“小小火车站建筑师”教育活动的设计与思考

左什

摘 要 “小小火车站建筑师”教育活动是中国铁道博物馆基于STEM理念开发的低龄儿童科学教育课程。活动通过结合展品资源，引导学生主动开展探究，亲身动手实践，从而使学生构建起对多学科知识的综合认识，提升其解决实际问题的能力，为未来学习奠定基础。

关键词 科技博物馆 儿童STEM教育 教育活动

0 引言

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）的简称，强调以学生为中心，现实多学科的集成与融合[1]，使学生构建起对多学科知识的综合认识和理解，达到提升解决现实问题能力的效果。从STEM教育的覆盖面上看，从幼儿园到大学的各年龄段学生均可以接受STEM教育，但目前针对低龄儿童（学龄前及小学低年级）开展的STEM教育课程相对较少且比较薄弱。博物馆作为开展STEM教育的重要场所，应当对基于低龄儿童特点设计和开展的STEM教育课程给予更多重视。为此，中国铁道博物馆设计了“小小火车站建筑师”教育活动，作为对基于STEM理念设计与实施博物馆教育活动的一次探索。

1 设计思路

基于博物馆展品开展STEM教育需要具备一定的前提条件，课程必须有立足点，即展品要具备STEM特点，能够体现多学科的“综合性”，还要兼具“实践性”，学生能够通过探究和自主体验，构建知识体系[2]。因此，活动构思的关键是选择合适的展品并以此为基础开展设计。而且，由于活动针对低龄儿童开展，所以活动的目的不是为了展现学科知识多深、多难，在内容上要注重难度适当、通俗易懂，便于学生从中理解最基本的知识和原理。根据上述原则，本次活动选择以展品“车站模型”作为切入点进行设计。

中国铁道博物馆正阳门展馆有6件“车站模型”展品，展示了来自不同地区、结构各异的现代化车站建筑。火车站是与人们出行息息相关的场所，低龄儿童对它也并不陌生，比较容易理解。作为建筑，车站在设计中既涉及科学问题又涵盖众多工程和技术因素，这与STEM理念有较强的对应关系。另外，这一展品比较容易实现衍生设计和制作，有利于体现STEM教育的综合性，学生可以通过自主设计和制作提升動手能力，培养开展科学探究的兴趣，增强解决现实问题的能力。因此，活动以“小小火车站建筑师”为主题，以展品“车站模型”为背景，再结合操作、实验、小游戏、绘画等多种方式，引导儿童模拟火车站建筑师的职业情境，最终形成具备STEM基本特征并针对低龄儿童设计的教育活动。

2 策划实施

2.1 活动准备

（1）活动对象

“小小火车站建筑师”教育活动主要针对5～7岁的儿童开展（具体情况可根据儿童年龄调整），活动人数控制在15人以内。这一年龄段的儿童已经具备了一定的认知、理解和沟通能力，可以通过学习形成对知识的基本认识。同时，考虑到这一年龄段学生的书写能力相对较弱，所以活动基本采用问答、互动、游戏等简单易行的方式进行。

（2）活动环境

活动环境共分两个区域，分别为观察区和活动区。观察区即展品展示区域，学生可以在该区域根据课程要求充分观察展品。活动区则是独立设置的区域，活动前预先在该区域准备好课程所需的道具、座椅、电子设备等设施器材。学生在观察区完成观察后，到活动区进行学习。

（3）活动道具

活动采用价格低廉、操作简单、安全性高的材料，如小木板、塑料板、砝码、纸、乐高积木、彩笔、尺子等。

2.2 活动开展

（1）创设情境，引入主题

活动从创设问题情境开始，召集活动对象后，博物馆辅导员首先提出问题：“去哪能坐火车？火车站都是一样的吗？有什么区别？”提问的目的是吸引学生注意力并引导学生进行思考和回答，进而引出活动主题——“火车站”。通过提问，将学生引入到教学情境之中，并引起下一阶段的验证。

引入主题后，辅导员引导学生自主观察展线上的六座车站，让小朋友们总结出他们观察到的火车站有什么共同点和不同点，使学生主动观察火车站的外观、结构，并验证自己的回答。

（2）构建知识，主动思考

在学生形成了对火车站构造的初步印象后，辅导员将学生带领至活动区，进入知识构建环节。

知识构建第一阶段，首先请同学们说出刚才观察到的结果并说出他们认为火车站应该由哪些结构组成。回答完毕后，教师进行总结，提炼并补充同学们的答案，告知学生火车站应当由站台、进站厅（候车室）、出站厅、停车场、换乘空间等组成。随后，为了使学生二次加深印象，为接下来的深入学习做好铺垫，辅导员会引导学生进行简单的拼图游戏，使学生再次明确所学内容。

知识构建第二阶段的主要目的是引导学生通过自主思考，形成对火车站建筑结构问题的判断，并在接下来的学习过程中，检验自己的判断是否正确。如表1所示，这一阶段中，学生要经历三次由提问到回答的过程。问题由教师提出，学生进行自主思考和回答，再由教师提炼总结。

在进行了三次提问及回答后，学生应当已经能够联想到对于建筑结构至关重要的安全问题。如表2所示，接下来的第三阶段要通过三个简单的实验和小游戏，让学生亲自验证自己的猜想，形成对第二阶段学习成果的反馈，使学生通过自主探究，解释实验现象并理解科学知识。

通过第一个小实验，学生们会发现由于材料不同，小桌子的强度会受到影响，这使学生们认识到在设计建筑结构时要注重材料的选取。采取不适当的材料，可能会对建筑安全造成威胁。第二个小游戏中，学生们会发现，踮起脚尖站立的小朋友明显没有扎马步半蹲的小朋友站得稳。辅导员由此引导学生理解重心的高低会影响结构的稳定性。第三个小游戏中，让孩子们自主尝试并展示自己通过什么方法让纸立了起来。这一过程鼓励学生大胆想象，主动表达见解，从而引导学生理解支撑面的大小对结构稳定性的影响。

经过了知识构建环节，通过自主参与和探索，同学们已经对部分科学与工程、技术知识建立了一定的认识。

（3）贴近现实，解决问题

活动的最终目的是要使学生建立对STEM各领域的综合理解并提升解决实际问题的能力，所以活动的最后阶段要回归到解释与评价上。

这一阶段共设置两个环节。第一步为制作环节，要求学生通过小组合作，设计并搭建一座火车站。学生先在纸上画出设计图，再在限定区域内用乐高积木搭建火车站。目的是引导小朋友们注意考虑影响建筑结构稳定性和强度的因素，并在此基础上自由发挥想象，为车站设计不同的外观造型，提升想象力和创造力。在搭建中，学生需要利用手、尺子等工具进行测量，考虑需要利用多少块积木才能成功搭建，从而引导学生理解形状与空间的关系，形成对数量关系的简单认识。第二步是评价和交流环节，每组分别展示作品，介紹自己的设计理念，在设计时考虑了哪些工程问题，注意了哪些需要遵循的技术因素。

经历过活动的全程后，学生们从最初对某个展品的表面认识上升到了对展品背后科学原理、科学方法与科学思想的综合认识，这不仅指学生对STEM各领域形成了初步概念，还包括学生在主动参与和探究中锻炼了思维能力，培养了合作意识，增强了表达能力以及在贴近现实的情境中提升了解决实际问题的能力。

3 特点与亮点

活动通过多次引入问题，使儿童分别产生对火车站构造、怎样设计车站及影响结构稳定性、强度的因素等问题的思考。

在“引入主题”阶段，学生通过自主观察和拼图游戏进行了初步探索，获得了对“工程”领域结构设计问题的认识。

在“构建知识”阶段，通过三次提问及回答，儿童反复进行自主思考，再次加深了对工程和技术问题的理解。学生还通过实验及小游戏明确了相应的科学原理。这一阶段实现了STEM教育要求的科学、技术、工程领域的综合运用。

在“解决问题”阶段，通过设计和搭建火车站模型，儿童尝试进行测量和计算，建立了对部分数学概念的认识，并形成了对工程设计的再次理解。活动最终通过动手操作，使学生在潜移默化中运用所学知识，并将科学、技术、工程、数学及其他学科内容联系起来。这既体现了STEM教育要求的各领域的“综合”，又实现了以“实践”和“探究”为基础进行科学教育。

通过活动，儿童在引发问题、思考问题、观察展品、开展实验、构建解释中反复经历了由问题到判断，由判断到验证，再由验证到实施的过程。大部分的核心知识点是由学生自主探究得来的，这使他们获取了难得的“直接经验”[3]，直观地构建和深化了学科基础知识。在自主探究中，儿童初步建立了对物质科学、工程设计等“学科核心概念”的理解，尽管这种理解是比较浅层次的，但对于低龄儿童来说，足以使他们构建对科学、数学、工程、技术等方面的初步认识。活动设计的交流、合作、展示环节，是对STEM理念的进一步延伸和拓展。活动没有过多的限制，也没有好坏之分，这体现了STEM教育的多样性和开放性。[4]最终的目的是让学生锻炼思维，增强创新能力和合作意识，提升综合能力。

4 总结与思考

“小小火车站建筑师”教育活动是中国铁道博物馆基于STEM理念指导下对低龄儿童科学教育活动设计的初步尝试，但距离对STEM理念的熟练运用和实践仍然任重而道远。对于博物馆而言，如何更好地促进展品资源与游戏式探究的充分结合，为低龄儿童营造更好的学习环境和学习机会，如何设计出更多有针对性的STEM教育课程，还有赖于未来更加深入细致地研究和探索。

参考文献

[1]叶兆宁，周建中，杨元魁.围绕“大概念”设计STEM课程[J].人民教育，2018（7）：59-63.

[2]郑巍，黄慧，孙琪琳.STEM教育在科技馆教育活动中的实现方式——以上海科技馆羊年生肖展为例[C].长沙：全球科学教育改革背景下的馆校结合——第七届馆校结合科学教育研讨会，2015.

[3]朱幼文.基于科学与工程实践的跨学科探究式学习——科技馆STEM教育相关重要概念的探讨[J].自然科学博物馆研究，2017（1）：5-14.

[4]叶兆宁，郝瑞辉，王蓓.非正规教育环境下青少年STEM教育活动的设计与实践研究[J].自然科学博物馆研究，2016（1）：43-48.