以“元素的地图”科学课为例...TEM教育在科普场馆的应用_王艳丽.pdf

IDENTIFICATION AND APPRECIATIONTO CULTURAL RELICS文物鉴定与鉴赏0前言2021年7月24日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见，并发出通知，要求各地区各部门结合实际认真贯彻落实。2021年12月，教育部办公厅、中国科协办公厅发布关于利用科普资源助推“双减”工作的通知（教基厅函202145号），其中明确指出：联合加强学校科学类课程教师培训。支持中小学科学类课程师资培训工作，整体制定科学类课程师资培养规划，不断创新培养方式，重点以科技馆、科普教育基地等为基础精心设计培养课程，关注世界科技前沿，关注科学发展规律，关注科技创新成果以及科学精神与思想方法，拓宽师资科学视野，促进师资科学素养与教育教学水平的提升。教育部、中国科协等部门组织相关专家研发适合学校科学课程的体系化配套课程，并通过全国中小学网络云平台免费供学校使用，对教师教学给予专业支撑。科技馆是对青少年进行校外教育的重要阵地，它有着展览资源丰富、展品形式多样化和寓教于乐的众多优点。因此，如何利用好资源优势来更好地培养孩子们的科学探究能力与创新意识是一个值得深思和探索的问题。而要真正实现这一目标，就需要我们对这一课题进行深入的思考和实践。首先必须明确什么是科普？有哪些形式？有何作用？何为含义？为何如此？等等！近年来，STEM教育理念以项目式学习和跨学科思想在科技馆科普教育中得到了广泛运用。国内科普场馆教育工作者对STEM教育理念引入科普场馆课程设计进行了大量研究与实践工作：冯子娇通过“小球旅程知多少”一课为例，论述STEM理念下科技馆以展品为载体进行教育的含义、特征及普遍规律；刘丹丹以“未来航海家”为主题，通过设计STEM课程来探讨以跨学科、探究、实践为核心的博物馆STEM教育；左什将“铁路背后的科学”作为案例分析，探讨了STEM教育的设计和实践理念。研究成果中大多是针对单个课程的设计研究。黑龙江省科学技术馆作为全国科普教育基地，肩负着“弘扬科学精神、普及科学知识”的重要使命。青少年是科技馆传播、领会科学知识、科学家精神的重要对象，设计开发基于STEM理念的科技馆系列课程是响应“双减”政策的一种有效途径。本文将从教学对象、课程目标、教学重难点、教学准备、教学过程、教学拓展等方面入手，探讨如何将STEM 教育理念应用于科技馆科学课设计实践中。1STEM理念融合科普场馆的现状S T E M 是 科 学（S c i e n c e）、技 术【作者简介】王艳丽，女，汉族，本科，研究方向：文物博物。以“元素的地图”科学课为例浅析STEM教育在科普场馆的应用摘要：文章以科技馆里的科学课为例，从STEM教育与科技馆教育的关系、科技馆教育活动现状两方面论述了STEM教育理念应用于科技馆课程设计与实施的必要性和迫切性。以黑龙江省科学技术馆“元素的地图”科学课程为例，剖析科技馆展览教育活动应用STEM的设计开发思路，探讨“探究”“实践”的核心理念，并对课程的反馈进行总结，为将STEM教育融入科技馆课程设计提供参考。关键词：科技馆；STEM教育；科学课；元素的地图DOI：10.20005/ki.issn.1674-8697.2023.05.019王艳丽（黑龙江省科学技术馆，黑龙江 哈尔滨 150028）078Vol.248【博物馆学】Museology（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的英文首字母缩写，是面向项目学习和问题解决的课程组织，集科学、技术、工程和数学于一体，注重培养学生的创新能力。科普场馆是提高公民科学素养的基础设施之一，是集展览、教育、学习、科研为一体的综合性科普教育公益机构，同时也是落实全民科学素质行动计划纲要的重要平台。通过常设展览、科普活动、科学竞赛等途径，以参与、体验、互动性的展品、实验为主要方式，来激发观众对科学的兴趣，促进观众对科学知识的系统认知。作为校外科普教育机构，我国对于科技馆的建设给予了高度重视，同时也对科技馆教育提出了高要求，根据“双减”政策指示，明确提出把科技馆资源和校园教育有机结合起来，借助科技馆科普资源优势面向广大中小学开展科普教育工作，为创新人才培养奠定坚实基础。根据2022年全国现代科技馆体系建设发展工作报告，2012年开始建设至今，现代科技馆体系从无到有、量质齐声，逐步发展为拥有408座达标实体科技馆。在这些科技馆中，多数科技馆内部设置了教育培训和科学课专项活动专区，教育活动和科学课就是科技馆进行的由青少年共同参与，更深层次理解科学情境、科学现象和概念的系列活动。以常设展览资源为主的教育活动设计和实施，全面衔接校内课标。通过举办科普讲座或报告会，向公众普及科学知识。在科技场馆中开设科学探究课程，引导学生自主学习；组织各种主题实践活动，培养动手能力。另外还注重提升科技馆的文化内涵，营造文化氛围、吸引观众、丰富内容、扩大影响力、促进发展、延伸服务。在科技馆中开展科学课STEM教育活动能够将科学、技术、工程以及数学等不同学科进行整合，能够促进学生STEM发展。STEM教育突出协作探究式学习方式，关注深度学习在复杂性学习中的出现，旨在发展青少年的深度思考能力和科学探究精神。而且科技馆里的展品、展项更和科学探究紧密相连，无论是力学、数学还是航天航空、交通各展区，都能找到相应课本里的探索知识点，能较好地阐释以实践为本、以探究学习为核心的先进教育理念。中国科协青少年科技中心在“科技馆活动走进校园”课题研究项目研究方案科技场馆以展品为载体开展教育活动课题研究报告中也提出：“科技博物馆以展品为载体，以体验式，探究式，多样化学习为特色取向。”朱幼文认为：没有“实践”，“探索”就会缺乏根；没有“探索”，“实践”就会失去意义。显然，实践性在STEM教育中处于核心地位。笔者完全同意这样一种看法：实践力是个体最本质的行为能力之一，无论如何也是必不可少的。在实践性学习的过程中学生接受知识点、内化知识点的过程就是一个经历的过程。来自教材的书本知识属于间接经验，而来自实践的直接经验则是使间接经验“内化”，建构知识体系最为行之有效的途径。2运用STEM手段设计“元素的地图”科学课2.1教学对象年龄段：小学高年级及初一学生。人数：812人。学情分析：小学高年级和初中低年级学生已经开始接触化学实验现象，并对实验结果产生好奇，课程设置结合神奇的实验结果，紧扣学生们的好奇心，培养孩子们用化学的眼光看世界。2.2课程目标2.2.1科学知识通过对元素周期表最初绘制历史的引入，了解元素的基本概念。通过生活中常见的化学物品进行试验，初步了解化学反应。结合化学实验，解释我国双碳战略的目标与意义和对我们生活的影响以及我们该做什么。2.2.2科学探究从兴趣和好奇心出发，通过观察化学元素周期表展品和小苏打与白醋的化学反应，用趣味游戏的方法引导孩子们对照展品进行调查、验证，结合实验过程进行讨论和思考，最终提出化学反应生成二氧化碳的结果，让孩子们进行验证。2.2.3科学态度 充分利用孩子们对实验结果产生气泡的好奇心，给予孩子们对实验结果产生怀疑、批判的空间，引导孩子们对展品化学元素周期表进行思考，通过对产生气体的验证，最终让孩子们尊重实验事实，积极主动地接受经实验证实的结论和重新思考二氧化碳排0792023.3（上）IDENTIFICATION AND APPRECIATIONTO CULTURAL RELICS文物鉴定与鉴赏放不断增加对我们的影响，提出尊重环境的概念。2.2.4科学、技术、社会环境科学的发展是技术的应用，在造福人类提升社会环境的同时，破坏了地球的生态环境。通过科学课的开展，引导孩子们辩证地看待科学技术的发展与生态环境之间的关系，提出碳达峰和碳中和的战略意义，让孩子们思考双碳战略中我们能做什么。2.3教学重难点2.3.1重点抓住和充分利用孩子们的好奇心，并以之为驱动力。通过分组对抗，引入竞争环节，激发思考讨论过程，让孩子们对实验结果产生讨论。引导孩子们尊重实验事实。2.3.2难点化学元素周期表展品呈现的化学元素较多，年龄小的孩子容易眼花缭乱，不好理解。建议方法：通过仔细观察，让孩子们自己调查出元素周期表横行有七个，即七个周期，纵列表示族。碳达峰和碳中和的概念解释。建议方法：从对美国、日本、英国等国家的碳达峰和碳中和情况入手，采用故事讲解的方式进行诠释，提出我国双碳战略的目标和意义，引导孩子们自我思考我们如何积极响应。2.4教学准备材料：白醋、小苏打、蜡烛、气球（图1）。工具设备：烧杯、护目镜、防护手套（图2）。2.5设计思路2.5.1以青少年好奇心为驱动，通过兴趣引导开展课程设计通过科技馆实体展品引入，利用实体展品元素周期表可操作翻转，引起孩子们的好奇心。通过分组对抗在培养青少年团队意识的基础上，以游戏的形式体验趣味性。引导青少年分组讨论、调查、验证，对实验结果进行质疑，在尊重实验事实的前提下确定实验结论。利用生活中常见的化学物品开展化学实验，佩戴安全护目镜及防护手套，保障实验的安全。引导青少年对产生的气体进行分析，经过讨论，验证化学反应产生的气体。2.5.2突出趣味性，有针对性的科学课进行设计从故事的角度出发，引入地图旅行的概念。小小的元素在元素家族中的地位，通过元素的旅行，打开青少年畅想的大门。通过科学调查和对故事的回顾，引导青少年就元素地图展开讨论，研究规律，提出行为周期、纵为族的概念。利用生活常用物品小苏打和白酷完成化学实物，对实验现象进行讨论、分析、思考。通过验证确定实验结果产生气体的成分，尊重实验事实。两组同学戴上防护用品，可在辅导老师的指导下亲手完成实验。2.5.3课程与实体展品深度结合，彰显“科技馆的科学课”本意利用科技馆实体展品元素周期表进行概念引入，将较为晦涩的概念实体化。通过对实体展品的操作和观察，引导青少年适当讨论、思考，适时引入周期和族的概念。在展品操作的过程中可以引导青少年观察：翻转展品了解元素；指读展品记忆元素；规律摆放展品查找元素周期和族的特性、共性。实验回归展品，找出小苏打和白醋的主要显性元素，对实验记过产生怀疑、讨论，找出不同答案在元素周期表中的位置。最终确定实验结果，找出二氧化碳构成元素。2.5.4通过展品与实验的集合，引导青少年知晓并响应“双碳”理念通过对化学实验产生的气体进行讨论，分析利弊。培养青少年辩证逻辑思维，引入碳达峰、碳中和概念。即碳达峰是指二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后开始下降；而碳中和是指自身温室气体的零排放。通过对美国、日本、英国等国的实际情况进行讲述，引出我国“双碳战略”的总体目标和意义：即2030碳达峰，2060碳中和。主要展示了我国为应对全球气候变化做出的新努力和新贡献。课后思考：我们能为“双碳战略”做点什么呢？图1材料图2工具设备080Vol.248【博物馆学】Museology碳达峰、碳中和的目标是与我们每一个个体紧密相连的，及时关掉电脑、自带购物袋、种树，日常生活中随手做到的小事情，都会为碳中和碳减排尽一分绵薄之力，关爱地球更是大家义不容辞的义务。2.6教学过程教学过程如图3所示。2.7教学拓展拓展一：通过对实体展品的观察，培养引导学生们总结归纳的办法，引入横行为周期、纵列为族的概念。拓展二：在化学实验之后，适当加入化学反应式，拓展化学反应的本质。拓展三：对化学反应产生的气体进行验证，拓展二氧化碳的本质性质，引导学生们对该气体进行利弊讨论。拓展四：从二氧化碳到温室气体，阐述我国“双碳战略”的目的和意义，提出我们在生活中能够做些什么。2.8课程实施的难点反思2.8.1STEM从业人员能力需要提高STEM课程的设计与校内教育不同，学校更注重单向输出，而STEM更注重的往往是多学科的融合和好奇心驱使的探究内动力，活动过程中教师的职能和定位仅仅是引导者，而不再是主导者。国内目前没有专业的STME培训认证机构。后续可以推广STEM教育理念，通过中国科技馆“十四五”期间体系建设，不断完善STEM教育和科普场馆从业人员的联系，采用学校与场馆“展教与课标”对应、联合教研等多种形式培养校内外STEM教师，为STEM教育积累人才和经验。2.8.2对应课标程度普遍不高科技馆展品、展项背后的科学原理往往都可以在书本中发现，但是如何将展品与课本中的知识点对应起来，是一项系统且繁杂的工程。笔者了解到，吉林省科技馆出版的科技馆里的科学世界系列丛书，内含教材编写的背景和意义、教材编写的指导思想、结构体系及教材特色等。在分课时将每节课的教学目标、教学重点、探究过程、拓展知识、评价维度均列在其中，有效保障了STEM科技教师教学对标的程度。这种模式为之后STEM教学和学校的合作指明了方向，被广泛推广。3结论科技馆教育和STEM教育都具有探究性和实践性的共同性，将STEM教育有机结合到科技馆科学课的设计中是目前科普场馆的一种广泛手段。本文通过对“科技馆里的科学课元素的地图”设计原则和过程进行初步剖析，探讨了“探究”“实践”两大核心理念融入科技馆课程的办法。通过对课程实施过程的反思，笔者认为应深挖科技馆展品背后的资源，将每件展品反应的科学原理进行归类整合，对应课本知识点。统筹建设以STEM理念为基础的课程体系，努力扎实推进“双减”工作。同时，建议高等院校、相关机构发展和培养专业STEM教育方向的人才，满足科学教育人才需求，建立“馆校共建”长效实施机制，为学校科学教育提供有力支撑，为科技强国培育厚植创新的沃土。图3教学过程0812023.3（上）