运用5E学习环等教学法设计科技馆教育活动的实践探索——“星空探秘”活动策划

谢俊翔 许 艳

运用5E学习环等教学法设计科技馆教育活动的实践探索
——“星空探秘”活动策划

谢俊翔 许 艳①

面对科技馆教育活动设计中存在的困惑“如何设计出有效的活动方案”，阐述了运用现代教学法进行科技馆教育活动设计的可行性和必要性。并且结合实践，以建构主义教育理论为基础，综合运用5E教学模式和多种现代教学方法，面向中小学天文爱好者设计开发了“星空探秘”活动。该活动旨在通过寓教于乐的方式向参与者普及天文科普知识，培养学生动手、观察能力、团队协作意识、探究开创精神以及利用工具解决问题的能力。

科技馆；教育活动设计；建构主义教育理论；5E教学模式

当前科技馆事业正蓬勃发展，公众对科学的理解和需求也日新月异。为了顺应这种形势，科技馆的教育方式不能再仅仅局限于展览展品，更需要以展品为原点，通过科学教育活动的设计和开发将科学知识、科学方法、科学精神和态度更广泛地传播。但是由于缺乏经典的科学教育活动范例参照，在具体设计开发过程中不免会产生一些困惑和茫然，往往设计出来的教育活动带有一定的盲目性，缺乏针对性，没能达到预期的教学效果。业界同行们经常提出这样的问题:“这样的设计方案有效吗?”“如何才能让我们的设计更有效?”“有没有可以效仿的教学方法?”为此，笔者结合多年开展活动的经验，对如何运用现代教学法进行科技馆教育活动设计进行总结分析。

一、诞生于正规教育的现代教育理论与教学法同样适用于科技馆的非正规教育

20世纪以来，人们认识到教育不仅是技术，还是科学。教育学借鉴心理学、认知科学、行为科学的研究成果，形成了建构主义教育理论、“5E学习环”教学模式和情境教学法、支架教学法、探究学习法等现代教学方法。虽然这些理论和教学法原本主要是针对学校正规教育的，但笔者认为:科技馆的非正规教育完全可以借鉴和引进上述教学法，改进并提升我们的教育活动设计水平。理由如下:

(一)从教育方式来说，建构主义理论及现代教学法更适合科技馆教育

建构主义教育理论认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境，借助他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。[1]因此“以学生为中心” “情境”“协作”是其三大特点。而科技馆教育活动以参与、互动、体验的形式对观众开放，鼓励观众自己动手、观察、探究，展品和活动都有具体的场景，学习的氛围是舒适的、自由的，同时还有科技辅导员随时提供帮助。因此，自主性、灵活性较强的科技馆教育方式截然不同于学校强制、机械、束缚的教育方式，而且这种开放式的学习环境恰恰与建构主义理论相吻合。

(二)从价值取向来说，科技馆选择建构主义理论及现代教学法具有必然性

科技馆作为非正规教育，是对学校教育的重要补充。正如清华大学科学技术与社会研究所刘兵教授指出，非正规教育旨在公众掌握科学知识的基础上，强调科学方法、科学精神以及对文化的理解等等。[2]因此，在科技馆的价值取向上，就要树立这样的观点:科学思维的启迪和科学精神的培育，远比具体科学原理的演示和科学知识的传授更加重要。

传统的课堂填鸭式教育形式，教师灌输知识，学生被动机械地接受知识，虽然能够短时间内提高学习知识的数量，但是严重束缚了学生学习的主观能动性以及运用知识的能力。而建构主义理论则强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构，启迪学生的科学思维，培养出具有科学创新精神和实践能力的人才。由此可见，相比于传统教学方法，建构主义理论及现代教学法具有选择的必然性。

“5E”教学模式是由美国生物科学课程研究所(BSCS，1989)开发的一种基于建构主义教学理论的模式，这一模式强调的是以学生为中心，通过运用调查和探究的方法解决问题；强调通过小组合作学习促进学生对科学概念的理解和知识的建构。[3]“5E”教学模式分为5个学习阶段:吸引(Engagement)、探究(Exploration)、解释(Explanation)、迁 移(Elaboration)评价(Evaluation)。本文中的案例即是参照这一教学模式设计了教学过程。

二、应用“5E学习环”教育模式设计“星空探秘”活动的实践探索

(一)设计背景

江苏科技馆科技智慧展厅的问天剧场，是本馆自主研发的新展项，该展项是一部配有天文道具模型，加上灯光、音响等舞台效果的专业影片，讲述的是两个孩子与中国古代科学家郭守敬、美国近代科学家哈勃以及航天英雄杨利伟之间展开一场对话，从中不仅展示古今天文和航空航天科技的发展，更融入了不少的天文学知识。通常观看过影片的观众，都有意犹未尽的感觉，并对天文产生了深厚的兴趣。然而南京的中小学教育在天文方面却涉猎有限，但是随着我国神十、嫦娥三号的相继升空，未来的太空时代即将到来，人们的视角开始转向太空，迫切地想要了解宇宙、天文的相关知识。同时，在南京不仅有紫金山天文台，南京大学天文系这样的天文专业机构，还活跃着诸如巡星会这样的业余协会，都是我们开展天文科普活动的有力支撑。

基于此，科技馆工作人员从问天剧场延伸开发此活动，满足青少年学习天文知识的需求。

(二)活动目标与对象

“星空探秘”活动共有四个环节组成，目标是引导活动参与者能够了解太阳系八大行星大小和位置关系、四季星空中各星座的相对位置以及变化规律、学会使用天文望远镜、并且能够利用它观测天体。活动的第一、二、三环节需要提前报名，活动设计对象是南京中小学天文爱好者，第四环节天文观测面向普通公众。

(三)实施流程

1.吸引(Engagement)——第一环节:现场天文沙龙

吸引是要让学生对学习任务产生兴趣，激发学生主动探究，强调通过创设情境来激发学生的学习兴趣。鉴于此，设计了第一环节:

带领参与的青少年天文爱好者至问天剧场观看演示，演示结束后，就展品演示内容开展“我来说天文”的现场互动沙龙。记录每一名参与者的发言，分析参与个体对天文知识的已知部分，了解他们未知和感兴趣的部分，并作为完善和调整后面三个环节活动设计的参考，巩固观众现有天文知识的同时，通过参与活动后构建新的天文知识体系。此环节结束后，以承接词:“茫茫宇宙，奥妙无穷，下面就开始我们的太空之旅吧!”进入第二环节“模拟太空之旅”。

设计意图:借鉴情境教学法，在活动的开始，引入必要的情境，引起参与者情感上的共鸣。在这里，通过视频演示、老师的提问(问题)、互动沙龙中同学们的发言(同伴的感染、共同的关注焦点)和即将面临的太空之旅(任务)等方式共同创设形成特定的情境，激发学生兴趣、诱发思维、使学生进入积极学习状态。情境教学法指出在教学过程中引起学生积极的、健康的情感体验，将直接提高学生对学习的积极性，使学习活动成为学生主动进行的、快乐的事情。情感对认知活动的增力效能，可以解决小学生中普遍存在的学习动力不足的问题。同时也可以深度挖掘展品的潜在价值，为后续三个环节活动开展做好铺垫。

2.探究(Exploration)和解释(Explanation)——第二环节:模拟太空之旅；第三环节:穿越四季星空

“探究”是5E教学模式的中心环节。教师可以根据上一环节产生的认知冲突，引导学生进行探究。在探究的过程中，学生是主体，教师的作用是引导和帮助。“解释”是5E教学模式的关键环节，教师应注意鼓励和提醒学生根据已有的知识经验和前面进行探究的过程和结果进行分析、推理。据此，设计第二、三环节:

(1)第二环节:模拟太空之旅

地点:科普教室

引导词:“太空之旅的第一站，你想去哪里。”

让参与者自由回答，并共同讨论提出实现设想的理由。

知识构建点:恒星、行星、卫星的区别。

①话说围绕太阳的“追随者”?

知识构建点:太阳系里有太阳、八大行星、小行星、卫星、流星、彗星等。

②太阳系八大行星“再现”——分组制作太阳系八大行星模型。

道具:气球、橡皮泥、绳子、尺子。(各组上网自行搜寻数据，制作模型)

要求:用气球、橡皮泥代替太阳和八大行星，要比较准确地反映各行星大小和位置关系。

③知识构建点:通过动手体验，强化和认识太阳系八大行星大小和位置关系。

设计意图:在此借鉴了支架式教学法，它是基于建构主义学习理论的一种以学习者为中心，以培养学生的问题解决能力和自主学习能力为目标的教学法。在本环节中从学习者已有的知识经验出发，把他们原有的知识经验作为新知识的生长点，逐层深入，一步一步地为学生的学习提供适当的、小步调的线索或提示(支架)，让学生通过这些支架一步一步地攀升，逐渐发现和解决学习中的问题，掌握所要学习的知识，提高问题解决能力，构建出新的知识架构。

④在各组学生做好各自模型后，提出“能否找出行星间相对位置的规律”，开展讨论，然后导入简便确定行星间相对位置方法的提丢斯—波德定则，并展开检验活动。

a取出绳子在距顶部4厘米处打一结，顶部处为太阳位置，结处为水星位置；

b距水星位置3厘米处打第二结，为金星位置；

c在金星位置处对折，在与第一结平齐的绳端打第三结，为地球位置；

d与c相似，在地球位置处对折，在与第一结平齐的绳端打第四结，为火星位置；

e给出提丢斯—波德定则公式r＝0.4＋0.3×2n(n取—∞、0、1……，单位为1天文单位)，并讲述1781年赫歇耳发现的天王星,就差不多恰好处在定则所预言的轨道上。

提问:在r＝2.8(n＝3)时，为什么没有对应的行星?(让学生自由假设，上互联网查询验证答案，得出那里是一个小行星带的结论)

设计意图:该环节以探究式教学法为指导，基本程序是:问题—假设—推理—验证—总结提高。它强调学生的主体作用，促进学生发现探索的技能，培养探究问题和解决问题的能力。

将一个参与者不太知晓而恰恰是与我们活动相关的天文科学公式留给他们，启发他们根据这个公式去思考、去探究、去发现，此时适时地抛出问题，激发参与者的好奇心和对天文的探究精神。让学生发挥想象，自己作出假设，说出自己的理由，最后上网查讯验证。在探究性教学中教师一定要尊重学生的主体性，创设一个宽容民主平等的教学环境；要对那些打破常规的学生予以一定的鼓励，不要轻易地对学生说对或错；要以引导为主，切不可轻易告知学生探究的结果。

(2)第三环节:穿越四季星空

①参赛者组队:将参与学生组成四队，每队七到八人；

②场地安排:在馆前广场上画上一个大圈，由圆心等分四块，分别为春、夏、秋、冬四季星空；

③活动安排:活动当天，由每队抽签，分别进驻某个季节星空区域。开始第一关:四季星座排排座。要求选手按照事先准备好的每块白板上的星座名称，画出该星座连线图，并将这些白板按照星图的位置关系排放整齐(本关共10分，正确者得10分，错一个按比例扣分)。然后按提示，前往下一关问题所在展品处寻找问题纸条。按照这样的流程，经过十关的角逐，最先闯关的得附加分，最后将答题分和此分相加，分数最高者获胜；

④活动规则:闯关过程中，依靠团队协作，遇到难题可借助电脑查讯，绝对不允许求助团队以外的人，一经发现，按作弊处理，倒扣10分；

⑤关卡安排:包括四季星空排排座、深空天体猜猜猜、时空穿梭机、观星大作战等十个关卡；

⑥最后每一个参赛选手在纸上按照游戏场地的设置，画出四季星空图。

设计意图:考虑到经过比较正式的课堂环节后，要让孩子们放松一下。因此改变传统的课堂讲授四季星空的方式，运用任务驱动教学法，采取将答题比赛与寻宝游戏相结合的方式，使参与者在活动中既动手又动脑，劳逸结合。“任务驱动法”最根本的特点就是“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”，改变了以往“教师讲，学生听”、“以教定学”的被动教学模式，创造了“以学定教”、学生主动参与、自主协作、探索创新的新型学习模式。当学生接到任务后，会在团队中自发地担任不同的角色，来提高完成任务的效率。通过实践，发现这样的方式有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的分析问题、统筹安排的能力，提高学生自主学习及与他人协作的能力，同时当学生完成任务时，可以培养他们的自信心和成就感。

3.迁移(Elaboration)——第四环节:携手仰望星空

“迁移”是让学生扩展自己的概念，并运用前一阶段刚刚获得的科学概念，在新的环境和新的问题情境中去实践、验证、应用和巩固。简言之就是将学到的概念在实践中运用。据此我们设计了实践环节:携手仰望星空。

与巡星会、高校天文联合会、紫金山天文台等天文组织联合开展晚上的天象观测活动。观测点分别设在:本馆、紫金山天文台、江宁、浦口、栖霞五个地方，让广大的公众能享受一场丰盛的天文晚宴。该环节分为两个部分:

(1)由资深的天文爱好者现场示范讲解天文望远镜的组装、调试和使用。然后挑选若干学生现场试着动手组装，并评出优胜者给予奖励。

(2)让学生和公众一起利用天文望远镜实地观测。巩固前面学习的行星、恒星概念和知识。

设计意图:考虑到天文对于学生来说，是比较陌生的，俗话说:“说一千，道一万，不如动手做一做”。因此本环节运用“做中学”教学法，通过让学生和公众亲自动手实践来消除对天文的神秘感，满足他们的好奇心，学会将书本中枯燥的概念运用到实践中，完成知识的迁移过程。“做中学”的核心理念是把书本上的“间接经验”转化为通过“做”获得“直接经验”。不仅让学生学到具体的知识，更重要的是培养学生会运用学到的知识，强调在“动手做”中让学生建构自己的认知模型。

4.评价(Evaluation)

“评价”不是一个特定的阶段，它贯穿整个教学过程，是教师和学生用正式和非正式的方法评价学生对新知识的理解及应用能力。

在前面，不管是现场沙龙、课堂学习还是游戏活动，在下面三个方面随时对学生的表现进行评价:自主学习能力、对小组协作学习所做出的贡献、是否完成对所学知识的意义建构等。这样有助于学生理清思路，巩固知识。

其实结合展品设计开发教育活动较之学校教育更具开放性和挑战性，更需要巧妙地运用现代科学的教育理论为指导和支撑。所谓他山之石可以攻玉，也正因为科技馆教育的特殊性、灵活性，甚至可以更加充分地发挥出这些先进的教育理念的内涵，培养出具有科学探索和开创精神的新一代。

[1]韩阳.基于建构主义的多媒体英语教学浅析[J].科技资讯，2014(27):187.

[2]郭寄良，刘 懿.非正规教育视野下的科技馆教育[J].科协论坛，2009(07):43.

[3]周晨亮.小学科学“5E教学模式”初探[J].新课程·小学版，2015(01):136.

Practice and Exploration of the Educational Activities in the Science and Technology Museum by Using 5E Learning Ring and other Teaching Methods——“Star Quest”Activity Planning

Xie Junxiang Xu Yan

Facing the confusion that how to design an effective educational activities in science and technology museum，the author expounds the feasibility and necessity of using modern teaching methods to design the educational activity in science and technology museum.Based on the theory of constructivism，5E teaching mode，combined with practice，we developed“star quest”activities for amateur astronomers from primary and secondary school.The event aimed with the purpose of popularizing astronomical science knowledge to the participants through creative and fun ways，to cultivate students'skills of practice and observation，to build group consciousness，to explore with a pioneer spirit，and to solve problems by using tools.

science and technology museum，educational activity design，constructivism education theory，5E teaching mode

① 谢俊翔:江苏科技馆群众文化馆员；研究方向:馆内教育活动开发；通讯地址:南京市石头城路118号；E-mail:xjxasas＠163.com；许 艳:江苏科技馆展教部部长；研究方向:馆内教育活动开发；通讯地址:南京市石头城路118号；E-mail: 137470339＠qq.com。