基于科技馆加工实验车间的教育活动实践探索

王阳 张磊 巍苏靖 王磊

[摘要]科技馆加工实验车间是展览展品研制的“发源地”，是展览展品运行维护的“保障站”，是科技馆重要组成部分。该文首先对比分析高校工程实训中心、企业生产加工车间、科技馆加工实验车间的功能优势，梳理和凝练出科技馆加工实验车间的特点与文化底蕴。基于科技馆加工实验车间，结合科技馆特色科学教育，围绕科普展品研制和专业机床设备开发了加工实验车间系列教育体验活动。通过进一步转变观念和拓宽视野，利用科技馆加工实验车间开展青少年科技教育活动，把科技馆加工实验车间打造成一个创新创造的服务平台，为公众提供更多的特色教育资源。

[关键词]科技馆青少年加工实验车间教育活动

[中图分类号]G268[文献标识码]A[文章编号]10019596（2022）040056-05

教育作为科技馆的重要功能已得到世界科技馆界的公认[1]。科技馆依托丰富多彩的科普展览，通过科学性、知识性、趣味性相结合的展品和参与体验式的教育活动，不仅普及科学知识、科学方法，而且注重培养青少年的科学思想和科学精神[2]。科技馆加工实验车间拥有先进的数控机床设备、多工种协作的专业技术人才等独特资源，是展览展品研制的“发源地”，是展览展品运行维护的“保障站”，是科技馆重要组成部分[3]。科技馆专业技术人员在完成展品研制和运行维护任务的前提下，可以依托这种得天独厚的物理空间面向青少年提供特色教育活动服务。为了进一步发挥科技馆加工实验车间直接传播普及科学知识的功能，充分激发公眾特别是青少年对工业制造和创新创造的兴趣，通过结合科技馆特色科学教育，融合“工匠精神”和“创客文化”，充分考虑专业技术人才和创客人员的特质，对加工实验车间现有的物理空间和资源进行整合，探索开发科技馆加工实验车间特色教育活动，具有重要的现实意义。

一、科技馆加工实验车间的教育优势

美国旧金山探索馆是科学中心式科技博物馆的开山鼻祖，其展品研发车间置于主展厅中心区域“黄金地段”，公众可以看到专业技术人员的工作场景，通过好玩有趣的展品和科学实验调动公众的好奇心，激发起公众对科学技术的兴趣[4]。与美国旧金山探索馆相同的是，加拿大安大略科学中心也将1800多平方米的展品研发车间巧妙融入整个场馆中。近些年来，伴随着国内科技馆事业蓬勃发展，科技馆加工实验车间软硬件设施也逐步有所起色，重庆科技馆、广东科学中心等科技馆也都拥有一定规模的加工实验车间。通常情况下，国内科技馆的加工实验车间主要用于加工展品维修所需的零部件，并且只允许馆内专业技术人员进入，公众或者其他人员都不能出入。科技馆专业技术人员在完成展品研制和维修任务情况下，车间的机床设备和人员往往处于闲置状态，这无疑是一种浪费。

科技馆加工实验车间既不同于高等院校的工程训练中心，又区别于企业的生产加工车间（见表1）。高等院校的工程训练中心目前已成为培养高校学生实践能力和进行工程教育的重要载体，在高校教学中发挥着举足轻重的作用，但其主要面向大学生，尚未面向青少年群体[5]。企业生产加工车间虽然有比较专业的机床设备，由于其功能定位的原因，一般都不具备展示教育功能。科技馆加工实验车间不仅具有鲜明的工业生产特色，还蕴含着很多展品研制相关的科技元素，更有着强大的科技馆科学教育理论做支撑。对于培养学生的动手实践能力和科技创新能力而言，科技馆加工实验车间拥有独特的硬件和软件资源优势，理应作为科普场所直接发挥其特色科学教育功能并服务于科技馆教育体系。XUEHUI学会2022年第4期2022年第4期基于科技馆加工实验车间的教育活动实践探索XUEHUI

表1高校工程实训中心、企业生产加工车间、科技馆加工实验车间功能对比高校工程实训中心企业生产加工车间科技馆加工实验车间功能定位高校学生实践教学加工生产制造展品研制及维护设备规模专业机床设备专业机床设备专业机床设备物理空间场地比较大根据规模，有所差异根据规模，有所差异服务对象高校学生加工生产人员专业技术人员设计能力较强根据规模，有所差异较强加工能力较强根据规模，有所差异较强教育功能工程教育无创客教育、STEM教育文化底蕴工匠精神无创客文化、工匠精神

科技馆加工实验车间具有通识性工程实践优势，能够给予青少年以工程教育启蒙，了解工业制造和工业文化，更可以是培养青少年实践能力和创新意识的重要教育场所[6]。青少年可以在科技馆的加工实验车间参与教育活动体验，像工匠一样打磨产品，在思想上和精神上达到共鸣，从而获得直接经验达到教育目的。与此同时，科技馆加工实验车间能够博采众长，汇聚新思维、新想法和新技术开发创新科普展品，从而进一步满足广大公众日益增长的科普需求。

二、科技馆车间教育活动体系构建探索

中国科学技术馆拥有1200多平方米的加工实验车间，专业技术人员以此为基础，集合创客及创客空间特质，对现有的物理空间和资源进行整合，在传统的科技馆加工实验车间中引入创客理念，增强科技馆加工实验车间的教育属性，围绕展览展品研制提供丰富的教育活动资源，推动“工匠精神”和“创客文化”在科技馆教育活动中得到传承和弘扬。

科技馆加工实验车间具有先进的数控机床设备以及多工种协作的技术人才等独特资源。在科技馆加工实验车间所开展教育活动也理应是科技馆教育功能的延展，是科技馆特色科学教育的重要组成部分。对标《中小学综合实践活动指导纲要》和《义务教育初中科学课程标准》，根据青少年的认知水平、知识经验及需求，对车间教育活动内容进行了不同层级的划分：初级体验活动、中级体验活动和高级体验活动。不同层级的体验活动从活动内容、活动对象和活动目标上都有明显区分。其中，初级体验活动主要针对普通公众以参观辅导的形式进行。中级体验活动针对有一定动手能力或参加过创客活动的青少年，以参观辅导、动手设计制作的形式进行。高级体验活动针对有一定动手能力，具有设计和探究思维能力的青少年，以参观辅导、动手设计制作、探究实验等形式进行。通过多层次的车间教育体验活动，引导青少年“基于实物的体验”和“基于实践的探究”，实现对“直接经验”的认知[7]。

（一）初级体验活动

初级体验活动主要面向普通观众，允许公众在加工实验车间开放的状态下进行参观，在活动中注重突出加工实验车间对外展示和交流的功用。考虑到加工实验车间的空间大小和体验活动效果，初级体验活动适宜的受众人数为20人。以“机械发展史”主题教育活动为例，科技辅导员首先使用演示法，通过图片、实物及一系列教具，根据“机械发展”的时间线串联主题，让公众了解机械发展简史。在专业技术人员的带领下公众参观加工实验车间，近距离观察数控机床设备及加工过程，触摸机床加工的零部件产品，通过直观感受来了解加工实验车间机床设备基本功能及工业应用。在这个过程中，公众不仅能看到传统的普通机床设备及相应样品，还能见到五轴联动加工中心等数控机床设备的现场演示。

（二）中级体验活动

中级体验活动围绕科普展品研制所需的专业数控机床设备，通过设计制作个性化纪念品或科技馆文创的形式，开发好玩有趣的教育体验活动。教育活动所针对的具体教学对象是有一定动手能力或参加过创客相关活动的青少年，适宜的受众人数为20人。以“神奇的激光切割”主题教育活动为例，科技辅导员利用公众在初级体验活动中参观中科馆加工实验车间获得的直接经验引入本次活动主题，并提出问题：原材料是如何在加工实验车间变成复杂多样的产品？引发青少年思考。科技辅导员利用图片、动画等多媒体介绍激光切割的加工原理、技术特点及应用。在专业技术人员的带领下使用设计软件进行个性化图纸设计，促使青少年了解和体验产品设计的基本流程。随后，青少年近距离观察金属激光切割机和非金属激光切割机，观看自己设计的个性化纪念品由图纸变成实物的加工过程。通过这种寓教于乐的方式激发青少年的学习兴趣，调动青少年的积极性。

（三）高级体验活动

高级体驗活动的教学对象为具有一定动手能力，具有设计和探究思维能力的青少年。以参观辅导、动手设计制作以及探究实验等形式进行，适宜的受众人数为5人。专业技术人员对科普展品研制基本流程进行介绍，并结合加工实验车间正在研制的新展品，现场分析和讲解自主研制新展品零部件组成、加工方法、装配调试等知识。科技辅导员结合常设展厅的展品提出任务：利用工业设计软件和加工实验车间的机床设备研制一件实验装置或展品原型试验样机。以“经典复现——‘锥体上滚’的巧思与制作”主题教育活动为例，青少年重新设计的可调节式“锥体上滚”实验装置来源于常设展厅经典展品“锥体上滚”，但又区别于展厅展品。在活动过程中，青少年不仅可以体验新实验装置零部件的设计过程，还可以观看自己设计的零部件加工制作过程，而且还能利用自己设计的新型实验装置进行探究实验，探究导轨平面与水平面夹角、两导轨间夹角、双锥体形状及角度等因素对“锥体上滚”现象的影响，从而深刻理解“锥体上滚”的运动机理。

三、科技馆车间教育活动安全管理

车间教育活动的安全管理直接关乎公众及工作人员的生命财产安全，是科技馆加工实验车间开展教育活动最重要的前提保障。科技馆加工实验车间通过加强顶层设计，细化安全管理，坚持“自上而下、预防为主、全员参与”的安全管理运行方针[3]，制定了由车间专业技术人员作为技术负责者，科技辅导员作为教育主导者，青少年作为重要参与者，全员联合起来进行安全监督的创新管理方法。每台机床设备的使用均由专业技术人员负责，他们精通相关机器安全、标准化操作、维修保养等方面的知识，对教育互动进行全方位监督和技术指导，确保人员与设备的安全。

除此之外，在公众进入加工实验车间前会进行必要的安全培训和多次安全警示。专业技术人员利用典型的安全警示案例分析车间环境中的机械、电气等危险因素，提高公众在参观过程中的安全意识。在进行教育体验活动时，细化活动流程和环节，每个环节设置专门的安全人员负责;根据当期主题活动内容，设置公众安全体验区域和体验时间;充分考虑机床专业性和危险程度，同时兼顾活动体验效果，设置每台机床的参与程度。健全安全生产例会制度，每周总结各设备安全生产的内容，定期分析安全运行状况[8]。此外，还要求深度体验的公众购买相应的商业保险。

四、科技馆车间教育活动效果反馈

根据青少年的认知水平、知识经验及需求，加工实验车间教育活动内容进行了不同层级的划分。通过不同层级的体验活动激发青少年对工业制造和创新创造的兴趣，帮助青少年了解我国工业制造基本流程、科技创新成果方面的知识及其在生活中的应用。为了确保参与的公众与活动相匹配，通过活动前的目标对象初筛，如对机械主题的基础知识是否了解，是否有机械加工动手相关经验、是否参加过科创比赛等，提升活动实施质量和公众满意度。

加工实验车间教育初级体验活动“机械发展史”于2020年10月18日首次对公众开放，共预约10组亲子家庭。问卷调查结果表明，公众非常喜欢这次活动，并且活动满意度100%。体系化的机械发展简史让公众对机械的发展有了初步认识，实地观看真正的数控机床设备、加工样品及演示，惊叹机械加工的神奇。中级体验活动“神奇的激光切割”首次预约17人。通过活动后访谈了解到，公众对于活动满意度较高。通过在加工实验车间参观，亲自动手设计图纸，利用激光切割机加工制作个性化纪念尺，培养动手实践能力，获得参与感和成就感。但是，也有青少年希望活动时间再长一些，体验环节再多一些。高级体验活动“经典复现——‘锥体上滚’的巧思与制作”于2021年4月18日首次对公众开放，共预约3组亲子家庭。问卷调查结果表明，公众对于活动满意度较高。通过活动后访谈了解到，青少年对动手设计图纸、利用多种设备及工艺加工制作“锥体上滚”实验装置等环节最感兴趣。

五、结论与展望

科技馆作为提高全民科学素质的重要场所，必须进一步转变观念、拓宽视野，积极提供特色科普文化产品与服务。实践表明，科技馆加工实验车间教育活动的探索已经实现了从无到有的突破，但仍亟须进一步加强建设，继续深入研究科技馆加工实验车间教育活动理论基础，完善科技馆加工实验车间教育活动安全管理方案。

参考文献

[1]陈玉涵.基于建构主义理论的科技馆展示形式研究[D].武汉：华中师范大学，2016.

[2]孙迪一.馆校合作下小学科学教学案例开发与实施研究[D].石家庄：河北师范大学，2019.

[3]王阳.基于加工实验车间的科技博物馆创客空间创建探讨[J].实验技术与管理，2020，37（9）：282-285.

[4]王岩.我国科技馆功能实现探析[D].沈阳：东北大学，2008.

[5]陈咏华，李丽荣.工程训练实践教学研究与探索[J].实验技术与管理，2011，28（3）：118-119，126.

[6]胡康怡.试论科技馆中的手工工作室该如何发展[C]//束为.2014（安徽·芜湖）全国科技馆发展论坛论文集.北京：中国科学技术出版社，2014：254-258.

[7]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，2017，2（1）：5-14.

[8]滕小幸.生产事故人因机理及应对策略[D].西安：西安建筑科技大学，2011.