融入“科学概念”，探索双减背景下科普研学活动的设计与开发

——以青岛科技馆主题研学活动为例

洪施懿 林曦 魏子涵

（青岛科技馆，青岛，266000）

摘 要 “双减”政策落地后，中小学课后服务催生了对优质教育资源的巨大需求，场馆研学被视为促进教育综合改革的重要实践途径。近年来科普研学活动兴起,但却存在重游轻学、重知识轻探究,以及课程质量不高、深度不够等问题。本文通过梳理“科学概念”的具体含义,具体分析了融入“科学概念”对科普研学活动教学设计的意义;如何将科技馆的特色展品和展区环境资源融入科普研学设计中等核心问题;并以青岛科技馆主题研学之“海洋偷师记”科普研学活动的设计展开案例分析，探索双减背景下，融入“科学概念”的科普研学活动开发与实践。

关键词 科普场馆研学 科学概念馆校结合 研学设计

近年来，为了更好地实施素质教育，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”科普研学活动的设计为例,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。

Integrate "scientific concepts" to explore the design and development of popular science research activities under the background of double reduction

——Take the theme study activities of Qingdao Science and Technology Museum as an example

Shiyi Hong，XiLin，ZihanWei

Abstract：After the implementation of the "double reduction" policy, after-school services in primary and secondary schools have spawned a huge demand for high-quality educational resources, and venue research is regarded as an important practical way to promote comprehensive education reform. In recent years, popular science research activities have emerged, but there are problems such as emphasizing travel over learning, emphasizing knowledge over exploration, and the quality and depth of courses are not high enough. By sorting out the specific meaning of "scientific concept", this paper analyzes the significance of integrating "scientific concept" into the teaching design of popular science research activities. How to integrate the characteristic exhibits and environmental resources of the exhibition area into the core issues of science popularization and research design; The case study of the design of the "Ocean Thief" science popularization activity of Qingdao Science and Technology Museum was analyzed, and the development and practice of science popularization research activities integrated with "scientific concepts" under the background of double reduction were explored.

Keywords：Popular science venue research, scientific concept, museum-school combination, research design

1 科普场馆研学是培养小学生科学素养的重要途径

1.1 科普场馆研学概述

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来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的研学活动，对培养中小学生的科学与文化素养发挥重要作用。

1.2科普场馆研学特点

首先，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。

其次，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]。

1.3科普场馆研学活动的困境

研究发现许多科技馆研学活动还处在起步阶段，浅表化、简单化、说教化、知识化的现象常有，简单地将学科课堂搬到科技馆，有活动无主题、有场馆无研究等问题直接影响了科技馆研学活动的质量和效果。

1.3.1内容忽视跨学科性——综合性不足

一些场馆研学活动仅仅停留在学科知识学习层面，将场馆作为学科的拓展课堂或学科资源库，不仅学校在向各类场馆提出教育需求时只传递单一的学科学习需求信息，各类场馆也陷入模仿学校教育编写学科教材、把场馆内开设的学生活动场地当作学科知识传授课堂的误区。目标定位的偏差导致许多场馆局限于单学科的视角，缺乏跨学科研究视角下资源的再开发和设计，不利于素养教育时代促进学生的全面发展。

1.3.2研学主题未“学为中心”——主体性不够

一些科普场馆研学活动停留在“馆为中心”，而不是“学为中心”。学校只是负责联系场馆，不关注学生的真正需求，直接导致学生成为一个被动的场馆学习参与者，学生不知晓本次研学在场馆要达成的目标，不清楚除了听讲解自己还可以主动发现和探究，也没有意识到聚焦主题的同伴讨论，研学活动陷入了形式化学习的陷阱。

1.3.3研学方式单一刻板——探究挖不深

场馆研究要将研究性学习机制融入场馆学习中，如简单地将场馆学习定位为“场馆参观”，忽视了探究、设计、制作、体验、服务等其他多种学习方式的重要性。这种将场馆研学活动狭隘化为“参观学习”的做法，必然导致学生缺少深度学习，学生无法完成有质量的研究性学习作品。

1.3.4场馆和学校沟通断层——衔接性不够

分析部分活动发现，场馆研学活动多为单方开展的活动，这让许多活动受服务和被服务的观念制约，效果不佳，难以引起学生深入探究。

一些场馆联合举办的假期场馆研学活动更多的是亲子活动；一些学校组织的场馆研学活动采用委托第三方机构的方式。这也使得馆校在研学活动的主题定位、组织实施、学习效果评估等方面存在着明显的不足。很多研学项目无法达到学生经历一个完整的问题提出、问题分析和问题解决的研究性学习活动的标准。

2 融合“科学概念”对场馆科普研学的意义

2.1科学概念概述

2.1.1科学概念含义

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。2014年，由韦钰院士参与校订并于2016年译成《以大概念的理念进行科学教育》中提到，以10个大概念与关于科学本身的4个大概念进行科学教育的理念，为科学教育提供了一种全新的思路，从而推动科学教育的发展。《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个科学大概念，其中10个是与科学内容相关的大概念，4个与科学本身相关的大概念^[3]。

2022年，我国颁布的《义务教育小学科学课程标准》为小学科学的学习提供了 一个全新的视角，将13个学科的核心概念纳入其中，以帮助学生更好地理解和运用这些概念，包括物质与能量、结构与功能、系统和模型、稳定和变化4大跨学科概念因此，本文认为，在科学教育中核心的科学理论远非仅仅局限于客观的事实性知识，也不仅指学科的主干知识，而是位于学科中心位置的科学概念、原理、理论和方法，更加强调对其自然事物和现象的解释与抽象概况^[4]。很明显，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。

2.2 小学科学核心概念解读

小学科学学科的核心概念是近年来的研究热点，美国颁布的《美国新一代科学教育标准》中的学科核心概念是由物质科学、生命科学、地球与空间科学、工程技术与科学这四大领域组成，共12个核心概念。

表1美国新一代科学教育标准学科领域与维度划分内容

我国颁布的《义务教育科学课程标准（2022年版）》 的各领域学科核心概念如表2所示，它也围绕各领域核心概念建构内容体系，为小学学生科学素养的初步提高打下了坚实的基础。

表2中国义务教育科学课程标准（2022年版）各领域学科核心概念

2.3青岛科技馆研学主题与科学核心概念结合的思考

2.3.1青岛科技馆展区展品结构

青岛科技馆是隶属青岛市科学技术协会的市级海洋主题综合类科技馆，是面向社会公众尤其是青少年开展科普教育活动的公益性文化教育场所和科普阵地。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、知识点以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的知识，从而推广科学的价值观。展品结构分布如下表3所示。

表3青岛科技馆展区展品结构分布表

由表3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】：

①将义务教育阶段的小学科学课程标准和青岛科技馆的展品资源相结合，青岛科技馆共有96个与其有直接关系的展品，其数量占到了所有展品资源的49.74%。

②从知识内容的对应性来看，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。

③通过利用观察、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】：

①由于缺乏系统的内容和学段的联系，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，然而，这些资源仍然是小学科学课程的重要补充。

②在科技馆里，看到了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。

③由于无法通过小组合作探究的方式，因此这类展品无法作为馆校合作的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。

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，这些展品还要求其与学生的能力基础保持一致，以便更好地融入不同的学段，并且这些展品还具有学段衔接性与内容系统性，以便更好地支持馆校之间的合作，共同推进科普研学活动。

2.3.2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、户外的体能挑战，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5条特色主题路线：

表4青岛科技馆一日营研学活动与《义务教育小学科学课程标准》（2022年版）学科核心概念对照表

2.3.3案例分析——以青岛科技馆主题研学活动《海洋“偷师”记》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”来设计，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。

2.3.3.1《海洋“偷师”记》活动流程介绍

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”制作能够开启海洋仿生学的探究。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，很多的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。

创设情境，任务驱动

提出设计仿生鱼制作任务，分发研学手册

体验展品，资料搜集

寻找海洋仿生导师，初步构建仿生学概念

（如鲨鱼皮与泳衣、海豚与声呐、鱼与鱼眼镜头、飞鱼与飞鱼导弹）

动手实验，开展探究

结合鱼鳔与潜水艇实验学生自主探究仿生学中的科学原理

知识迁移，小组合作，完成仿生机器鱼设计工程任务

动手实践，依据方案设计完成制作及优化调试

开展仿生工程设计发布会，阐述设计原理及功能

融合科学技术发展的前景与展望，思辨科技发展对人与社会的利弊

图1“海洋偷师记”研学活动流程

2.3.3.2融入“科学概念”进行科普研学活动设计

研学学习之前，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。

而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，所以我们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，可以帮助学生建立正确的科学概念。 青岛科技馆“海洋偷师记”科普研学活动融人《义务教育小学科学课程标准》(2022年版)技术与工程领域中的科学概念。此次活动具体的科学概念分析如表5所示。

表5青岛科技馆“海洋偷师记”科普研学活动与具体的科学概念分析对应表

3 “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^[5]。两者都强调“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，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。

3.1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，将小学科学的核心概念进行了细致的分解，深入挖掘了它们的内涵，并将它们与相关的学科事实性知识结合起来。《义务教育小学科学课程标准》和《美国新一代科学教育标准》都针对不同的学生的认知发展水平，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^[6]。因此，在设计过程中，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，并通过这项活动，能够实现教育目标。

3.2联系展品资源，分层挖掘信息与确定使用

挑选科技馆展品时，要对应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三个层次:研究展览中所蕴藏的科学概念和原则;探究科学家们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，进行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，将两者进行有意义的串联，才能更好的引导学生在学习科学概念的同时，有益的探索科学家的研究历程、体验科学给人类、社会带来的影响，均有助于后续活动方案的设计。

3.3构建概念间脉络关系，结合场馆资源设计整体

在教育活动中，应遵循奥苏伯尔的认知同化过程。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，有序地组织其使用，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，突出它们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。

3.4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，并参考小学科学课程标准中的四维目标逐步确定活动目标。制定详细的活动方案时，需要以概念内部的逻辑关系为核心，并从学生的角度出发对活动环节进行综合评估，以制定符合学生需求的方案，并将其实施。同时，活动的目标和内容应灵活调整，并随着时间的推移不断发展，以达到最佳效果。

3.5创设情境和丰富内容，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. 
   

2. 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

3. 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]. 科学教育与博物馆,2020,6(06):458-461

4. 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.

5. 胡卫平. 在探究实践中培育科学素养——义务教育科学课程标准（2022年版）解读[J]. 基础教育课程,2022,(10):39-45.

6. 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

7. 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.

作者简介：

洪施懿，青岛科技馆展览教育部主管；本科，主要从事科技馆教育活动及研学策划与实践；电话：13799746933，E-mail：769172994@qq.com

林曦，青岛科技馆副总经理，厦门科技馆展览教育部经理，本科，文学学士，主要从事场馆运营及展教活动开发，电话：13599511663，Email:45166663@qq.com

魏子涵，青岛科技馆展览教育部主管；本科，主要从事为科技馆探究式教育活动辅导及研学实践；电话：18065981287，E-mail：957348046@qq.com