将科学概念融入科普研学活动的设计与开发

洪施懿　林曦　魏子涵

近年来，为了更好地实施素质教育，全国各地纷纷采取措施，加强对青少年研学活动的支持，但目前科技馆仍对科普研学活动缺乏清晰认知，科普研学活动侧重于动手益智的教育活动，体验性与探索性不强，“低幼化”现象严重[1]。本文以青岛科技馆“海洋偷师记”科普研学活动设计为例，探讨将科学概念融入科普研学活动的重要性，以及如何将科学概念更好地融入科普研学活动设计中。

科普场馆研学是培养学生科学素养的重要途径

研学旅行是综合实践育人较为有效的途径之一，是教育部门和学校有计划、有组织的安排，通过集体旅行、集中食宿方式开展的研究性学习和旅行体验相结合的校外教育活动，是学校教育和校外教育衔接的创新形式，同样也是教育教学的重要内容[2]。场馆科普研学是一种以科技馆、场馆等为基础，旨在通过教育和启发提升人们的知识水平和能力的场所，由学校组织学生进行相关研学活动，对培养中小学生的科学与文化素养发挥重要作用。

场馆研学的教学环境区别于传统学校教学

场馆研学多将科技馆等传播科学知识的大型公共机构作为科学教育的大课堂，场馆环境和展品等被视为实施科学课程的有效资源。学生自主选择感兴趣的展厅进行学习，整体学习环境充分体现自主性，学习氛围比较轻松。相比之下，学校教学有严格的教学计划和课堂规章制度，学习环境中目的性比较强，学习氛围相对严肃。

场馆研学的知识获取途径区别于传统学校教学

区别于学校教育通过间接获取知识而言，场馆研学是基于建构主义学习理念，借助丰富的展品为学生提供实物观察、沉浸式体验等直接经验学习的机会，通过与展品的互动，让学生积极探索科学知识，从而更好地掌握和运用所学的知识[2]。

融合科学概念对科学教育的意义

中国工程院院士韦钰认为，科学概念是经过科学研究得到的知识，包括科学现象、科学定律和科学理论，它必须经过实证，并且在科学研究活动中不断修正和深化。《科学教育的原则和大概念》一书对大概念的界定是：用来帮助学生理解生活中的一些事件与现象的核心概念与进展过程，其中包括14 个大概念，其中10 个是科学概念，4 个是关于科学的概念[3]。

小学科学学科的核心概念是近年来的研究热点，美国《新一代科学教育标准》涉及物质科学、生命科学、地球与空间科学、工程技术与科学应用4 个领域共12 个学科核心概念。我国颁布的《义务教育科学课程标准（2022 年版）》围绕物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程领域13 个学科核心概念建构内容体系，要求学生通过学科核心概念的学习，理解物质与能量、结构与功能、系统和模型、稳定与变化4 个跨学科概念。

在新的科学教育标准体系下，科学概念被认为是构建一个完善的科学教育体系的关键因素，正在成为科学教育的发展方向。

科普场馆研学主题与科学核心概念结合的实践与思考

青岛科技馆展区展品结构

青岛科技馆是海洋主题综合类科技馆，其主要教育形式为科普展览。通过科普展览可以将科学原理、知识点及有趣的方式融入到一起，让学生在参与中体验到科学的魅力，同时也能够激发学生的创新思维，让学生在实践中获得更多知识，从而推广科学的价值观。由表1 可知，青岛科技馆的展品资源十分丰富，涉及的学科领域很广，包含各种各样的科学知识及科学原理，为辅助教学提供了丰富的科普教育资源，弥补了小学科学教学资源与教学器材的匮乏，有利于促进学生的全面发展。

相关性

将义务教育小学科学课程标准与青岛科技馆的展品资源相结合，青岛科技馆共有96 个有直接关联的展品，数量占所有展品资源的49.74%；从知识内容的对应性看，科技馆展品可以满足不同学科领域的需求，包括物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化4 个方面，为教学案例和研学活动提供了丰富的资源，从而更好地满足学习者的需求；通过观察、制作和实验等多种形式的展品资源，能够在馆校之间建立有效的合作关系，推广科普教育。

差异性

由于缺乏内容与学段的系统联系，使得在馆校合作的情况下，小学科普研究和实践活动的开展受到了限制，但这些资源仍然是小学科学课程的重要补充；科技馆里有很多超出小学生理解和接受范围的展品，这些展品并不适合用于馆际和校际合作的科普教育项目；由于无法通过小组合作探究的方式开展活动，因此这类展品无法作为馆校合作科普研学活动的有效资源，但它们仍然是小学科学课程的重要组成部分。

“海洋偷師记”活动流程

青岛科技馆“海洋偷师记”科普研学活动针对5—6 年级的学生，以设计仿生机器鱼任务为导向，综合利用海洋仿生学应用展区，创设真实情境，串联体验展品“寻找海洋仿生导师”“仿生学发展史”“仿生机器鱼”开展启发式学习，结合科技小实验“鱼鳔潜水艇”“仿生机器鱼”制作，开启海洋仿生学探究。通过此次研学活动学生能理解发明会用到一定的科学原理，很多发明可以在自然界找到原型，并完成仿生鱼设计的工程任务。

融入科学概念进行科普研学活动设计

研学活动之前，学生的脑中存在着一些前概念，前概念来源于学生的生活经验，有些是正确的，可以成为科学概念；有些是错误的，属于错误概念。日常生活中学生对于仿生学的了解缺少直接经验，原有概念较为迷糊甚至会出现错误。科学概念的教学是一个从具体到抽象、从简单到系统的过程，应该为学生创设真实情境，唤醒原有概念，通过实际操作和观察展品，帮助学生建立正确的科学概念。“海洋偷师记”科普研学活动融入了《义务教育科学课程标准（2022年版）》“技术与工程”领域中的科学概念，具体的科学概念分析如表3 所示。

综上所述，通过设计具有较高相关性的观察、制作、实验探究等展品，以满足小学生的认知发展需求，使其更加轻松地操作和学习，这些展品还应与学生的能力基础保持一致，以便更好地融入不同的学段，并且这些展品还应具有学段衔接性与内容系统性，以便更好地支持馆校合作，共同推进科普研学活动的开展。

基于场馆资源，融合科学概念的青岛科技馆研学主题开发

以青岛科技馆科普场馆研学一日营系列活动为例，活动设计立足青岛本地特色，以青岛科技馆为核心，以丰富的海洋活动体验为链接，通过游戏化的仿真模拟场景、有趣的角色扮演体验、沉浸式的原创舞台、室内／户外体能挑战，整合跨学科方法，为孩子创造认识世界、探索科学的学习场景。研学活动设计基于场馆资源，融合科学概念，根据学生发展认知水平及学情分析开发了5 条特色主题路线（详见表2）。

案例分析——以“海洋偷师记”研学活动为例

科普研学活动借鉴学校教育的形式，融入科学概念进行研学活动设计，借助一定的教学方法和多样化的活动形式，使科技馆的展品资源与展区环境资源系统化、可持续化，从而很好地弥补研学过程中参观行为的单向性等不足。科普场馆研学活动围绕科学概念设计，能够使教学目标更加明确，且科技馆内丰富的藏品和展区环境有助于拓展科普研学活动的广度和深度。

科学概念融入科普场馆研学的策略思考

通过对接新课标，践行新理念，探索新模式下和而不同的科普场馆研学课程，可以在保持与科学课程标准一致的同时，与传统的课堂教学模式形成鲜明的对比，从而更好地满足学生的需求[4]。“馆校结合”既要紧密结合课程标准，又要充分利用科技馆的资源，突出其独特的教学方式和方法，与传统的学校教学形成鲜明的对比。通过对实际案例的研究，我们总结出基于科学概念的馆校融合的活动开发策略，旨在更好地满足教育需求，提升教育质量。

逐步分解核心概念，融合课标明确内容

以“对接课标又区别于课堂”的设计理念为基础，将小学科学教学的核心概念进行了细致的分解，深入挖掘其内涵，并将其与相关学科的事实性知识结合起来。《义务教育科学课程标准（2022 年版）》与美国《新一代科学教育标准》都针对不同的学生认知发展水平，提供了详细的解释，以便让学生能够更好地理解和掌握科学的基本概念，并且可以在课程中自由地将其分解成不同的部分[5]。因此，在研学活动设计过程中，应该根据不同地域使用的教材，精心挑选出最适宜当地环境、最具特色、最能满足学生需求的活动，以便更好地满足学科概念的基本逻辑和学生认知发展的需要，并通过活动实现教育目标。

联系展品资源，分层挖掘信息以确定使用

挑选科技馆展品时，要对应学科核心概念的分解内容，有联系地确定一个或一组展品，进而按照挖掘展品信息的3 个层次（研究展览中所蕴藏的科学概念和原则；探究科学家在探索这一领域的进程，采用了什么方法，在何种条件下发现了展品中的科学原理；展品中的科学发现对当时的科技、经济、文化和社会产生了什么样的影响），梳理既注重科学核心概念、学科领域的概念性知识间的关系与内涵，又分析清楚展品与科学的关联性，将二者进行有意义的串联，才能更好地引导学生在学习科学概念的同时，探索科学家的研究历程，体验科学给人类、社会带来的影响。

构建概念间的脉络关系，结合场馆资源整体设计

在研学活动中，应遵循奥苏贝尔（DavidP. Ausubel）的认知同化过程，除了关注核心概念的分解，还要考虑学习者的认知能力。通过有条理地重新组织概念与展品资源的联系，将核心概念与展品中的科学原理和本质结合，有序地组织使用，以实现整体设计。在确定活动主题与过程时，可以基于搭建的框架，形成连续具有逻辑性的教学序列。教学可以采用常用的教学模式，如“5E”教学模式、问题驱动教学或任务驱动教学，或综合运用多种教学模式。在这个过程中，重点是将核心概念融入整个课堂环节，突出其在课堂中的重要作用，从概念构想到展品制作和课程内容设置，实现多步骤的目标。

综合学生的实际水平，调整研学目标与内容

活动方案形成初步框架后，可基于活动主题与教学序列，并参考科学课程标准中的四维目标逐步确定活动目标。制订详细的活动方案时，需要以概念内部的逻辑关系为核心，并从学生角度出发对活动环节进行综合评估，以制订符合学生需求的方案。同时，活动目标与内容应灵活调整，并随着时间的推移不断发展，以达到最佳效果。

创设情境，丰富内容，发挥学生的主体性

情境化教学是馆校合作的重要组成部分。通过创设活动教学情境，学生可以将学科概念转化为具体、生动的形式，更好地理解和运用所学知识。在活动设计中，应选用适合学生的教学方法和策略，为学生创设有益的学习情境，激发内在潜能。同时要注意关注学生的学习与体验，并进行灵活的教学调整，以帮助他们深入理解概念。

参考文献

[1] 齐琳．基于青少年研学旅行的地方博物馆社教新载体研究——以大庆市博物馆为例[J]．大庆社会科学，2019（02）：156-158．

[2] 陶思敏，尹薇颖．研学实践教育基地的建设——以绍兴科技馆为例[J]．科学教育與博物馆，2020，6（06）：458-461．

[3] 张祖兴．基于核心科学概念的科技馆展览教育之思考[J]．自然科学博物馆研究，2018，3（04）：11-20．

[4] 孙迪一．馆校合作下小学科学教学案例开发与实施研究[D]．河北师范大学，2019．

[5] 杨婷．基于小学科学核心概念的馆校结合活动设计与应用研究[D]．重庆师范大学，2021．