科技館課程開發(fā)

陳楊霖

【摘 要】目前科技館教育備受關(guān)注，但是在教育活動(dòng)的策劃過程中如何體現(xiàn)科技館優(yōu)勢(shì)，區(qū)別于學(xué)校教育，是科技館教育的核心問題。上?？萍拣^自2015年起陸續(xù)開發(fā)一系列基于展品的互動(dòng)體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在科技館內(nèi)開展探究式學(xué)習(xí)的教育課程，旨在發(fā)揮場(chǎng)館優(yōu)勢(shì)，激發(fā)展品活力，將其中的科學(xué)知識(shí)、科學(xué)態(tài)度有效地傳播給學(xué)生。

【關(guān)鍵詞】科技館教育課程開發(fā);探究式學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)： G623.6;G322.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）16-0022-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.009

在通過觀察學(xué)生在展區(qū)的參觀行為發(fā)現(xiàn)：學(xué)生更愿意體驗(yàn)互動(dòng)性展品，部分展品因?yàn)槲恢闷Щ蚴侨鄙倩?dòng)性，其科學(xué)知識(shí)、科學(xué)態(tài)度并未有效地傳播給學(xué)生，展品利用率較低。針對(duì)上述問題，對(duì)接課標(biāo)中相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，利用場(chǎng)館內(nèi)的展品資源，采用5E、STEAM等教學(xué)理念、方法，開發(fā)一系列探究式學(xué)習(xí)，以下以結(jié)合新能源熱點(diǎn)開發(fā)“風(fēng)中起源”STEM課程為例。

1 設(shè)計(jì)概述

針對(duì)初中《科學(xué)》中“能與能源”以及初中《物理》中“電和磁”的教學(xué)內(nèi)容，以“新能源發(fā)電”為主題，綜合利用本館 “探索之光”、“智慧之光”和“地球家園”展區(qū)的展覽資源、實(shí)驗(yàn)器材等教學(xué)資源，以體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、情境教學(xué)和做中學(xué)為主要教學(xué)方法，以展品探究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)與動(dòng)手制作相結(jié)合的活動(dòng)形式，以達(dá)成《初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“了解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的關(guān)系，初步形成可持續(xù)發(fā)展的觀念;了解各種形式能源及其特點(diǎn)，知道能在一定條件下發(fā)生轉(zhuǎn)化;學(xué)會(huì)使用電流表、電壓表測(cè)量電流和電壓”的教學(xué)目標(biāo)。

2 受眾

本課程針對(duì)七年級(jí)-九年級(jí)學(xué)生，該年齡學(xué)生剛剛開始接觸基本的電學(xué)知識(shí)和測(cè)量?jī)x器的使用方法，通過這次親自動(dòng)手的體驗(yàn)式活動(dòng)能夠更好地幫助他們理解在課堂上學(xué)到的知識(shí);該年齡段的學(xué)生也具備了獨(dú)立完成測(cè)量電流、電壓大小的能力;在動(dòng)手制作環(huán)節(jié)，該年齡段的學(xué)生具備了一定的動(dòng)手能力，能夠完成實(shí)物的設(shè)計(jì)、制作。

3 課程開發(fā)

3.1 引入（Engagement）

階段目標(biāo)：從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，激發(fā)學(xué)生興趣，引入教學(xué)內(nèi)容。

該年齡段學(xué)生已經(jīng)了解完整電路的基本組成部分，但是從來沒有見過發(fā)電機(jī)內(nèi)部是什么樣子的，不清楚在真實(shí)的發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)是如何工作的。老師引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，通過觀察提出假設(shè)。老師引導(dǎo)學(xué)生觀察透明的電機(jī)模型與核電站模型，學(xué)生通過觀察、體驗(yàn)互動(dòng)展品，得出發(fā)電大小與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度之間關(guān)系，在核電站中，電機(jī)是由蒸汽推動(dòng)發(fā)電的，在風(fēng)力發(fā)電廠中是由風(fēng)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)從而推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的。

3.2 探究（Exploration）

階段目標(biāo)：通過實(shí)驗(yàn)探究影響風(fēng)力發(fā)電效率的因素。

在這一個(gè)階段中老師要引導(dǎo)學(xué)生觀察思考、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、討論問題、得出結(jié)論，在活動(dòng)的過程中學(xué)會(huì)萬用表使用、功率計(jì)算、控制變量法使用等技能掌握。

在這個(gè)探究階段中，主要以小組形式進(jìn)行，方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)和討論，在這一過程中主要讓學(xué)生學(xué)習(xí)萬用表的使用方法，以及思考在測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)候應(yīng)該注意哪些問題，討論在實(shí)驗(yàn)中哪些可能會(huì)成為變量因素，哪些需確保每次都是固定值。

老師分析學(xué)生討論結(jié)果，引導(dǎo)小組實(shí)驗(yàn)，確保每次實(shí)驗(yàn)開始前將風(fēng)力調(diào)至同一大小。

第一組實(shí)驗(yàn)：選取三個(gè)直葉片，安裝在相隔120度的小孔上。

將每一片葉片和葉盤之間的夾角調(diào)整至30度，測(cè)量電流和電壓。

將每一片葉片和葉盤之間的夾角調(diào)整至45度，測(cè)量電流和電壓。

將每一片葉片和葉盤之間的夾角調(diào)整至90度，測(cè)量電流和電壓。

第二組實(shí)驗(yàn)：將每一片葉片和葉盤之間的夾角調(diào)整至60度。

（1）選兩個(gè)直葉片，安裝在相隔180度的小孔上，測(cè)量電流和電壓。

（2）選三個(gè)直葉片，安裝在相隔120度的小孔上，測(cè)量電流和電壓。

（3）選四個(gè)直葉片，安裝在相隔90度的小孔上，測(cè)量電流和電壓。

在過去的探究過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生容易習(xí)慣于日常生活中看到的現(xiàn)象，很少去探究為什么要設(shè)計(jì)成這樣，在討論變量因素時(shí)，學(xué)生可能會(huì)因?yàn)榱?xí)慣風(fēng)電機(jī)都是三片就忽略其也是變量因素之一。在實(shí)驗(yàn)過程中很多同學(xué)可能會(huì)有忘記控制風(fēng)力大小、萬用表檔位使用錯(cuò)誤等情況。

3.3 解釋（Explanation）

階段目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、總結(jié)影響發(fā)電效率的因素。

老師組織學(xué)生分享和討論根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)，得出了哪些結(jié)論？鼓勵(lì)小組之間數(shù)據(jù)交流、對(duì)比。學(xué)生通過對(duì)比，學(xué)生可能會(huì)發(fā)現(xiàn)葉片數(shù)量、葉片角度都是影響因素。老師在這一過程中需要分析學(xué)生的實(shí)驗(yàn)中是否存在誤差數(shù)據(jù)影響結(jié)論，讓學(xué)會(huì)處理數(shù)據(jù)、去除誤差數(shù)據(jù)。

拓展問題：在實(shí)際建造風(fēng)力發(fā)電廠時(shí)還需要考慮哪些問題？

3.4 精致（Elaboration）

階段目標(biāo)：理論與實(shí)踐的結(jié)合，根據(jù)探究的數(shù)據(jù)制作風(fēng)電機(jī)。

結(jié)合STEAM教學(xué)策略中數(shù)學(xué)和工程部分，讓學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論制作實(shí)物，將理論與實(shí)踐進(jìn)行結(jié)合并驗(yàn)證。

老師分發(fā)材料，讓每個(gè)小組挑選一種葉片材料（材料分為：PVC塑料板、黑色卡紙、牛皮紙、A4紙、透明塑料）。這一環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)材料對(duì)風(fēng)電機(jī)發(fā)電效率的影響。挑選完材料后，老師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)之前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論（最佳的葉片數(shù)量、葉片角度）制作直徑為12cm的風(fēng)電機(jī)葉盤，為控制葉片大小相同，老師提供葉片形狀模型并觀察學(xué)生的制作過程，給出適當(dāng)?shù)奶崾竞鸵龑?dǎo)，教會(huì)學(xué)生使用剪刀、打孔機(jī)等工具，并強(qiáng)調(diào)操作過程中的安全問題。制作完成后，進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，小組之間分享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，討論結(jié)果是否符合預(yù)期。

由于學(xué)生平時(shí)接觸的大部分都是理論學(xué)習(xí)，動(dòng)手實(shí)踐能力相對(duì)弱一些，在制作過程中，對(duì)于工具的使用、軸套的安裝、葉片角度的固定對(duì)學(xué)生來說都是需要解決的難點(diǎn)。對(duì)于這些問題，老師不需要直接替學(xué)生完成難點(diǎn)部分，可以采用適當(dāng)引導(dǎo)示范的解決方法。例如軸套的安裝由于零件特別小、口徑比較緊，手不好發(fā)力，老師可以示范如何借助尖嘴鉗安裝軸套。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手的能力。

3.5 評(píng)價(jià)（Evaluation）

階段目標(biāo)：了解學(xué)生對(duì)概念的理解程度，并對(duì)學(xué)生作品做出評(píng)價(jià)

老師根據(jù)今日活動(dòng)內(nèi)容，請(qǐng)學(xué)生歸納和總結(jié)：

（1）清潔能源的特點(diǎn)，使用清潔能源有哪些好處？并舉例有哪些清潔能源。

（2）風(fēng)電廠在前期規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)可能需要考慮哪些問題。

（3）萬用表在使用時(shí)需要注意哪些問題？

老師收回學(xué)生的數(shù)據(jù)記錄單進(jìn)行后續(xù)分析，在這一過程中鞏固知識(shí)，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，以后續(xù)繼續(xù)改進(jìn)課程的設(shè)計(jì)。這個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和總結(jié)歸納能力都不相同，需要對(duì)不同的學(xué)生提出不一樣的后續(xù)要求。

4 課程評(píng)估

通過教學(xué)過程中的形成性評(píng)估，在問答環(huán)節(jié)中會(huì)有50%的同學(xué)認(rèn)為核能不是清潔能源，經(jīng)過科學(xué)老師的講解，在課程最后的評(píng)估環(huán)節(jié)中，100%的同學(xué)能夠正確區(qū)分清潔能源。通過行為觀察法能看出在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、制作的環(huán)節(jié)，學(xué)生注意力顯著提升，說明學(xué)生對(duì)此類活動(dòng)形式非常感興趣。同時(shí)通過對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)單和問卷的分析，95%以上的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)會(huì)了測(cè)量工具的正確使用、學(xué)會(huì)了控制變量法的使用，90%的同學(xué)制作的成品能夠點(diǎn)亮小燈。

5 課程特色

5.1 主題選擇

隨著社會(huì)的發(fā)展，如今環(huán)境保護(hù)、新能源發(fā)展等問題開始逐漸被人們重視，但目前大部分的教育活動(dòng)缺乏對(duì)這方面的深入探究，本項(xiàng)目以“新能源發(fā)電”為主題，創(chuàng)設(shè)系列課程，運(yùn)用探究式學(xué)習(xí)、做中學(xué)等方法，將理論與實(shí)際結(jié)合，通過動(dòng)手制作和場(chǎng)景搭建，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)和創(chuàng)作的過程中自發(fā)地培養(yǎng)合理開發(fā)利用能源的意識(shí)以及可持續(xù)發(fā)展的理念。

5.2 激發(fā)展品活力

本項(xiàng)目為彌補(bǔ)展品位置偏僻、缺乏互動(dòng)性、展品介紹不適宜低年齡段學(xué)生理解等問題，通過展品探究、實(shí)驗(yàn)分析、動(dòng)手制作等多樣化的活動(dòng)形式來引起學(xué)生的興趣，融入STEAM教學(xué)理念，綜合工程、技術(shù)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)多學(xué)科的應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更加便捷，加深了知識(shí)的印象。

5.3 技能培養(yǎng)

學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)了萬用表的使用、功率計(jì)算等多個(gè)技能;通過實(shí)驗(yàn)，使用控制變量法了解到影響風(fēng)力發(fā)電的因素;根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，制作風(fēng)力發(fā)電機(jī)，將理論與實(shí)際結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)以及動(dòng)手能力和對(duì)結(jié)果的分析能力，判斷是否存在無效數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]譚茗元.STEM教育理念下科技館館校課程的開發(fā)與設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2018（10）：9.