運用5E學習環(huán)等教學法設計科技館教育活動的實踐探索
——“星空探秘”活動策劃

謝俊翔 許 艷

運用5E學習環(huán)等教學法設計科技館教育活動的實踐探索
——“星空探秘”活動策劃

謝俊翔 許 艷①

面對科技館教育活動設計中存在的困惑“如何設計出有效的活動方案”，闡述了運用現(xiàn)代教學法進行科技館教育活動設計的可行性和必要性。并且結合實踐，以建構主義教育理論為基礎，綜合運用5E教學模式和多種現(xiàn)代教學方法，面向中小學天文愛好者設計開發(fā)了“星空探秘”活動。該活動旨在通過寓教于樂的方式向參與者普及天文科普知識，培養(yǎng)學生動手、觀察能力、團隊協(xié)作意識、探究開創(chuàng)精神以及利用工具解決問題的能力。

科技館；教育活動設計；建構主義教育理論；5E教學模式

當前科技館事業(yè)正蓬勃發(fā)展，公眾對科學的理解和需求也日新月異。為了順應這種形勢，科技館的教育方式不能再僅僅局限于展覽展品，更需要以展品為原點，通過科學教育活動的設計和開發(fā)將科學知識、科學方法、科學精神和態(tài)度更廣泛地傳播。但是由于缺乏經典的科學教育活動范例參照，在具體設計開發(fā)過程中不免會產生一些困惑和茫然，往往設計出來的教育活動帶有一定的盲目性，缺乏針對性，沒能達到預期的教學效果。業(yè)界同行們經常提出這樣的問題:“這樣的設計方案有效嗎?”“如何才能讓我們的設計更有效?”“有沒有可以效仿的教學方法?”為此，筆者結合多年開展活動的經驗，對如何運用現(xiàn)代教學法進行科技館教育活動設計進行總結分析。

一、誕生于正規(guī)教育的現(xiàn)代教育理論與教學法同樣適用于科技館的非正規(guī)教育

20世紀以來，人們認識到教育不僅是技術，還是科學。教育學借鑒心理學、認知科學、行為科學的研究成果，形成了建構主義教育理論、“5E學習環(huán)”教學模式和情境教學法、支架教學法、探究學習法等現(xiàn)代教學方法。雖然這些理論和教學法原本主要是針對學校正規(guī)教育的，但筆者認為:科技館的非正規(guī)教育完全可以借鑒和引進上述教學法，改進并提升我們的教育活動設計水平。理由如下:

(一)從教育方式來說，建構主義理論及現(xiàn)代教學法更適合科技館教育

建構主義教育理論認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境，借助他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。[1]因此“以學生為中心” “情境”“協(xié)作”是其三大特點。而科技館教育活動以參與、互動、體驗的形式對觀眾開放，鼓勵觀眾自己動手、觀察、探究，展品和活動都有具體的場景，學習的氛圍是舒適的、自由的，同時還有科技輔導員隨時提供幫助。因此，自主性、靈活性較強的科技館教育方式截然不同于學校強制、機械、束縛的教育方式，而且這種開放式的學習環(huán)境恰恰與建構主義理論相吻合。

(二)從價值取向來說，科技館選擇建構主義理論及現(xiàn)代教學法具有必然性

科技館作為非正規(guī)教育，是對學校教育的重要補充。正如清華大學科學技術與社會研究所劉兵教授指出，非正規(guī)教育旨在公眾掌握科學知識的基礎上，強調科學方法、科學精神以及對文化的理解等等。[2]因此，在科技館的價值取向上，就要樹立這樣的觀點:科學思維的啟迪和科學精神的培育，遠比具體科學原理的演示和科學知識的傳授更加重要。

傳統(tǒng)的課堂填鴨式教育形式，教師灌輸知識，學生被動機械地接受知識，雖然能夠短時間內提高學習知識的數(shù)量，但是嚴重束縛了學生學習的主觀能動性以及運用知識的能力。而建構主義理論則強調學生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學知識意義的主動建構，啟迪學生的科學思維，培養(yǎng)出具有科學創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。由此可見，相比于傳統(tǒng)教學方法，建構主義理論及現(xiàn)代教學法具有選擇的必然性。

“5E”教學模式是由美國生物科學課程研究所(BSCS，1989)開發(fā)的一種基于建構主義教學理論的模式，這一模式強調的是以學生為中心，通過運用調查和探究的方法解決問題；強調通過小組合作學習促進學生對科學概念的理解和知識的建構。[3]“5E”教學模式分為5個學習階段:吸引(Engagement)、探究(Exploration)、解釋(Explanation)、遷 移(Elaboration)評價(Evaluation)。本文中的案例即是參照這一教學模式設計了教學過程。

二、應用“5E學習環(huán)”教育模式設計“星空探秘”活動的實踐探索

(一)設計背景

江蘇科技館科技智慧展廳的問天劇場，是本館自主研發(fā)的新展項，該展項是一部配有天文道具模型，加上燈光、音響等舞臺效果的專業(yè)影片，講述的是兩個孩子與中國古代科學家郭守敬、美國近代科學家哈勃以及航天英雄楊利偉之間展開一場對話，從中不僅展示古今天文和航空航天科技的發(fā)展，更融入了不少的天文學知識。通常觀看過影片的觀眾，都有意猶未盡的感覺，并對天文產生了深厚的興趣。然而南京的中小學教育在天文方面卻涉獵有限，但是隨著我國神十、嫦娥三號的相繼升空，未來的太空時代即將到來，人們的視角開始轉向太空，迫切地想要了解宇宙、天文的相關知識。同時，在南京不僅有紫金山天文臺，南京大學天文系這樣的天文專業(yè)機構，還活躍著諸如巡星會這樣的業(yè)余協(xié)會，都是我們開展天文科普活動的有力支撐。

基于此，科技館工作人員從問天劇場延伸開發(fā)此活動，滿足青少年學習天文知識的需求。

(二)活動目標與對象

“星空探秘”活動共有四個環(huán)節(jié)組成，目標是引導活動參與者能夠了解太陽系八大行星大小和位置關系、四季星空中各星座的相對位置以及變化規(guī)律、學會使用天文望遠鏡、并且能夠利用它觀測天體?；顒拥牡谝弧⒍?、三環(huán)節(jié)需要提前報名，活動設計對象是南京中小學天文愛好者，第四環(huán)節(jié)天文觀測面向普通公眾。

(三)實施流程

1.吸引(Engagement)——第一環(huán)節(jié):現(xiàn)場天文沙龍

吸引是要讓學生對學習任務產生興趣，激發(fā)學生主動探究，強調通過創(chuàng)設情境來激發(fā)學生的學習興趣。鑒于此，設計了第一環(huán)節(jié):

帶領參與的青少年天文愛好者至問天劇場觀看演示，演示結束后，就展品演示內容開展“我來說天文”的現(xiàn)場互動沙龍。記錄每一名參與者的發(fā)言，分析參與個體對天文知識的已知部分，了解他們未知和感興趣的部分，并作為完善和調整后面三個環(huán)節(jié)活動設計的參考，鞏固觀眾現(xiàn)有天文知識的同時，通過參與活動后構建新的天文知識體系。此環(huán)節(jié)結束后，以承接詞:“茫茫宇宙，奧妙無窮，下面就開始我們的太空之旅吧!”進入第二環(huán)節(jié)“模擬太空之旅”。

設計意圖:借鑒情境教學法，在活動的開始，引入必要的情境，引起參與者情感上的共鳴。在這里，通過視頻演示、老師的提問(問題)、互動沙龍中同學們的發(fā)言(同伴的感染、共同的關注焦點)和即將面臨的太空之旅(任務)等方式共同創(chuàng)設形成特定的情境，激發(fā)學生興趣、誘發(fā)思維、使學生進入積極學習狀態(tài)。情境教學法指出在教學過程中引起學生積極的、健康的情感體驗，將直接提高學生對學習的積極性，使學習活動成為學生主動進行的、快樂的事情。情感對認知活動的增力效能，可以解決小學生中普遍存在的學習動力不足的問題。同時也可以深度挖掘展品的潛在價值，為后續(xù)三個環(huán)節(jié)活動開展做好鋪墊。

2.探究(Exploration)和解釋(Explanation)——第二環(huán)節(jié):模擬太空之旅；第三環(huán)節(jié):穿越四季星空

“探究”是5E教學模式的中心環(huán)節(jié)。教師可以根據(jù)上一環(huán)節(jié)產生的認知沖突，引導學生進行探究。在探究的過程中，學生是主體，教師的作用是引導和幫助?！敖忉尅笔?E教學模式的關鍵環(huán)節(jié)，教師應注意鼓勵和提醒學生根據(jù)已有的知識經驗和前面進行探究的過程和結果進行分析、推理。據(jù)此，設計第二、三環(huán)節(jié):

(1)第二環(huán)節(jié):模擬太空之旅

地點:科普教室

引導詞:“太空之旅的第一站，你想去哪里?！?/p>

讓參與者自由回答，并共同討論提出實現(xiàn)設想的理由。

知識構建點:恒星、行星、衛(wèi)星的區(qū)別。

①話說圍繞太陽的“追隨者”?

知識構建點:太陽系里有太陽、八大行星、小行星、衛(wèi)星、流星、彗星等。

②太陽系八大行星“再現(xiàn)”——分組制作太陽系八大行星模型。

道具:氣球、橡皮泥、繩子、尺子。(各組上網自行搜尋數(shù)據(jù)，制作模型)

要求:用氣球、橡皮泥代替太陽和八大行星，要比較準確地反映各行星大小和位置關系。

③知識構建點:通過動手體驗，強化和認識太陽系八大行星大小和位置關系。

設計意圖:在此借鑒了支架式教學法，它是基于建構主義學習理論的一種以學習者為中心，以培養(yǎng)學生的問題解決能力和自主學習能力為目標的教學法。在本環(huán)節(jié)中從學習者已有的知識經驗出發(fā)，把他們原有的知識經驗作為新知識的生長點，逐層深入，一步一步地為學生的學習提供適當?shù)?、小步調的線索或提示(支架)，讓學生通過這些支架一步一步地攀升，逐漸發(fā)現(xiàn)和解決學習中的問題，掌握所要學習的知識，提高問題解決能力，構建出新的知識架構。

④在各組學生做好各自模型后，提出“能否找出行星間相對位置的規(guī)律”，開展討論，然后導入簡便確定行星間相對位置方法的提丟斯—波德定則，并展開檢驗活動。

a取出繩子在距頂部4厘米處打一結，頂部處為太陽位置，結處為水星位置；

b距水星位置3厘米處打第二結，為金星位置；

c在金星位置處對折，在與第一結平齊的繩端打第三結，為地球位置；

d與c相似，在地球位置處對折，在與第一結平齊的繩端打第四結，為火星位置；

e給出提丟斯—波德定則公式r＝0.4＋0.3×2n(n取—∞、0、1……，單位為1天文單位)，并講述1781年赫歇耳發(fā)現(xiàn)的天王星,就差不多恰好處在定則所預言的軌道上。

提問:在r＝2.8(n＝3)時，為什么沒有對應的行星?(讓學生自由假設，上互聯(lián)網查詢驗證答案，得出那里是一個小行星帶的結論)

設計意圖:該環(huán)節(jié)以探究式教學法為指導，基本程序是:問題—假設—推理—驗證—總結提高。它強調學生的主體作用，促進學生發(fā)現(xiàn)探索的技能，培養(yǎng)探究問題和解決問題的能力。

將一個參與者不太知曉而恰恰是與我們活動相關的天文科學公式留給他們，啟發(fā)他們根據(jù)這個公式去思考、去探究、去發(fā)現(xiàn)，此時適時地拋出問題，激發(fā)參與者的好奇心和對天文的探究精神。讓學生發(fā)揮想象，自己作出假設，說出自己的理由，最后上網查訊驗證。在探究性教學中教師一定要尊重學生的主體性，創(chuàng)設一個寬容民主平等的教學環(huán)境；要對那些打破常規(guī)的學生予以一定的鼓勵，不要輕易地對學生說對或錯；要以引導為主，切不可輕易告知學生探究的結果。

(2)第三環(huán)節(jié):穿越四季星空

①參賽者組隊:將參與學生組成四隊，每隊七到八人；

②場地安排:在館前廣場上畫上一個大圈，由圓心等分四塊，分別為春、夏、秋、冬四季星空；

③活動安排:活動當天，由每隊抽簽，分別進駐某個季節(jié)星空區(qū)域。開始第一關:四季星座排排座。要求選手按照事先準備好的每塊白板上的星座名稱，畫出該星座連線圖，并將這些白板按照星圖的位置關系排放整齊(本關共10分，正確者得10分，錯一個按比例扣分)。然后按提示，前往下一關問題所在展品處尋找問題紙條。按照這樣的流程，經過十關的角逐，最先闖關的得附加分，最后將答題分和此分相加，分數(shù)最高者獲勝；

④活動規(guī)則:闖關過程中，依靠團隊協(xié)作，遇到難題可借助電腦查訊，絕對不允許求助團隊以外的人，一經發(fā)現(xiàn)，按作弊處理，倒扣10分；

⑤關卡安排:包括四季星空排排座、深空天體猜猜猜、時空穿梭機、觀星大作戰(zhàn)等十個關卡；

⑥最后每一個參賽選手在紙上按照游戲場地的設置，畫出四季星空圖。

設計意圖:考慮到經過比較正式的課堂環(huán)節(jié)后，要讓孩子們放松一下。因此改變傳統(tǒng)的課堂講授四季星空的方式，運用任務驅動教學法，采取將答題比賽與尋寶游戲相結合的方式，使參與者在活動中既動手又動腦，勞逸結合?！叭蝿镇寗臃ā弊罡镜奶攸c就是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”，改變了以往“教師講，學生聽”、“以教定學”的被動教學模式，創(chuàng)造了“以學定教”、學生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學習模式。當學生接到任務后，會在團隊中自發(fā)地擔任不同的角色，來提高完成任務的效率。通過實踐，發(fā)現(xiàn)這樣的方式有利于激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的分析問題、統(tǒng)籌安排的能力，提高學生自主學習及與他人協(xié)作的能力，同時當學生完成任務時，可以培養(yǎng)他們的自信心和成就感。

3.遷移(Elaboration)——第四環(huán)節(jié):攜手仰望星空

“遷移”是讓學生擴展自己的概念，并運用前一階段剛剛獲得的科學概念，在新的環(huán)境和新的問題情境中去實踐、驗證、應用和鞏固。簡言之就是將學到的概念在實踐中運用。據(jù)此我們設計了實踐環(huán)節(jié):攜手仰望星空。

與巡星會、高校天文聯(lián)合會、紫金山天文臺等天文組織聯(lián)合開展晚上的天象觀測活動。觀測點分別設在:本館、紫金山天文臺、江寧、浦口、棲霞五個地方，讓廣大的公眾能享受一場豐盛的天文晚宴。該環(huán)節(jié)分為兩個部分:

(1)由資深的天文愛好者現(xiàn)場示范講解天文望遠鏡的組裝、調試和使用。然后挑選若干學生現(xiàn)場試著動手組裝，并評出優(yōu)勝者給予獎勵。

(2)讓學生和公眾一起利用天文望遠鏡實地觀測。鞏固前面學習的行星、恒星概念和知識。

設計意圖:考慮到天文對于學生來說，是比較陌生的，俗話說:“說一千，道一萬，不如動手做一做”。因此本環(huán)節(jié)運用“做中學”教學法，通過讓學生和公眾親自動手實踐來消除對天文的神秘感，滿足他們的好奇心，學會將書本中枯燥的概念運用到實踐中，完成知識的遷移過程?！白鲋袑W”的核心理念是把書本上的“間接經驗”轉化為通過“做”獲得“直接經驗”。不僅讓學生學到具體的知識，更重要的是培養(yǎng)學生會運用學到的知識，強調在“動手做”中讓學生建構自己的認知模型。

4.評價(Evaluation)

“評價”不是一個特定的階段，它貫穿整個教學過程，是教師和學生用正式和非正式的方法評價學生對新知識的理解及應用能力。

在前面，不管是現(xiàn)場沙龍、課堂學習還是游戲活動，在下面三個方面隨時對學生的表現(xiàn)進行評價:自主學習能力、對小組協(xié)作學習所做出的貢獻、是否完成對所學知識的意義建構等。這樣有助于學生理清思路，鞏固知識。

其實結合展品設計開發(fā)教育活動較之學校教育更具開放性和挑戰(zhàn)性，更需要巧妙地運用現(xiàn)代科學的教育理論為指導和支撐。所謂他山之石可以攻玉，也正因為科技館教育的特殊性、靈活性，甚至可以更加充分地發(fā)揮出這些先進的教育理念的內涵，培養(yǎng)出具有科學探索和開創(chuàng)精神的新一代。

[1]韓陽.基于建構主義的多媒體英語教學淺析[J].科技資訊，2014(27):187.

[2]郭寄良，劉 懿.非正規(guī)教育視野下的科技館教育[J].科協(xié)論壇，2009(07):43.

[3]周晨亮.小學科學“5E教學模式”初探[J].新課程·小學版，2015(01):136.

Practice and Exploration of the Educational Activities in the Science and Technology Museum by Using 5E Learning Ring and other Teaching Methods——“Star Quest”Activity Planning

Xie Junxiang Xu Yan

Facing the confusion that how to design an effective educational activities in science and technology museum，the author expounds the feasibility and necessity of using modern teaching methods to design the educational activity in science and technology museum.Based on the theory of constructivism，5E teaching mode，combined with practice，we developed“star quest”activities for amateur astronomers from primary and secondary school.The event aimed with the purpose of popularizing astronomical science knowledge to the participants through creative and fun ways，to cultivate students'skills of practice and observation，to build group consciousness，to explore with a pioneer spirit，and to solve problems by using tools.

science and technology museum，educational activity design，constructivism education theory，5E teaching mode

① 謝俊翔:江蘇科技館群眾文化館員；研究方向:館內教育活動開發(fā)；通訊地址:南京市石頭城路118號；E-mail:xjxasas＠163.com；許 艷:江蘇科技館展教部部長；研究方向:館內教育活動開發(fā)；通訊地址:南京市石頭城路118號；E-mail: 137470339＠qq.com。