评介｜让学生观众成为“小小研究生”——以北京自然博物馆科学探究暑期班为例

自然科学博物馆研究 · 公众号 · · 2021-03-05 15:47

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作者：卢君辉（北京自然博物馆助理研究员）；赵洪涛（北京自然博物馆科普教育部主任，副研究馆员）；董世龙、任硕（北京自然博物馆科普教师）

欢迎转载，须注明作者与来源（《自然科学博物馆研究》2020年第6期）

【摘要】 把“科学家以科研为目的的探究”转化为“学生以学习为目的的探究”，是自然科学类博物馆依托展厅资源开展探究式教育活动的重要指导思想和发展方向。本文以“小小研究生”科学探究暑期班为例，介绍北京自然博物馆依托水生生物馆的活体展品这一独特资源开展活动的具体实施方法，对设计初衷和理念、学情及应对策略、探究自主程度、效果评估等方面进行了分析，为相关活动的研发提供启示和借鉴。

【关键词】 博物馆；教育活动；科学探究；教育理念；教学模式

一、教育理念的分析和思考

美国当代科学教育改革指导文件“ 2061 计划”文件中的《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》都强调，要引导学生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。笔者认为，此观点源自两方面原因。

第一，学生和科学家从事的探究活动有一定的共性。美国 1996 年的《国家科学教育标准》中对科学探究表述如下：科学探究指科学家用来研究自然界，并根据研究获取的证据做出解释的方式，科学探究也指学生构建知识、形成科学观念、领悟科学探究方法的种种活动。该定义将“科学家的探究”和“学生的探究”两个概念并列表述，体现了“学生以学习为目的的探究”在本质上与“科学家以科研为目的的探究”有许多相似之处。

科学家开展科研活动须基于一定深度和广度的科学知识、熟练运用各种科学方法、以正确的科学思想指引行动和思维、以崇高的科学精神和对人类、社会及环境高度负责任的态度进行自我要求。这与我国国务院颁发的《全民科学素质行动计划纲要（ 2006-2010-2020 ）》中“了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神”和教育部 2017 年公布的《小学科学课程标准》提出的“科学知识”“科学探究”“科学态度”“科学、技术、社会与环境”四维教学目标，有着统一的内在联系，都包含“科学知识、科学方法、科学思想、科学精神”这四个层面的内容。

科学家的科研过程，是通过科学探究实践从研究对象呈现的现象中发现原因、规律、原理，获得直接经验的过程。这种从实践中得来的直接经验，天然地与生活生产实践紧密联系，有利于知识的内化和知识的建构，易于反过来应用于实践。这种“通过实践得到直接经验”正是探究式学习所追求的。因此，学生学习科学可以且有必要采取与科学家从事科研一样的实践过程。对比科学家从事科研的要素和探究式教学的要素可以发现，二者都可概括提炼为“提出问题、收集证据、形成解释、做出评价、发表交流”五个步骤。

第二，科学家探究活动的先进性和模范性。“科学家”是“从事科学研究有一定成就的人” ，该解释意味只有在特定研究领域开展研究工作并取得一定成果、受到普遍的认可、达到一定水平的科研工作者，才可以称之为“科学家”。科学家是人类社会中科学研究水平最高的一个群体，他们开展的科学研究活动是天然的学习楷模和优秀范例。“像科学家探究科学一样学习科学”意味着学生要像科学家一样怀着旺盛的好奇心提出问题，基于已有的知识和经验分析问题，制定周密的研究计划，通过观察、实验等研究手段去搜集证据得出结果，通过分析、归纳、推理判断等科学方法去分析结果，用科学的语言和文字去表达阐述，用开放合作的胸怀和勇于质疑的精神去交流探讨。

目前科技馆、博物馆已可以应用一些具有相对稳定教学流程的探究式教学法，如“ 5E 教学法”“基于问题的学习”“基于项目的学习”等，这些教学法在探究要素、教学流程上模拟、再现、复制了科学家的科研流程，为学生营造一个完整的科学探究实践过程，为他们获得直接经验和科学认知创造条件，实现“将科学家们以科研为目的的科学探究实践，转化为观众以学习为目的的科学探究实践” 。

如何在自然博物馆中践行“像科学家做科学研究一样学习科学”呢？博物馆区别于其他传播和教育机构的重要原因，是因为拥有展品这一最主要、最有代表性的资源。“博物馆的陈列教育工作，一旦离开了实物藏品，就成了无源之水，无本之木。……所有博物馆活动的独特性及其价值都是与实物藏品联系在一起的” 。自然博物馆的展陈以动物、植物、古生物等自然类标本为主，其中不仅包含“展品本身分类、生理、生态、演化、环境等信息”，还可深入挖掘“与展品有关的科学发现过程信息”和“给社会人文层面带来何种影响”等深层次信息。通过展品和基于展品的教育活动，使观众透过现象看到本质，将科学家们以科研为目的的科学探究活动，转化为学生以学习为目的的科学探究活动，使体验和认知并不局限于展品的原理和知识，还有科学家的探究过程，以及科学方法、科学思想、科学精神、科技与社会的关系等信息。作为自然博物馆的科普工作者，基于展品所蕴含的丰富信息来策划实施探究式教育活动，是做到“像科学家做科学研究一样学习科学”应优先关注的思路。

北京自然博物馆拥有全国自然博物馆中唯一成规模饲养活体水生生物的固定陈列展厅。与标本展品相比，活体生物展品无疑蕴含更为丰富的信息。包括水生生物直接呈现的信息，如游动姿态、摄食反应、繁殖行为、昼夜节律、应激反应、罹患疾病及免疫应答等，还包括与生物生存紧密相关的环境因素，如水温、光照、盐度、 pH 值、菌落总数等，甚至还包括工作人员为维持这些因素进行的日常操作，如转移运输、水质检测、疫病诊疗、环境丰容的建立等，这些信息都是无生命的标本无法蕴含和传递的，这也是该馆开展探究式活动的独有资源和巨大优势。

为了充分利用水生生物馆活体展品资源，北京自然博物馆以“像科学家做科学研究一样学习科学”为理念策划实施探究式教育活动，在经历半年左右的前期策划和周密准备之后，于 2018 年 8 月推出了“小小研究生”系列活动的第一个主题活动“水生生物晚上睡觉吗？”利用学生暑假期间较连续的完整时间来开展探究活动，以“研究生”身份学习体验科学家的科研过程。下文将针对该主题活动进行介绍和分析。

二、教学模式的分析与思考

“水生生物晚上睡觉吗？”主题活动依托北京自然博物馆水生生物馆和北京海洋馆展厅资源，针对小学高年级和初中低年级学生，以问题为导向，以“基于实物的体验式学习、基于实践的探究式学习”为教学理念，对接《义务教育初中科学课程标准（ 2011 年版）》（以下简称《课标》）中“初步学会科学探究的一般方法，发展学生提出问题、做出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力”的教学目标，将原本周期冗长、艰深晦涩的科学探究过程加以浓缩、提炼和优化，让学生在 5~7 天的时间内，亲身体验科学家原本需要较长周期才能完成的完整科学探索过程（见表 1 ）。

对比目前广泛应用的几种探究式学习教学法的流程，如“ 5E 教学法”（吸引→探究→解释→迁移→评价 ) 、“基于问题的学习”（提出问题→界定、分析问题→探究、解决问题→展示结果→评价、反馈）、“基于项目的学习”（选定项目→制定计划→活动探究→作品制作→成果交流→活动评价），可发现这些教学法的基本流程与科学家的科研流程均有一定的相似性，都可视作适用于不同教学实践的一种变形。

本活动按照探究的步骤可归纳为五个阶段：前期铺垫，引出问题→制定研究方案→观察记录→整理数据、分析讨论→撰写论文、分享交流。之所以采用这一模式，主要考虑到以下三方面。

首先，从活动基本定位考虑，“小小研究生”项目与其它的探究式学习项目相比，探究程度更深，从活动步骤上直接参考、借鉴、仿照在校研究生科研工作基本要素：选择导师及研究团队，确立研究方向→撰写开题报告，制定研究方案→开展研究、得到数据→整理并分析数据，得出结论→撰写科研论文→公开发表论文、毕业论文答辩。这个过程本就是初入科研之门的研究生逐渐学习并成长为科学家的过程中不断熟悉研究工作，掌握科研方法所必须的要素和模式，也是“将科学家们以科研为目的的科学探究实践，转化为学生以学习为目的的科学探究实践”的切实可行的途径。

其次，从场馆的特殊条件和独特资源出发，北京自然博物馆水族馆的活体生物展示资源为学生开展探究学习提供了鲜活的研究对象和充足的施展空间，足以支撑学生最大程度上仿照“在校研究生从事科研”的探究步骤，在自然博物馆展厅中开展一次“小规模科学研究”。

最后，特定的教育项目对于研究对象、研究过程、研究要素的要求均有所不同，开展探究式教学的步骤不必拘泥于某一种固定流程或套路，活动设计者可基于实际情况灵活调整，如本活动流程与“基于问题的学习”较为相似，但又不完全相同。

三、教学思路的分析与思考

（一）设计理念分析

本活动以“像科学家探究科学一样学习科学”为教育理念，以“将科学家们以科研为目的的科学探究实践，转化为学生以学习为目的的科学探究实践”为设计思路，让学生模拟再现科学家的科研活动，获得直接经验。自然科学（尤其是生物学）专业的博士、硕士研究生可以经常参与导师科学家领导的科研活动，本活动的设计初衷是让学生以“小小研究生”身份，完整、深度地体验科研工作的全过程，并在实践中学习科学思想和科学方法，感受科学精神。对比来看，小小研究生活动的基本要素与《课标》中“科学探究的基本要素”和“课堂探究的 5 个基本特征”均可找到对应关系（见表 2 ）。除此之外，活动还包含“简历筛选和差额复试”“毕业论文答辩会”这些在其它科学教育场馆探究式活动中较少出现的内容，较完整地还原了在校研究生从事科研工作的基本要素。

（二）学情分析及策略

与培养研究生相比，针对小学高年级和初中低年级学生研发并开展此类活动需注意如下问题：第一，该年龄学生已经积累了一定的基础知识，初步具备开展自主探究性活动的能力，但仍难以支撑难度较大的科研任务，这要求策划者必须结合学情、对接课标，寻找难度适合该年龄段学生开展的课题；第二，真正的科研必然伴随着枯燥、重复和挫折，活动既要让学生体会做科研必须付出汗水和努力，又要小心呵护学生的兴趣和好奇心，让他们体会到探究的乐趣和收获的喜悦，这要求活动融入一定趣味性；第三，多数学生只在寒暑假才有较为完整、连续的时间，活动既要保证探究的完整性和深度达到预期，又要将时长压缩到学生易接受的范围，最终选定 5~7 天较适宜；第四，学生缺乏系统的科学探究训练，对探究的一般过程比较陌生，这需要实施活动的教师不仅自身具备一定科研背景和科学素养，还要善于引导启发学生，在探究过程中传递科学思想、科学方法和科学精神。

与其他探究式教育活动相比，本活动最大的特点是学生自主探究程度高、活动开放程度高。下文将结合各阶段学情进行分析。

1. 探究问题选择的自主性

“ 水生生物晚上睡觉吗？”在日常饲养实践中处于关注盲区，在开展探究前即使主讲教师也不知晓答案，活动是教师与学生携手探索、共同获取直接经验的过程。此阶段需先让学生熟悉水族馆生物的行为规律、激发对生物的兴趣，通过引导，自然地对水生生物夜间是如何“睡觉”产生好奇和疑问，而非生硬地将问题“布置”给学生。提出问题后，各组依兴趣任选 2~3 种不同水生生物作为研究对象，自主将教师提出的问题具体化、个性化，进入不同的研究方向。

2. 探究方案制订的自主性

学生在教师的引导下通过小组讨论自主形成研究方案。学生容易选取过于抽象、不适合定量观测的指标，教师需一方面鼓励学生大胆开启脑洞，一方面通过引导和讨论排除不切实际的想法，做到“思想天马行空，行动落地生根”。即使针对同一种生物，不同小组可能采取迥异的观测指标，如有观测游速、尾鳍摆动频率的，也有观察分布特点、呼吸频率的，还有观察静止姿态的，只要科学合理、足以支撑起研究结果，教师即应给予鼓励。

3. 探究方法与过程的自主性

学生组内商讨自主决定测量方法、分工安排、时间规划、数据记录方式等细节，按计划进行观测。“自主”并不意味着放任不管，在探究过程中，学生是活动的主体，教师则扮演观察者、评论者、建议者、引导者的角色。观测实践中常出现完不成计划、分工不合作、遗失观测工具和数据及其它无法预料的问题，教师需在各展厅来回巡视，观察询问各组进展情况，针对暴露出的问题与学生交流讨论、给出指导意见。

4. 适当引导与自主解释探究结果

分析讨论时，学生较难把握主观推断的尺度，易提出一些脱离实际的结论，教师需引导学生严格基于研究数据和已有知识进行推理判断。面对同一物种，不同小组得到的结果可能有所差异，教师需引导学生分析原因，如时间差异、个体差异、测量误差、方法差异、观测者影响等，并反思如何尽量减小误差，以此培养学生严谨的科学态度。甚至面对同一结果，不同学生亦会有不同解释，在缺乏进一步证据，既无法证明亦无法证伪的情况下，教师可以结合科学界的实例，说明良性的科学争论是推动科学认知进步的积极现象，鼓励学生倾听、表达、辩论。

5. 分享交流的主动性

每名学生可在几个研究对象中自主选择，进行论文撰写和汇报演讲，不必贪多求全，只需把一个物种的研究成果介绍清楚即达到目的。在此过程中，学生易出现混淆“结果”和“讨论”、行文口语化、演示文稿冗长、演讲分不清重点等现象，教师需汇总常见问题提前进行辅导。

四、探究程度与效果的分析评估

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