張新立 胡來林 蔡 璐

一、 背景與問題

隨著“館校結(jié)合”與“博物館學習”理念的提出，傳統(tǒng)的科技博物館教育變革趨勢明顯：一是從以展品資源為中心向以參觀學習者為中心轉(zhuǎn)向；二是從相對單一的情境化教育向多種模式創(chuàng)新實踐教育活動轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向?qū)鉀Q當下科技博物館教育存在的科學知識點堆砌與零散，重視結(jié)果大于探究過程，原理展示大于實踐應用等問題指明了方向[1]。

已有研究表明，科技博物館學習是最重要的非正式學習方式。經(jīng)過設計的場館學習環(huán)境對提升觀眾興趣態(tài)度、動作技能、知識概念和社會交流等能產(chǎn)生多方面的學習成效[2]。同時，科技場館非正式學習具有的自我發(fā)起、基于真實問題、強調(diào)協(xié)作、鼓勵團隊對話、鼓勵反饋和問題解決等學習特征與STEM教育課程理念不謀而合。在科技博物館開展豐富多樣的STEM教育創(chuàng)新實踐活動已成為科技博物館教育改革的趨勢。

最早由美國國家科學基金會于2001年提出的旨在推進美國科技教育的STEM教育，近年來迅速從高校擴展到中小學、幼兒園，從美國擴展到世界多個國家，成為世界各國公認的符合21世紀科技教育的發(fā)展方向與人才核心素養(yǎng)培養(yǎng)的方式，并逐漸成為各發(fā)達國家提升全球競爭力的重要戰(zhàn)略。STEM教育的跨學科、情境性、協(xié)作性、設計性和實證性等特征[3],對科技博物館教育轉(zhuǎn)型具有導向作用。

結(jié)合STEM教育理念與課程實施模型，依據(jù)美國《K-12年級科學教育框架》、中國《義務教育小學科學課程標準(2017年)》中提出的大概念和教學模式指向，開發(fā)新的基于展品資源的科技博物館教育活動項目成為近期研究熱點。如葉兆寧等提出基于“大概念”的館校結(jié)合STEM主題活動設計[4]；瞿林云等提出基于學科核心概念的科技博物館教育活動案例[5]；周文婷提出基于科技館展品的項目制學習教學設計[6]；朱嶠等在“天生建筑師”互動詮釋活動教案采用“基于實物的學習”教學模式[7]。這些研究成果為科技博物館基于展品資源的STEM課程開發(fā)提供了較好的理論基礎和實踐參考。但為了更好地提升科技博物館STEM教育水平，建構(gòu)完整系統(tǒng)的STEM項目化課程開發(fā)模式十分必要。

本文從科技博物館教育服務的轉(zhuǎn)向出發(fā)，在分析科技博物館展品資源STEM課程開發(fā)理念的基礎上，構(gòu)建了科技博物館基于展品資源的STEM課程開發(fā)模式，并應用這一模式開發(fā)STEM課程案例，旨在為一線科技輔導員STEM課程開發(fā)提供借鑒。

二、 展品資源STEM項目化課程開發(fā)原則

(一) 采用廣域課程開發(fā)的原則

國內(nèi)外研究表明，STEM教育課程有多種融合模式。美國馬里蘭大學赫希巴奇(Herschbach，2011)提出了兩種最基本的課程模式：相關課程(the correlated curriculum)模式和廣域課程(the broad fields curriculum)模式[8]。相關課程模式是指將各科目仍保留為獨立學科，但各科目教學內(nèi)容的安排注重彼此間的聯(lián)系。例如在小學語文學科實施的“荒島草本集”STEM項目中，融入科學學科中“植物”以及“標本及其制作”等科學與工程內(nèi)容等。廣域課程模式則取消了學科間的界限，根據(jù)知識自然整合原則將相關學科知識整合到學習項目中。如在建“橋”項目中，自然融入科學、技術、工程、數(shù)學等學科知識來解決橋梁設計與建造問題。

我國學者余勝泉提出了三種STEM課程整合取向：學科知識整合取向、生活經(jīng)驗整合取向和學習者中心整合取向[3]。前兩種整合模式與赫希巴奇相似，最后一種取向強調(diào)問題或項目的來源不同，是由學生自主選取而不是教師給予。

科技博物館展品主要有三類：自然標本類展品、工業(yè)技術類展品和科學原理類展品。它們不僅承載著科學發(fā)現(xiàn)和技術發(fā)明的信息，而且記錄著發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、應用過程及其背景的信息，以及這一過程中所體現(xiàn)的科學方法、科學精神和科技與社會等信息[9]。這種學科綜合性、復雜性和融合性特征的科技館展品資源，如果進行單學科的教學，不僅會降低其教育價值而且還可能帶來迷思概念。因而采用廣域課程模式開發(fā)STEM課程，以綜合的展品資源為真實資源與問題情境，有機融合多學科知識與思維模式，探究發(fā)現(xiàn)展品資源中蘊含的科學原理和科學精神，運用其原理開展工程實踐活動，是基于展品資源開發(fā)STEM課程的重要原則。

(二) 基于非正式學習特征的原則

研究者把課堂以外的學習稱作“非正式學習”。其中,場館學習是最重要的非正式學習方式。場館不僅包括科技博物館、天文館、自然博物館等在內(nèi)的具有封閉結(jié)構(gòu)的場所，也包括動物園、植物園等在內(nèi)的與科學教育相關的露天場所。場館學習是在信息刺激豐富的場館環(huán)境基礎上，個人經(jīng)驗和社會團體交互作用的結(jié)合[2]。

場館學習受多重因素的影響。福爾克(Falk)和 迪爾金(Dierking)基于建構(gòu)主義學習理論，提出了場館學習的情境模型，認為場館學習主要受到個人因素、物理環(huán)境和社會環(huán)境三方面因素的影響[10]?？萍疾┪镳^非正式學習強調(diào)青少年在智力、社交和情感上的投入，可以通過現(xiàn)象和材料向參與者提供直接的經(jīng)歷，讓參與者投入到持續(xù)的實踐中；能夠?qū)η嗌倌甑呐d趣、經(jīng)歷和文化實踐做出回應，甚至讓青少年和項目員工一同學習探索；還可以通過場館項目連接不同背景下的學習經(jīng)歷，幫助學習者尋找到額外的學習機會等[11]。

因而在基于場館展品資源進行STEM課程開發(fā)時，需要利用場館的學習情境和非正式學習特征，特別是需要充分利用展品資源的層次性、豐富性和互動性等物理環(huán)境特性，受眾的年齡層次、知識水平、興趣程度、交往能力等個人因素等，設計不同水平的探究問題，強化異質(zhì)組員的團隊合作、完成不同標準的項目實踐等學習活動?；诜钦綄W習的特征來開發(fā)科技博物館展品資源STEM課程十分必要。

(三) 采用項目化學習的原則

教育領域的項目化學習(Project-Based Learning，簡稱PBL)可以追溯至杜威的“做中學”。近幾年伴隨著STEM教育在中小學大力推進，項目學習法也得到了廣泛關注與運用。美國巴克教育研究所(Buck Institute for Education，2016)給出的項目化教學定義為：學生在一段時間內(nèi)通過研究并應對一個真實的、有吸引力的和復雜的問題、課題或挑戰(zhàn)，從而掌握重點知識和技能；項目化學習的重點是學生的學習目標，包括基于標準的內(nèi)容以及批判思維、問題解決、合作和自我管理等技能[12]。

科技博物館STEM學習的特征包括：觀眾到館時間相對集中，場館展品資源及其環(huán)境提供了科學學習的真實情境，以主題來構(gòu)建展品資源環(huán)境，更加方便學科跨學科概念與大概念的學習，展品資源的層次性、互動性與多樣性適應了不同認知水平的觀眾，基于科學原理的工程實踐活動，可促進學習者問題解決、合作能力和自我管理等技能提升。這些特征與項目化教學模式內(nèi)涵一致?？萍拣^STEM非正式學習采用項目化的課程模式，與已有探究學習模式相比，盡管都采用了問題驅(qū)動的學習方式，但項目化學習能更好地強調(diào)工程技術實踐與成果的生成，是實現(xiàn)STEM教育中工程教育的有效模式。

(四) 基于大概念開發(fā)課程的原則

大概念的思想源于美國教育心理學家杰羅姆·布魯納(Jerome Bruner)倡導的學科結(jié)構(gòu)運動，他認為理解學科知識間相互聯(lián)系的前提是讓學生掌握學科知識的基本結(jié)構(gòu)[13]。美國國家研究理事會2011年《K-12科學教育框架》和2013年《新一代科學教育標準》提出支撐科學教育的“三個維度”——“跨學科概念”“學科核心概念”及“科學與工程實踐”。這其中的“跨學科概念”則是指適用于各個學科甚至社會生活、個人發(fā)展的通用概念，且包含了科學認識論、方法論、價值觀的部分內(nèi)容[14]。美國學者黛西(Hubert Dyasi)與貝爾(Derek Bel)認為，為了讓STEM學習活動能夠真實，“科學與工程實踐”“跨學科概念”“學科概念”三個維度的內(nèi)容必須清楚明白地體現(xiàn)在活動設計中[14]。

在科技博物館中，承載多重信息的展品、布展環(huán)境和輔助展示裝置，不僅通過展示有趣的科學現(xiàn)象來增強觀眾的體驗感和興趣，更為關鍵的是通過展品資源中所包含的系列相關學科核心概念和跨學科概念，來實現(xiàn)科技博物館STEM教育探究實踐與工程實踐的教育價值與目標。因而，在科技博物館展品資源STEM教育課程開發(fā)中，突顯展品資源所包含的“大概念”，并以此組織關鍵學科概念、學科核心概念、跨學科概念的知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡，設計連續(xù)聚焦一致的探究與工程實踐活動，促進知識遷移與高階思維的培養(yǎng)，提高課程學習的有效性，是基于展品資源STEM開發(fā)課程的又一重要原則。

三、 展品資源STEM項目化課程開發(fā)模式

課程開發(fā)模式指在課程開發(fā)過程中，根據(jù)某種思想和理論，選擇和組織課程內(nèi)容、教學方法、管理手段,以及制定課程評價原則而形成的一種形式系統(tǒng)[15]。在課程研究歷史上，最著名的課程開發(fā)模式是泰勒的目標模式。因為泰勒在他的目標模式中提出了任何課程開發(fā)理論都必須面對的四個基本問題：課程目標、課程內(nèi)容的選擇、課程內(nèi)容的組織和課程評價問題。

科技博物館基于展品資源的STEM項目化課程開發(fā)模式在繼承泰勒課程開發(fā)目標模式的基礎上，結(jié)合展品資源STEM項目化課程開發(fā)原則，需要進一步拓展與創(chuàng)新。這一課程模式具體包括：構(gòu)建課程團隊、充分遴選展品資源，制定課程目標、選取課程內(nèi)容、選擇教學策略、實施項目化課程、評價項目化學習等七個要素(見圖1)。

圖1 科技博物館STEM項目化課程開發(fā)模式

(一) 構(gòu)建課程團隊

課程團隊是科技博物館開展STEM課程開發(fā)的關鍵。對于場館本身有著較強課程開發(fā)能力，可以館內(nèi)自主構(gòu)建課程團隊開發(fā)課程，而對于課程開發(fā)力量不足的場館，可以采用館外合作的方式來組建課程開發(fā)團隊，并借此來培養(yǎng)自己的課程開發(fā)團隊。因而科技博物館STEM課程開發(fā)團隊可以有兩種模式：館內(nèi)自主模式和館外合作模式。館外合作模式既可以選擇與其他場館的合作，也可以選擇與一線教師團隊合作，還可以選擇與高校教育研究機構(gòu)合作等。

(二) 遴選展品資源

科技博物館STEM課程開發(fā)，是基于場館的展品、輔助展示裝置和環(huán)境來進行的，遴選展品資源是科技博物館STEM項目化課程開發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)。遴選展品資源主要包括兩個步驟：一是梳理可用于STEM課程與教學實施的所有場館資源，如：展區(qū)展品資源、學習空間、活動材料與工具、數(shù)字資源等，同時記錄這些資源的屬性，如：學習空間環(huán)境條件、活動材料和工具的操作性、開放程度、展區(qū)與展品資源受歡迎程度等，為課程開發(fā)做好準備。二是遴選適合的展品資源。開放程度高、可操作性強、現(xiàn)象易于觀察、易于模型化表征、與學習者特征匹配、與課標映射關系清晰的展品資源，更加適用于STEM項目化課程開發(fā)。具有這些特征的展品資源，更能滿足STEM課程開發(fā)需求。

為開發(fā)一個適合小學四至六年級學習光學原理的STEM項目化課程，筆者所在團隊選擇了溫州市科技物館“視覺和色彩”展區(qū)中“光線游戲”“哈哈鏡”“窺視無窮”三個展品。這些展品對于學習者而言，趣味性高，可操作性強，所涉及光的直線傳播與光的反射原理與小學科學課程標準對應，簡易制作模型“后視眼鏡”能準確地表征展品的科學原理。而同一展區(qū)中的“光島”展品涉及凸透鏡、凹透鏡等知識，因超出小學生課程標準而被舍棄。

(三) 制定課程目標

制定課程目標是泰勒的課程開發(fā)目標模式的關鍵環(huán)節(jié)，科技博物館STEM項目化課程目標的制定要基于展品資源所包含的科學概念與原理，同時注重跨學科概念目標。制定課程目標時，首先要找準展品資源中與科學課程標準對應的基本概念與基本原理，再從STEM項目探究過程和作品制作實踐過程中挖掘相關數(shù)學、技術、工程等目標，從而拓展單一的科學目標，進一步抽象與聚類到更高層次的核心概念、跨多學科概念和核心素養(yǎng)目標?；谡蛊焚Y源的STEM課程目標與課程標準往往并不是一一對應的關系，因為STEM項目化教學可以在一定程度上超越與包容多個年級的課程標準；另一方面，基于同一個展品資源開發(fā)的STEM課程，由于學習對象與學習路徑的差異會有不同的課程目標。

課程目標的描述可以按新課程標準中知識與能力、過程與方法、情感態(tài)度價值觀三維目標來描述，也可以按照科學、技術、工程、數(shù)學等分學科知識能力目標、素養(yǎng)目標來描述。每個維度的目標既要包含相應學科的基本概念、基本技能，同時還需要抽象到核心概念、跨學科概念與核心素養(yǎng)目標。

在溫州科技館面向小學四至六年級開發(fā)的“后視眼鏡”STEM項目化課程中，包含上述三個展品中與小學四至六年級科學課標對應的光學基本概念，還包括制作“后視眼鏡”作品的工程、技術目標，以及包含直線、射線、角、軸對稱等數(shù)學目標。每個維度的目標既包含基本概念，又包含高階認知目標等。

(四) 選取課程內(nèi)容

選取課程內(nèi)容是泰勒的課程開發(fā)目標模式的基本問題?；谡蛊焚Y源的STEM項目化課程內(nèi)容選取是在分析學習者特征和課程目標的基礎上，確定展品資源所包含的科學概念與科學原理的范圍與深度，挖掘展品資源所包含的技術、工程、數(shù)學等跨學科知識，抽象與提取核心概念與跨學科概念，聯(lián)系生活實際應用，找準教學起點、教學重點與教學難點并揭示其各部分聯(lián)系與教學邏輯的過程。其中項目中的大概念提取可以采用自下而上的構(gòu)建方法，即從展品資源中包含的知識點開始，往上尋找上位概念，逐漸聚焦到核心概念和跨學科概念；也可以使用自上而下的建構(gòu)方法，即從涉及展品資源相關的課程標準中抽象的學科與跨學科概念出發(fā)，往下尋找特定的知識內(nèi)容。

在“后視眼鏡”STEM項目課程中，要求4～6年級學習者能理解“光線游戲”“窺視無窮”兩個展品中所包含的光的直線傳播與反射基本概念與原理，而對于“哈哈鏡”展品中所包含的不規(guī)則光線反射與聚焦只要求達到體驗層次，而對“光島”展品資源涉及凸透鏡、凹透鏡等知識可以舍棄或放到拓展層次中。同時還要理解改變光路的因果關系以及結(jié)構(gòu)和功能關系等大概念。

(五) 選擇教學策略

在開放的科技博物館環(huán)境中進行STEM教育，選擇運用適合的教學策略是課程開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，課程開發(fā)者需要在教學過程中運用多種教學策略，來活躍學生者思維，提高參與度，提升學習的有效性。

根據(jù)STEM課程教學特征，常用的教學策略包括：(1)情境創(chuàng)設類策略，如參觀型情境、游戲型情境、實驗型情境、虛擬型情境等。參觀展品資源，是科技博物館STEM項目課程教學實施典型的情境創(chuàng)設策略。(2)提問類策略，如焦點討論法、“五何”問題法等。如參觀展品后，可以采用“五何”問題支架，即“由何”“是何”“為何”“如何”“若何”策略，提升學習者的提問能力[16]。(3)合作類策略，如循環(huán)賽、拼圖法等。為掌握一個項目中涉及的多個知識點，在活動進行過程中先由原始STEM學習小組打散后組合成某一知識點學習的專家小組，學會后再從專家小組重新回到原始小組，使每個小組都具備掌握項目多個知識點的能力，采用的就是“拼圖法”策略。(4)創(chuàng)造性思維類策略，如頭腦風暴、SCAMPER策略等。在“后視眼鏡”作品設計之初，采用了SCAMPER策略，即通過替代(Substitute)、結(jié)合(Combine)、改造(Adapt)、調(diào)整(Modify)、改變用途(Put to other uses)、去除(Eliminate)和反向(Reverse)等多種思維方法進行創(chuàng)意，產(chǎn)生多種項目設計方案。(5)分析評價類策略，如矩陣決策法、凱利方格、量規(guī)等。利用凱利方格來比較價格、易用性、結(jié)實性等來幫助學生對項目制作材料的選擇形成決策，而通過評價量表來支持評價更是最常用的策略。

(六) 實施項目化課程

STEM教育中，采用項目化教學模式來組織教學有利于促進工程教育環(huán)節(jié)的落實，這也是我國基礎教育中最為薄弱的環(huán)節(jié)。采用項目化教學流程來組織場館STEM學習是較為理想的課程組織模式。展品資源STEM項目化課程組織環(huán)節(jié)包括：項目引入、知識建構(gòu)、實踐探索、成果展示、反思遷移等教學環(huán)節(jié)，其中評價伴隨項目教學的每個環(huán)節(jié)(見圖2)。

圖2 科技博物館STEM項目化課程實施模式

項目引入環(huán)節(jié)是運用情境創(chuàng)設類策略和提問類策略來開展教學的環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)主要教學活動是組織學習者參觀展品，與展品互動，激發(fā)興趣，描述現(xiàn)象，聚焦問題。例如，在“后視眼鏡”STEM項目第一個環(huán)節(jié)中，開展了“展品互動，激發(fā)興趣”和“描述現(xiàn)象，聚焦問題”兩個活動。第二個活動主要是讓學生回到教學區(qū)，描述展品資源的現(xiàn)象，提出多個相關問題，再由教師將學生提出的問題聚焦到本項目的驅(qū)動性問題，從而引導整個項目的推進。

知識建構(gòu)環(huán)節(jié)主要圍繞展品資源中包含的科學概念，開展探究活動。在“后視眼鏡”STEM項目中，借助探究模型開展了三個涉及展品原理的探究活動，分別是：激光筆照射到墻面上的光的路徑是怎樣的？光線如何照射到紙板后面的圖書上？如果平面鏡換成了凸面鏡或凹面鏡，光的傳播方向又會怎樣呢？通過提出問題、構(gòu)建模型、實驗探究、記錄數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等環(huán)節(jié)，讓學生得出結(jié)論，理解知識，訓練規(guī)范探究能力。

實踐探索環(huán)節(jié)是運用原理，開展制作實踐。該環(huán)節(jié)進一步促進學習者對科學概念的理解，同時開展“設計項目方案—繪制草圖—制作作品—測試作品—修改方案”的工程實踐活動，培養(yǎng)學習者團隊合作、溝通交流、創(chuàng)新創(chuàng)造與問題解決能力。在“后視眼鏡”STEM項目中，首先引導學生根據(jù)項目工程要求，進行后視眼鏡的創(chuàng)意設計，提出多種設計方案，再對多個方案進行分析評價，確定最優(yōu)方案。接下來，依據(jù)設計方案，繪制草圖，按照草圖初步完成作品。然后，根據(jù)作品評價標準對作品進行測試，根據(jù)測試結(jié)果，再次修改設計方案、優(yōu)化作品。再次重復測試、改進方案和作品，這是一個工程循環(huán)迭代的學習過程，同時也讓學生經(jīng)歷在失敗中學習的過程。

成果展示環(huán)節(jié)是對個人和團隊成果的展示、分析、評價的過程。成果的展示可以設計成多樣的活動，如演講、海報展示、競賽、義賣等。通過系列問題支架，促進學生展示作品的同時，更要展示學習的過程，包括探究的過程、合作與分工情況、問題解決方法等。成果的評價既要針對作品，同時還要針對學習過程來開展。課程開發(fā)者可以通過設計系列問題形式的成果展示提示語，促進學習者進行多元評價。

反思遷移環(huán)節(jié)主要包括對學習目標的反思和核心概念的遷移運用。開展有效反思要求學習者從具體的、看得見的、表面的現(xiàn)象開始反思，逐漸深入到對抽象的、看不見的、內(nèi)部過程的問題進行反思，從而促進學習者個體和團隊共同進步?；谡蛊吩O計項目，項目結(jié)束后再次回到展品區(qū)，通過與展品原理相關問題的提問，對展品資源涉及的科學原理進行再解釋是有效的反思策略。

(七) 評價項目化學習

課程評價是課程開發(fā)的基本問題。在開展項目化STEM學習過程中，每個教學環(huán)節(jié)都會伴隨著評價活動。特別需要顯性設計的評價活動主要是對項目成果和整個學習過程的評價。對于項目成果的評價主要從工程達標程度上進行評價，包括作品的技術性指標和工程過程性指標，如建“橋”項目中，對于橋的載重指標達成度、橋的性價比、橋的測試與草圖修改等評價。對于學習過程的評價既包含著具體學科目標的達成度，還包括核心素養(yǎng)目標的評價，如合作協(xié)作、溝通交流等能力的評價以及大概念的理解與應用評價。多元評價、過程性評價、基于表現(xiàn)的評價、基于證據(jù)的評價是STEM項目化學習評價設計的基本理念，采用評價量表或量規(guī)進行評價是主要方法。

為落實科技博物館非正式學習環(huán)境下的STEM課程學習目標，記錄學習者探究過程、工程實踐過程、進行安全提示、開展小組評價、記錄學習反思等，同時提供與家長的交流與合作通道，可以設計課程配套的學習任務單來實現(xiàn)。

四、 “我是小小古生物學家——探秘恐龍世界”課程開發(fā)案例

(一) 構(gòu)建課程團隊

“我是小小古生物學家——探秘恐龍世界”是基于溫州市科技館“恐龍化石展區(qū)”展品資源，面向小學四至六年級學習者開發(fā)的STEM項目化課程。采用與溫州大學STEM教育研究中心合作的“館外合作模式”構(gòu)建課程開發(fā)團隊來進行課程開發(fā)。

(二) 遴選展品資源

“恐龍化石展區(qū)”中的恐龍主題對小學4～6年級的學習者具有非常大的吸引力，既符合這個年齡段的認知水平，同時又蘊涵跨學科大概念、核心概念和學科核心概念。恐龍化石展區(qū)可以再一次為他們提供直接的學習經(jīng)歷，引起共同的社交話題和情感共鳴。科技館中擁有的三角龍、梁龍、霸王龍等不同種類的古生物化石、模擬挖掘化石的工具套裝、數(shù)字視頻與動畫資源等，開放程度高、可操作性強、現(xiàn)象易于觀察、易于模型化表征、與學習者特征匹配、與課標映射關系清晰，為STEM項目化課程的探究與工程實踐活動開展提供了有利條件。

(三) 制定課程目標

從“恐龍化石展區(qū)”展品資源中包含的學科具體概念、學科核心概念和跨學科大概念出發(fā)，結(jié)合展區(qū)展品資源條件可開展的科學探究與工程實踐活動，同時考慮場館情境下交流與合作能力、好奇心、學習興趣與學習價值觀等核心素養(yǎng)，案例課程采用科學、技術、工程、數(shù)學等分學科知識能力目標、素養(yǎng)目標來描述，具體如下：

S(科學目標)：了解巖石與地層、古生物、地質(zhì)年代概念；理解化石的概念，知道化石形成的原理；學會科學探究的一般過程，會通過模型開展規(guī)范的科學探究；理解生物與環(huán)境的依存關系。

T(技術目標)：學會化石挖掘技術，掌握簡單的化石考古工具的使用，會使用彩色超輕黏土為恐龍復原肌肉與皮膚。

E(工程目標)：了解工程設計與實施流程；了解化石挖掘工程流程；了解恐龍化石復原工程流程；學會團隊合作解決問題。

M(數(shù)學目標)：運用億以上數(shù)據(jù)的簡單計算；掌握數(shù)據(jù)記錄與簡單統(tǒng)計方法；學會模型思維與邏輯推理。

(四) 選擇課程內(nèi)容

在分析小學生特征和課程目標的基礎上，挖掘恐龍化石展區(qū)化石展品資源及其“滅絕之迷”所蘊含的學科領域概念，選取的主要內(nèi)容為：生物多樣性、生物與環(huán)境的關系、物種的進化與環(huán)境的關系、地球表面覆蓋著巖石、可能性與數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。進一步解析大概念得到下一級的學科具體概念與核心概念，包括：巖石與地層、古生物、化石成因、化石挖掘技術、工具的使用、數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計方法等，形成本課程的概念體系。為促進學習者對動物與環(huán)境關系等大概念的理解，運用展區(qū)的恐龍化石資源，開展“從化石推測古生物的特征”等科學探究活動，以及“挖掘恐龍化石”“復原恐龍”等模擬工程實踐活動，促進學習者理解與運用大概念。

(五) 選擇教學策略

為促進STEM課程教學的有效性，本課程采用了多種教學策略。在課題中增加“我是小小古生物學家”，采用角色扮演策略，為學生配備服裝和道具，增強學習者的角色感、代入感、體驗感和學習興趣。在項目引入環(huán)節(jié)，采用“五何”問題支架引導學習者觀看《侏羅紀公園》電影片段，提出發(fā)散性的問題，進而在教師的引導下聚焦驅(qū)動性問題。通過科學探究支架和工程活動支架，支持學習者探究從化石推測古生物的特征的探究活動和復原恐龍等工程活動。成果展示環(huán)節(jié)采用評價量表支持學生評價；在反思遷移環(huán)節(jié)通過SCAMPER策略來創(chuàng)新應用。

(六) 實施項目化課程

1. 參觀展品，聚焦問題

運用恐龍化石展區(qū)展品資源和《侏羅紀公園》和《神奇的古生物學家》等視頻，創(chuàng)建問題情境，通過問題支架策略引導學生自由提問，并將提問結(jié)果聚焦到核心概念與驅(qū)動性問題上，如：化石是怎么形成的？如何發(fā)現(xiàn)并且挖掘出恐龍化石？如何從恐龍化石探究恐龍的生物特性？如何復原恐龍化石？

2. 探究原理，解釋展品

在驅(qū)動性問題和大概念導向下，通過系列活動，幫助學習者建構(gòu)與理解有關化石及其相關概念體系，理解生物體結(jié)構(gòu)與功能、生物形態(tài)特征與所處環(huán)境關系等大概念。具體活動內(nèi)容如下：

(1) 什么是化石？通過展示含有化石視頻、圖片，恐龍化石展品標牌介紹等，了解化石概念。

(2) 恐龍化石是怎樣形成的？通過觀看視頻、動畫片和圖片，自主完成三個任務：恐龍化石形成需要哪些條件？恐龍身體哪些部分容易形成化石？恐龍可能有哪些類型的化石？

(3) 實驗探究：如何從古生物化石推測古生物的特征。按科學探究支架分步開展探究。其中探究模型是通過物件在黏土上留下的印痕來推測物件的特征活動，啟發(fā)學習者通過化石推測古生物特征的原理。

(4) 材料閱讀，獲取信息，自主完成三個任務：估算恐龍在地球上生活了多少億年？恐龍有哪些生物特征？恐龍時代的環(huán)境特征是怎樣的？

3. 運用原理，制作實踐

運用核心概念與原理，按照項目約束條件開展工程實踐活動，進一步理解和運用生物與環(huán)境關系等大概念，同時培養(yǎng)團隊合作、問題解決和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。具體活動如下：

(1) 模擬恐龍化石挖掘

① 調(diào)查資料，設計挖掘方案。閱讀相關文獻，調(diào)查恐龍生物特性與生存的地層年代，選擇可能的恐龍化石挖掘地點；確定恐龍化石挖掘的時間、地點、挖掘工具、探方設計、記錄工具與交通工具、化石保存、安全裝備、挖掘時的注意事項等，設計恐龍化石挖掘方案。

② 準備工具，實施化石挖掘。穿戴好野外防護用品并準備好安全設備。如帽子、水壺、防曬設備、創(chuàng)可貼等，以及噴壺、安全繩、錘子，手鏟和刷子等。掌握工具的功能與使用方法，依據(jù)設計方案，用尺子拉出探方，并進行編號。小組合作在探方中進行化石模擬挖掘。

③ 整理信息，保存化石。對挖掘出來的化石進行測量、位置記錄、并做好統(tǒng)計、分類與妥善保存。

(2) 完成復原恐龍項目

① 比對圖片，畫出恐龍草圖。各小組分別拿出所挖掘的恐龍化石與三角龍、梁龍、霸王龍等現(xiàn)場展品資源的骨骼結(jié)構(gòu)進行比對，根據(jù)骨骼的結(jié)構(gòu)特點，小組討論后在學習任務單中畫出本組挖出的恐龍化石復原草圖。

② 辨別骨骼化石，復原恐龍骨架。根據(jù)草圖，辨別自己所挖掘的恐龍骨骼化石的不同部位，并考慮拼接順序，完成恐龍骨骼化石的拼接。

③ 科學合理想象，復原恐龍肌膚。根據(jù)骨骼形態(tài)，推測、想象恐龍不同部位肌肉的發(fā)達情況。根據(jù)恐龍的生物特征和生存環(huán)境特征，合理利用“保護色”等科學知識想象恐龍的皮膚顏色。小組合作復原恐龍化石的肌肉和皮膚，完成最終作品。

4. 成果展示，多元評價

每個小組派代表攜帶恐龍作品進行展示。展示的內(nèi)容包括作品成果與學習過程成果。其他小組根據(jù)評價量表為展示小組打分。展示時借助指導語促進學習者對核心知識點和項目過程的闡述。指導語可以是：我們小組是如何分工的？我們制作的恐龍名稱是什么？恐龍皮膚顏色是什么樣的？與當時的環(huán)境有怎樣的關系？我們是如何通過化石發(fā)現(xiàn)恐龍的特性的？我們在挖掘恐龍化石時碰到的最大困難是什么？如何解決的？復原恐龍時碰到的困難是什么？

采用量表對學習過程與作品進行評價，量表設計指向?qū)W習過程與大概念。

5. 目標反思，拓展延伸

面向“恐龍化石展區(qū)”中各種古生物化石展品資源，隨機抽取每個小組成員，測試其對課程目標中與展品資源中所涉及的學科概念、核心概念、大概念掌握情況，以及探究和工程實踐過程的理解等。反思過程可借助學習任務單進行，反思結(jié)果寫入學習任務單。

通過SCAMPER創(chuàng)新思維策略對大概念進行遷移與拓展，可由一個項目生發(fā)出更多新的STEM項目。例如，可以結(jié)合新的生物技術對“復活恐龍”等問題做進一步研究，適合更高學段的學生開展STEM項目化學習。

(七) 評價項目化學習

“探秘恐龍世界”課程實施過程中，每個環(huán)節(jié)伴隨多種評價形式的活動。最主要的評價活動是對項目學習過程的評價和作品制作環(huán)節(jié)的評價。評價量表從合作交流、探究實踐、恐龍化石挖掘、恐龍化石復原、恐龍皮膚制作等五個維度對作品和學習過程的評價。評價量表可用于自評、小組互評和教師評價。

五、 結(jié)語

基于展品資源的STEM項目化課程是科技博物館教育轉(zhuǎn)向的重要學習載體?？萍疾┪镳^STEM教育課程有著自己的特色和開發(fā)理念。本文借鑒已有研究成果構(gòu)建的展品資源STEM項目化課程開發(fā)模式，為科技博物館進行STEM項目化課程開發(fā)提供了指導框架。融合STEM教育課程模式、非正式學習特征、基于大概念的課程設計以及項目化學習模式的課程開發(fā)理念，也為科技博物館其它模式的STEM課程開發(fā)提供了借鑒，具體的應用案例為科技輔導員設計與實施教學提供了借鑒。

科技博物館STEM教育轉(zhuǎn)型對科技輔導員提出了更高的要求，只有教師具備了基于展區(qū)展品資源進行STEM整合課程開發(fā)與應用能力、跨學科知識技能的融合能力、科學探究與工程實踐應用能力以及技術應用能力等，才是科技博物館教育創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型的關鍵。