基于核心概念设计科技博物馆科学教育活动

李秀菊

展陈与教育

基于核心概念设计科技博物馆科学教育活动

李秀菊①

科技博物馆的科学教育活动是提升青少年对科学的理解的重要途径之一。基于核心概念设计科技博物馆科学教育活动有利于保证活动的科学性和良好的逻辑体系。本文以加拿大温哥华海事博物馆的“气候变暖”活动的设计为例，详细解释了基于核心概念设计科学教育活动的设计原则与方法，并给出了相关建议。

科技博物馆；科学教育活动；核心概念

一、科技博物馆科学教育活动的定义与特征

美国学习改革委员会在1994年的“为个体学习而设的公共机构”国际学术会议上，首次将“场馆”(museum)界定为“各种与科学、历史、艺术等教育有关的公共机构，如自然博物馆、科学中心、天文馆、历史博物馆、美术馆、动物园、植物园、水族馆等”。[1]科技博物馆(science＆technology museum)不仅包括科学中心(science center，中国称为“科技馆”)、天文馆、自然博物馆等在内的具有封闭结构的场所，也包括动物园、植物园等在内的与科学教育相关的露天场所。[2]科技博物馆的科学教育活动是指以科学为内核的教育活动。这种科学教育活动与一般的学校科学教育活动不同，这是基于真实情境或者实物展品，强调科学探究和互动，并且产生多元学习效果的活动。这种科学教育活动又与一般的博物馆教育活动不同，它更强调科学内核，活动目标更重视让学习者体验科学探究、理解科学本质和核心概念。

科技博物馆是典型的非正式科学学习的场所(sciencelearningininformal environments)。非正式环境下的科学学习的典型特点是:学习者是积极主动的、探索性的、兴趣引导的、自愿的、个性化的和开放的。[3]在实际教学中，学校开展的多数科学教育只局限在知识传授和简单的科学概念的学习上，但是在科技博物馆等场所中，可以开展更多探索性的活动，可以帮助学习者特别是低年级的学习者更好地理解科学探索的过程。

二、理解核心概念

随着科学技术的飞速发展，各类科技信息大量积累，如何选择和教授“少而精”的核心概念(core ideas)是科学教育领域中的一个研究热点。核心概念居于学科知识的中心，是具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的概念性知识、原理、规律或方法。对于核心概念，也有学者称其为“概念聚合器”，认为核心概念聚合着学科的一般概念，且这种聚合不是简单的叠加，而是一种规律性的、具有迁移应用价值的认识。[4]

赫德(Hurd)提出7条标准用于确定什么样的概念成为核心概念:(1)展现了当代科学的主要观点和思维结构；(2)足以能够组织和解释大量的现象和数据；(3)包含了大量的逻辑内容，有足够的空间用于解释、概括、推论等；(4)在教学中可以用于各类情境下的案例，并可用于日常生活中常见的情况和环境；(5)可以提供许多机会，用以发展与本学科特色相关的认知技能和逻辑思维能力；(6)可以用于组建更高阶的概念，而且可望与其他学科的概念结构建立联系；(7)表达了科学在人类智力成果中所占有的地位。[5]

美国《K－12科学教育框架:实践、跨学科概念和核心概念》中提出学科核心概念的筛选标准为:(1)在多个学科或工程学科中意义显著，或是组织某个学科的关键概念；(2)为理解或研究某些复杂想法和解决问题提供了关键工具；(3)能与学生的兴趣和生活经历相关联，或能与社会及个人关注焦点所需要的科学技术知识相关联；(4)可在多个年级段教学，随着年级段递增，可逐步复杂，逐渐深入。[6]基于上述选择标准，美国《新一代科学教育标准》中提出各个领域的学科核心概念。例如，地球与空间科学领域中，第一个核心概念(ESS1)“地球在宇宙中的地位”，这个概念包括了宇宙的整体结构、宇宙的组成、宇宙的历史、太阳系运行过程与需要的力、地球的行星史。能够看出，这样的学科核心概念不是简单的科学事实，这些概念可以帮助学习者解释自然界，是具有强大解释力的概念。

除了学科核心概念，《K－12科学教育框架:实践、跨学科概念和核心概念》中提出的跨学科概念也应该属于核心概念范畴，跨学科概念能够帮助学生将不同科学领域中相互关联的知识组织成连贯的、条理清晰的基于科学对客观世界的认知。这些概念是横跨学科领域的概念，可以说，对于每个学科领域都重要。跨学科概念包括:模式，原因与结果，尺度、比例和数量，系统和系统模型，能量与物质，结构与功能，稳定性与变化。

总的来说，核心概念是学科的主干知识，是学生最应该掌握的内容。科技博物馆的科学教育活动由于是开放的，没有教材等可以遵循，经常看到有的科学教育活动是“大拼盘”，或者设计的活动是简单的小实验，甚至还有手工制作，连科学内容都没有。如能够基于核心概念设计科学教育活动，可以很好地避免上述问题。

三、基于核心概念设计场馆科学教育活动

(一)案例

温哥华海事博物馆坐落于凡尼尔公园内，成立于1959年，侧重于展示温哥华的航海历史，为加拿大最重要的海事博物馆之一。50多年来，这个博物馆一直是公众了解加拿大太平洋地区与海事相关的历史、文化、艺术和工业的博物馆。

温哥华海事博物馆的藏品达到170000多件，包括约35000件手工制品、约20000本书籍、262幅原创油画以及约114000张照片。馆内最主要的展品是一艘名为圣洛克(St. Roch)的战舰，它是历史上加拿大皇家骑警探索北极的船只。圣洛克战舰里模拟了当时的情境，参观者可以进入其中参观船员当时的卧室以及娱乐空间等等。但是，如果仅仅是参观浏览这个战舰，参观很快就会结束。博物馆的教育工作者基于这个展品围绕核心概念设计的科学教育活动极大地提高了参观者的兴趣。

这个教育活动的主题是“气候变暖”。设计者围绕气候变暖的主题设计了一系列的问题，在引导中小学生回答这个问题的时候采取了激发讨论和角色扮演的方式。在这个活动主题中，核心概念就是:气候变暖。首先在活动设计之初，要对核心概念进行解构。这个活动的核心概念是气候变暖，因此要对气候变暖进行解构。气候变暖可以初步解构为四个方面:气候变暖的内涵，气候变暖对动植物的影响，气候变暖对人类的影响，气候变暖对社会的影响。围绕这四个方面，设计了“问题串”，并开展了相应的活动。

导入问题:全球气候变暖，给北冰洋带来了什么影响?

深入问题:全球气候变暖后，给北极熊带来什么影响?

进阶问题:全球气候变暖后，给加拿大北部的因纽特人会带来什么影响?给加拿大北部的航运带来什么影响?

在回答导入问题的时候，博物馆的教育人员引导参观者一起讨论，大家可以各自发表自己的意见。问题刚一提出，很多学生就很乐意回答，有的答案是对的，有的答案不那么确切，但是教育人员都积极地鼓励学生回答问题，多提出自己的想法。在大家都提出自己的想法之后，教育人员用幻灯片的方式，给出一些气候变暖对北冰洋影响的资料，这些资料全部来自专业的科研机构或者期刊文章，在资料的下方给出了数据来源。大家看到了这些数据之后，对气候变暖给北冰洋带来的影响有了更加明确的认识。

接下来，教育人员会提出第二个问题:气候变暖给北极熊带来什么影响呢?大家又陷入了思考。教育人员又用幻灯片的方式给出了一些基本资料。气候变暖后，北冰洋的冰融化得更多了，没有大块的冰，怀孕的北极熊无法挖洞，无法产仔。因此，气候变暖对北极熊的繁殖会产生很大的影响。接着，为了让大家体会到这一点，教育人员邀请几个学生参与一个活动。教育人员用绳子围成多个圆圈，学生扮演北极熊，当圈很多的时候，大家可以轻松地跳来跳去，找到一个可以挖洞的冰，随着教育人员不断地减少绳子，圆圈越来越少，大家能跳的地方也就越来越少，于是竞争激烈起来。随着圆圈的不断减少，北极熊的生存环境不断恶化，最终没有地方可以繁殖产仔。学生都跳得满头大汗。

最后，教育人员会根据学生的情绪和年龄段，抛出第三个问题:全球气候变暖后，给加拿大北部的因纽特人会带来什么影响?给加拿大北部的航运带来什么影响?教育人员引导大家进行讨论，并且邀请学生对这个问题进行深入的分析，写成论文，参加博物馆举办的论文研讨活动。

案例点评与分析:这是一个博物馆学习的典型案例。博物馆是一个真实的情境，具有很强的互动性，中小学生在其中可以进行主动式学习。温哥华海事博物馆是一个相对来说互动性不够强的博物馆，但是博物馆的教育人员基于气候变暖这个核心概念按照问题串的方式设计的活动让整个博物馆充满活力，并且非常受学生的欢迎。

由于是海事博物馆，博物馆工作人员还设计了与海事有关的话题，就是讨论全球变暖之后对因纽特人的生活有哪些影响?对加拿大海运有哪些影响?这些问题由于可以讨论得很深入，也需要很多材料和数据，因此教育人员并没有让大家在博物馆完成讨论，而是让学生回去讨论，并且撰写论文，参与博物馆的论文赛。博物馆学习是一种在设计好的环境下进行的科学学习，时间和学习内容都比较自由，但是缺点是学习是暂时的。因此，为了吸引参观者能够持续学习，博物馆多采用评价和回访等方式促进参观者持续学习。而海事博物馆的工作人员请学生就讨论的问题写成论文，不但能够促进参观者的持续学习，而且在撰写论文的过程中，学生可以自己查找资料，提供证据，提出观点，这极大地促进了这些学生科学素养的发展。温哥华海事博物馆并不是一个很大型的博物馆，也没有很多声光电的配合，总的感觉比较单调。但是博物馆的教育人员对于科学课程和科学教育有很深刻的认识，围绕博物馆的馆藏和热门话题设计了很多有意义的活动，受到广大中小学生的欢迎。在这个案例中，整个活动围绕着一个“问题串”展开，活动安排紧密，能够在调动好学生兴趣的同时让大家积极地参与其中，是一个很好的博物馆科学学习的案例。

(二)基于核心概念设计博物馆科学教育活动的建议

基于核心概念设计教育活动，能够让学生在活动中建立起对科学概念的整体认识，避免学习碎片化的知识。当然，有一点是不可否认的，基于核心概念设计教育活动，需要设计者本人对于该概念有比较深入的理解。在此基础上，希望设计者能够从以下几个方面多做考虑:

第一，充分考虑教育活动对象的年龄段。很多活动在设计时，都简单地写活动对象是青少年，或者小学高年级学生、初中低年级学生。不同年龄阶段青少年的认知水平不同，问题的设计也不同。因此，基于核心概念的科学教育活动的设计，首先要考虑活动的对象。例如，在气候变暖这个核心概念中，如果是小学低年级学生，解构时可以分为气候变暖的内涵、气候变暖对动植物的影响，不需要再继续解构了。在活动完成的过程中，只开展到北极熊游戏就足够了。但是如果是初中生，那可以让他们完成所有的活动，包括论文的撰写等活动。

第二，多训练设计“问题串”的能力。“问题串”是整个教育活动的逻辑链条，因此“问题串”的质量成为活动设计的关键点之一。“问题串”包括引入问题、深入问题和实质问题。问题设计由浅入深，不同问题之间的逻辑关系可以递进也可以并列。引入问题是为了吸引活动对象的注意力，引起他们的兴趣。深入问题是为了引入需要学习的内容，实质问题是活动对象必须要掌握的内容。

第三，积极学习和理解核心概念。设计者对概念的理解直接决定了科学教育活动设计的质量。设计者需要加强对于核心概念的理解以及概念转变理论的学习，以期不断提高科学教育活动的设计水平。

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

[2]宋娴，刘哲.西方科学场馆的教育理念及实证研究综述[J].外国中小学教育，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]胡玉华.对生物学核心概念及其内涵的研究[J].生物学通报，2011，46(10):33－36.

[5]张颖之，刘恩山.核心概念在理科教学中的地位和作用——从记忆事实向理解概念的转变[J].教育学报，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.

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①李秀菊，中国科普研究所副研究员，博士；研究方向:非正规科学教育，青少年科学素质测评与培养；通讯地址:北京市学院南路86号；邮编:100081；Email:littleju＠126.com。