科技体育探究学习课程实践与探索——以广东科学中心帆船横渡活动为例 1*

文/王建强 黄嘉健 羊荣兵 傅泽禄

0 引言

从2001年教育部基础教育课程改革起，探究学习开展了近20年时间，在各基础学科积累了丰富的实践经验。新课程改革提倡学生在教师指导下探究学习，注重培养学生的自主性和创新性，加强探究学习和培养探究能力也是各学科课程标准的重要目标。

航海模型、航空模型等科技体育活动在我国开展了60多年，在提高公众科技素质，特别是促进青少年全面发展中发挥了重要作用，也深受学生喜爱。科技体育活动强调发挥学生的动手能力和创新能力，要求学生既掌握相关的科学知识，又要综合运用观察、质疑、动手实践、创新等能力，非常适合开发探究学习课程。本文以探究学习为理论基础，着力构建航海模型等科技体育活动探究学习模式，在此模式下，开发了“帆船横渡”探究学习课程，并对课程应用效果进行了探索，取得了良好的效果。

1 探究学习与科技体育

1.1 探究学习

20 世纪80 年代，美国学者本兰达（Brenda Lansdown）在我国举办探究教学讲习班后，我国越来越多的学者开始深入研究探究学习。学者提出，探究学习是一种基本的学习方式，它与接受学习、体验式学习一起，构成人类的3种主要学习方式。

在传统的科学教育中，通常采用自下而上、演绎式的教学方法，由老师讲解科学知识，学生课堂学习后通过练习题来巩固知识点，或解决问题。这种方法以老师为中心，知识点由老师选择，学生遵循老师设定的路线学习，不利于激发学生的主观能动性。

探究学习是一种自下而上的知识建构过程，学生需要从问题或任务情境出发，通过观察、分析、实验、思考等多种形式进行探究，并在老师引导下分享、交流，完善自己的作品。这个过程类似或模拟科学家进行科学研究的过程。探究学习不仅是科学教育的主要学习方式，也是知识社会中人们获取知识的主要学习方式，我国《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020 年）》就强调要提高学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。

1.2 科技体育的探究学习

科技体育主要包括航空模型、航海模型、车辆模型、无线电等活动项目，并通常以课外活动的形式，在学校、少年宫等场所以兴趣班、竞赛形式开展。2010年，国家体育总局等单位发出《关于开展创建全国科技体育传统校试点工作的通知》后，科技体育活动开始在我国中小学校园全面开展起来。由于科技体育活动不属于学校课程，学校、学生开展科技体育活动的主要目标是参加“我爱祖国海疆”全国青少年航海模型教育竞赛、“飞向北京-飞向太空”全国青少年航空航天模型教育竞赛、全国青少年车辆模型锦标赛等科技体育竞赛，而不是开展科学探究活动。

科技体育活动考验学生的实践能力和综合能力，同时也具有挑战性和趣味性。航海模型等模型制作和竞赛需要学生全程包括设计、制作到比赛等各环节参与实践，在这个过程中，学生不仅需要掌握模型制作的知识和技巧，亲自动手制作，还需要综合运用物理、地理、数学等多学科知识，并充分发挥想象力、创新力，才能取得更好的成绩。科技体育活动所利用的流体力学、力学等科学知识非常适合开发相应的探究学习活动，既促进了科技体育活动的普及和开展，也可以为学校提供丰富的探究学习课程，培养青少年的实践能力和科学探索精神。

目前我国缺乏科技体育活动探究学习课程。

2 科技体育探究学习课程模式

基于上述研究和实践探索，本文提出科技体育活动探究学习模式。这种模式以探究学习为理论基础，以模型制作、比赛为学习环境开展科学探究学习，着重培养学生的科学探究能力和创新能力。

科技体育活动探究学习模式主要分为5个阶段：

创设情境阶段是课程的基础阶段。学生的主要任务是了解学习任务、相关历史知识、科学原理、材料和工具等；老师主要讲解背景性知识和方法性知识，引导学生关注探究任务。

自主探究阶段包含模型制作和测试。学生单独或分组进行制作和探究学习；通过老师讲解，学生采用现场物料和工具制作模型并进行比赛。在这个阶段中，学生需要结合自己的经验和技能，思考和创新，形成制作方案，并在场地中验证、完善。

交流合作阶段是在老师指导下的交流与合作。每个学生的水平会有差别，实验结果也会不一样，有些学生可能试验多次仍然无法取得好的成绩，老师需要引导学生查找问题、分析问题，提出假设、验证假设，鼓励学生互相交流、合作解决问题。

总结分享阶段。老师对活动中出现的问题进行总结归纳，组织学生讨论和分享经验。

课外延伸阶段。老师引导学生将探究实践应用到日常生活中。

3 “帆船横渡”探究学习课程开发实践

基于科技体育探究学习模式，结合广东科学中心展馆条件，本研究开发了“帆船横渡”探究学习课程和配套活动套件，并在广东科学中心展馆开展实践。

3.1 “帆船横渡”探究学习课程

“帆船横渡”探究学习课程主要面向青少年学生、亲子家庭，课程时间可根据活动场所、学生类型不同而灵活调整，在实践中通常一场活动时间约2个小时。学生在课程中学习帆船历史和相关物理知识、帆船制作流程，探究帆船结构与航行原理等，并在室内水池进行横渡挑战赛（见图1至图3）。

图1 “帆船横渡”探究学习课程活动现场

在创设情境阶段，老师从生活情境引入，展示帆船模型实物，讲解帆船历史、航行所用的伯努利效应与受力分析，引导学生观察帆船结构，关注帆和航行的关系，提出课程的探究目标是帆/舵的角度和航行的关系。学生通过老师的讲解，认识帆船的基本构造，初步了解帆船各个结构的作用，理解风是帆船的动力来源，了解伯努利效应的作用原理和现实生活中的应用与危害。

在自主探究阶段，老师讲解帆船制作流程和场地规则，引导学生关注帆/舵如何起作用，通过比赛形式激发学生的竞争意识与合作意识。学生根据制作流程，利用现场提供的材料包里的纸张、牙签、泡沫板等材料和剪刀、尺子等工具，动手制作帆船模型，然后在现场水池放航。在这个过程中，学生需要思考和创新，比如，思考船体大小，帆的大小、形状、位置等，或者对帆船的形状、结构进行创新，制作出与众不同的帆船。帆船模型制作好后，需要对帆和舵进行调整，然后在水池验证。

图2 “帆船横渡”探究学习课程的帆船制作现场

图3 第二届广东科普嘉年华帆船横渡挑战赛现场

在交流合作阶段，学生完成帆船航行实验后，老师组织学生在水池现场进行交流讨论。根据我们的实践，通常会有比较多的学生无法在侧风条件下将帆船航行到对岸，帆船不走、打转或是帆船往顺风走，这是因为学生没有理解帆、舵的角度与帆船航行的关系。对此，老师可以引导学生互相讨论，或观察现场能够成功横渡的帆船的结构，并重点关注帆和舵的角度，思考其与航行的关系，调整自己的帆船，然后重新到水池放航。对于能够到达到对岸的帆船，老师引进学生进一步思考如何调整帆船才能使帆船向风源方向航行，取得更高分。

在总结分享阶段，老师请学生分享学习本次课程的心得体会，请学生介绍自己的帆船特点和制作思路、航行成功或不成功的因素，并对活动中学生出现的问题进行总结归纳，结合比赛成绩分析各个帆船完成或未完成横渡比赛的关键点，帮助学生形成结构化的知识认知。

在外延伸阶段，基于帆船航行主要是应用了伯努利效应，老师引导学生在课后探究还有哪些小实验可以表现这一物理原理、如何展示这一原理，思考现实生活中伯努利效应的应用等 。

3.2 实施效果

“帆船横渡”探究学习课程自2014年开展以来，共有近4000人参加，是广东科学中心科学探究营地各项目中参与人数、场次最多的项目，该课程同时也在广东省内学校以及各类科普活动中开展，深受学生喜爱，取得良好的效果。

3.3 经验与思考

在课程实践中，较多学生习惯于模仿，能够认真思考的学生则较少，因此在教学过程中如果展示太多制作好的帆船模型或部件，容易被学生模仿外形，不利于学生思考，应尽量避免。

由于学生在科学中心时间有限，本课程设定为半天时间的课程。如果学生时间足够，或是在学校开展课程，可以将本课程分为多个课时，每个阶段1～2个课时，并相应增加拓展活动，比如，学生在观察不同的帆船模型后，根据自己的设计制作新的帆船进行比较和实验。

从获取新知识的角度来看,不是所有的科技体育活动和技能都适合采用探究学习。由于科技体育活动利用多学科知识，在开发探究学习课程之前，需要对各种活动所涉及的知识点进行梳理和筛选，明确课程需要探究的知识点和目标任务，比如，航空模型探究机翼与升力，车辆模型探究轮胎与摩擦力等等。

4 结语

本文提出的科技体育探究学习课程模式，经过帆船横渡探究学习课程开发与实践，取得了良好的效果，能够有效应用于科技体育探究学习课程开发和教学。但由于活动场地和开展时间限制，该模式还有许多局限之处，需要后续进一步完善和提高。