將科學概念融入科普研學活動的設計與開發

洪施懿　林曦　魏子涵

近年來，為了更好地實施素質教育，全國各地紛紛采取措施，加強對青少年研學活動的支持，但目前科技館仍對科普研學活動缺乏清晰認知，科普研學活動側重于動手益智的教育活動，體驗性與探索性不強，“低幼化”現象嚴重[1]。本文以青島科技館“海洋偷師記”科普研學活動設計為例，探討將科學概念融入科普研學活動的重要性，以及如何將科學概念更好地融入科普研學活動設計中。

科普場館研學是培養學生科學素養的重要途徑

研學旅行是綜合實踐育人較為有效的途徑之一，是教育部門和學校有計劃、有組織的安排，通過集體旅行、集中食宿方式開展的研究性學習和旅行體驗相結合的校外教育活動，是學校教育和校外教育銜接的創新形式，同樣也是教育教學的重要內容[2]。場館科普研學是一種以科技館、場館等為基礎，旨在通過教育和啟發提升人們的知識水平和能力的場所，由學校組織學生進行相關研學活動，對培養中小學生的科學與文化素養發揮重要作用。

場館研學的教學環境區別于傳統學校教學

場館研學多將科技館等傳播科學知識的大型公共機構作為科學教育的大課堂，場館環境和展品等被視為實施科學課程的有效資源。學生自主選擇感興趣的展廳進行學習，整體學習環境充分體現自主性，學習氛圍比較輕松。相比之下，學校教學有嚴格的教學計劃和課堂規章制度，學習環境中目的性比較強，學習氛圍相對嚴肅。

場館研學的知識獲取途徑區別于傳統學校教學

區別于學校教育通過間接獲取知識而言，場館研學是基于建構主義學習理念，借助豐富的展品為學生提供實物觀察、沉浸式體驗等直接經驗學習的機會，通過與展品的互動，讓學生積極探索科學知識，從而更好地掌握和運用所學的知識[2]。

融合科學概念對科學教育的意義

中國工程院院士韋鈺認為，科學概念是經過科學研究得到的知識，包括科學現象、科學定律和科學理論，它必須經過實證，并且在科學研究活動中不斷修正和深化?！犊茖W教育的原則和大概念》一書對大概念的界定是：用來幫助學生理解生活中的一些事件與現象的核心概念與進展過程，其中包括14 個大概念，其中10 個是科學概念，4 個是關于科學的概念[3]。

小學科學學科的核心概念是近年來的研究熱點，美國《新一代科學教育標準》涉及物質科學、生命科學、地球與空間科學、工程技術與科學應用4 個領域共12 個學科核心概念。我國頒布的《義務教育科學課程標準（2022 年版）》圍繞物質科學、生命科學、地球與宇宙科學、技術與工程領域13 個學科核心概念建構內容體系，要求學生通過學科核心概念的學習，理解物質與能量、結構與功能、系統和模型、穩定與變化4 個跨學科概念。

在新的科學教育標準體系下，科學概念被認為是構建一個完善的科學教育體系的關鍵因素，正在成為科學教育的發展方向。

科普場館研學主題與科學核心概念結合的實踐與思考

青島科技館展區展品結構

青島科技館是海洋主題綜合類科技館，其主要教育形式為科普展覽。通過科普展覽可以將科學原理、知識點及有趣的方式融入到一起，讓學生在參與中體驗到科學的魅力，同時也能夠激發學生的創新思維，讓學生在實踐中獲得更多知識，從而推廣科學的價值觀。由表1 可知，青島科技館的展品資源十分豐富，涉及的學科領域很廣，包含各種各樣的科學知識及科學原理，為輔助教學提供了豐富的科普教育資源，彌補了小學科學教學資源與教學器材的匱乏，有利于促進學生的全面發展。

相關性

將義務教育小學科學課程標準與青島科技館的展品資源相結合，青島科技館共有96 個有直接關聯的展品，數量占所有展品資源的49.74%；從知識內容的對應性看，科技館展品可以滿足不同學科領域的需求，包括物質與能量、結構與功能、系統與模型、穩定與變化4 個方面，為教學案例和研學活動提供了豐富的資源，從而更好地滿足學習者的需求；通過觀察、制作和實驗等多種形式的展品資源，能夠在館校之間建立有效的合作關系，推廣科普教育。

差異性

由于缺乏內容與學段的系統聯系，使得在館校合作的情況下，小學科普研究和實踐活動的開展受到了限制，但這些資源仍然是小學科學課程的重要補充；科技館里有很多超出小學生理解和接受范圍的展品，這些展品并不適合用于館際和校際合作的科普教育項目；由于無法通過小組合作探究的方式開展活動，因此這類展品無法作為館校合作科普研學活動的有效資源，但它們仍然是小學科學課程的重要組成部分。

“海洋偷師記”活動流程

青島科技館“海洋偷師記”科普研學活動針對5—6 年級的學生，以設計仿生機器魚任務為導向，綜合利用海洋仿生學應用展區，創設真實情境，串聯體驗展品“尋找海洋仿生導師”“仿生學發展史”“仿生機器魚”開展啟發式學習，結合科技小實驗“魚鰾潛水艇”“仿生機器魚”制作，開啟海洋仿生學探究。通過此次研學活動學生能理解發明會用到一定的科學原理，很多發明可以在自然界找到原型，并完成仿生魚設計的工程任務。

融入科學概念進行科普研學活動設計

研學活動之前，學生的腦中存在著一些前概念，前概念來源于學生的生活經驗，有些是正確的，可以成為科學概念；有些是錯誤的，屬于錯誤概念。日常生活中學生對于仿生學的了解缺少直接經驗，原有概念較為迷糊甚至會出現錯誤?？茖W概念的教學是一個從具體到抽象、從簡單到系統的過程，應該為學生創設真實情境，喚醒原有概念，通過實際操作和觀察展品，幫助學生建立正確的科學概念?！昂Ｑ笸祹熡洝笨破昭袑W活動融入了《義務教育科學課程標準（2022年版）》“技術與工程”領域中的科學概念，具體的科學概念分析如表3 所示。

綜上所述，通過設計具有較高相關性的觀察、制作、實驗探究等展品，以滿足小學生的認知發展需求，使其更加輕松地操作和學習，這些展品還應與學生的能力基礎保持一致，以便更好地融入不同的學段，并且這些展品還應具有學段銜接性與內容系統性，以便更好地支持館校合作，共同推進科普研學活動的開展。

基于場館資源，融合科學概念的青島科技館研學主題開發

以青島科技館科普場館研學一日營系列活動為例，活動設計立足青島本地特色，以青島科技館為核心，以豐富的海洋活動體驗為鏈接，通過游戲化的仿真模擬場景、有趣的角色扮演體驗、沉浸式的原創舞臺、室內／戶外體能挑戰，整合跨學科方法，為孩子創造認識世界、探索科學的學習場景。研學活動設計基于場館資源，融合科學概念，根據學生發展認知水平及學情分析開發了5 條特色主題路線（詳見表2）。

案例分析——以“海洋偷師記”研學活動為例

科普研學活動借鑒學校教育的形式，融入科學概念進行研學活動設計，借助一定的教學方法和多樣化的活動形式，使科技館的展品資源與展區環境資源系統化、可持續化，從而很好地彌補研學過程中參觀行為的單向性等不足?？破請鲳^研學活動圍繞科學概念設計，能夠使教學目標更加明確，且科技館內豐富的藏品和展區環境有助于拓展科普研學活動的廣度和深度。

科學概念融入科普場館研學的策略思考

通過對接新課標，踐行新理念，探索新模式下和而不同的科普場館研學課程，可以在保持與科學課程標準一致的同時，與傳統的課堂教學模式形成鮮明的對比，從而更好地滿足學生的需求[4]?！梆^校結合”既要緊密結合課程標準，又要充分利用科技館的資源，突出其獨特的教學方式和方法，與傳統的學校教學形成鮮明的對比。通過對實際案例的研究，我們總結出基于科學概念的館校融合的活動開發策略，旨在更好地滿足教育需求，提升教育質量。

逐步分解核心概念，融合課標明確內容

以“對接課標又區別于課堂”的設計理念為基礎，將小學科學教學的核心概念進行了細致的分解，深入挖掘其內涵，并將其與相關學科的事實性知識結合起來?！读x務教育科學課程標準（2022 年版）》與美國《新一代科學教育標準》都針對不同的學生認知發展水平，提供了詳細的解釋，以便讓學生能夠更好地理解和掌握科學的基本概念，并且可以在課程中自由地將其分解成不同的部分[5]。因此，在研學活動設計過程中，應該根據不同地域使用的教材，精心挑選出最適宜當地環境、最具特色、最能滿足學生需求的活動，以便更好地滿足學科概念的基本邏輯和學生認知發展的需要，并通過活動實現教育目標。

聯系展品資源，分層挖掘信息以確定使用

挑選科技館展品時，要對應學科核心概念的分解內容，有聯系地確定一個或一組展品，進而按照挖掘展品信息的3 個層次（研究展覽中所蘊藏的科學概念和原則；探究科學家在探索這一領域的進程，采用了什么方法，在何種條件下發現了展品中的科學原理；展品中的科學發現對當時的科技、經濟、文化和社會產生了什么樣的影響），梳理既注重科學核心概念、學科領域的概念性知識間的關系與內涵，又分析清楚展品與科學的關聯性，將二者進行有意義的串聯，才能更好地引導學生在學習科學概念的同時，探索科學家的研究歷程，體驗科學給人類、社會帶來的影響。

構建概念間的脈絡關系，結合場館資源整體設計

在研學活動中，應遵循奧蘇貝爾（DavidP. Ausubel）的認知同化過程，除了關注核心概念的分解，還要考慮學習者的認知能力。通過有條理地重新組織概念與展品資源的聯系，將核心概念與展品中的科學原理和本質結合，有序地組織使用，以實現整體設計。在確定活動主題與過程時，可以基于搭建的框架，形成連續具有邏輯性的教學序列。教學可以采用常用的教學模式，如“5E”教學模式、問題驅動教學或任務驅動教學，或綜合運用多種教學模式。在這個過程中，重點是將核心概念融入整個課堂環節，突出其在課堂中的重要作用，從概念構想到展品制作和課程內容設置，實現多步驟的目標。

綜合學生的實際水平，調整研學目標與內容

活動方案形成初步框架后，可基于活動主題與教學序列，并參考科學課程標準中的四維目標逐步確定活動目標。制訂詳細的活動方案時，需要以概念內部的邏輯關系為核心，并從學生角度出發對活動環節進行綜合評估，以制訂符合學生需求的方案。同時，活動目標與內容應靈活調整，并隨著時間的推移不斷發展，以達到最佳效果。

創設情境，豐富內容，發揮學生的主體性

情境化教學是館校合作的重要組成部分。通過創設活動教學情境，學生可以將學科概念轉化為具體、生動的形式，更好地理解和運用所學知識。在活動設計中，應選用適合學生的教學方法和策略，為學生創設有益的學習情境，激發內在潛能。同時要注意關注學生的學習與體驗，并進行靈活的教學調整，以幫助他們深入理解概念。

參考文獻

[1] 齊琳．基于青少年研學旅行的地方博物館社教新載體研究——以大慶市博物館為例[J]．大慶社會科學，2019（02）：156-158．

[2] 陶思敏，尹薇穎．研學實踐教育基地的建設——以紹興科技館為例[J]．科學教育與博物館，2020，6（06）：458-461．

[3] 張祖興．基于核心科學概念的科技館展覽教育之思考[J]．自然科學博物館研究，2018，3（04）：11-20．

[4] 孫迪一．館校合作下小學科學教學案例開發與實施研究[D]．河北師范大學，2019．

[5] 楊婷．基于小學科學核心概念的館校結合活動設計與應用研究[D]．重慶師范大學，2021．