车推介”。

学生在“小小赛车会”中的实践经历和科学家的探究过程是一致的。教学过程中渗透了对于方案设计的思考，与小组成员相互合作、不断尝试、不怕失败的科学态度，对比实验的设计与基于证据的解释，充分自主的表达交流，都是为了让学生在获得探究能力、掌握科学知识、理解科学家的工作方式的同时改进学习质量，即实现“像科学家一样想事情、做事情”的场馆科学教育目标。

(五) 馆校结合科学教育活动的启示

科学活动的探究形式有多种，教学设计可以让学生经历科学探究的过程，深刻体会“像科学家一样想事情、做事情”的内涵，但并不是每一次探究活动都需要体现所有的探究技能，“小小赛车会”更注重对学生以下探究技能的培养：

1. 提升学生制定研究计划以及按计划进行实验的能力

科学探究是科学家们研究自然界并解释所发现的证据而进行的活动。一般包括提出和聚焦问题，设计研究方案，收集和获取证据，分析数据、得出结论，表达和交流五个要素。[6]“小小赛车会”这个主题活动通过让学生基于现有的材料设计小车、拼装小车，并经过检测、改进小车等过程，不断地思考问题，创造性地解决问题，最终让小车的速度更快。他们制定计划与方案，并根据计划进行实验的能力得到了提升。

2. 充分给予学生发现问题和解决问题的机会

“小小赛车会”改变了基于场馆展品设计的教育活动“按一按、看一看”的形式，将教师的“问”与学生的“答”，变成参与者主动提出问题、制定计划、并尝试按照计划解决问题。参与者提出问题的意识和质疑能力得到提高。

3. 增强学生之间合理分工与团结协作的能力

探究式学习过程中，学生之间的交流与合作比较多，以小组的形式，尝试多人共同解决问题，这种科普教育方式更能提高学生的合理分工与团结协作能力。

四、 开发与实施基于展教资源的探究式馆校结合科学教育课程的思路

基于展教资源开发的馆校结合科学教育课程不一定在展厅内展品前开展，还应兼顾校内科学课的进度。它可以是展品的拓展延伸，也可以是对展品内涵的深度开发。无论是哪一种形式，设计者在课程开发阶段必须弄清场馆探究式科学教育的特点，掌握探究式学习的核心，同时明白场馆科学教育与学校科学教育之间的异同，恰到好处地将展品涉及的科学概念与校内科学课联系起来。

(一) 熟悉科技馆展品

设计基于展品的馆校结合科学教育课程，教师需要熟悉展品的操作方法、展示的主要现象、核心概念、背后的故事以及展品与《课标》之间的联系。在此基础上，教师才能围绕特定核心概念或主要问题创设情境，将引导学生思考、发现、操作、表达、交流的内容进行整体规划，让学生通过操作展品或者辅助实验器材，经历“像科学家一样想事情、做事情”的实践过程。

(二) 强化馆校结合科学教育课程的特征

1. 探究性——馆校结合科学教育课程采用探究式教育理念。探究式学习即发现学习，是学生在学习情境中通过观察、发现问题、搜集数据、形成解释、获得答案并进行交流表达的过程学习。基于展教资源的馆校结合科学教育课程具有开放式的特殊环境，拥有现象神奇有趣的展品，适合学生进行探究式学习。

2. 科学性——馆校结合科学教育课程的目标在于让学生像科学家一样想事情，做事情。具体来说就是让学生在探究过程中增强科学兴趣，掌握科学知识和技能，理解科学探究的过程和方法，培养科学探究的态度与情感。科技馆展品所呈现的科学知识本身便具有科学性。

3. 趣味性——趣味性是基于展教资源的馆校结合科学教育课程的重要特征。学生可以自己操作展品或者辅助器材，在“玩”的过程中增加对科学的兴趣，在兴趣的引导下进行探究。

(三) 保持科技馆教育特色，推广此类教育课程

在“小小赛车会”教学活动中，教师通过适当的启发引导，令整个教学过程充满着学生灵动的思维和强烈的探究欲望。学生在主动思考，在为解决问题而全身心地投入实验，为求知而进行热烈讨论。

如果对“小小赛车会”课程加以总结，其最大特点就是学生在积极、自主的状态下经历科学探究过程，很好地实现了“像科学家一样想事情、做事情”的目标，培养了学生的思维能力和实践能力。此类课程体现了科技馆开展科学教育的本质，具有向其他科技馆和学校推广的潜力与价值。

七、小结

我国目前开展的基于展教资源的馆校结合科学教育活动，根据教学模式、教师参与方式和教学内容大致可分为三类：其一是基于展品的延伸活动，如科技制作；其二是以科学实验和探究为主的活动；其三是针对展品涉及的科学概念进行讲解与传授。在实际的馆校结合科学教育课程中，可以同时采用其中的两种甚至三种模式。无论方式如何，活动的目的都是“让学生像科学家一样想事情、做事情”。

科技馆有着丰富有趣、探究性很强的展品资源，以此为基础开发的馆校结合科学教育课程，若结合学生的生活实际，可以设计出趣味性、探究性更强的场馆教育活动。对于参与此类活动的学生来说，则是一次宝贵的经历。基于展教资源开发系统化、精品化的馆校结合科学教育活动，能让学生直观地观察现象，亲身经历探究过程，提升创新思维能力和创造能力，这无疑为学生们提供了一个更为广阔的学习空间。