科技館課程開發

陳楊霖

【摘 要】目前科技館教育備受關注，但是在教育活動的策劃過程中如何體現科技館優勢，區別于學校教育，是科技館教育的核心問題。上?？萍拣^自2015年起陸續開發一系列基于展品的互動體驗，引導學生在科技館內開展探究式學習的教育課程，旨在發揮場館優勢，激發展品活力，將其中的科學知識、科學態度有效地傳播給學生。

【關鍵詞】科技館教育課程開發;探究式學習

中圖分類號： G623.6;G322.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）16-0022-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.009

在通過觀察學生在展區的參觀行為發現：學生更愿意體驗互動性展品，部分展品因為位置偏僻或是缺少互動性，其科學知識、科學態度并未有效地傳播給學生，展品利用率較低。針對上述問題，對接課標中相關的教學內容，利用場館內的展品資源，采用5E、STEAM等教學理念、方法，開發一系列探究式學習，以下以結合新能源熱點開發“風中起源”STEM課程為例。

1 設計概述

針對初中《科學》中“能與能源”以及初中《物理》中“電和磁”的教學內容，以“新能源發電”為主題，綜合利用本館 “探索之光”、“智慧之光”和“地球家園”展區的展覽資源、實驗器材等教學資源，以體驗式學習、情境教學和做中學為主要教學方法，以展品探究、科學實驗與動手制作相結合的活動形式，以達成《初中科學課程標準》規定“了解科學、技術、社會、環境之間的關系，初步形成可持續發展的觀念;了解各種形式能源及其特點，知道能在一定條件下發生轉化;學會使用電流表、電壓表測量電流和電壓”的教學目標。

2 受眾

本課程針對七年級-九年級學生，該年齡學生剛剛開始接觸基本的電學知識和測量儀器的使用方法，通過這次親自動手的體驗式活動能夠更好地幫助他們理解在課堂上學到的知識;該年齡段的學生也具備了獨立完成測量電流、電壓大小的能力;在動手制作環節，該年齡段的學生具備了一定的動手能力，能夠完成實物的設計、制作。

3 課程開發

3.1 引入（Engagement）

階段目標：從生活經驗出發，激發學生興趣，引入教學內容。

該年齡段學生已經了解完整電路的基本組成部分，但是從來沒有見過發電機內部是什么樣子的，不清楚在真實的發電廠中發電機是如何工作的。老師引導學生觀察現象，通過觀察提出假設。老師引導學生觀察透明的電機模型與核電站模型，學生通過觀察、體驗互動展品，得出發電大小與電機轉動的速度之間關系，在核電站中，電機是由蒸汽推動發電的，在風力發電廠中是由風帶動葉片轉動從而推動發電機發電的。

3.2 探究（Exploration）

階段目標：通過實驗探究影響風力發電效率的因素。

在這一個階段中老師要引導學生觀察思考、動手實驗、討論問題、得出結論，在活動的過程中學會萬用表使用、功率計算、控制變量法使用等技能掌握。

在這個探究階段中，主要以小組形式進行，方便學生實驗和討論，在這一過程中主要讓學生學習萬用表的使用方法，以及思考在測量數據的時候應該注意哪些問題，討論在實驗中哪些可能會成為變量因素，哪些需確保每次都是固定值。

老師分析學生討論結果，引導小組實驗，確保每次實驗開始前將風力調至同一大小。

第一組實驗：選取三個直葉片，安裝在相隔120度的小孔上。

將每一片葉片和葉盤之間的夾角調整至30度，測量電流和電壓。

將每一片葉片和葉盤之間的夾角調整至45度，測量電流和電壓。

將每一片葉片和葉盤之間的夾角調整至90度，測量電流和電壓。

第二組實驗：將每一片葉片和葉盤之間的夾角調整至60度。

（1）選兩個直葉片，安裝在相隔180度的小孔上，測量電流和電壓。

（2）選三個直葉片，安裝在相隔120度的小孔上，測量電流和電壓。

（3）選四個直葉片，安裝在相隔90度的小孔上，測量電流和電壓。

在過去的探究過程中發現，學生容易習慣于日常生活中看到的現象，很少去探究為什么要設計成這樣，在討論變量因素時，學生可能會因為習慣風電機都是三片就忽略其也是變量因素之一。在實驗過程中很多同學可能會有忘記控制風力大小、萬用表檔位使用錯誤等情況。

3.3 解釋（Explanation）

階段目標：引導學生整理實驗數據、分析實驗現象、總結影響發電效率的因素。

老師組織學生分享和討論根據剛才的實驗，得出了哪些結論？鼓勵小組之間數據交流、對比。學生通過對比，學生可能會發現葉片數量、葉片角度都是影響因素。老師在這一過程中需要分析學生的實驗中是否存在誤差數據影響結論，讓學會處理數據、去除誤差數據。

拓展問題：在實際建造風力發電廠時還需要考慮哪些問題？

3.4 精致（Elaboration）

階段目標：理論與實踐的結合，根據探究的數據制作風電機。

結合STEAM教學策略中數學和工程部分，讓學生根據數據得出的結論制作實物，將理論與實踐進行結合并驗證。

老師分發材料，讓每個小組挑選一種葉片材料（材料分為：PVC塑料板、黑色卡紙、牛皮紙、A4紙、透明塑料）。這一環節可以讓學生通過數據測量發現材料對風電機發電效率的影響。挑選完材料后，老師引導學生根據之前的實驗數據得出的結論（最佳的葉片數量、葉片角度）制作直徑為12cm的風電機葉盤，為控制葉片大小相同，老師提供葉片形狀模型并觀察學生的制作過程，給出適當的提示和引導，教會學生使用剪刀、打孔機等工具，并強調操作過程中的安全問題。制作完成后，進行質量檢測，小組之間分享實驗數據，討論結果是否符合預期。

由于學生平時接觸的大部分都是理論學習，動手實踐能力相對弱一些，在制作過程中，對于工具的使用、軸套的安裝、葉片角度的固定對學生來說都是需要解決的難點。對于這些問題，老師不需要直接替學生完成難點部分，可以采用適當引導示范的解決方法。例如軸套的安裝由于零件特別小、口徑比較緊，手不好發力，老師可以示范如何借助尖嘴鉗安裝軸套。培養學生獨立思考、動手的能力。

3.5 評價（Evaluation）

階段目標：了解學生對概念的理解程度，并對學生作品做出評價

老師根據今日活動內容，請學生歸納和總結：

（1）清潔能源的特點，使用清潔能源有哪些好處？并舉例有哪些清潔能源。

（2）風電廠在前期規劃設計時可能需要考慮哪些問題。

（3）萬用表在使用時需要注意哪些問題？

老師收回學生的數據記錄單進行后續分析，在這一過程中鞏固知識，了解學生對知識點的掌握情況，以后續繼續改進課程的設計。這個環節，每個學生的學習能力和總結歸納能力都不相同，需要對不同的學生提出不一樣的后續要求。

4 課程評估

通過教學過程中的形成性評估，在問答環節中會有50%的同學認為核能不是清潔能源，經過科學老師的講解，在課程最后的評估環節中，100%的同學能夠正確區分清潔能源。通過行為觀察法能看出在動手實驗、制作的環節，學生注意力顯著提升，說明學生對此類活動形式非常感興趣。同時通過對學生學習單和問卷的分析，95%以上的同學在實驗過程中學會了測量工具的正確使用、學會了控制變量法的使用，90%的同學制作的成品能夠點亮小燈。

5 課程特色

5.1 主題選擇

隨著社會的發展，如今環境保護、新能源發展等問題開始逐漸被人們重視，但目前大部分的教育活動缺乏對這方面的深入探究，本項目以“新能源發電”為主題，創設系列課程，運用探究式學習、做中學等方法，將理論與實際結合，通過動手制作和場景搭建，讓學生在學習和創作的過程中自發地培養合理開發利用能源的意識以及可持續發展的理念。

5.2 激發展品活力

本項目為彌補展品位置偏僻、缺乏互動性、展品介紹不適宜低年齡段學生理解等問題，通過展品探究、實驗分析、動手制作等多樣化的活動形式來引起學生的興趣，融入STEAM教學理念，綜合工程、技術、藝術、數學、科學多學科的應用，使學生對知識的理解更加便捷，加深了知識的印象。

5.3 技能培養

學生在探究實驗中學會了萬用表的使用、功率計算等多個技能;通過實驗，使用控制變量法了解到影響風力發電的因素;根據實驗結果，制作風力發電機，將理論與實際結合，培養學生的創新意識以及動手能力和對結果的分析能力，判斷是否存在無效數據。

【參考文獻】

[1]張祖興.淺談STEM理念對科技館的科學教育帶來的影響[J].現代信息科技，2019，3（06）：183-184+187.

[2]譚茗元.STEM教育理念下科技館館校課程的開發與設計[J].科技風，2018（10）：9.