深挖科技館靜態(tài)型展品核心原理打造教育活動(dòng)新理念
——以”天衣無(wú)縫—航—天服里面秘密”活動(dòng)為例

黃慶寧

（廣西南寧市科技館）

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)科普基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入力度明顯加大，極大地促進(jìn)了科技館展品的發(fā)展，種類繁多、形式多樣是現(xiàn)代科技館展品的特點(diǎn)。在科普事業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，科技館作為非正式科學(xué)教育的重要場(chǎng)所，盡可能發(fā)揮其展品的教育功能顯得尤為重要。按照展示形式分類，科技館展品可分為沉浸型、多媒體型、陳列型等。大型的沉浸式展品，可以極大地激發(fā)了青少年的參觀興趣，在交互體驗(yàn)的過(guò)程中很好地傳遞科學(xué)原理，而對(duì)于一些陳列型或者互動(dòng)性較弱的多媒體型展品，公眾興趣不大，多是走馬觀花的參觀狀態(tài)。科技館需要采取措施，使這類展品擺脫無(wú)人問(wèn)津的窘境，讓青少年得到完整的科學(xué)教育過(guò)程。

一、科技館科普活動(dòng)與科學(xué)教育間的分化

青少年跟著家長(zhǎng)或老師興沖沖地進(jìn)入科技館各大展廳參觀游覽，在這種興奮、積極的表象下，他們的參觀狀態(tài)有多種表現(xiàn)：（1）帶領(lǐng)者（父母、老師）充當(dāng)講解員的身份，按照自己的理解給孩子傳遞科學(xué)知識(shí)；（2）參與展品互動(dòng)，感受科技應(yīng)用，通過(guò)說(shuō)明牌或者顯示屏了解科學(xué)原理；（3）看一眼或打卡拍照就走人；（4）基本不閱讀說(shuō)明牌或顯示屏，胡亂拍打、無(wú)序操作[1]。這些現(xiàn)象顯然無(wú)法滿足科技館踐行科學(xué)教育的初衷甚至與之相悖，卻也是目前很多科技館面臨的問(wèn)題[2]。

（一）沉浸式展品的優(yōu)勢(shì)

科技館最受歡迎的展品是沉浸式體驗(yàn)的展品。這類展品體型較大，互動(dòng)性很強(qiáng)，能夠很好地抓住青少年的眼球，可以直接把展品的操作作為科普活動(dòng)的主要環(huán)節(jié)。例如南寧市科技館航天世界展廳里的“小型離心機(jī)”“旋轉(zhuǎn)座椅”等展項(xiàng)，青少年通過(guò)直接進(jìn)入展品內(nèi)部，當(dāng)展品啟動(dòng)運(yùn)行后，就能夠身體力行地感受到離心力的作用，直觀的體驗(yàn)航天員訓(xùn)練的艱辛，感悟航天精神。針對(duì)這類展品開(kāi)展科普教育活動(dòng)，可以采用主題串聯(lián)的方式，直接把與展品的互動(dòng)作為活動(dòng)內(nèi)容。例如，南寧市科技館開(kāi)展“暑期航天員訓(xùn)練夏令營(yíng)”，就是把相同主題和知識(shí)鏈的展品串聯(lián)起來(lái)體驗(yàn)，讓青少年系統(tǒng)地了解成為一名航天員需要什么樣的經(jīng)過(guò)怎么樣的訓(xùn)練達(dá)到合格的身心素質(zhì)[3]。

（二）展示類展品的窘境

展示類展品主要是以陳列為主，配上可互動(dòng)的多媒體說(shuō)明牌。這類展品通過(guò)造型或歷史效應(yīng)來(lái)吸引青少年的注意。例如南寧市科技館里的大比例高仿真火箭和飛船模型、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物、壯醫(yī)藥實(shí)物浸泡標(biāo)本、大比例的鐵車廂模型等，能夠瞬間抓住青少年眼球；而一些體型較小，互動(dòng)性弱的展品，觀眾在其面前停留的時(shí)間基本不超過(guò)10秒鐘[4]。這類相對(duì)靜態(tài)的展品無(wú)論是否激發(fā)青少年的興趣，由于僅僅是簡(jiǎn)單的陳列，即使采用多媒體說(shuō)明牌，其灌輸式的傳播方式并不受歡迎，青少年對(duì)這些展品就只能停留在表面的認(rèn)識(shí)，更別提科學(xué)探究等深層次的教育內(nèi)涵了[5]。

圖1 挖掘展品的科學(xué)原理至基礎(chǔ)學(xué)科的水平

（三）科普活動(dòng)中科學(xué)教育方法的欠缺

科學(xué)教育是“一種以傳授基本科學(xué)知識(shí)為手段（載體），以素質(zhì)教育為依托，體驗(yàn)科學(xué)思維方法和科學(xué)探究方法，培養(yǎng)科學(xué)精神與科學(xué)態(tài)度，建立完整的科學(xué)知識(shí)觀與價(jià)值觀，進(jìn)行科研基礎(chǔ)能力訓(xùn)練和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的教育”[6]。目前科技館的科學(xué)教育活動(dòng)基本處于“傳授基本科學(xué)知識(shí)”的“初級(jí)階段”，由于教育理論的欠缺，多是基于展品的觀察，對(duì)展品相關(guān)知識(shí)的講解、科普講座、動(dòng)手制作等，普遍缺乏科學(xué)探究和科學(xué)思維的體驗(yàn)?？偟恼f(shuō)就是重科學(xué)知識(shí)與輕科學(xué)方法、重科普經(jīng)驗(yàn)輕教育理論、重科普形式與輕科普內(nèi)容等。

二、利用科學(xué)教育理論開(kāi)發(fā)科普活動(dòng)

如何使用科學(xué)教育的方法將靜態(tài)型展品的原理傳遞給青少年，并培養(yǎng)他們的科學(xué)思維，使他們體驗(yàn)科學(xué)探究呢？可以按照以下思路策劃科普活動(dòng)：

（一）逆向思維，深度挖掘展品的核心科學(xué)原理

展品體現(xiàn)的是一個(gè)或多個(gè)科學(xué)原理及其技術(shù)應(yīng)用。這些科學(xué)原理有的只是枯燥的名字或拗口的描述，對(duì)于青少年甚至很多成人來(lái)說(shuō)，由于其知識(shí)儲(chǔ)備不足，無(wú)法理解其含義。深度挖掘的內(nèi)涵是，將科學(xué)原理抽絲剝繭，層層拆解成中小學(xué)生能夠理解、可以對(duì)靠科學(xué)課標(biāo)的基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)，讓孩子們理解基礎(chǔ)學(xué)科對(duì)未來(lái)科技的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，對(duì)學(xué)校的數(shù)理化等基礎(chǔ)學(xué)科學(xué)習(xí)形成正反饋效果。

（二）改進(jìn)活動(dòng)流程，融入科學(xué)教育的程序和方法

常用的教育理論有：依據(jù)情境導(dǎo)入法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法和“5E”學(xué)習(xí)環(huán)法等。美國(guó)著名教育學(xué)家杜威提出了“教學(xué)五步”法，簡(jiǎn)明地概括為：情境、問(wèn)題、假設(shè)、推論、驗(yàn)證的五步：

（1）給孩子創(chuàng)設(shè)一個(gè)情境——通過(guò)這個(gè)情境激發(fā)孩子的好奇心和求知欲。

（2）問(wèn)題刺激——在這個(gè)情境中能產(chǎn)生一些問(wèn)題，引導(dǎo)孩子產(chǎn)生解決問(wèn)題的愿望以及主動(dòng)思考。

（3）提出假設(shè)——教師通過(guò)提供一些材料，幫助學(xué)生提出創(chuàng)造性的假設(shè)。杜威認(rèn)為，記憶、觀察、閱讀等都是提供材料的途徑。

（4）推斷假設(shè)是否合理——杜威認(rèn)為，在這個(gè)階段，兒童應(yīng)該把自己提出的假設(shè)，即解決疑難問(wèn)題的方法加以整理和排列，使其秩序井然不紊。但兒童必須自己去做，才體驗(yàn)到創(chuàng)造性思維活動(dòng)所帶來(lái)的快樂(lè)。

（5）驗(yàn)證推斷是否有效——在這個(gè)階段，教師應(yīng)該為孩子提供驗(yàn)證的機(jī)會(huì)，使得學(xué)生親自得出結(jié)論而不是教師直接給出。

五步教學(xué)法中，學(xué)生的主體地位得到了充分的體現(xiàn)，教師的主導(dǎo)地位也比較突出。在科普活動(dòng)每一步貫穿應(yīng)用適合的教學(xué)方法，真正體現(xiàn)和運(yùn)用“做中學(xué)”“探究式學(xué)習(xí)”等教育理念[7]。

圖2 挖掘航天服的科學(xué)原理至基礎(chǔ)學(xué)科的水平

三、以航天服展品為例，設(shè)計(jì)科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)課

南寧市科技館“航天服展示”展品屬于靜態(tài)的展示類展品，也是很多航天主題展館常見(jiàn)的展品。航天服拍照很受觀眾歡迎，但幾乎無(wú)法傳遞航天服的任何科學(xué)知識(shí)，僅僅通過(guò)多媒體觸摸屏講解航天服有關(guān)知識(shí)，觀眾多數(shù)不感興趣，看一眼就走。離開(kāi)展廳，觀眾最多對(duì)航天服的外觀有粗淺印象，對(duì)其構(gòu)造、采用的科學(xué)技術(shù)是模糊的。為此，南寧市科技館初步開(kāi)發(fā)了“天衣無(wú)縫——航天服里的秘密”科普活動(dòng)，并在實(shí)踐過(guò)程不斷改進(jìn)，把上述科學(xué)教育的理論方法應(yīng)用到活動(dòng)中，將其從一個(gè)小實(shí)驗(yàn)打造成可以廣泛開(kāi)展、具有教育意義和特色的科學(xué)教育活動(dòng)資源包。

（一）活動(dòng)設(shè)計(jì)思路

（1）挖掘核心科學(xué)原理至基礎(chǔ)學(xué)科水平，得出核心實(shí)驗(yàn)——模擬真空實(shí)驗(yàn)：使用氣球模擬血管、棉花糖模擬皮膚、自來(lái)水模擬血液，觀察密封箱中空氣減少后三者發(fā)生的變化，討論如果沒(méi)有航天服的保護(hù)，人體在太空中會(huì)發(fā)生怎么樣的變化[8]。

（2）創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題，展開(kāi)實(shí)驗(yàn),填寫學(xué)習(xí)單。

情境:人體處于真空環(huán)境下會(huì)發(fā)生什么樣的變化？延伸出以下問(wèn)題：

a.證明空氣的存在——使用最簡(jiǎn)單的工具或方法

引導(dǎo)學(xué)生借助塑料袋、手邊的學(xué)習(xí)單來(lái)證明空氣的存在。使用生活中常見(jiàn)的道具探究空氣的特性。

b.空氣有壓力嗎——馬得堡半球?qū)嶒?yàn)

向?qū)W生提問(wèn)：空氣看不見(jiàn)，摸不著，有質(zhì)量嗎？有重力嗎？引導(dǎo)學(xué)生描述空氣的形狀，然后思考空氣的質(zhì)量和壓力問(wèn)題，再進(jìn)行馬得堡半球?qū)嶒?yàn)來(lái)驗(yàn)證猜想。

c.人體為什么沒(méi)有被空氣壓扁——力的平衡，人體內(nèi)也有空氣（預(yù)測(cè)）；

從力的平衡這個(gè)小學(xué)生能理解的概念，推導(dǎo)出人體內(nèi)也有壓力與大氣壓平衡抵消了。

d.人體直接暴露在太空會(huì)怎么樣——模擬真空實(shí)驗(yàn)

人體內(nèi)有壓力，當(dāng)人體暴露在太空中，內(nèi)部壓力大于外部壓力，會(huì)發(fā)生什么變化呢？引導(dǎo)學(xué)生逆向思維預(yù)測(cè)氣球和棉花糖的變化。

e.如何保護(hù)人體？——使用可樂(lè)瓶、密封袋模擬航天服的主氣密層

讓學(xué)生分組討論，可樂(lè)瓶和密封袋誰(shuí)能更好地保護(hù)棉花糖不變形，原因是什么。整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中有一個(gè)很重要的材料——學(xué)習(xí)單，學(xué)習(xí)單的作用有以下幾點(diǎn)：用圖文的方式傳遞科學(xué)知識(shí)；使用簡(jiǎn)單的題目引導(dǎo)學(xué)生回答并記錄下來(lái)，鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，也可從學(xué)習(xí)單上看出學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)是否掌握；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄[9]。

f.活動(dòng)小彩蛋：使用養(yǎng)生拔氣罐安全、健康的體驗(yàn)真空狀態(tài)下皮膚的變化。(遷移)

（3）效果評(píng)價(jià)

通過(guò)學(xué)習(xí)單、問(wèn)卷調(diào)查、訪談交流、觀察等形式獲取學(xué)生對(duì)科學(xué)原理的掌握情況、對(duì)系列實(shí)驗(yàn)的完成情況、對(duì)活動(dòng)整體的感受等，形成效果評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

（二）活動(dòng)創(chuàng)新點(diǎn)

該活動(dòng)將高精尖的航天服科技與常見(jiàn)的真空實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，具有以下亮點(diǎn)：

（1）讓學(xué)生對(duì)日常熟視無(wú)睹的自然現(xiàn)象進(jìn)行思考，對(duì)某些實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行研究性探討。

（2）從身邊簡(jiǎn)單易得的物品和現(xiàn)象中采集科學(xué)教育素材。

（3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，能夠激發(fā)學(xué)生和家長(zhǎng)的興趣，使其疑惑并產(chǎn)生追尋原因的興趣。

（4）可擴(kuò)展性、可移植性強(qiáng)，能夠形成完整的科學(xué)課程體系，也可以作為模板開(kāi)發(fā)其他展品的科學(xué)教育活動(dòng)。

(5)實(shí)現(xiàn)多學(xué)科融合。

（6）學(xué)習(xí)單內(nèi)容和作用更為豐富，起到引導(dǎo)活動(dòng)流程、記錄猜想和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、啟發(fā)學(xué)生思考和總結(jié)、檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的功能。

該活動(dòng)自2021年春節(jié)開(kāi)始面向公眾開(kāi)放，共進(jìn)行了20余場(chǎng)活動(dòng)，獲得廣西知名媒體采訪2次，受到了公眾的肯定，獲得了良好的科學(xué)教育效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

黨的十八大以來(lái)，我國(guó)科技事業(yè)取得歷史性成就，然而，我國(guó)仍面臨很多“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，其根源就在于基礎(chǔ)理論研究方面的積淀較為薄弱，導(dǎo)致核心技術(shù)受制于人，這正是我國(guó)科技發(fā)展的軟肋。要擺脫技術(shù)“追隨者”的角色，引領(lǐng)世界科技的發(fā)展，從根本上還是要大力發(fā)展基礎(chǔ)科學(xué)。學(xué)校教育中，基礎(chǔ)科學(xué)的學(xué)習(xí)是枯燥的，很多學(xué)生不理解其重要性。在科技館科普活動(dòng)過(guò)程中，也同樣存在重應(yīng)用輕理論、重技術(shù)輕基礎(chǔ)學(xué)科的誤區(qū)。因此在策劃科普活動(dòng)方案時(shí)，應(yīng)深度挖掘展品的科學(xué)原理，拆解至基礎(chǔ)學(xué)科水平，使其對(duì)應(yīng)中小學(xué)生的知識(shí)體系，與學(xué)校教育形成互補(bǔ)。同時(shí)，科普活動(dòng)要從突出科技館優(yōu)勢(shì)的展品資源出發(fā)，最大限度地利用好展品以及科學(xué)探索的空間環(huán)境、氛圍，將科學(xué)教育理論貫穿于活動(dòng)過(guò)程，讓學(xué)生掌握科學(xué)概念，學(xué)會(huì)科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，達(dá)成科技館的科學(xué)文化建設(shè)使命。