基于STEAM 理念的國(guó)外博物館課程案例分析及啟示*

張一鳴 白 欣 董貝貝 任一鳴 苗一迪 韓明哲

1.首都師范大學(xué)教育學(xué)院

2.首都師范大學(xué)初等教育學(xué)院

3.美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系

0 引言

2021 年12 月，教育部、中國(guó)科協(xié)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于利用科普資源助推“雙減”工作的通知》，提出各地學(xué)?！白叱鋈ァ?，有計(jì)劃地組織學(xué)生就近分期分批到科技館和各類科普?qǐng)鲳^教育基地，加強(qiáng)場(chǎng)景式、體驗(yàn)式、互動(dòng)式、探究式科普教育實(shí)踐活動(dòng)[1]。近年來，我國(guó)投入了大量資金興建科技場(chǎng)館，表明我國(guó)政府對(duì)提高全民科學(xué)素質(zhì)的重視以及對(duì)科技場(chǎng)館所發(fā)揮的重要教育功能的認(rèn)識(shí)。2020 年我國(guó)科技館數(shù)量達(dá)到1 000 個(gè)，總建筑面積達(dá)526.5 萬m2[2]。硬件水平迅速提升的同時(shí)，也對(duì)科技場(chǎng)館課程開發(fā)與實(shí)施等軟件水平提出更高的要求?？萍紙?chǎng)館教育人員的專業(yè)素養(yǎng)會(huì)影響到其開發(fā)和實(shí)施教育活動(dòng)的效果，目前我國(guó)科技場(chǎng)館教育人員的專業(yè)化水平普遍不高，對(duì)科學(xué)知識(shí)體系、科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)等缺乏了解，導(dǎo)致科技場(chǎng)館的教育活動(dòng)水平參差不齊、缺乏標(biāo)準(zhǔn)化[3]。

以科技場(chǎng)館為代表的非正式教育場(chǎng)所有利于開展情境式、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，促進(jìn)STEAM 教育中各個(gè)學(xué)科之間的融合，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)導(dǎo)向的深度學(xué)習(xí)。本文選取的四個(gè)國(guó)外博物館課程案例都是以科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，具有標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的特點(diǎn)，例如美國(guó)疾控中心博物館基于新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（Next Generation Science Standards,NGSS）設(shè)計(jì)的以公共衛(wèi)生為主題的STEAM 課程在新冠疫情的背景下具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，澳大利亞昆士蘭博物館讓學(xué)生在游覽的基礎(chǔ)上開展基于科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的活動(dòng)課程，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)與工程實(shí)踐的興趣。從課程目標(biāo)、課程知識(shí)、課程活動(dòng)和課程評(píng)估四個(gè)維度對(duì)國(guó)外優(yōu)秀博物館STEAM 課程案例進(jìn)行分析，對(duì)于我國(guó)科技場(chǎng)館提升STEAM 教育活動(dòng)水平，助推“雙減”工作具有啟示意義。

1 案例一：國(guó)家二戰(zhàn)博物館制作天氣工具教育項(xiàng)目

1.1 案例介紹

美國(guó)國(guó)家二戰(zhàn)博物館（The National World War II Museum）于2000 年6 月6 日諾曼底登陸紀(jì)念日成立。在博物館網(wǎng)站上，可以瀏覽博物館系列課程，搜索相關(guān)教案和多媒體資源。網(wǎng)站的“真實(shí)世界科學(xué)”模塊是二戰(zhàn)博物館重要的組成部分，該模塊以二戰(zhàn)為背景，教導(dǎo)社會(huì)大眾學(xué)習(xí)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等相關(guān)知識(shí)。來自全國(guó)各地的教師和不同背景的學(xué)生將學(xué)習(xí)科學(xué)、歷史和文化相融合的課程，以確保下一代更好地迎接未來面臨的挑戰(zhàn)。“真實(shí)世界科學(xué)”課程根據(jù)NGSS 把科學(xué)知識(shí)與二戰(zhàn)背后的故事和歷史聯(lián)系起來，讓學(xué)生置身于二戰(zhàn)的真實(shí)情景中，融合跨學(xué)科知識(shí)與實(shí)踐，提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

例如制作天氣工具一課，首先通過情景導(dǎo)入：戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)機(jī)的選擇需考慮天氣、月光和潮汐。潮汐和月相可以提前知道，但天氣狀況卻很難提前數(shù)周預(yù)測(cè)。幾百年來，人們一直在收集天氣數(shù)據(jù)，而過去使用的許多工具與今天使用的工具相似。當(dāng)然，這些工具已經(jīng)被現(xiàn)代技術(shù)所補(bǔ)充，計(jì)算機(jī)現(xiàn)在是分析天氣數(shù)據(jù)最重要的工具。

課程以制作溫度計(jì)、氣壓計(jì)、濕度表為目標(biāo)，以NGSS 中的“構(gòu)建基于證據(jù)的解釋，用證據(jù)來解釋對(duì)象的速度與該對(duì)象的能量有關(guān)”“建立模型，通過模型表達(dá)‘物質(zhì)由小到不可見的微粒組成’”為指向。教師首先向?qū)W生講解溫度計(jì)的工作原理，當(dāng)酒精受熱膨脹，吸管里的酒精會(huì)高于瓶子里的水平，因?yàn)槊芊馄恐械目諝鈺?huì)阻止瓶中的酒精水平上升。在這個(gè)活動(dòng)中使用酒精是因?yàn)樵跍囟壬邥r(shí)，它比水更容易膨脹。氣壓計(jì)工作的原理則與溫度計(jì)不同，因?yàn)闅鈮旱淖兓?，瓶子里的液體表面會(huì)受到壓力的影響，并將管中的液面推高。讓學(xué)生理解當(dāng)我們知道材料的物理性質(zhì)時(shí)，可以據(jù)此制作工具，用于測(cè)量天氣。最后指導(dǎo)學(xué)生利用礦泉水瓶、金屬罐，用食用色素著色的水、酒精、冰塊等簡(jiǎn)易材料分別制作溫度計(jì)、氣壓計(jì)和濕度表。

1.2 案例分析

1.2.1 課程案例分析

課程目標(biāo)圍繞研究和制作，為開展以學(xué)生為中心的探究型課堂、發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性確定了基調(diào)。課程知識(shí)以二戰(zhàn)為背景，鋪墊真實(shí)情境，使學(xué)生身臨其境。融合物理、化學(xué)的跨學(xué)科知識(shí)，促使學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)并不是單一學(xué)科而是綜合的，它和我們的生活息息相關(guān)。課程活動(dòng)所需的材料和工具較易獲得，學(xué)生們可以在活動(dòng)中鍛煉自己的觀察、測(cè)量和記錄的習(xí)慣，更重要的是學(xué)生可以在親身經(jīng)歷、動(dòng)手實(shí)踐的過程中探究物質(zhì)的變化，而不再是以教師為中心、學(xué)生作為觀眾的傳統(tǒng)課堂。課程評(píng)估以實(shí)物制作為手段，有助于讓學(xué)生獲得不一樣的成就感，并且通過小組互動(dòng)促進(jìn)學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步。

1.2.2 課程標(biāo)準(zhǔn)分析

課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)NGSS 中物質(zhì)科學(xué)的學(xué)科核心概念。盡管主題是天氣，但該活動(dòng)中的概念是關(guān)于原子的行為。溫度是原子的速度，氣壓是這些原子的密度和它們施加的力，而濕度是空氣中水的濃度。所有的工具均使用原子的運(yùn)動(dòng)來測(cè)量天氣數(shù)據(jù)。課程知識(shí)涉及到NGSS 中提到的跨學(xué)科概念“系統(tǒng)與系統(tǒng)模型”“系統(tǒng)中的能量與物質(zhì)”。此外，還有影響系統(tǒng)的穩(wěn)定和變化的因素。課程活動(dòng)方面，在整個(gè)研究和制作的過程中，NGSS 中的科學(xué)與工程實(shí)踐貫穿其中，比如定義問題和設(shè)計(jì)解決方案，并通過動(dòng)手操作、觀察思考，形成可使用的產(chǎn)品，體驗(yàn)完整的科學(xué)與工程實(shí)踐過程。課程評(píng)估方面，以真實(shí)情境和相應(yīng)具體產(chǎn)品為主導(dǎo)的科學(xué)課程，使得課程更加符合NGSS 所提出的對(duì)于學(xué)生的預(yù)期表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)測(cè)，而不是課程本身[4]。

2 案例二：奧蘭多科學(xué)中心科學(xué)挑戰(zhàn)賽項(xiàng)目

2.1 案例介紹

美國(guó)奧蘭多科學(xué)中心（Orlando Science Center）主辦的柯蒂斯新星科學(xué)挑戰(zhàn)賽（The Curtis Rising Stars Science Challenge）是一項(xiàng)面向K-5 年級(jí)學(xué)生的科技競(jìng)賽，通過90 min 的在線挑戰(zhàn)，學(xué)生需要開展工程實(shí)踐，幫助他們培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力。學(xué)生們首先在班級(jí)和學(xué)校中通過預(yù)先活動(dòng)和提示進(jìn)行準(zhǔn)備，然后只需要通過互聯(lián)網(wǎng)和一臺(tái)帶有網(wǎng)絡(luò)攝像頭的電腦就可以參與挑戰(zhàn)賽。

2021 年比賽的主題是建立一個(gè)具有多種能量轉(zhuǎn)換的動(dòng)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以是獨(dú)立的，也可以設(shè)計(jì)放置于桌面。所有采購(gòu)部件不得超過100 美元，任何一件物品不得超過20 美元。該系統(tǒng)不應(yīng)超過76 cm深、183 cm 寬和274 cm高（從地面測(cè)量）。團(tuán)隊(duì)的每個(gè)成員都要參加答辯，向評(píng)委進(jìn)行匯報(bào)。參賽作品將在以下方面進(jìn)行評(píng)判：使用的動(dòng)力學(xué)原理；演示技巧和對(duì)其創(chuàng)作背后的科學(xué)解釋；能夠在5 min 內(nèi)重置系統(tǒng)并再次運(yùn)行；可靠性，即在3 次嘗試中初步成功運(yùn)行系統(tǒng)；創(chuàng)新性，即創(chuàng)造一個(gè)新的系統(tǒng)或以革新性的方式改變一個(gè)現(xiàn)有系統(tǒng)；帶有采購(gòu)證明和預(yù)算文件的項(xiàng)目材料合集。

例如，制作起重機(jī)模型，通過簡(jiǎn)單機(jī)械提升重物。在平衡式起重機(jī)中，起重機(jī)的橫梁在一個(gè)點(diǎn)上達(dá)到平衡，稱為支點(diǎn)。起重機(jī)的橫梁就像一個(gè)簡(jiǎn)單的杠桿，這使得它可以用一個(gè)相對(duì)較小的力來提升重物。起重機(jī)還利用另一種簡(jiǎn)單機(jī)械——滑輪。塔式起重機(jī)通常有一個(gè)以上的滑輪，這有助于它倍增其力量來提升重物。利用簡(jiǎn)單機(jī)械背后的科學(xué)原理，如杠桿和滑輪，起重機(jī)可以用較小的力量將重物提升到很高的高度。學(xué)生可以使用紙杯、鉛筆、吸管、回形針、繩子、尺子、膠帶、大理石彈珠、紙板、橡皮筋、冰棒棍等材料制作起重機(jī)模型，在不斷嘗試舉起各種質(zhì)量的物體的過程中理解物體之間倍數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系，了解杠桿、滑輪的原理和操作。

2.2 案例分析

2.2.1 課程案例分析

該活動(dòng)課程以制作起重機(jī)為目標(biāo)，要求學(xué)生觀察起重機(jī)的高度、測(cè)試其能夠舉起最重物體的質(zhì)量。這一活動(dòng)與生產(chǎn)生活密切相關(guān)，學(xué)生會(huì)很容易被吸引，積極主動(dòng)地參與制作活動(dòng)。學(xué)生在制作過程中不斷地思考、改進(jìn)起重機(jī)的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。課程知識(shí)方面，利用生活中常見的舉起重物的現(xiàn)象，促使學(xué)生將課程知識(shí)同生活緊密地聯(lián)系起來。活動(dòng)中涉及到數(shù)學(xué)中的倍數(shù)、物理的杠桿和滑輪等學(xué)科知識(shí)，有利于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科思考。課程活動(dòng)方面，學(xué)生能比較容易找到制作起重機(jī)的材料和工具，有助于活動(dòng)順利開展。在制作起重機(jī)的過程中，學(xué)生通過實(shí)際的動(dòng)手操作，可以深入理解杠桿和滑輪的原理和應(yīng)用。課程評(píng)估是通過觀察學(xué)生的實(shí)踐操作能力，檢測(cè)學(xué)生是否能夠成功制作起重機(jī)，在其舉起物體時(shí)是否可以保持平衡，并且明確要求起始物體至少是兩個(gè)大理石彈珠的重量，最后匯報(bào)分享有利于培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)精神。

2.2.2 課程標(biāo)準(zhǔn)分析

課程目標(biāo)中包含了NGSS 中的“力和相互作用”“能量”等學(xué)科核心概念，通過起重機(jī)的制作使學(xué)生將這些學(xué)科核心概念付諸實(shí)踐，又在實(shí)踐中加深對(duì)其本質(zhì)的理解。課程知識(shí)涉及到了NGSS 中的“系統(tǒng)中的能量與物質(zhì)”“結(jié)構(gòu)和功能” 等跨學(xué)科概念。在制作起重機(jī)的過程中涉及到杠桿、滑輪的原理，在起重機(jī)舉起物體的時(shí)候會(huì)有能量的變化，為了使起重機(jī)保持穩(wěn)定以執(zhí)行不同功能則需要不斷調(diào)整起重機(jī)的結(jié)構(gòu)。課程活動(dòng)圍繞制作起重機(jī)這一工程項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，達(dá)到NGSS 對(duì)于學(xué)生進(jìn)行科學(xué)與工程實(shí)踐的要求。課程評(píng)估以產(chǎn)品為導(dǎo)向，兼具過程真實(shí)性評(píng)價(jià)，通過起重機(jī)的設(shè)計(jì)和制作以及最后的分享，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的評(píng)價(jià)。

3 案例三：美國(guó)疾控中心博物館凈化水教育項(xiàng)目

3.1 案例介紹

公共供水系統(tǒng)已經(jīng)存在上千年，為人類的生存和發(fā)展帶來了極大的助力。但同時(shí)，由于水缺乏足夠的消毒和凈化，在給人們帶來便利的同時(shí)也可能傳播很多種疾病。自從1908 年美國(guó)第一次對(duì)用水進(jìn)行消毒之后，各地紛紛效仿，使得介水傳染病大幅減少。美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心（Center for Disease Control and Prevention,CDC）鼓勵(lì)世界各地提供優(yōu)秀的安全用水實(shí)踐方案，比如設(shè)計(jì)水過濾裝置。

本案例由美國(guó)疾控中心博物館（CDC Museum）設(shè)計(jì)，以幫助學(xué)生理解過濾水的原理，并從物理層面上解決或減少水的污染，讓學(xué)生更加關(guān)注水資源保護(hù)并積極對(duì)環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。此次活動(dòng)以凈化水為主題，以NGSS 中的“使用繪圖及物理模型來說明如何根據(jù)需要發(fā)揮作用，以解決給定的問題”“使用特定材料完成指定目標(biāo)”為指向，幫助學(xué)生了解物質(zhì)的質(zhì)量、體積差別，融合計(jì)量、科學(xué)、技術(shù)、工程等知識(shí)及實(shí)踐，提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

水凈化簡(jiǎn)易裝置的工作原理是采用多次過濾層的過濾器（碎石、沙子、濾紙等），去除原水中含有的大體積雜質(zhì)。通過物質(zhì)間隙從大到小，由于水的滲透及重力，水會(huì)由上至下，從間隙大的材料滲透至縫隙小的材料，最終得到無大顆粒雜質(zhì)的凈化水。該項(xiàng)目的亮點(diǎn)在于，通過三個(gè)過濾器活動(dòng)的進(jìn)階設(shè)計(jì)，對(duì)不同材料進(jìn)行對(duì)比，幫助學(xué)生理解凈化水背后的科學(xué)本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)到思維的躍升。在活動(dòng)一中教師帶領(lǐng)學(xué)生用塑料瓶、咖啡過濾網(wǎng)、碎石、沙子、棉球等材料制作凈化水簡(jiǎn)易裝置?；顒?dòng)二中教師引領(lǐng)學(xué)生思考身邊是否有其他的物質(zhì)可以代替濾網(wǎng)、碎石及沙子，例如將碎石替換成活性炭，將濾網(wǎng)換為細(xì)紗布，并帶領(lǐng)學(xué)生觀察水質(zhì)及水流通過不同物質(zhì)的差別。活動(dòng)三中教師使用飲水機(jī)等過濾設(shè)備過濾有雜質(zhì)的水，并將過濾設(shè)備拆開，把里面的每一步展示給學(xué)生，幫助他們了解真正的凈水器的精密程度，以及水在通過每個(gè)過濾層時(shí)會(huì)留下什么雜質(zhì)。最后使用pH試紙測(cè)量過濾前后水的酸堿程度，進(jìn)行對(duì)比，幫助學(xué)生思考活動(dòng)的意義。

3.2 案例分析

3.2.1 課程案例分析

課程目標(biāo)圍繞水的凈化，帶領(lǐng)學(xué)生使用物理模型及相應(yīng)的材料解決遇到的真實(shí)問題，提高學(xué)生自主動(dòng)手能力，培養(yǎng)工程思維。課程知識(shí)以水資源的重要性以及不健康的水給人類帶來的傷害為背景，幫助學(xué)生理解水資源凈化的必要性。利用科學(xué)技術(shù)提高水資源的利用率以及減少水的污染，在新冠疫情的背景下顯得尤為重要。課程活動(dòng)的材料選取非常靈活，可以幫助學(xué)生思考，選取自己認(rèn)為合適的日常材料以達(dá)成活動(dòng)目標(biāo)，并且通過對(duì)比不同的材料形成設(shè)置對(duì)照的思維。課程評(píng)估方面，通過實(shí)物制作將形成性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，在促使學(xué)生完成最終任務(wù)的同時(shí)，引領(lǐng)學(xué)生的思考過程，讓學(xué)生了解自己的每一個(gè)選擇都會(huì)帶來或好或壞的結(jié)果。

3.2.2 課程標(biāo)準(zhǔn)分析

凈化水教育項(xiàng)目近年來在國(guó)內(nèi)科技場(chǎng)館也有開展，但是在基于科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方面仍有所欠缺。該課程以NGSS 為依據(jù)，課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)NGSS中的工程、技術(shù)和科學(xué)的應(yīng)用（Engineering,Technology and the Applications of Science,ETS），以凈化水為主題，學(xué)生可以通過課程了解凈化水的模型，使用特定材料完成對(duì)水的過濾及凈化。課程知識(shí)涉及跨學(xué)科概念中的“工程、技術(shù)和科學(xué)共同對(duì)社會(huì)和自然界產(chǎn)生影響”，改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)或開發(fā)新技術(shù)會(huì)為個(gè)人以及社會(huì)帶來更好的利益，而了解已有的技術(shù)是基本。該課程需要學(xué)生掌握水的物理化學(xué)性質(zhì)、不同材料的性質(zhì)方面的知識(shí)，并將這些知識(shí)應(yīng)用于解決公共衛(wèi)生問題。課程活動(dòng)圍繞NGSS 中的科學(xué)與工程實(shí)踐，學(xué)生首先要將現(xiàn)實(shí)問題轉(zhuǎn)化為能夠通過給定的材料、工具解決的問題，通過繪圖等方式設(shè)計(jì)水過濾器模型，然后制作實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。課程評(píng)估方面，通過能否解決凈化水這一工程問題進(jìn)行課程評(píng)估，ETS 中提及定義和界定工程問題，其包含材料的限制與解決方案標(biāo)準(zhǔn)的問題，活動(dòng)可使學(xué)生選擇易于獲取的材料去達(dá)成目標(biāo)。通過討論不同的凈化水項(xiàng)目方案，達(dá)成ETS 中提及的形成可能的方案。

4 案例四：昆士蘭博物館火花實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目

4.1 案例介紹

澳大利亞昆士蘭博物館（Queensland Museum）的火花實(shí)驗(yàn)室（SparkLab）面向小學(xué)至初中的學(xué)生，圍繞三個(gè)主題為學(xué)生提供探索機(jī)會(huì)，分別為“我們的世界及其運(yùn)作方式”“我們?nèi)绾胃兄覀兊氖澜纾课覀兪欠穸家酝瑯拥姆绞娇创?？”以及“我們?cè)鯓硬拍芨淖兾覀兊氖澜?？這種變化有什么作用？”，涉及物理及地球科學(xué)等方面的內(nèi)容，幫助學(xué)生拓展對(duì)世界的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于世界的好奇心。

學(xué)生在三個(gè)不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行探索，可以了解從原子到行星，再到宇宙的運(yùn)行和變化。從探索身邊的聲、光、電，到力、能量和結(jié)構(gòu)，世界的變化及地球在廣闊宇宙中的位置，并通過設(shè)計(jì)和建造完成挑戰(zhàn)。學(xué)生在全方面了解知識(shí)的同時(shí)，可以自主選擇感興趣的方面進(jìn)行更深入的研究?；顒?dòng)由“做、想、說”貫穿，鼓勵(lì)孩子自主行動(dòng)、自主思考以及自我表達(dá)，幫助孩子在探索未知時(shí)以自己的方式去了解問題、思考問題、解決問題。

活動(dòng)中，教師帶領(lǐng)學(xué)生游覽博物館，從生活中息息相關(guān)的光至人類生存所離不開的電。例如，向?qū)W生科普人是如何看到事物的，是由于光的折射或反射，光射入人眼，使得人們可以觀察到事物，或電的媒介，什么東西可以導(dǎo)電、什么東西可以運(yùn)輸更多的電、什么東西可以絕緣。在知識(shí)普及的過程中，幫助孩子提升對(duì)用電的安全教育和自我防護(hù)?；蛘呓處煄ьI(lǐng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，給予目標(biāo)，讓學(xué)生利用現(xiàn)有物品及所學(xué)知識(shí)完成任務(wù)。例如通過制造發(fā)聲器，幫助學(xué)生理解物體發(fā)聲的原理，探究共振與聲音高低、大小的關(guān)系。通過對(duì)物理現(xiàn)象的探究，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。同時(shí)，在探究過程中引導(dǎo)學(xué)生思考，并將想法與學(xué)到的知識(shí)結(jié)合，以目標(biāo)為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)并制作相應(yīng)設(shè)備以完成任務(wù)。例如讓學(xué)生思考制作發(fā)聲器的工具和材料，對(duì)原型進(jìn)行初步設(shè)計(jì)與構(gòu)思，學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)制作發(fā)聲器，使其盡可能發(fā)出多種類型的聲音，并加以測(cè)試（如使用Chrome Music Lab 的頻譜圖），讓學(xué)生總結(jié)、反思設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，不斷改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)。

4.2 案例分析

4.2.1 課程案例分析

課程目標(biāo)包括物質(zhì)科學(xué)、地球與宇宙等方面的內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生參與各項(xiàng)活動(dòng)，在科技場(chǎng)館進(jìn)行觀察、實(shí)踐。課程知識(shí)從基本的力改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，到萬有引力保持地球在太陽(yáng)系中的位置、月亮圍繞地球做環(huán)形運(yùn)動(dòng)等。從聲音的產(chǎn)生，到音調(diào)高低和聲音大小與共振腔的關(guān)系，再到Chrome Music Lab 工具的使用，涉及到學(xué)生日常生活中所能見到的各種科學(xué)現(xiàn)象。課程活動(dòng)通過讓學(xué)生在開放的環(huán)境中去想象、設(shè)計(jì)并解決問題，幫助學(xué)生在真實(shí)情境中進(jìn)行探究，綜合提升他們的信息汲取、思考、設(shè)計(jì)及應(yīng)用能力。最后通過設(shè)計(jì)制作進(jìn)行課程評(píng)估，幫助學(xué)生了解任何現(xiàn)象背后所包含的科學(xué)道理，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)感想以及理解看待不同事物的不同觀點(diǎn)。

4.2.2 課程標(biāo)準(zhǔn)分析

該案例以澳大利亞科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，圍繞科學(xué)是人類的事業(yè)、科學(xué)理解、科學(xué)探究技能三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]。課程目標(biāo)包含澳大利亞科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中多個(gè)核心概念，比如系統(tǒng)、規(guī)模與測(cè)量、物質(zhì)與能量等。學(xué)生不僅可以獲取知識(shí)、拓寬視野，還可以對(duì)評(píng)估設(shè)計(jì)理念、過程和解決方案等內(nèi)容進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。這將有利于學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)化、好奇心發(fā)展以及未來的學(xué)科選取和職業(yè)規(guī)劃。課程知識(shí)涉及澳大利亞科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的“自然科學(xué)”“設(shè)計(jì)與技術(shù)”，例如“通過不同介質(zhì)的能量傳遞可以用波動(dòng)和粒子模型來解釋”，能夠幫助學(xué)生掌握電和磁等物質(zhì)科學(xué)方面的知識(shí)。課程活動(dòng)能夠達(dá)到澳大利亞科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中“設(shè)計(jì)與技術(shù)”所要求的“通過選擇和組合材料、系統(tǒng)、組件、工具和設(shè)備的特性，思考設(shè)計(jì)解決方案的方法”。課程通過形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生了解到與他們生活息息相關(guān)的現(xiàn)象背后的科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的反思和創(chuàng)造能力，與澳大利亞科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)注重評(píng)估的導(dǎo)向相一致。

5 國(guó)外優(yōu)秀博物館STEAM 課程案例對(duì)我國(guó)的啟示

5.1 創(chuàng)設(shè)綜合真實(shí)情境

本文所介紹的博物館課程案例，從天氣測(cè)量工具的制作、起重機(jī)的制造、水過濾器的設(shè)計(jì)到火花實(shí)驗(yàn)室的探索與互動(dòng)，都與學(xué)生的日常生活和所見到、聽到的生產(chǎn)實(shí)踐緊密相關(guān)。以這樣的背景和主題為切入點(diǎn)，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，而且可以使學(xué)生主動(dòng)地與實(shí)際生活相聯(lián)系，將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐中，體會(huì)到最真實(shí)的成就感，而不是紙上談兵，造成教育內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活相脫節(jié)。

5.2 突出學(xué)科核心概念

本文所介紹的案例都是以美國(guó)和澳大利亞科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的“物質(zhì)及其相互作用”“能量”“規(guī)模與測(cè)量”等學(xué)科核心概念為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。學(xué)科核心概念是貫穿整個(gè)課程的重要概念，是聯(lián)系其他概念的重要基礎(chǔ)和支點(diǎn)。例如昆士蘭博物館讓學(xué)生探索身邊的小環(huán)境、所處的大環(huán)境以及地球和宇宙的運(yùn)行規(guī)律，從而理解物質(zhì)以及相互作用，并在與科技設(shè)備互動(dòng)、動(dòng)手設(shè)計(jì)制作發(fā)聲器的過程中理解能量等學(xué)科核心概念，打通知識(shí)到素養(yǎng)的通道。

5.3 融合跨學(xué)科概念

本文所介紹的課程案例都能將數(shù)學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、地球與宇宙等學(xué)科的知識(shí)融合起來，幫助學(xué)生理解“尺度、比例和數(shù)量”“結(jié)構(gòu)與功能”“物質(zhì)與能量”等跨學(xué)科概念。例如天氣測(cè)量工具的制作中在數(shù)學(xué)方面包含數(shù)量單位和數(shù)量之間的關(guān)系，物理方面有物理量和影響物理量變化的因素；水過濾器的制作中在地球科學(xué)方面有保護(hù)地球環(huán)境的因素，在物理方面涉及體積、材質(zhì)種類和水滲透的因素；起重機(jī)的制造中數(shù)學(xué)方面有倍數(shù)的概念及應(yīng)用，物理方面有杠桿的原理、操作及其應(yīng)用。通過融合跨學(xué)科概念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

5.4 注重科學(xué)與工程實(shí)踐

博物館課程的實(shí)施不應(yīng)該是由教師講授，而是由學(xué)生自己觀察、思考、實(shí)踐，教師只提供材料和工具以及引導(dǎo)和提示。通過體驗(yàn)“提出及界定問題”“開發(fā)與使用模型”“構(gòu)建和設(shè)計(jì)解決方案”“獲得、評(píng)價(jià)和交流信息”等科學(xué)與工程實(shí)踐的過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)與工程思維，讓學(xué)生能像科學(xué)家一樣去研究，像工程師一樣去設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)。這也有助于教師直觀地了解學(xué)生的理解和掌握程度，幫助教學(xué)評(píng)價(jià)，不斷改進(jìn)教學(xué)。

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)科技場(chǎng)館在硬件方面上已經(jīng)具備一定規(guī)模，但在軟件方面與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在較大差距，尤其在科技場(chǎng)館課程的開發(fā)和實(shí)施、場(chǎng)館教育人員的專業(yè)化培養(yǎng)和培訓(xùn)、場(chǎng)館與中小學(xué)校的有效銜接等方面亟待改進(jìn)和提升。《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規(guī)劃綱要（2021—2035 年）》從整個(gè)社會(huì)的角度為科普事業(yè)的發(fā)展繪制了藍(lán)圖，“雙減” 政策的提出也為校外科學(xué)教育事業(yè)創(chuàng)造了新的契機(jī)。希望在新的發(fā)展時(shí)期，我國(guó)科技場(chǎng)館在硬件、軟件兩方面能夠齊頭并進(jìn)，共同助力科普教育事業(yè)騰飛。