培養學生科學思維的館校結合教育活動實踐

趙懷瑞 唐懷琴

課程概述

系列課程針對小學4年級學生，以火車脫軌為主題，綜合利用本基地機車車輛展區的線路戰區、軌道車等互動展品展項，以“審辯式思維”“基于實物的學習”“做中學”為教學理念，開展基于問題的科學探究式學習。通過展覽參觀、互動體驗、實踐探真、設計制作相結合的形式，激發青少年的科學興趣，培養思辨精神和實踐能力。

教學目標

科學知識通過對列車脫軌案例分析，了解圓周運動、向心力的基本概念，初步形成“力作用于物體，可以改變物體的運動狀態”的概念。

科學探究了解并體驗科學探索的一般過程：發現問題—作出假設—設計實驗—進行實驗驗證—數據分析與結果解釋—表達交流。

科學態度保持對科學現象的好奇心和求知欲，不斷提高對科學的興趣;養成善于觀察生活并用科學知識解釋生活現象的習慣;學會尊重他人，能分工協作，分享彼此的想法。

科學、技術、社會與環境了解科學技術對人類生活方式的影響。

教學過程

第一階段：異國兇案

通過國際求助情景劇的方式引入列車脫軌事故案情，采用設問激發學生的求知欲和好奇心。在此基礎上，采用小組討論的方式，引導學生討論破案技術流程并進行總結。

學情分析：學生對于工業裝備的應用有一定了解，但對于事故及其危害認識不足，需要教師借助案例進行介紹。

第二階段：現場勘查

引導學生查看現場照片、監控錄像及乘客訪談等資料，讓他們根據事故線索提出和驗證自己的猜想，在不斷的猜測與驗證的過程中提升邏輯思維能力，培養嚴謹的科學精神。

學情分析：學生對照片對比、查看監控視頻及乘客訪談方式了解線索有一定了解，但不清楚列車運行控制記錄裝置，需要教師適當引導，拓展知識層面。

第三階段：案情分析——參觀體驗

帶領學生參觀機車車輛展區的火車、線路展區的軌道，引導他們重點觀察火車車輪與線路曲線的結構。在機車車輛參觀基礎上，讓學生以組為單位騎軌道自行車，觀察與感受火車過曲線（拐彎）的過程。

教學分析：大部分學生對鐵路的了解可能僅停留在坐車層面，但對火車和線路結構比較陌生。因為缺少直觀感受，學生對線路的興趣可能不大。

第四階段：案情分析——實驗驗證

在參觀體驗的基礎上，學生利用提供的材料，在教師指導下搭建驗證模型。通過科學實驗、比較觀察和討論交流等環節，學生自主驗證前期的推測，對案情進行總結與結案。指導教師從科學性、美觀性及可操作性等多方面評分，選出優秀設計作品。

教學分析：經過前3個階段的學習，學生對火車、線路及過曲線有了全面的認知，渴望進一步驗證自己的猜測。點評環節以鼓勵為主、糾正指導為輔。

第五階段：警世醒言

通過引入日常生活中騎行摔倒和汽車側翻的事故，讓學生進行知識遷移，了解所學知識在生活中的實際應用，對人們安全出行給出相關建議。

第六階段：分享交流及總結回顧

在前面活動基礎上，學生以組為單位進行結案陳述，指導教師進行點評。

教學分析：點評環節以鼓勵為主、糾正指導為輔，教師鼓勵學生將課程中所學到的知識延伸至生活中解決更多的實際問題。

活動特色

??以展品實物幫助學生了解結構與功能之間的關系，有效彌補了館內展覽詮釋和學校教學資源不足。

??依托機車車輛和線路展區特色展項資源，通過軌道自行車騎行和動手實驗，引導學生通過基于實物的體驗和基于實踐的探究實現直接經驗的認知。

??基于STEAM教育理念，采用5E法教學模式，以情境學習、多感官學習及探究式學習等教學方法幫助學生親身經歷科學研究的一般過程，提高學生的邏輯思維能力，培養學生的質疑精神。

??課程內容與中小學物質科學密切相關，在學生已有理論基礎之上拓展思維容量，綜合運用操作體驗、動手實驗、觀察記錄和小組討論等多種活動形式，激發學生參與積極性。

實施情況

系列課程于2018年設計完成，先后開展了5期，共招募了160人。2020年，系列課程子課程“火車自導向探秘”接待團隊3次，合計78人次。活動對象涵蓋了小學生、中學生及大學生。

效果評估

運用行為觀察法能看出當輔導教師穿著柯南服裝出場時，學生臉上普遍露出驚呆了的表情;提出的引導問題（如作為警察，我們接到求助報案后應該怎么辦呢？）也能使學生的注意力和興趣明顯提升，說明情景劇的教學形式能激起學生濃厚的興趣。

同時，通過問卷調查法了解到，相較于活動前，90%以上的學生在活動后對火車、力及物體運動有了更深的認識。對學校教師進行抽樣問卷及訪談結果表明，他們普遍認為：課程內容新穎，有助于培養學生分析問題的思維;5E教學模式能有效地激發學生的學習興趣，帶動課堂氣氛;學生在學到許多科學知識的同時還鍛煉了自己的邏輯思維和動手能力。

總結與思考

“高鐵科學神探培養之西班牙列車脫軌案”系列課程是一次5E+深度學習新時代下科學思維教育的全新實踐。通過課程學習，讓學生運用所學知識技能解決本學科中的具體問題，尤其是解決日常生活中常見的各種實際問題。

在教學過程中，通過“觀察—假說—實驗—評估”培養學生科學思維的發展。每個階段都引導學生進行線索分析，猜測發生了什么，并不斷進行驗證與再猜測。這不僅培養學生的科學思維，也能提高學生觀察與分析問題的能力，為學生的長遠發展奠定基礎。

對于普通活動而言，每個階段活動的順利實施依賴于學生原有的知識儲備和對相關知識之間的理解，需要課程整合相應跨學科的學習內容。本次活動以科學思維培養為落腳點，在整合相應學科內容基礎上，更應該理清各項活動間的內在邏輯，以更有利于學生科學思維的發展。