基于核心概念設(shè)計(jì)科技博物館科學(xué)教育活動(dòng)

李秀菊

展陳與教育

基于核心概念設(shè)計(jì)科技博物館科學(xué)教育活動(dòng)

李秀菊①

科技博物館的科學(xué)教育活動(dòng)是提升青少年對(duì)科學(xué)的理解的重要途徑之一?；诤诵母拍钤O(shè)計(jì)科技博物館科學(xué)教育活動(dòng)有利于保證活動(dòng)的科學(xué)性和良好的邏輯體系。本文以加拿大溫哥華海事博物館的“氣候變暖”活動(dòng)的設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)解釋了基于核心概念設(shè)計(jì)科學(xué)教育活動(dòng)的設(shè)計(jì)原則與方法，并給出了相關(guān)建議。

科技博物館；科學(xué)教育活動(dòng)；核心概念

一、科技博物館科學(xué)教育活動(dòng)的定義與特征

美國(guó)學(xué)習(xí)改革委員會(huì)在1994年的“為個(gè)體學(xué)習(xí)而設(shè)的公共機(jī)構(gòu)”國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上，首次將“場(chǎng)館”(museum)界定為“各種與科學(xué)、歷史、藝術(shù)等教育有關(guān)的公共機(jī)構(gòu)，如自然博物館、科學(xué)中心、天文館、歷史博物館、美術(shù)館、動(dòng)物園、植物園、水族館等”。[1]科技博物館(science＆technology museum)不僅包括科學(xué)中心(science center，中國(guó)稱為“科技館”)、天文館、自然博物館等在內(nèi)的具有封閉結(jié)構(gòu)的場(chǎng)所，也包括動(dòng)物園、植物園等在內(nèi)的與科學(xué)教育相關(guān)的露天場(chǎng)所。[2]科技博物館的科學(xué)教育活動(dòng)是指以科學(xué)為內(nèi)核的教育活動(dòng)。這種科學(xué)教育活動(dòng)與一般的學(xué)?？茖W(xué)教育活動(dòng)不同，這是基于真實(shí)情境或者實(shí)物展品，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究和互動(dòng)，并且產(chǎn)生多元學(xué)習(xí)效果的活動(dòng)。這種科學(xué)教育活動(dòng)又與一般的博物館教育活動(dòng)不同，它更強(qiáng)調(diào)科學(xué)內(nèi)核，活動(dòng)目標(biāo)更重視讓學(xué)習(xí)者體驗(yàn)科學(xué)探究、理解科學(xué)本質(zhì)和核心概念。

科技博物館是典型的非正式科學(xué)學(xué)習(xí)的場(chǎng)所(sciencelearningininformal environments)。非正式環(huán)境下的科學(xué)學(xué)習(xí)的典型特點(diǎn)是:學(xué)習(xí)者是積極主動(dòng)的、探索性的、興趣引導(dǎo)的、自愿的、個(gè)性化的和開放的。[3]在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)校開展的多數(shù)科學(xué)教育只局限在知識(shí)傳授和簡(jiǎn)單的科學(xué)概念的學(xué)習(xí)上，但是在科技博物館等場(chǎng)所中，可以開展更多探索性的活動(dòng)，可以幫助學(xué)習(xí)者特別是低年級(jí)的學(xué)習(xí)者更好地理解科學(xué)探索的過程。

二、理解核心概念

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各類科技信息大量積累，如何選擇和教授“少而精”的核心概念(core ideas)是科學(xué)教育領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。核心概念居于學(xué)科知識(shí)的中心，是具有超越課堂之外的持久價(jià)值和遷移價(jià)值的概念性知識(shí)、原理、規(guī)律或方法。對(duì)于核心概念，也有學(xué)者稱其為“概念聚合器”，認(rèn)為核心概念聚合著學(xué)科的一般概念，且這種聚合不是簡(jiǎn)單的疊加，而是一種規(guī)律性的、具有遷移應(yīng)用價(jià)值的認(rèn)識(shí)。[4]

赫德(Hurd)提出7條標(biāo)準(zhǔn)用于確定什么樣的概念成為核心概念:(1)展現(xiàn)了當(dāng)代科學(xué)的主要觀點(diǎn)和思維結(jié)構(gòu)；(2)足以能夠組織和解釋大量的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)；(3)包含了大量的邏輯內(nèi)容，有足夠的空間用于解釋、概括、推論等；(4)在教學(xué)中可以用于各類情境下的案例，并可用于日常生活中常見的情況和環(huán)境；(5)可以提供許多機(jī)會(huì)，用以發(fā)展與本學(xué)科特色相關(guān)的認(rèn)知技能和邏輯思維能力；(6)可以用于組建更高階的概念，而且可望與其他學(xué)科的概念結(jié)構(gòu)建立聯(lián)系；(7)表達(dá)了科學(xué)在人類智力成果中所占有的地位。[5]

美國(guó)《K－12科學(xué)教育框架:實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》中提出學(xué)科核心概念的篩選標(biāo)準(zhǔn)為:(1)在多個(gè)學(xué)科或工程學(xué)科中意義顯著，或是組織某個(gè)學(xué)科的關(guān)鍵概念；(2)為理解或研究某些復(fù)雜想法和解決問題提供了關(guān)鍵工具；(3)能與學(xué)生的興趣和生活經(jīng)歷相關(guān)聯(lián)，或能與社會(huì)及個(gè)人關(guān)注焦點(diǎn)所需要的科學(xué)技術(shù)知識(shí)相關(guān)聯(lián)；(4)可在多個(gè)年級(jí)段教學(xué)，隨著年級(jí)段遞增，可逐步復(fù)雜，逐漸深入。[6]基于上述選擇標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中提出各個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科核心概念。例如，地球與空間科學(xué)領(lǐng)域中，第一個(gè)核心概念(ESS1)“地球在宇宙中的地位”，這個(gè)概念包括了宇宙的整體結(jié)構(gòu)、宇宙的組成、宇宙的歷史、太陽系運(yùn)行過程與需要的力、地球的行星史。能夠看出，這樣的學(xué)科核心概念不是簡(jiǎn)單的科學(xué)事實(shí)，這些概念可以幫助學(xué)習(xí)者解釋自然界，是具有強(qiáng)大解釋力的概念。

除了學(xué)科核心概念，《K－12科學(xué)教育框架:實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》中提出的跨學(xué)科概念也應(yīng)該屬于核心概念范疇，跨學(xué)科概念能夠幫助學(xué)生將不同科學(xué)領(lǐng)域中相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)組織成連貫的、條理清晰的基于科學(xué)對(duì)客觀世界的認(rèn)知。這些概念是橫跨學(xué)科領(lǐng)域的概念，可以說，對(duì)于每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都重要?？鐚W(xué)科概念包括:模式，原因與結(jié)果，尺度、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能量與物質(zhì)，結(jié)構(gòu)與功能，穩(wěn)定性與變化。

總的來說，核心概念是學(xué)科的主干知識(shí)，是學(xué)生最應(yīng)該掌握的內(nèi)容。科技博物館的科學(xué)教育活動(dòng)由于是開放的，沒有教材等可以遵循，經(jīng)?？吹接械目茖W(xué)教育活動(dòng)是“大拼盤”，或者設(shè)計(jì)的活動(dòng)是簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，甚至還有手工制作，連科學(xué)內(nèi)容都沒有。如能夠基于核心概念設(shè)計(jì)科學(xué)教育活動(dòng)，可以很好地避免上述問題。

三、基于核心概念設(shè)計(jì)場(chǎng)館科學(xué)教育活動(dòng)

(一)案例

溫哥華海事博物館坐落于凡尼爾公園內(nèi)，成立于1959年，側(cè)重于展示溫哥華的航海歷史，為加拿大最重要的海事博物館之一。50多年來，這個(gè)博物館一直是公眾了解加拿大太平洋地區(qū)與海事相關(guān)的歷史、文化、藝術(shù)和工業(yè)的博物館。

溫哥華海事博物館的藏品達(dá)到170000多件，包括約35000件手工制品、約20000本書籍、262幅原創(chuàng)油畫以及約114000張照片。館內(nèi)最主要的展品是一艘名為圣洛克(St. Roch)的戰(zhàn)艦，它是歷史上加拿大皇家騎警探索北極的船只。圣洛克戰(zhàn)艦里模擬了當(dāng)時(shí)的情境，參觀者可以進(jìn)入其中參觀船員當(dāng)時(shí)的臥室以及娛樂空間等等。但是，如果僅僅是參觀瀏覽這個(gè)戰(zhàn)艦，參觀很快就會(huì)結(jié)束。博物館的教育工作者基于這個(gè)展品圍繞核心概念設(shè)計(jì)的科學(xué)教育活動(dòng)極大地提高了參觀者的興趣。

這個(gè)教育活動(dòng)的主題是“氣候變暖”。設(shè)計(jì)者圍繞氣候變暖的主題設(shè)計(jì)了一系列的問題，在引導(dǎo)中小學(xué)生回答這個(gè)問題的時(shí)候采取了激發(fā)討論和角色扮演的方式。在這個(gè)活動(dòng)主題中，核心概念就是:氣候變暖。首先在活動(dòng)設(shè)計(jì)之初，要對(duì)核心概念進(jìn)行解構(gòu)。這個(gè)活動(dòng)的核心概念是氣候變暖，因此要對(duì)氣候變暖進(jìn)行解構(gòu)。氣候變暖可以初步解構(gòu)為四個(gè)方面:氣候變暖的內(nèi)涵，氣候變暖對(duì)動(dòng)植物的影響，氣候變暖對(duì)人類的影響，氣候變暖對(duì)社會(huì)的影響。圍繞這四個(gè)方面，設(shè)計(jì)了“問題串”，并開展了相應(yīng)的活動(dòng)。

導(dǎo)入問題:全球氣候變暖，給北冰洋帶來了什么影響?

深入問題:全球氣候變暖后，給北極熊帶來什么影響?

進(jìn)階問題:全球氣候變暖后，給加拿大北部的因紐特人會(huì)帶來什么影響?給加拿大北部的航運(yùn)帶來什么影響?

在回答導(dǎo)入問題的時(shí)候，博物館的教育人員引導(dǎo)參觀者一起討論，大家可以各自發(fā)表自己的意見。問題剛一提出，很多學(xué)生就很樂意回答，有的答案是對(duì)的，有的答案不那么確切，但是教育人員都積極地鼓勵(lì)學(xué)生回答問題，多提出自己的想法。在大家都提出自己的想法之后，教育人員用幻燈片的方式，給出一些氣候變暖對(duì)北冰洋影響的資料，這些資料全部來自專業(yè)的科研機(jī)構(gòu)或者期刊文章，在資料的下方給出了數(shù)據(jù)來源。大家看到了這些數(shù)據(jù)之后，對(duì)氣候變暖給北冰洋帶來的影響有了更加明確的認(rèn)識(shí)。

接下來，教育人員會(huì)提出第二個(gè)問題:氣候變暖給北極熊帶來什么影響呢?大家又陷入了思考。教育人員又用幻燈片的方式給出了一些基本資料。氣候變暖后，北冰洋的冰融化得更多了，沒有大塊的冰，懷孕的北極熊無法挖洞，無法產(chǎn)仔。因此，氣候變暖對(duì)北極熊的繁殖會(huì)產(chǎn)生很大的影響。接著，為了讓大家體會(huì)到這一點(diǎn)，教育人員邀請(qǐng)幾個(gè)學(xué)生參與一個(gè)活動(dòng)。教育人員用繩子圍成多個(gè)圓圈，學(xué)生扮演北極熊，當(dāng)圈很多的時(shí)候，大家可以輕松地跳來跳去，找到一個(gè)可以挖洞的冰，隨著教育人員不斷地減少繩子，圓圈越來越少，大家能跳的地方也就越來越少，于是競(jìng)爭(zhēng)激烈起來。隨著圓圈的不斷減少，北極熊的生存環(huán)境不斷惡化，最終沒有地方可以繁殖產(chǎn)仔。學(xué)生都跳得滿頭大汗。

最后，教育人員會(huì)根據(jù)學(xué)生的情緒和年齡段，拋出第三個(gè)問題:全球氣候變暖后，給加拿大北部的因紐特人會(huì)帶來什么影響?給加拿大北部的航運(yùn)帶來什么影響?教育人員引導(dǎo)大家進(jìn)行討論，并且邀請(qǐng)學(xué)生對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行深入的分析，寫成論文，參加博物館舉辦的論文研討活動(dòng)。

案例點(diǎn)評(píng)與分析:這是一個(gè)博物館學(xué)習(xí)的典型案例。博物館是一個(gè)真實(shí)的情境，具有很強(qiáng)的互動(dòng)性，中小學(xué)生在其中可以進(jìn)行主動(dòng)式學(xué)習(xí)。溫哥華海事博物館是一個(gè)相對(duì)來說互動(dòng)性不夠強(qiáng)的博物館，但是博物館的教育人員基于氣候變暖這個(gè)核心概念按照問題串的方式設(shè)計(jì)的活動(dòng)讓整個(gè)博物館充滿活力，并且非常受學(xué)生的歡迎。

由于是海事博物館，博物館工作人員還設(shè)計(jì)了與海事有關(guān)的話題，就是討論全球變暖之后對(duì)因紐特人的生活有哪些影響?對(duì)加拿大海運(yùn)有哪些影響?這些問題由于可以討論得很深入，也需要很多材料和數(shù)據(jù)，因此教育人員并沒有讓大家在博物館完成討論，而是讓學(xué)生回去討論，并且撰寫論文，參與博物館的論文賽。博物館學(xué)習(xí)是一種在設(shè)計(jì)好的環(huán)境下進(jìn)行的科學(xué)學(xué)習(xí)，時(shí)間和學(xué)習(xí)內(nèi)容都比較自由，但是缺點(diǎn)是學(xué)習(xí)是暫時(shí)的。因此，為了吸引參觀者能夠持續(xù)學(xué)習(xí)，博物館多采用評(píng)價(jià)和回訪等方式促進(jìn)參觀者持續(xù)學(xué)習(xí)。而海事博物館的工作人員請(qǐng)學(xué)生就討論的問題寫成論文，不但能夠促進(jìn)參觀者的持續(xù)學(xué)習(xí)，而且在撰寫論文的過程中，學(xué)生可以自己查找資料，提供證據(jù)，提出觀點(diǎn)，這極大地促進(jìn)了這些學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。溫哥華海事博物館并不是一個(gè)很大型的博物館，也沒有很多聲光電的配合，總的感覺比較單調(diào)。但是博物館的教育人員對(duì)于科學(xué)課程和科學(xué)教育有很深刻的認(rèn)識(shí)，圍繞博物館的館藏和熱門話題設(shè)計(jì)了很多有意義的活動(dòng)，受到廣大中小學(xué)生的歡迎。在這個(gè)案例中，整個(gè)活動(dòng)圍繞著一個(gè)“問題串”展開，活動(dòng)安排緊密，能夠在調(diào)動(dòng)好學(xué)生興趣的同時(shí)讓大家積極地參與其中，是一個(gè)很好的博物館科學(xué)學(xué)習(xí)的案例。

(二)基于核心概念設(shè)計(jì)博物館科學(xué)教育活動(dòng)的建議

基于核心概念設(shè)計(jì)教育活動(dòng)，能夠讓學(xué)生在活動(dòng)中建立起對(duì)科學(xué)概念的整體認(rèn)識(shí)，避免學(xué)習(xí)碎片化的知識(shí)。當(dāng)然，有一點(diǎn)是不可否認(rèn)的，基于核心概念設(shè)計(jì)教育活動(dòng)，需要設(shè)計(jì)者本人對(duì)于該概念有比較深入的理解。在此基礎(chǔ)上，希望設(shè)計(jì)者能夠從以下幾個(gè)方面多做考慮:

第一，充分考慮教育活動(dòng)對(duì)象的年齡段。很多活動(dòng)在設(shè)計(jì)時(shí)，都簡(jiǎn)單地寫活動(dòng)對(duì)象是青少年，或者小學(xué)高年級(jí)學(xué)生、初中低年級(jí)學(xué)生。不同年齡階段青少年的認(rèn)知水平不同，問題的設(shè)計(jì)也不同。因此，基于核心概念的科學(xué)教育活動(dòng)的設(shè)計(jì)，首先要考慮活動(dòng)的對(duì)象。例如，在氣候變暖這個(gè)核心概念中，如果是小學(xué)低年級(jí)學(xué)生，解構(gòu)時(shí)可以分為氣候變暖的內(nèi)涵、氣候變暖對(duì)動(dòng)植物的影響，不需要再繼續(xù)解構(gòu)了。在活動(dòng)完成的過程中，只開展到北極熊游戲就足夠了。但是如果是初中生，那可以讓他們完成所有的活動(dòng)，包括論文的撰寫等活動(dòng)。

第二，多訓(xùn)練設(shè)計(jì)“問題串”的能力?！皢栴}串”是整個(gè)教育活動(dòng)的邏輯鏈條，因此“問題串”的質(zhì)量成為活動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。“問題串”包括引入問題、深入問題和實(shí)質(zhì)問題。問題設(shè)計(jì)由淺入深，不同問題之間的邏輯關(guān)系可以遞進(jìn)也可以并列。引入問題是為了吸引活動(dòng)對(duì)象的注意力，引起他們的興趣。深入問題是為了引入需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，實(shí)質(zhì)問題是活動(dòng)對(duì)象必須要掌握的內(nèi)容。

第三，積極學(xué)習(xí)和理解核心概念。設(shè)計(jì)者對(duì)概念的理解直接決定了科學(xué)教育活動(dòng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。設(shè)計(jì)者需要加強(qiáng)對(duì)于核心概念的理解以及概念轉(zhuǎn)變理論的學(xué)習(xí)，以期不斷提高科學(xué)教育活動(dòng)的設(shè)計(jì)水平。

[1]Dierking，L.D.，Ellenbogen，K.M.，F(xiàn)alk，J.H.. In principle，inpractice:Perspectivesona decade of museum learning research(1994—2004)[J].Science Education，2004(88):1－3.

[2]宋嫻，劉哲.西方科學(xué)場(chǎng)館的教育理念及實(shí)證研究綜述[J].外國(guó)中小學(xué)教育，2013(9):24－29.

[3]Janette Griffin.(1998)Learning Science through PracticalExperiencesinMuseums[J]. International Journal of Science Education，20: 6，655－663，DOI:10.1080/0950069980200604.

[4]胡玉華.對(duì)生物學(xué)核心概念及其內(nèi)涵的研究[J].生物學(xué)通報(bào)，2011，46(10):33－36.

[5]張穎之，劉恩山.核心概念在理科教學(xué)中的地位和作用——從記憶事實(shí)向理解概念的轉(zhuǎn)變[J].教育學(xué)報(bào)，2010，6(1):57－61.

[6]National Research Council(NRC).A Framework for K－12 Science Education Practice:Crosscutting Concepts，and Core Ideas[M].Washington，D. C.:Government Printing Office，2009.

Using Core Idea to Design Science Activities in Science and Technology Museum

Li Xiuju

Science education activities and projects in science and technology museum play important role in improving youth'scientific literacy.Less is more is accepted by more and more science educators.Using core ideas is becoming popular in science teaching and learning as well as a powerful way to design science activities with quality content and problem-solving skills training.This article analyzes the“Climate Change”projects designed by educators in Vancouver Maritime Museum to demonstrate the principles and methods of educational activity design based on core ideas，and then provides some suggestions for designing science activities in informal science settings.

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①李秀菊，中國(guó)科普研究所副研究員，博士；研究方向:非正規(guī)科學(xué)教育，青少年科學(xué)素質(zhì)測(cè)評(píng)與培養(yǎng)；通訊地址:北京市學(xué)院南路86號(hào)；郵編:100081；Email:littleju＠126.com。