作者：叶兆宁
（东南大学生物科学与医学工程学院副教授）
【摘要】
本文聚焦于科普场馆教育中的科技实践活动，在阐述实践活动是科普场馆教育活动重要形式的基础上，结合科普场馆科技实践活动的设计原则，提出四种有效提升科普场馆科技实践活动设计的思路和做法，以满足科普场馆教育活动设计的需求，促进科普场馆教育的内涵式高质量发展。
【关键词】
科普场馆；教育资源；科技实践活动；教学设计
2021年“双减”政策颁布以来，随着国家对青少年阶段科学教育的高度重视，科学教育的诸多方面已成为全社会关注的重点，从国家课程到课后服务，从校内活动到校外拓展，各个领域异彩纷呈。2023年，教育部等十八部门发布《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》多次提及实践活动，尤其是在“改进学校教学与服务”中强调要将学校课程、课后服务和课外实践活动进行一体化设计；要创造条件来丰富内容、拓展科学实践活动；还提出了“请进来”“走出去”双向互动开展实践活动的策略，以及在“走出去”方面组织中小学生前往科学教育场所，进行场景式、体验式的科学实践活动的要求。而早在2020年，教育部和国家文物局联合发布《关于利用博物馆资源开展中小学教育教学的意见》中就将“推动博物馆教育资源开发应用”作为首要建议。可见，作为与科技教育直接相关的校外科普场馆，做好面向青少年的科技实践活动的设计与实施，满足学校与学生的实际需求，是当前落实国家科技教育政策的重要工作，同时也进一步促进了科普场馆的内涵式高质量发展。
科普场馆内的教育活动是在非正式教育环境下开展的面向青少年群体的由科普场馆资源和科技辅导员支持下的科学学习活动，也可以说是一个广义的概念，是指由科普场馆组织实施的面向公众进行各种普及性科学教育和科学传播的作品与活动的统称。根据教育活动的形态，科普场馆教育活动的类型也呈现出多样性（见表1）。不难发现在这些教育活动中，学生的学习方式也存在多样性，有通过听和看的接受式学习（如展览讲解、科学实验表演、科普剧、科普讲座等），也有通过参与的体验式学习（如角色扮演游戏、竞技游戏、脱口秀等），还有很大一部分是基于实践的探究式学习（如参观学习单、小实验、小制作、科技创新大赛、野外考察等），同时不少活动类型中可以包括多种学习形式（如冬/夏令营、科普日等）。因此，表1中所呈现的各类科普场馆教育活动，当其以基于实践的探究式学习为主要学习形式时，都可看作是科技实践活动。
中国科技馆曾于2013—2017年期间调研了全国科技馆教育活动的现状和问题，提出科技馆教育的基本特征是通过模拟再现的科技实践，为观众营造探究式学习的情境，使其获得直接经验。从而把科技馆教育活动的基本特征归纳为“科技实践”“探究式学习”和“直接经验”三大要素，其核心是基于实践的探究式学习。科技博物馆教育的这些特征，是其独特的教育价值和优势所在，是其他任何教育机构和传播媒体都难以取代的，进而在自然科学博物馆领域引发了对探究实践的研究。2016年以来，仅《自然科学博物馆研究》杂志中发表的以探究为主题的文章就达百篇，从不同的视角阐述博物馆教育中探究实践的意义。
在科普场馆中开展的实践活动，不仅再现了科学家通过“探究”获得“直接经验”的“实践”过程，且其背后隐含着科学家在探究过程中所体现的科学方法、科学思想和科学精神。甚至隐含着对科学、技术、社会与环境关系的诸多认识，这些也只有通过实践的亲历过程，才能达成对科学方法的理解和运用、对科学精神的认同、对态度和责任的内化。
因此，在当前教育理念的框架下，科技实践活动已经成为科普场馆教育活动的首选和重要形式。科技实践活动重在“实践”，也就是说，学生动手参与是必不可少的环节，且更注重由实践引发的学习方式和教育模式的变革，重在让科学学习在实践过程中真正发生。实践活动的教学由传统的传授式和讲授式改变为探究式、引导式和支持式。将情境式学习、体验式学习、探究式学习、项目式学习等多种以学生为中心的学习方式进行整合，相互交叉，共同作用于教育活动；同时这些学习方式都强调实践与思维发展并行，强调参与和互动，体现“做中学、用中学、创中学”的教育思想。
科普场馆中的科技实践活动有别于学校内开展的科学课程和实践活动，它基于科技馆的互动参与式实体展品资源和其他教育资源，以科学实验、科学探究、科学体验、工程设计等实践形式为主体。要想达到良好的教育效果，其活动设计与实施非常关键。
（一）什么样的场馆资源适合于开发科技实践活动？
不是科普场馆中的任何资源都适合于作为科技实践活动的内容。内容适合度的考量来自于以下几点：一是该资源是否能引起学生兴趣，引导出具有实践性、互动性的活动；二是该资源是否与学生日常生活和学习相关联，能引导出有意义的实践情境，且实践背后蕴含着重要的教育价值，如达成原理、方法、精神、态度等各类层面的教育目标；三是该资源是否能契合目标学段学生的相关课程标准的要求，是否有助于培养学生的核心素养和关键能力。在此基础上再对活动进行定位，是自然探究类，还是技术工程类？是科技史类，还是综合实践类？然后再对活动的体量进行设计，是单一活动，还是系列活动？范围是广的，还是比较聚焦的？
（二）科普场馆科技实践活动的设计原则
科普场馆科技实践活动的设计原则有助于活动设计者理解与科技实践活动相关的教育理念与观点，有助于活动设计者考虑活动的内容组织形式和实施方法，需要在开展实践活动设计过程中遵循。这些原则包括：
1.
实践活动应建立在活动者原有的认知基础和经验水平之上
在人成长的过程中，不断形成关于周围世界的自我认知和理解。学生并非是等待灌输的空容器，这些认识的前概念有些是基本正确的，有些则是迷思概念。对于儿童来说，学习的最佳方法是在基于原有知识基础的环境中学习。在进行实践活动设计时，需要考虑一些策略和方法，依托科普场馆的教育资源，揭示和暴露学生的初始想法，并以其为起点进展到更为科学的认知和理解，并与活动者的经验扩展相适应。
2.
实践活动的内容选择要围绕大概念并兼顾科普场馆的教育资源
青少年的成长往往始于小的、和周围环境关系密切的现象和事实，逐渐建构起抽象的概念和理解，并不断得到发展；伴随着他们抽象思维能力的增强，能够建立起事件之间或观察到的现象之间的联系。这种联系和模型的持续产生能够使学生了解到：这些关系和模型可以被用于解释更大范围中已有的经验以及新的经验。科学教育的目标不是去获得一堆由事实和理论堆砌的知识，而应是实现一个趋向于核心概念（即大概念）的进展过程。《义务教育科学课程标准（2022年版）》中明确指出科学课程设置的学科核心概念，是所有学生在义务教育阶段应该掌握的科学课程的核心内容。
科普场馆的实践活动虽不受限于学校教育，但与学校教育有着千丝万缕的联系。活动需要与学校教育所形成的主干保持一致，才能在其基础上进行拓展和升华。因此，实践活动的内容选择和实施要在兼顾科普场馆教育资源的同时，围绕和突出对大概念的学习。
3.
遵循学习进程的模式考虑面向不同层次学生的教学
对每一个学习的个体来说，从最初基于他们先前经验而形成的特定想法，进展到能够解释较大范围有关现象、更有用的概念，都有一个进展的过程
。虽然每个学生获得更为科学的概念所经历的途径会不一样，这取决于个人的经验和再学习的经历，但对进程模式的研究，描述出概念随时间的典型变化，对于教育活动而言却有着明显的指导意义。
科普场馆是一个开放的空间，其教育活动可能会面对不同年龄层次和认知水平的学生。遵循学习进程的模式，采用符合不同认知水平的教学内容和策略，将能更为有效的促进学生在科普场馆实践活动中的所得所获，提升学生对实践活动的兴趣，显著提高学习效能。
4.
以基于实践的探究式学习为主要学习方法
科学探究和动手实践是学生开展科学学习的主要方法，在解释自然现象和设计解决方案的过程中，学生实施调查、解决问题、参与讨论，支持基于证据的论证和推理，并学习事实与专业术语。通过创设学习情境和背景，来建构对科学概念的理解，解释现象为什么会发生或是如何发生的；使用工程设计的方法提出问题的解决方案，完成各学科知识和技能的整合。
（三）科普场馆科技实践活动的设计流程
基于以上原则，图1说明了科普场馆科技实践活动的设计流程。首先是在考察场馆资源、分析活动对象与科学教育需求的基础上，确定活动的主题和大概念；参照国家课程标准和相关教育要求，制定活动目标；依据具体的目标要求，准备好与实际生活问题相联系的学习内容，清晰地确定学生可能面临的挑战和需要完成的学习成果，并制定成功的标准，规划出活动的框架和思路；再根据可能发生的学习和实践经历设计活动过程与教学策略；结合教学活动过程和教学目标，选择合理的评价方法和工具，设计出活动的评价方案；然后列出活动需要的所有资源，检查资源是否充足和完备，将其完善之后即可形成一个完整的科技实践活动的设计方案。当然，初步设计的实践活动方案需要经过教学的检验，并根据教学实际情况进行调整和改进。
（四）科普场馆科技实践活动的设计思路
不难发现，对于科普场馆科技实践活动的设计，规划活动框架和思路是与科技馆教育资源最密切相关的环节。可以说场馆的资源，尤其是展览资源会对教育活动的框架和思路规划产生较大的影响。如何将场馆的教育资源有效地融入科技实践活动中，是做好实践活动设计的核心问题。以下几种活动设计思路，将有助于思考和解决好这一核心问题。
1.
结合科学原理的探究过程，将单一的展品转化为科技实践活动
在科普场馆中，很多展品是相对独立的，即一个展品呈现一种现象，解释相应的科学原理。但受限于展品本身的互动设计，会出现互动较为简单、无法深入探究，观众只关注互动现象，并不能激发思考和提升认知等问题。这时可以通过增加简单的器材，结合科学原理，将探究活动整合到展品的展示和讲解之中，让学生有机会通过探究的方式深入了解展品。这种设计思路下形成的科技实践活动内容聚焦于独立的展品，相对体量较小，所需时间也相对较短。其优势在于较为灵活，可以利用展品所在空间开展活动。
例如，展品“手蓄电池”（见图2a）可以演示当人将两只手分别放在两个金属盘上时产生电流的现象。这个展品的现象虽然很明显，也有参与和互动，但却不能让学生进行充分的探索。这时，我们可以通过增加实验材料（见图2b）和给予实验指导的方式（见图2c）形成实践活动，让学生可操作、可研究。再如，展品“电磁感应”（见图3a），通过文字说明提示观者如何操作实验器材，互动性较弱，可以考虑增加实验记录表格作为指导方式（见图3b），在表格中呈现出预测、实验、结果、解释等探究的环节，无形中具备了科技实践活动的雏形，再通过科技辅导员的引导，可以较好地促进学生对探究实验和科学原理的理解。
2.
将复杂的展品进行分析和拆解，选择其中有内在关联的部分进行组合，形成科技实践活动
对于较为复杂的展品，学生们可以实际动手操作的可能性往往更小，然而这些展品中所蕴含的活动内容却非常丰富。如何挖掘其活动潜能，发展出有意义的科技实践活动，也是提升科技馆展品质量和展教能力的有益尝试。在开展活动设计之初，需要找出展品的核心科技元素，进行分析和拆解；再针对拆解的内容，分析学情、对接课标，制定出活动目标，规划出可能的学习路径（一条或多条）；并在此基础上，对具体的活动内容进行设计，包括创设情境问题、确定活动形式、延展活动资源、搭建教学脚手架等。这种设计思路下形成的科技实践活动以展品为出发点，拓展出一系列的实践活动，围绕不同的探究线索开展实践，可以采用多样的实践活动方式，不仅体系性强，还能促使学生对展品和相关主题产生浓厚兴趣。活动可以面向不同年龄层次的学生，结合不同的实践历程形成不同体量的实践活动方案（见图4）。
以重庆科技馆的科技实践活动“陆战之王”为例，该活动来自于其国防科技厅中的复杂展品——坦克。展品虽然展示了坦克的外部和内部，但仍然无法让学生深入了解坦克。因此，活动设计者首先对“坦克”这一概念进行了分析和拆解，从结构、功能、系统等不同方面进行解构，并从中选择出适合中小学生探究的内容，如面向3~4年级的“坦克的新装”（探索坦克的装甲与新材料）、面向5~6年级的“钢铁路面”（探索坦克的履带和移动速度）、面向7~9年级的设计制作坦克模型等主题，再从每个主题延伸出中小学生可以探究与实践的系列活动，形成体系化的科技实践活动（见表2）。
3. 在科学探究或工程实践的项目学习中嵌入单一或多个展品
科技馆中除了展厅展品资源外，还拥有丰富的其他资源，包括教室、实验室、户外场地等，也是开展科技实践活动的有效途径。与在场馆展厅中开展实践活动不同，在教室、实验室等环境中开展的实践活动往往不受限于时间，可以开展体系化较强的大单元实践活动，以拓展实践活动的研究深度与广度。PBL（基于问题的学习或基于项目的学习）往往是这类实践活动首选的教学模式。将展品资源、教室环境、实验室硬软件设备都合理的穿插进活动设计之中，能使科技馆的教育资源得以充分的利用。
如山东省科技馆的科技实践活动“云霄飞车”，是在科技馆的科普活动教室里开展的项目式实践活动。活动中，学生通过完成设计和制作过山车轨道模型的工程任务，学习有关运动和能量的科学原理，以创新设计过山车模型为学习成果，将科技馆的展区和展品资源有效地嵌入到实践活动中（如图5），实现了科技馆资源在科技实践活动中的灵活运用。
4.
分析多个展品或展区背后的原理和关联，通过特定的方式串联，形成科技实践活动
科技馆的展厅和展品是按照一定逻辑顺序进行设计和展示的。然而这样的顺序未必与教育活动的逻辑相一致。因此，可以通过分析多个展品和展区背后的原理和关联，从对学生感兴趣的问题的研究出发，采用特定的组合方式链接科技馆资源，形成具有独一无二特色的科技实践活动。
如山东省科技馆有11件展品展示或包含了热学的基本原理和运用，每件展品在展览中都相对独立，如果没有实践活动的设计，学生很难将其联系起来形成完整而统一的认识。实践活动“温度和热能”可以将这11件展品通过一定的问题联系起来（见图6），且可以面向不同层次的学生；在每个问题之下，都可以采用多种学习方式，积极开展基于实践的探究式学习，让科普场馆资源的教育作用得到充分发挥。
