科技館如何在STEM教育活動中整合工程與科學(xué)

馮子嬌

（黑龍江省科學(xué)技術(shù)館，黑龍江 哈爾濱 150018）

科技館如何在STEM教育活動中整合工程與科學(xué)

馮子嬌

（黑龍江省科學(xué)技術(shù)館，黑龍江 哈爾濱 150018）

科學(xué)創(chuàng)新和STEM教育的社會效益被廣泛接受和認(rèn)同，圍繞STEM的改革與時俱進(jìn)，同時也為科技館科普創(chuàng)新提供了新的探究視角?？萍紙鲳^作為重要的校外教育場所，對STEM教育的實(shí)施起到非常重要的作用。本文介紹了STEM教育及發(fā)展，闡述了科技館開發(fā)STEM教育活動的必要性，并結(jié)合黑龍江省科技館開發(fā)的“初等工程教育活動”等項目的具體開展情況，探索了科技館開展STEM教育活動中整合工程與科學(xué)的幾種實(shí)施途徑，旨在將STEM理念更全面地融入科技館的教育活動中，加深學(xué)生對STEM的認(rèn)識和理解。

科技館；STEM教育；工程和科學(xué)；教育活動

STEM教育在世界其他國家的出現(xiàn)和實(shí)施已經(jīng)為時不短，且越來越顯現(xiàn)其引人注目的積極方面，但它在我國教育研究界和中小學(xué)一線的出現(xiàn)只是最近幾年的事情。我國中小學(xué)新課程改革至今已有10多年的發(fā)展歷史，且已取得相當(dāng)?shù)某删筒@得諸多有益經(jīng)驗，但如何延續(xù)或深化這一課程改革，尤其在校外STEM教育中如何注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問題解決能力等方面，值得我們科技工作者深思。同時，科技館也要充分發(fā)揮獨(dú)有的科普資源優(yōu)勢，在教育活動中整合工程和科學(xué)，進(jìn)一步提高我國的STEM教育水平[1]。

一、STEM教育及其發(fā)展

STEM教育出現(xiàn)于21世紀(jì)初，即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）教育的統(tǒng)稱[2]。但它并不僅僅是這4個詞的簡單疊加，而是建議教育的探究應(yīng)該被安排在創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情境中，讓學(xué)生們?nèi)ソ鉀Q真實(shí)世界中的問題。21世紀(jì)以來，科技進(jìn)步和創(chuàng)新已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)增長的主要動力，美國政府深刻認(rèn)識到了這一點(diǎn)，不斷加快了推進(jìn)STEM教育發(fā)展的步伐。由于STEM實(shí)踐價值日益凸顯，美國聯(lián)邦政府各部門以及各地方教育行政機(jī)構(gòu)相繼出臺各類STEM教育相關(guān)政策，旨在培養(yǎng)高質(zhì)高量的STEM人才，使其能在經(jīng)濟(jì)全球化的挑戰(zhàn)中維持霸主地位。

STEM教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)以應(yīng)對全球化社會的多元化挑戰(zhàn)。在國家實(shí)力的比較中，獲得STEM學(xué)位的人數(shù)成為一個重要的指標(biāo)。STEM創(chuàng)新教育科技目前是處于科技發(fā)展的成長期，具有很強(qiáng)的生命力。美國致力于STEM教育近30年，并希望借助科技場館的優(yōu)勢，使非正規(guī)STEM教育資料與學(xué)校STEM保持一致性。而我國的STEM教育特別是校外STEM教育也要充分發(fā)揮科技場館的優(yōu)勢，進(jìn)一步提高STEM教育。

STEM教育從最初關(guān)注高等教育，到逐步下移至中小學(xué)教育乃至幼兒園活動，從國家競爭力人才的培養(yǎng)擴(kuò)展至學(xué)習(xí)方式的變革。科技館作為重要的公益性科普教育機(jī)構(gòu)和科普教育基地，對科學(xué)教育，特別是校外STEM教育起到非常重要的作用[3]。

二、科技館開發(fā)STEM教育活動的必要性

中國科普研究所曾做過一次調(diào)研，當(dāng)參觀的學(xué)生被問到“在科技館參觀時，你是否曾嘗試從不同角度去觀察展品所表現(xiàn)的科學(xué)現(xiàn)象”時，表示會的學(xué)生僅占46.6%，而不確定的學(xué)生高達(dá)39.1%；同時，針對“通過參觀科技館，你是否了解了科學(xué)家探究科學(xué)的相關(guān)過程和方法”這一問題，56.2%的學(xué)生表示可以了解，但也有38%的學(xué)生表示不確定。“是什么”和“為什么”背后的教育理念存在著根本的差別。前者體現(xiàn)認(rèn)知的過程，即人們對客觀事物的認(rèn)識，后者則是元認(rèn)知的過程，是認(rèn)知的再認(rèn)知。因此，在科普工作者中有一句話廣為流傳：問題比答案更重要[4]。

只要從小接受到合適的科學(xué)教育，其實(shí)孩子人人都是科學(xué)家。但目前情況是，孩子所接受的傳統(tǒng)科學(xué)教育形式還停留在以講授式為主，但這種形式的科學(xué)教育有其顯著的問題——學(xué)生習(xí)慣于單一學(xué)科的認(rèn)知，僅僅強(qiáng)調(diào)科學(xué)原理、科學(xué)知識信息，對于科學(xué)原理被發(fā)現(xiàn)的過程，是在何種環(huán)境中發(fā)現(xiàn)以及在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的應(yīng)用是怎樣學(xué)生都沒能很好理解；對于工程技術(shù)領(lǐng)域的知識感到較為陌生[5]，對學(xué)習(xí)者個人能力的提升并未存有太大幫助。這種情況下，我國科技館的教育效果并不樂觀。

科技館、博物館最常見、最基本的表現(xiàn)形式就是展覽、展品的輔導(dǎo)和講解，但隨著公眾對科學(xué)的理解和需求日新月異，科技館的教育方式也需要創(chuàng)新改革。除了通過傳統(tǒng)的教育活動培養(yǎng)孩子的動手能力、掌握科學(xué)概念，更需要培養(yǎng)孩子“創(chuàng)造性的問題解決能力”“批判性思維”和“合作”等“軟技能”，而這需要通過設(shè)計良好的科學(xué)課程和科學(xué)教育活動將科學(xué)知識、科學(xué)方法、科學(xué)精神和態(tài)度更廣泛地傳播。STEM教育的魅力就在于能夠打破傳統(tǒng)分科教育的弊端，提倡一種基于項目整合工程、技術(shù)的學(xué)習(xí)方式，來解決現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問題。

黑龍江省科技館近幾年設(shè)計開展的“初等工程教育系列活動”以及“玩轉(zhuǎn)科學(xué)，制造工程——我身邊的工程學(xué)”項目正是通過圍繞特定的工程領(lǐng)域完成挑戰(zhàn)任務(wù)，從創(chuàng)設(shè)的合理情境中引出問題或任務(wù)，引發(fā)學(xué)生頭腦風(fēng)暴和思考，從而進(jìn)行任務(wù)的設(shè)計、改進(jìn)和分享。在解決問題的過程中加深對工程領(lǐng)域的知識、概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，更重要的是教會孩子如何做科學(xué)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生選擇STEM學(xué)科，未來成長為新一代科學(xué)家。

三、STEM理念下科技館整合工程與科學(xué)教育活動的途徑

（一）傳統(tǒng)科學(xué)教育活動善于和工程技術(shù)相融合

在小學(xué)科學(xué)課活動中，很多已有的活動工程與技術(shù)活動都是基于工程技術(shù)的問題。例如，建橋、高空擲蛋以及設(shè)計小車模型等。這些活動都是工程與技術(shù)在科學(xué)探究活動的例子。但遺憾的是，老師對學(xué)生的要求僅僅是簡單的制作，相應(yīng)的工程學(xué)問題和工程的價值往往被忽略。所以，科學(xué)輔導(dǎo)教師在活動設(shè)計的時候就要考慮到活動中科學(xué)與技術(shù)的相似性和差異。通過對傳統(tǒng)教育活動的深入拓展，創(chuàng)新思路，教師可以在引入工程技術(shù)概念的同時不必增加過多內(nèi)容，通過問題引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動、頭腦風(fēng)暴等形式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。比如“制作火箭發(fā)射器”可以改成“如何設(shè)計紙火箭發(fā)射器飛得更遠(yuǎn)”，將簡單的制作活動融入結(jié)構(gòu)設(shè)計和空氣動力學(xué)的原理，同時也將科學(xué)和工程有效地結(jié)合起來[6]。

（二）以材料和現(xiàn)象激起興趣并吸引探究

在活動中選擇材料和現(xiàn)象可以快速激發(fā)學(xué)生的興趣。有些材料美觀，產(chǎn)生的現(xiàn)象復(fù)雜，具有更強(qiáng)的可觀察性，他們能夠?qū)⒆拥膶?shí)驗情況給予及時反饋。比如，制造旋轉(zhuǎn)陀螺是一項常見的科學(xué)活動。在設(shè)計、搭建、裝飾陀螺時，孩子們很快就能觀察到對稱對于陀螺的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)是非常重要。這項活動可以更改材料、尺寸、規(guī)模，從而變得復(fù)雜有趣。通過運(yùn)用美學(xué)要素來裝飾陀螺，或陀螺的個性化設(shè)計都會產(chǎn)生更多的條件約束，使運(yùn)動變得更為復(fù)雜。這些約束挑戰(zhàn)了參與者的理解力，以及他們對陀螺旋轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的物理現(xiàn)象的掌控程度。比如，用塑料金魚眼裝飾陀螺來制造一個夸張的面部表情，這種約束條件本身就會影響陀螺的平衡性和對稱性，進(jìn)而影響陀螺旋轉(zhuǎn)的性能?？傊?，我們科技輔導(dǎo)教師可以傾向于選擇一些有點(diǎn)瑕疵、無法完美匹配的材料，這樣的選擇會促進(jìn)學(xué)生們進(jìn)行更多的思考和改進(jìn)，更專注于獨(dú)創(chuàng)性。

（三）善于將STEM教育與實(shí)際生活聯(lián)系起來

在開展STEM教育活動時，如何激發(fā)兒童的好奇心和創(chuàng)造力尤為重要?？萍驾o導(dǎo)教師要善于利用和生活相關(guān)的事物開展活動。在黑龍江省科技館的“初等工程教育活動”中，我們常常將很多可以拆裝的玩具提供給學(xué)生，讓學(xué)生利用工具進(jìn)行拆卸。對于這個過程，學(xué)生并不陌生，但關(guān)鍵的是如何在拆卸過程中記住零件的數(shù)量、位置以及拆卸的先后順序。因為這個活動需要在拆卸過后重新進(jìn)行組裝，由于種種原因，很多同學(xué)組裝之后還剩有很多零件不知如何放置。這項活動不僅考察到學(xué)生使用工具的情況，還考查了學(xué)生在拆卸、組裝過程中的細(xì)心程度，并通過這一過程可以更好地了解玩具的內(nèi)部構(gòu)造、機(jī)械零件的用途以及材料的屬性，讓學(xué)生認(rèn)識到，平時所了解的科學(xué)知識在實(shí)際生產(chǎn)生活中是如何得到運(yùn)用的，這一過程本身就具有現(xiàn)實(shí)意義[7]。

四、結(jié)語

提升青少年整體素質(zhì)是時代賦予科技館的歷史責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐能力和科學(xué)素養(yǎng)是科技館開展STEM教育活動的主要目標(biāo)之一。這使我們意識到，做好這項工作必須通過不斷學(xué)習(xí)，提高自身的STEM素養(yǎng)，才能在設(shè)計教育活動中不斷創(chuàng)新。同時，我們還要將科技館資源與學(xué)校教育更有效地結(jié)合起來,促進(jìn)校外科技活動與學(xué)?？茖W(xué)教育的有效銜接，力爭為每一位青少年提供具有時效性并呈個性化的STEM教育活動內(nèi)容。

[1]周靜.校外科技教育中學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)初探[J].海峽科學(xué)，2012（3）.

[2]李娟，陳玲.科技場館內(nèi)進(jìn)行STEM教育的研究現(xiàn)狀與對策[C].全球科學(xué)教育改革背景下的館校結(jié)合——第七屆館校結(jié)合科學(xué)教育研討會論文集，2015：124-130.

[3]張璐.科技館科普教育活動的探索與實(shí)踐[N].環(huán)球市場信息導(dǎo)報，2012（7）.

[4]邱晨輝.科技館不能再“等你來學(xué)”[N]. 中國青年報，2014-11-13.

[5]工程教育進(jìn)入小學(xué)校園[J].中國科技教育，2011（11）.

[6]葉兆寧.融合：實(shí)現(xiàn)STEM教育的有效策略[J].中國科技教育，2012（2）.

[7]張爽.基于項目的探究性學(xué)習(xí)模式研究[C].碩士研究生學(xué)位論文，2006.

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馮子嬌，黑龍江省科學(xué)技術(shù)館館員，科技輔導(dǎo)教師，主要負(fù)責(zé)青少年科普活動開發(fā)實(shí)施。