李秀菊

展陳與教育

基于核心概念設計科技博物館科學教育活動

李秀菊①

科技博物館的科學教育活動是提升青少年對科學的理解的重要途徑之一。基于核心概念設計科技博物館科學教育活動有利于保證活動的科學性和良好的邏輯體系。本文以加拿大溫哥華海事博物館的“氣候變暖”活動的設計為例，詳細解釋了基于核心概念設計科學教育活動的設計原則與方法，并給出了相關建議。

科技博物館；科學教育活動；核心概念

一、科技博物館科學教育活動的定義與特征

美國學習改革委員會在1994年的“為個體學習而設的公共機構”國際學術會議上，首次將“場館”(museum)界定為“各種與科學、歷史、藝術等教育有關的公共機構，如自然博物館、科學中心、天文館、歷史博物館、美術館、動物園、植物園、水族館等”。[1]科技博物館(science＆technology museum)不僅包括科學中心(science center，中國稱為“科技館”)、天文館、自然博物館等在內的具有封閉結構的場所，也包括動物園、植物園等在內的與科學教育相關的露天場所。[2]科技博物館的科學教育活動是指以科學為內核的教育活動。這種科學教育活動與一般的學?？茖W教育活動不同，這是基于真實情境或者實物展品，強調科學探究和互動，并且產生多元學習效果的活動。這種科學教育活動又與一般的博物館教育活動不同，它更強調科學內核，活動目標更重視讓學習者體驗科學探究、理解科學本質和核心概念。

科技博物館是典型的非正式科學學習的場所(sciencelearningininformal environments)。非正式環(huán)境下的科學學習的典型特點是:學習者是積極主動的、探索性的、興趣引導的、自愿的、個性化的和開放的。[3]在實際教學中，學校開展的多數(shù)科學教育只局限在知識傳授和簡單的科學概念的學習上，但是在科技博物館等場所中，可以開展更多探索性的活動，可以幫助學習者特別是低年級的學習者更好地理解科學探索的過程。

二、理解核心概念

隨著科學技術的飛速發(fā)展，各類科技信息大量積累，如何選擇和教授“少而精”的核心概念(core ideas)是科學教育領域中的一個研究熱點。核心概念居于學科知識的中心，是具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的概念性知識、原理、規(guī)律或方法。對于核心概念，也有學者稱其為“概念聚合器”，認為核心概念聚合著學科的一般概念，且這種聚合不是簡單的疊加，而是一種規(guī)律性的、具有遷移應用價值的認識。[4]

赫德(Hurd)提出7條標準用于確定什么樣的概念成為核心概念:(1)展現(xiàn)了當代科學的主要觀點和思維結構；(2)足以能夠組織和解釋大量的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)；(3)包含了大量的邏輯內容，有足夠的空間用于解釋、概括、推論等；(4)在教學中可以用于各類情境下的案例，并可用于日常生活中常見的情況和環(huán)境；(5)可以提供許多機會，用以發(fā)展與本學科特色相關的認知技能和邏輯思維能力；(6)可以用于組建更高階的概念，而且可望與其他學科的概念結構建立聯(lián)系；(7)表達了科學在人類智力成果中所占有的地位。[5]

美國《K－12科學教育框架:實踐、跨學科概念和核心概念》中提出學科核心概念的篩選標準為:(1)在多個學科或工程學科中意義顯著，或是組織某個學科的關鍵概念；(2)為理解或研究某些復雜想法和解決問題提供了關鍵工具；(3)能與學生的興趣和生活經歷相關聯(lián)，或能與社會及個人關注焦點所需要的科學技術知識相關聯(lián)；(4)可在多個年級段教學，隨著年級段遞增，可逐步復雜，逐漸深入。[6]基于上述選擇標準，美國《新一代科學教育標準》中提出各個領域的學科核心概念。例如，地球與空間科學領域中，第一個核心概念(ESS1)“地球在宇宙中的地位”，這個概念包括了宇宙的整體結構、宇宙的組成、宇宙的歷史、太陽系運行過程與需要的力、地球的行星史。能夠看出，這樣的學科核心概念不是簡單的科學事實，這些概念可以幫助學習者解釋自然界，是具有強大解釋力的概念。

除了學科核心概念，《K－12科學教育框架:實踐、跨學科概念和核心概念》中提出的跨學科概念也應該屬于核心概念范疇，跨學科概念能夠幫助學生將不同科學領域中相互關聯(lián)的知識組織成連貫的、條理清晰的基于科學對客觀世界的認知。這些概念是橫跨學科領域的概念，可以說，對于每個學科領域都重要?？鐚W科概念包括:模式，原因與結果，尺度、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能量與物質，結構與功能，穩(wěn)定性與變化。

總的來說，核心概念是學科的主干知識，是學生最應該掌握的內容?？萍疾┪镳^的科學教育活動由于是開放的，沒有教材等可以遵循，經常看到有的科學教育活動是“大拼盤”，或者設計的活動是簡單的小實驗，甚至還有手工制作，連科學內容都沒有。如能夠基于核心概念設計科學教育活動，可以很好地避免上述問題。

三、基于核心概念設計場館科學教育活動

(一)案例

溫哥華海事博物館坐落于凡尼爾公園內，成立于1959年，側重于展示溫哥華的航海歷史，為加拿大最重要的海事博物館之一。50多年來，這個博物館一直是公眾了解加拿大太平洋地區(qū)與海事相關的歷史、文化、藝術和工業(yè)的博物館。

溫哥華海事博物館的藏品達到170000多件，包括約35000件手工制品、約20000本書籍、262幅原創(chuàng)油畫以及約114000張照片。館內最主要的展品是一艘名為圣洛克(St. Roch)的戰(zhàn)艦，它是歷史上加拿大皇家騎警探索北極的船只。圣洛克戰(zhàn)艦里模擬了當時的情境，參觀者可以進入其中參觀船員當時的臥室以及娛樂空間等等。但是，如果僅僅是參觀瀏覽這個戰(zhàn)艦，參觀很快就會結束。博物館的教育工作者基于這個展品圍繞核心概念設計的科學教育活動極大地提高了參觀者的興趣。

這個教育活動的主題是“氣候變暖”。設計者圍繞氣候變暖的主題設計了一系列的問題，在引導中小學生回答這個問題的時候采取了激發(fā)討論和角色扮演的方式。在這個活動主題中，核心概念就是:氣候變暖。首先在活動設計之初，要對核心概念進行解構。這個活動的核心概念是氣候變暖，因此要對氣候變暖進行解構。氣候變暖可以初步解構為四個方面:氣候變暖的內涵，氣候變暖對動植物的影響，氣候變暖對人類的影響，氣候變暖對社會的影響。圍繞這四個方面，設計了“問題串”，并開展了相應的活動。

導入問題:全球氣候變暖，給北冰洋帶來了什么影響?

深入問題:全球氣候變暖后，給北極熊帶來什么影響?

進階問題:全球氣候變暖后，給加拿大北部的因紐特人會帶來什么影響?給加拿大北部的航運帶來什么影響?

在回答導入問題的時候，博物館的教育人員引導參觀者一起討論，大家可以各自發(fā)表自己的意見。問題剛一提出，很多學生就很樂意回答，有的答案是對的，有的答案不那么確切，但是教育人員都積極地鼓勵學生回答問題，多提出自己的想法。在大家都提出自己的想法之后，教育人員用幻燈片的方式，給出一些氣候變暖對北冰洋影響的資料，這些資料全部來自專業(yè)的科研機構或者期刊文章，在資料的下方給出了數(shù)據(jù)來源。大家看到了這些數(shù)據(jù)之后，對氣候變暖給北冰洋帶來的影響有了更加明確的認識。

接下來，教育人員會提出第二個問題:氣候變暖給北極熊帶來什么影響呢?大家又陷入了思考。教育人員又用幻燈片的方式給出了一些基本資料。氣候變暖后，北冰洋的冰融化得更多了，沒有大塊的冰，懷孕的北極熊無法挖洞，無法產仔。因此，氣候變暖對北極熊的繁殖會產生很大的影響。接著，為了讓大家體會到這一點，教育人員邀請幾個學生參與一個活動。教育人員用繩子圍成多個圓圈，學生扮演北極熊，當圈很多的時候，大家可以輕松地跳來跳去，找到一個可以挖洞的冰，隨著教育人員不斷地減少繩子，圓圈越來越少，大家能跳的地方也就越來越少，于是競爭激烈起來。隨著圓圈的不斷減少，北極熊的生存環(huán)境不斷惡化，最終沒有地方可以繁殖產仔。學生都跳得滿頭大汗。

最后，教育人員會根據(jù)學生的情緒和年齡段，拋出第三個問題:全球氣候變暖后，給加拿大北部的因紐特人會帶來什么影響?給加拿大北部的航運帶來什么影響?教育人員引導大家進行討論，并且邀請學生對這個問題進行深入的分析，寫成論文，參加博物館舉辦的論文研討活動。

案例點評與分析:這是一個博物館學習的典型案例。博物館是一個真實的情境，具有很強的互動性，中小學生在其中可以進行主動式學習。溫哥華海事博物館是一個相對來說互動性不夠強的博物館，但是博物館的教育人員基于氣候變暖這個核心概念按照問題串的方式設計的活動讓整個博物館充滿活力，并且非常受學生的歡迎。

由于是海事博物館，博物館工作人員還設計了與海事有關的話題，就是討論全球變暖之后對因紐特人的生活有哪些影響?對加拿大海運有哪些影響?這些問題由于可以討論得很深入，也需要很多材料和數(shù)據(jù)，因此教育人員并沒有讓大家在博物館完成討論，而是讓學生回去討論，并且撰寫論文，參與博物館的論文賽。博物館學習是一種在設計好的環(huán)境下進行的科學學習，時間和學習內容都比較自由，但是缺點是學習是暫時的。因此，為了吸引參觀者能夠持續(xù)學習，博物館多采用評價和回訪等方式促進參觀者持續(xù)學習。而海事博物館的工作人員請學生就討論的問題寫成論文，不但能夠促進參觀者的持續(xù)學習，而且在撰寫論文的過程中，學生可以自己查找資料，提供證據(jù)，提出觀點，這極大地促進了這些學生科學素養(yǎng)的發(fā)展。溫哥華海事博物館并不是一個很大型的博物館，也沒有很多聲光電的配合，總的感覺比較單調。但是博物館的教育人員對于科學課程和科學教育有很深刻的認識，圍繞博物館的館藏和熱門話題設計了很多有意義的活動，受到廣大中小學生的歡迎。在這個案例中，整個活動圍繞著一個“問題串”展開，活動安排緊密，能夠在調動好學生興趣的同時讓大家積極地參與其中，是一個很好的博物館科學學習的案例。

(二)基于核心概念設計博物館科學教育活動的建議

基于核心概念設計教育活動，能夠讓學生在活動中建立起對科學概念的整體認識，避免學習碎片化的知識。當然，有一點是不可否認的，基于核心概念設計教育活動，需要設計者本人對于該概念有比較深入的理解。在此基礎上，希望設計者能夠從以下幾個方面多做考慮:

第一，充分考慮教育活動對象的年齡段。很多活動在設計時，都簡單地寫活動對象是青少年，或者小學高年級學生、初中低年級學生。不同年齡階段青少年的認知水平不同，問題的設計也不同。因此，基于核心概念的科學教育活動的設計，首先要考慮活動的對象。例如，在氣候變暖這個核心概念中，如果是小學低年級學生，解構時可以分為氣候變暖的內涵、氣候變暖對動植物的影響，不需要再繼續(xù)解構了。在活動完成的過程中，只開展到北極熊游戲就足夠了。但是如果是初中生，那可以讓他們完成所有的活動，包括論文的撰寫等活動。

第二，多訓練設計“問題串”的能力。“問題串”是整個教育活動的邏輯鏈條，因此“問題串”的質量成為活動設計的關鍵點之一?！皢栴}串”包括引入問題、深入問題和實質問題。問題設計由淺入深，不同問題之間的邏輯關系可以遞進也可以并列。引入問題是為了吸引活動對象的注意力，引起他們的興趣。深入問題是為了引入需要學習的內容，實質問題是活動對象必須要掌握的內容。

第三，積極學習和理解核心概念。設計者對概念的理解直接決定了科學教育活動設計的質量。設計者需要加強對于核心概念的理解以及概念轉變理論的學習，以期不斷提高科學教育活動的設計水平。

[1]Dierking，L.D.，Ellenbogen，K.M.，F(xiàn)alk，J.H.. In principle，inpractice:Perspectivesona decade of museum learning research(1994—2004)[J].Science Education，2004(88):1－3.

[2]宋嫻，劉哲.西方科學場館的教育理念及實證研究綜述[J].外國中小學教育，2013(9):24－29.

[3]Janette Griffin.(1998)Learning Science through PracticalExperiencesinMuseums[J]. International Journal of Science Education，20: 6，655－663，DOI:10.1080/0950069980200604.

[4]胡玉華.對生物學核心概念及其內涵的研究[J].生物學通報，2011，46(10):33－36.

[5]張穎之，劉恩山.核心概念在理科教學中的地位和作用——從記憶事實向理解概念的轉變[J].教育學報，2010，6(1):57－61.

[6]National Research Council(NRC).A Framework for K－12 Science Education Practice:Crosscutting Concepts，and Core Ideas[M].Washington，D. C.:Government Printing Office，2009.

Using Core Idea to Design Science Activities in Science and Technology Museum

Li Xiuju

Science education activities and projects in science and technology museum play important role in improving youth'scientific literacy.Less is more is accepted by more and more science educators.Using core ideas is becoming popular in science teaching and learning as well as a powerful way to design science activities with quality content and problem-solving skills training.This article analyzes the“Climate Change”projects designed by educators in Vancouver Maritime Museum to demonstrate the principles and methods of educational activity design based on core ideas，and then provides some suggestions for designing science activities in informal science settings.

science and technology museum，science activities and projects，core ideas

①李秀菊，中國科普研究所副研究員，博士；研究方向:非正規(guī)科學教育，青少年科學素質測評與培養(yǎng)；通訊地址:北京市學院南路86號；郵編:100081；Email:littleju＠126.com。