“小小火車站建筑師”教育活動的設(shè)計(jì)與思考

左什

摘 要 “小小火車站建筑師”教育活動是中國鐵道博物館基于STEM理念開發(fā)的低齡兒童科學(xué)教育課程?；顒油ㄟ^結(jié)合展品資源，引導(dǎo)學(xué)生主動開展探究，親身動手實(shí)踐，從而使學(xué)生構(gòu)建起對多學(xué)科知識的綜合認(rèn)識，提升其解決實(shí)際問題的能力，為未來學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 科技博物館 兒童STEM教育 教育活動

0 引言

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的簡稱，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，現(xiàn)實(shí)多學(xué)科的集成與融合[1]，使學(xué)生構(gòu)建起對多學(xué)科知識的綜合認(rèn)識和理解，達(dá)到提升解決現(xiàn)實(shí)問題能力的效果。從STEM教育的覆蓋面上看，從幼兒園到大學(xué)的各年齡段學(xué)生均可以接受STEM教育，但目前針對低齡兒童（學(xué)齡前及小學(xué)低年級）開展的STEM教育課程相對較少且比較薄弱。博物館作為開展STEM教育的重要場所，應(yīng)當(dāng)對基于低齡兒童特點(diǎn)設(shè)計(jì)和開展的STEM教育課程給予更多重視。為此，中國鐵道博物館設(shè)計(jì)了“小小火車站建筑師”教育活動，作為對基于STEM理念設(shè)計(jì)與實(shí)施博物館教育活動的一次探索。

1 設(shè)計(jì)思路

基于博物館展品開展STEM教育需要具備一定的前提條件，課程必須有立足點(diǎn)，即展品要具備STEM特點(diǎn)，能夠體現(xiàn)多學(xué)科的“綜合性”，還要兼具“實(shí)踐性”，學(xué)生能夠通過探究和自主體驗(yàn)，構(gòu)建知識體系[2]。因此，活動構(gòu)思的關(guān)鍵是選擇合適的展品并以此為基礎(chǔ)開展設(shè)計(jì)。而且，由于活動針對低齡兒童開展，所以活動的目的不是為了展現(xiàn)學(xué)科知識多深、多難，在內(nèi)容上要注重難度適當(dāng)、通俗易懂，便于學(xué)生從中理解最基本的知識和原理。根據(jù)上述原則，本次活動選擇以展品“車站模型”作為切入點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

中國鐵道博物館正陽門展館有6件“車站模型”展品，展示了來自不同地區(qū)、結(jié)構(gòu)各異的現(xiàn)代化車站建筑?；疖囌臼桥c人們出行息息相關(guān)的場所，低齡兒童對它也并不陌生，比較容易理解。作為建筑，車站在設(shè)計(jì)中既涉及科學(xué)問題又涵蓋眾多工程和技術(shù)因素，這與STEM理念有較強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系。另外，這一展品比較容易實(shí)現(xiàn)衍生設(shè)計(jì)和制作，有利于體現(xiàn)STEM教育的綜合性，學(xué)生可以通過自主設(shè)計(jì)和制作提升動手能力，培養(yǎng)開展科學(xué)探究的興趣，增強(qiáng)解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。因此，活動以“小小火車站建筑師”為主題，以展品“車站模型”為背景，再結(jié)合操作、實(shí)驗(yàn)、小游戲、繪畫等多種方式，引導(dǎo)兒童模擬火車站建筑師的職業(yè)情境，最終形成具備STEM基本特征并針對低齡兒童設(shè)計(jì)的教育活動。

2 策劃實(shí)施

2.1 活動準(zhǔn)備

（1）活動對象

“小小火車站建筑師”教育活動主要針對5～7歲的兒童開展（具體情況可根據(jù)兒童年齡調(diào)整），活動人數(shù)控制在15人以內(nèi)。這一年齡段的兒童已經(jīng)具備了一定的認(rèn)知、理解和溝通能力，可以通過學(xué)習(xí)形成對知識的基本認(rèn)識。同時，考慮到這一年齡段學(xué)生的書寫能力相對較弱，所以活動基本采用問答、互動、游戲等簡單易行的方式進(jìn)行。

（2）活動環(huán)境

活動環(huán)境共分兩個區(qū)域，分別為觀察區(qū)和活動區(qū)。觀察區(qū)即展品展示區(qū)域，學(xué)生可以在該區(qū)域根據(jù)課程要求充分觀察展品?；顒訁^(qū)則是獨(dú)立設(shè)置的區(qū)域，活動前預(yù)先在該區(qū)域準(zhǔn)備好課程所需的道具、座椅、電子設(shè)備等設(shè)施器材。學(xué)生在觀察區(qū)完成觀察后，到活動區(qū)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（3）活動道具

活動采用價格低廉、操作簡單、安全性高的材料，如小木板、塑料板、砝碼、紙、樂高積木、彩筆、尺子等。

2.2 活動開展

（1）創(chuàng)設(shè)情境，引入主題

活動從創(chuàng)設(shè)問題情境開始，召集活動對象后，博物館輔導(dǎo)員首先提出問題：“去哪能坐火車？火車站都是一樣的嗎？有什么區(qū)別？”提問的目的是吸引學(xué)生注意力并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和回答，進(jìn)而引出活動主題——“火車站”。通過提問，將學(xué)生引入到教學(xué)情境之中，并引起下一階段的驗(yàn)證。

引入主題后，輔導(dǎo)員引導(dǎo)學(xué)生自主觀察展線上的六座車站，讓小朋友們總結(jié)出他們觀察到的火車站有什么共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，使學(xué)生主動觀察火車站的外觀、結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證自己的回答。

（2）構(gòu)建知識，主動思考

在學(xué)生形成了對火車站構(gòu)造的初步印象后，輔導(dǎo)員將學(xué)生帶領(lǐng)至活動區(qū)，進(jìn)入知識構(gòu)建環(huán)節(jié)。

知識構(gòu)建第一階段，首先請同學(xué)們說出剛才觀察到的結(jié)果并說出他們認(rèn)為火車站應(yīng)該由哪些結(jié)構(gòu)組成?；卮鹜戤吅?，教師進(jìn)行總結(jié)，提煉并補(bǔ)充同學(xué)們的答案，告知學(xué)生火車站應(yīng)當(dāng)由站臺、進(jìn)站廳（候車室）、出站廳、停車場、換乘空間等組成。隨后，為了使學(xué)生二次加深印象，為接下來的深入學(xué)習(xí)做好鋪墊，輔導(dǎo)員會引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行簡單的拼圖游戲，使學(xué)生再次明確所學(xué)內(nèi)容。

知識構(gòu)建第二階段的主要目的是引導(dǎo)學(xué)生通過自主思考，形成對火車站建筑結(jié)構(gòu)問題的判斷，并在接下來的學(xué)習(xí)過程中，檢驗(yàn)自己的判斷是否正確。如表1所示，這一階段中，學(xué)生要經(jīng)歷三次由提問到回答的過程。問題由教師提出，學(xué)生進(jìn)行自主思考和回答，再由教師提煉總結(jié)。

在進(jìn)行了三次提問及回答后，學(xué)生應(yīng)當(dāng)已經(jīng)能夠聯(lián)想到對于建筑結(jié)構(gòu)至關(guān)重要的安全問題。如表2所示，接下來的第三階段要通過三個簡單的實(shí)驗(yàn)和小游戲，讓學(xué)生親自驗(yàn)證自己的猜想，形成對第二階段學(xué)習(xí)成果的反饋，使學(xué)生通過自主探究，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并理解科學(xué)知識。

通過第一個小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們會發(fā)現(xiàn)由于材料不同，小桌子的強(qiáng)度會受到影響，這使學(xué)生們認(rèn)識到在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時要注重材料的選取。采取不適當(dāng)?shù)牟牧?，可能會對建筑安全造成威脅。第二個小游戲中，學(xué)生們會發(fā)現(xiàn)，踮起腳尖站立的小朋友明顯沒有扎馬步半蹲的小朋友站得穩(wěn)。輔導(dǎo)員由此引導(dǎo)學(xué)生理解重心的高低會影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第三個小游戲中，讓孩子們自主嘗試并展示自己通過什么方法讓紙立了起來。這一過程鼓勵學(xué)生大膽想象，主動表達(dá)見解，從而引導(dǎo)學(xué)生理解支撐面的大小對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

經(jīng)過了知識構(gòu)建環(huán)節(jié)，通過自主參與和探索，同學(xué)們已經(jīng)對部分科學(xué)與工程、技術(shù)知識建立了一定的認(rèn)識。

（3）貼近現(xiàn)實(shí)，解決問題

活動的最終目的是要使學(xué)生建立對STEM各領(lǐng)域的綜合理解并提升解決實(shí)際問題的能力，所以活動的最后階段要回歸到解釋與評價上。

這一階段共設(shè)置兩個環(huán)節(jié)。第一步為制作環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過小組合作，設(shè)計(jì)并搭建一座火車站。學(xué)生先在紙上畫出設(shè)計(jì)圖，再在限定區(qū)域內(nèi)用樂高積木搭建火車站。目的是引導(dǎo)小朋友們注意考慮影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度的因素，并在此基礎(chǔ)上自由發(fā)揮想象，為車站設(shè)計(jì)不同的外觀造型，提升想象力和創(chuàng)造力。在搭建中，學(xué)生需要利用手、尺子等工具進(jìn)行測量，考慮需要利用多少塊積木才能成功搭建，從而引導(dǎo)學(xué)生理解形狀與空間的關(guān)系，形成對數(shù)量關(guān)系的簡單認(rèn)識。第二步是評價和交流環(huán)節(jié)，每組分別展示作品，介紹自己的設(shè)計(jì)理念，在設(shè)計(jì)時考慮了哪些工程問題，注意了哪些需要遵循的技術(shù)因素。

經(jīng)歷過活動的全程后，學(xué)生們從最初對某個展品的表面認(rèn)識上升到了對展品背后科學(xué)原理、科學(xué)方法與科學(xué)思想的綜合認(rèn)識，這不僅指學(xué)生對STEM各領(lǐng)域形成了初步概念，還包括學(xué)生在主動參與和探究中鍛煉了思維能力，培養(yǎng)了合作意識，增強(qiáng)了表達(dá)能力以及在貼近現(xiàn)實(shí)的情境中提升了解決實(shí)際問題的能力。

3 特點(diǎn)與亮點(diǎn)

活動通過多次引入問題，使兒童分別產(chǎn)生對火車站構(gòu)造、怎樣設(shè)計(jì)車站及影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強(qiáng)度的因素等問題的思考。

在“引入主題”階段，學(xué)生通過自主觀察和拼圖游戲進(jìn)行了初步探索，獲得了對“工程”領(lǐng)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的認(rèn)識。

在“構(gòu)建知識”階段，通過三次提問及回答，兒童反復(fù)進(jìn)行自主思考，再次加深了對工程和技術(shù)問題的理解。學(xué)生還通過實(shí)驗(yàn)及小游戲明確了相應(yīng)的科學(xué)原理。這一階段實(shí)現(xiàn)了STEM教育要求的科學(xué)、技術(shù)、工程領(lǐng)域的綜合運(yùn)用。

在“解決問題”階段，通過設(shè)計(jì)和搭建火車站模型，兒童嘗試進(jìn)行測量和計(jì)算，建立了對部分?jǐn)?shù)學(xué)概念的認(rèn)識，并形成了對工程設(shè)計(jì)的再次理解?；顒幼罱K通過動手操作，使學(xué)生在潛移默化中運(yùn)用所學(xué)知識，并將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)及其他學(xué)科內(nèi)容聯(lián)系起來。這既體現(xiàn)了STEM教育要求的各領(lǐng)域的“綜合”，又實(shí)現(xiàn)了以“實(shí)踐”和“探究”為基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)教育。

通過活動，兒童在引發(fā)問題、思考問題、觀察展品、開展實(shí)驗(yàn)、構(gòu)建解釋中反復(fù)經(jīng)歷了由問題到判斷，由判斷到驗(yàn)證，再由驗(yàn)證到實(shí)施的過程。大部分的核心知識點(diǎn)是由學(xué)生自主探究得來的，這使他們獲取了難得的“直接經(jīng)驗(yàn)”[3]，直觀地構(gòu)建和深化了學(xué)科基礎(chǔ)知識。在自主探究中，兒童初步建立了對物質(zhì)科學(xué)、工程設(shè)計(jì)等“學(xué)科核心概念”的理解，盡管這種理解是比較淺層次的，但對于低齡兒童來說，足以使他們構(gòu)建對科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程、技術(shù)等方面的初步認(rèn)識。活動設(shè)計(jì)的交流、合作、展示環(huán)節(jié)，是對STEM理念的進(jìn)一步延伸和拓展?；顒記]有過多的限制，也沒有好壞之分，這體現(xiàn)了STEM教育的多樣性和開放性。[4]最終的目的是讓學(xué)生鍛煉思維，增強(qiáng)創(chuàng)新能力和合作意識，提升綜合能力。

4 總結(jié)與思考

“小小火車站建筑師”教育活動是中國鐵道博物館基于STEM理念指導(dǎo)下對低齡兒童科學(xué)教育活動設(shè)計(jì)的初步嘗試，但距離對STEM理念的熟練運(yùn)用和實(shí)踐仍然任重而道遠(yuǎn)。對于博物館而言，如何更好地促進(jìn)展品資源與游戲式探究的充分結(jié)合，為低齡兒童營造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)機(jī)會，如何設(shè)計(jì)出更多有針對性的STEM教育課程，還有賴于未來更加深入細(xì)致地研究和探索。

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