劉 丹
隨著科學技術的迅速發(fā)展和社會日新月異的變革,傳統的教育模式已經很難滿足當前學生的學習需求。在這個知識與信息爆炸的時代,學生面臨著巨大的知識海洋,單一的課堂教學已經不足以激發(fā)他們的學習興趣,進而難以培養(yǎng)他們的實踐和創(chuàng)新能力。2001年《基礎教育課程改革綱要(試行)》提出:積極開發(fā)并合理利用校內外各種課程資源,廣泛利用校外的圖書館、博物館、展覽館、科技館、工廠、農村、部隊和科研院所等提供的各種社會資源以及豐富的自然資源[1]。博物館與學校辦學相結合的理念應運而生,為教育注入了新的活力。
然而,博物館數量和學校數量之間存在不均衡的發(fā)展,有限的博物館資源很難被數量眾多的學校充分利用,因此有學者提出在學校建設博物館的想法[2]。校園博物館,是指在中小學校園內發(fā)展,以學生為主體參與建設、連接課程學習、聚焦物品收集和展示的物質層博物館形態(tài)[3]。
建設校園博物館,對學生、教師以及學校都有著重大的意義。結合中小學教學發(fā)展的實際情況,通過不斷實踐與總結,建設校園博物館不僅能夠激發(fā)學生的學習興趣,拓寬他們的知識視野,培養(yǎng)實踐與創(chuàng)新能力[4],還有助于提升學校的教育教學質量和綜合競爭力,為學生的未來發(fā)展打下堅實的基礎。這種理念和實踐不僅僅是教育改革的一次嘗試,更是為未來教育的發(fā)展開辟了新的道路[5]。
但是,從目前教育界的研究情況來看,在中小學建設校園博物館的理念還主要停留在構想和理論研究階段,很少有具體實踐的案例。按照一般認知,在學校建設博物館的想法有其合理性和可操作性,但是對于普通學校來講,它將是一個開銷巨大且維護費用高昂的項目。如何將博物館以學校能夠承受的方式開設起來,并形成完善的課程體系,將是學校方面要解決的問題之一。通過對理念、模式的學習,以及北京市海淀區(qū)稻香湖學校(以下簡稱“稻香湖學?!?在科技類校園博物館建設方面做出的探索,筆者希望以真實的案例,帶給讀者具體可操作的方法和啟示。
正如前文所說,不少學者已經探討并研究了在中小學開設博物館的可行性和思路[6-9]。作為館校結合的核心實踐之一,此舉為學生提供了豐富多彩的學習和實踐機會,從而達到教育創(chuàng)新的目的。稻香湖學校積極構建了校園博物館和科技中心,包括科技展館、化石展館、自然科學展館、計算機教室、金木工教室、STEAM教室、機器人教室、樂高教室、原型機教室、高等項目研究實驗室等科學技術場館和實驗室,為學生提供了一個探索科學的多元化學習平臺(見圖1)。
圖1 開在學校的博物館
作為館校結合的核心實踐之一,稻香湖學校擁有豐富的博物館資源和實驗室,以合作與創(chuàng)新為基礎,為學生提供了豐富多樣的學習和實踐機會。學校在合作建設方面進行了創(chuàng)新,秉承多方合作的原則,實現了學校、家庭和社會機構的協同努力[10]。首先,學校內部為博物館提供了場地,為整個館校結合創(chuàng)造了基礎條件。其次,部分家長的捐贈不僅體現了家校合作的理念,也為博物館的藏品和展示提供了重要支持。最重要的是,與社會機構的合作為校園博物館注入了專業(yè)性和多元化的活力,實現了博物館的精品展示。
學校博物館有來自家長捐贈的工業(yè)級光固化3D打印機、家長自己收集的不同類型的巖石藏品、擁有數百年歷史的鋼琴、能夠運用智能主控板和積木搭建各類作品的智高實驗室等等,這些藏品和實驗室不僅反映了不同家庭所涉及到的專業(yè)領域,還為學生開啟了探索科技歷史和科技前沿的窗口。
稻香湖學校也一直與機構開展創(chuàng)新合作。與相關機構共同建立了化石展館。機構為展覽設計、藏品展示、空間布局等提供免費且專業(yè)的支持;學校則提供場地、學生資源、教育理念和師資支持,使合作更加全面。此外,學校還與一些在商場臨時布展的機構合作,當其在商場的展期結束后,就可以將藏品和互動裝置搬到學校進行展覽。學校的“神奇動物展”,就是一個以動物保護為主題的校園博物館展覽,有帝企鵝、北極熊、變色龍、鱷魚、郊狼、沙漠駱駝等動物與居住環(huán)境的模型、VR體驗裝置以及互動游戲等。從教育投入的角度出發(fā),學校不僅不需要因為藏品的貴重而花費重金,還從空間和利用效率等方面幫助校外機構解決了藏品存放地點和科普推廣范圍等問題。
學校、家庭、社會三方面的合作與創(chuàng)新,為校園博物館的建設奠定了良好的硬件基礎,也對教育效果產生了積極的影響。社會機構的專業(yè)知識、藏品質量和布展技能,不僅豐富了校園博物館的內容,還使學生能夠接觸到更高水平的科技知識。家長的參與促進了家庭與學校的合作,形成了教育的合力。
除了采用積極尋求合作、募集捐贈以及申請專項經費進行購買等形式來收集藏品以外[11],學校也可結合自身特點,在教師的組織下,實現在教育活動中產生和收集藏品。
1. 科技活動成果的轉化
基于學校的博物館、實驗室等資源,教師可以組織多種多樣的活動,如創(chuàng)新比賽、科技展示、科學實驗、校內講座等。這些活動的豐富性為校園博物館藏品的多樣性提供了可能。學生積極參與到活動中,積累了科技的相關知識和經驗。例如,稻香湖學校有一年一度的科學活動周,每年都會制定不同的主題。在活動周的準備過程中,學生制作了不同類型的科技展品:各式各樣的投石器、動物的足跡圖片展、空氣大炮、機械傳動裝置、北斗衛(wèi)星定位器等。學生的優(yōu)秀作品、項目、研究成果等,不僅能夠成為校園博物館藏品的一部分,也讓學生在參與活動的過程中能夠收獲科技知識,獲得全面而深刻的學習體驗。
2. 科技競賽作品的轉化
另一項創(chuàng)新實踐是將學生參與的科技競賽作品轉化為校園博物館的藏品。從學校層面出發(fā),每年學生可以參加的科技競賽活動都非常豐富,競賽對作品質量的要求往往也非常高,因此一些優(yōu)質的科技競賽作品可以直接轉化成藏品。稻香湖學校帶領學生參加過“未來之城”“未來太空學者大會”“爻星球”、編程等競賽活動,學生所做的城市模型、空間站設計、機器人以及程序等精美作品,不僅為學校的博物館增添了豐富的內容,還激勵著更多的學生積極投入到科技競賽中,為學生的未來學習積累了優(yōu)質且豐富多彩的資源。
3. 科研成果的轉化
在收集藏品的時候,各學校可以根據當地特點、風土人情、產業(yè)布局等內容,在課題研究的過程中挖掘更多豐富的活動資源和藏品資源。例如,稻香湖學校有位自然科學教師對北京市的蝴蝶品種有著非常深入的研究。在他的教學活動中,經常會有外出捕捉蝴蝶的環(huán)節(jié)。在教師的帶領下,不同年齡段的學生足跡遍布北京市的眾多角落。據公開資料顯示,北京市的蝴蝶種類大約有200種[12]。歷時數年,他們收集并制作了多達170種北京蝴蝶標本(見圖2)。在老師的帶領下,同學們通過親身實踐,感受到了北京蝴蝶的多樣性以及相應的生物特征,為在這一領域進行深入的研究奠定了堅實的基礎。
圖2 校園博物館展示師生收集的蝴蝶標本
因此,結合學校的育人特點,由教師組織的活動可以成為校園博物館藏品建設的關鍵來源之一。通過這些活動,學校不僅能夠積累有價值的作品和項目,還為學生提供了參與科技教育和實踐的機會。教師、學生和學校共同合作,將校園博物館建設提升到一個新的水平,為學生的科技教育和興趣培養(yǎng)帶來更積極的創(chuàng)新與貢獻。
校園博物館資源的充分應用既可以豐富校本課程,又能夠促進跨學科學習。稻香湖學校在教材、實驗器材、科技展品等資源上進行了跨學科、跨部門的共享,這樣既能夠豐富教學內容,又有助于提高教學質量。同時,學校也充分考慮到不同階段學生的需求,并結合學生的認知特點,制定個性化的教育方案。不同年齡段的學生對于知識的理解和興趣的培養(yǎng)有所不同,因此教學內容和方式也要靈活調整,以適應不同學生的發(fā)展水平。
稻香湖學校的校園博物館對科技展品的演化有清晰的呈現,通過開發(fā)科技與歷史融合的課程,學生能夠深入了解科技創(chuàng)新的歷史脈絡,從中汲取靈感,了解科技與社會的相互作用,培養(yǎng)跨學科思維。在以結合自然科學內容的化石展、蝴蝶標本展、神奇動物展等為基礎的校本課程中,學生進一步了解了生態(tài)系統、進化和物種的多樣性等知識,培養(yǎng)對自然世界的熱愛和保護意識,感受生物圈的奇妙,并學會了科學方法和觀察技能。在與科技課程的結合中,如樂高機器人編程、Micro-bit、Arduino、VEX、未來之城、人工智能、機器人、3D打印、原型機、CAD與激光切割、金木工制作等綜合類、高研類和硬件類課程,學生能夠將理論應用到校園博物館的實踐驗證中。這不僅激發(fā)了學生的好奇心、想象力和創(chuàng)造力,還培養(yǎng)了其動手能力和創(chuàng)新思維。在與藝術融合的校本課程中,學生通過探索激光豎琴、電子藝術墻、編程花瓣等科技與藝術相結合的展品,學習數字藝術的基本原理和技巧,發(fā)展創(chuàng)造性思維,掌握數字藝術制作技能,同時獲得藝術歷史和文化背景的知識。
校園博物館與校本特色課程的緊密聯系為學生提供了與傳統教室學習截然不同的體驗,培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造性思維、解決問題能力以及對藝術、科學和文化的深刻理解。這種聯動的教育模式不僅使學生受益匪淺,還豐富了校園文化和校本教育資源。
在館校結合的實踐中,基于探究、實踐的活動開展模式被各位學者廣泛提及[13-15],因為它能為學生提供更加深入以及身臨其境的學習體驗。基于探究和實踐的課程設計思路旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。通過探究和解決實際問題的過程,學生能夠培養(yǎng)分析與解決問題的能力。在實際操作中,還可以鍛煉團隊合作、創(chuàng)新思維和動手能力,為未來的科技創(chuàng)新打下堅實的基礎。
探究式學習是一種以學生為主體,通過提出問題、自主探究、合作交流來獲取知識的學習方式[16]。在館校結合的實踐中,探究成為課程設計的核心。學生可以通過參觀校內的科技設施和藏品,激發(fā)好奇心和求知欲。課程設計往往采用設置探究性的問題,引導學生自主查找信息、分析問題、提出假設,從而在實踐中獲得深刻的學習體驗。
實踐是對知識的鞏固和應用,也是培養(yǎng)學生實際能力的有效手段。學生通過參與科技展示、實驗操作等活動,將理論知識應用于實際問題的解決中。通過與設備互動、觀察實驗現象,更深入地理解科學原理。
在總結多位學者基于探究、實踐的課程設計思路后,結合稻香湖學校在校園博物館課程建設方面進行的實踐,形成了從問題驅動到反思迭代的課程設計流程(見圖3)。
圖3 課程設計流程圖
1. 問題驅動
課程的起點應該是能夠引發(fā)學生好奇心的數個問題或挑戰(zhàn)。問題可以是實際問題、科技難題或需要創(chuàng)新解決方案的情境,應具有挑戰(zhàn)性和啟發(fā)性,能激發(fā)學生的興趣。
2. 查找信息
學生需要鍛煉查找和收集相關信息的能力,包括查閱文獻、采訪專家、使用互聯網資源等。了解問題的背景和相關知識是解決問題的第一步。
3. 分析問題
學生在老師的引導下,逐步分析問題的各個方面,包括其影響、原因、可能的解決方案等。這有助于他們更好地理解問題的復雜性,從而為尋求適當的突破口打下基礎。
4. 提出假設
基于大量的研究和分析,學生提出可能的解決方案或假設。這些假設可以作為解決問題的起點。
5. 實踐驗證
基于先前提出的假設或解決方案,學生需要采取實際行動。這當中會有設計實驗、制作原型、開發(fā)項目等過程。實踐驗證是課程中的精華部分,它能夠幫助學生將理論知識應用到實際情境中。
6. 反思迭代
沒有反思與迭代的課程,就很難有改造、升級和蛻變。學生需要回顧他們的實踐驗證結果,分析成功和失敗的原因,然后進行改進。這個過程強調了科學方法和創(chuàng)新過程的連續(xù)性,從而將探究、實踐的課程放置到良性的活動閉環(huán)中去。
比如在未來之城項目中,讓學生設計一座100%由電力驅動的城市。以35個探究性問題為依托,逐漸引導學生調研以下問題:綠色能源、清潔能源、可再生能源之間的區(qū)別與聯系;能源種類和用途;電力是怎么轉換的;電力是如何傳輸和分配的;電力是如何儲存的;如何讓城市實現電力驅動。當學生調研電力轉換的時候,就會前往學校的博物館,觀察手搖發(fā)電裝置、等離子魔法球、沖程活塞、哥德堡小球墻等展品了。他們甚至還提出了將生物能源聚集起來進行電力轉換的想法。在自主探究和實踐的過程中,學生通過問題驅動,在查找信息、分析問題、提出假設、實踐驗證、反思迭代的閉環(huán)中,逐漸形成了科學思維,為創(chuàng)新播下了理想的種子。
校園博物館的建設和課程設置,是為了激發(fā)學生對科學的興趣,并培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新能力。在校園博物館中,學生可以親身體驗各種神奇的科學實驗,觀察科技展品,通過互動性的展示和實驗,使抽象的科學知識變得具體而生動。通過樂高編程、原型機制作等課程,學生不僅可以學習到具體技能,還能夠培養(yǎng)解決問題的能力和創(chuàng)造性思維。
通過探索和實踐,筆者認為可從以下幾個方面來激發(fā)興趣和培養(yǎng)能力:
1. 主題選擇:引人入勝
選擇與學生生活和興趣相關的主題,能夠激發(fā)學生的好奇心和探索欲。主題可以涵蓋科技、自然、歷史、人文等方面。一般情況下,選擇與人工智能、太空探索、可持續(xù)發(fā)展等相關的主題,能夠引起學生的興趣。同時,在這些大類中,筆者及研究團隊也進行了細化,開發(fā)出生命科學、人體科學、太空探索、地球科學、電氣科學、自然科學、機械設計、發(fā)電機制造、城市規(guī)劃、城市設計等小類,不僅豐富了學生的科技探索范圍,有趣的主題也吸引了不少學生參與。
2. 體驗環(huán)節(jié):互動有趣
在課程中引入互動體驗,可以使學生親身參與并感受到科技的魅力。一般通過設置實驗、模擬活動、角色扮演等,讓學生在實際操作中掌握知識與技能。當然,在讓學生體驗的過程中,允許學生隨時提問、討論和分享觀點,以增加其參與度。例如,在哥德堡小球墻就設置了非常有趣且互動性十足的體驗環(huán)節(jié):學生通過將一顆顆海洋球放進帶有吸力的洞口,小球就會被鼓風機吹入各個通道的入口,然后系統會進行一系列復雜且有趣的運輸活動。小球在系統中或抬升、或分揀、或跌落、或反彈,最終也會因為一些變量因子而導致落入的地點發(fā)生改變。整個過程,學生可以通過改變系統中的任意一個機關而造成千差萬別的結果。這種互動式的體驗,讓學生很容易就對力學、機械原理、概率等內容產生濃厚的興趣和強烈的探索欲望。
3. 項目設置:激發(fā)創(chuàng)造力
鼓勵學生參與創(chuàng)造性的項目,讓學生能夠將理論知識應用于創(chuàng)作實踐中。通常會讓學生設計科技展示、制作實驗裝置,或者進行科技研究項目。通過開放性的問題設計,可以激發(fā)學生思考多個解決方案,鼓勵他們從不同角度思考問題,培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。在設計任務時,也盡量融入一些創(chuàng)造性的元素。比如要求學生設計一個未來城市的藍圖,讓他們考慮可持續(xù)性、科學性、工業(yè)、農業(yè)、服務業(yè)等方面的應用。通過這樣的任務,學生可以發(fā)揮創(chuàng)造力來構思未來。當項目設計以激發(fā)創(chuàng)造力為導向時,學生會更加積極地投入到項目活動中去。
4. 問題解決:真實合作
設計課程時,應該選擇一些實際問題作為學習的核心,讓學生通過合作的方式來解決問題。比如探討老年友好社區(qū)的構建、環(huán)保創(chuàng)新挑戰(zhàn)、科技助力教育項目、創(chuàng)業(yè)設計等。這種問題驅動的學習方式能夠培養(yǎng)學生的實際應用能力和團隊合作精神。
5. 學習方式:自由自主
為學生提供自主學習的機會,給予選題的自由、引導學生自行查找資料、組織小組討論、進行資源共享、項目學習、探索式實驗、自主評估等。這能夠培養(yǎng)學生的自主學習能力和自我管理能力。
校園博物館的建設和課程設計,注重不同學科之間的融合。在以探究、實踐為基礎的課程中將多個學科有機結合,以項目、問題為驅動,結合特定主題,整合書籍、視頻、網站等資源,在老師的引導下,使學生進行跨學科的學習體驗[17]。STEAM教室將科學、技術、工程、藝術、數學等多個學科有機結合,培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)和跨學科學習的能力。人工智能教室、原型機教室等則將動手能力與創(chuàng)造性思維相結合,為學生提供了實踐創(chuàng)新的平臺。
在學生學習語文課文《蟋蟀的住宅》一課中,學校進行了一次非常有意義的跨學科教學(見圖4)。通過整合資源,學生主要進行了如下活動:
文學閱讀:語文教師在課堂上引導學生閱讀《蟋蟀的住宅》。通過分析文本,感受蟋蟀住宅的特點和修建經過,體會蟋蟀吃苦耐勞、不肯隨遇而安的特點。
自然科學探究:自然科學教師在課程中介紹蟋蟀的生態(tài)特征,讓學生了解蟋蟀的習性、食性、生活環(huán)境等,以及其在生態(tài)系統中的作用。
STEAM創(chuàng)意制作:STEAM教師與學生一起探討蟋蟀的住宅,引導學生進行創(chuàng)意思考。在STEAM教室中,學生使用3D打印和激光切割技術,將木板、PLA等材料制作成蟋蟀的住宅模型,為蟋蟀建設起各式各樣的居所。
展示和分享:在科技中心展館設置展示區(qū)域,將學生制作的蟋蟀住宅模型擺放其中。通過展示,學生有機會向其他同學、家長和老師分享創(chuàng)意和成果。這也自然成為了校園博物館的展品之一。
跨學科討論:在整個活動過程中,語文、自然科學和STEAM教師共同引導學生進行跨學科討論。學生從文學、科學、技術和創(chuàng)意等角度分析蟋蟀住宅,分享自己的見解。
反思與總結:活動結束后,學生進行反思,通過寫作、討論和小組分享的形式,在文學、科學、技術和創(chuàng)意方面總結收獲和體會。
圖4 《蟋蟀的住宅》跨學科融合創(chuàng)新課程
校園博物館不僅關注學生的知識獲取,更注重培養(yǎng)學生的領導力和創(chuàng)新能力。通過機器人、編程、智能硬件以及科學探究等課程,學生將深入探索科學前沿,鍛煉解決實際問題的能力。在大數據、人工智能等前沿科技課程中,學生不僅能夠學習到具體的技能,還能夠培養(yǎng)計算思維和合作意識,并逐漸成為數字時代的領軍者。
將博物館開在學校,就是為了給學生提供多元化的學習和實踐機會。通過豐富的科技場館和多樣的科技課程,學生能夠在實踐中感受科學的魅力,培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新思維,為未來的發(fā)展奠定堅實的基礎[18]。這種實踐不僅是教育創(chuàng)新的嘗試,更是為培養(yǎng)具有綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的未來人才而做出的努力。
實現博物館與學校的有機結合是一個復雜而長期的過程。為了確保校園博物館建設的順利進行和教育效果的最大化,需要加強師資能力的建設。
教師是館校結合的重要紐帶,他們需要具備豐富的科技知識和教育經驗。因此,學校應該加強師資隊伍建設,提供相關領域的培訓和進修機會,提升教師的專業(yè)素質和科技意識[19]。這樣,教師才能更好地引導學生在校園博物館中進行學習和實踐。稻香湖學校自成立以來,一直非常注重教師的專業(yè)發(fā)展,并為每位教師提供了專項資金以促進教師的成長。通過不斷地培養(yǎng),越來越多優(yōu)秀的教師已經在科學教育的組織和開展方面取得了新的成效。
為了更好地融入館校結合的教學模式,教師需要不斷提升自己的教學能力和創(chuàng)新能力。學校通過組織各種培訓、研討會和交流活動等,讓教師了解最新的教育方法和科技應用,從而更好地將博物館的資源融入課堂教學。稻香湖學校也在不斷地給各學科組的教師提供課程設計和展示交流的機會,讓優(yōu)秀教師能夠脫穎而出,也更能夠帶領學生進行多種多樣的探究。
教師與博物館工作人員之間的密切合作是成功實現館校結合的關鍵。學校和博物館應建立良好的溝通機制和協作模式,共同商討教學方案和活動計劃等。教師與工作人員應保持頻繁的溝通,及時調整課程內容和活動安排,以適應學生的需求和科技發(fā)展的變化。
館校結合以其多元化的教育模式和實踐性的教學手段,為學生的全面發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了新的路徑。通過校園博物館的建設與課程和活動的實施,學生能夠在豐富的科技場館和課程中獲得實踐經驗,培養(yǎng)科學興趣和創(chuàng)新思維。在校園博物館建設的建議中,筆者特別強調了教師的重要性,以及資源共享、合作與個性化教育方案等關鍵因素。
在未來,校園博物館將有更廣闊的發(fā)展前景。隨著科技的不斷進步和教育理念的不斷更新,館校結合的實踐將得到進一步的豐富和拓展。可以預見到,博物館將會越來越多地融入學校教育,不僅僅是單純的參觀,更將會是與課程緊密結合,為學生提供深入學習的機會。隨著人工智能、虛擬現實等技術的發(fā)展,校園博物館的開展方式也將會更加多樣化和靈活[20]。虛擬實驗、在線展覽等將成為補充實地考察的有效方式,為學生提供更加多元的學習路徑,也會為校園博物館的建設增加技術支持和條件保障。另外,館校結合還將進一步促進學科交叉和綜合能力的培養(yǎng)??鐚W科的綜合教育將成為趨勢,學生將能夠在不同領域中獲取知識,從而更好地適應未來社會的發(fā)展。最后,隨著合作模式的深化,館校結合也將促進學校與博物館之間的深入合作。雙方可以在教育資源共享、教學方法研發(fā)、師資培養(yǎng)等方面加強合作,實現優(yōu)勢互補,共同推動教育事業(yè)的發(fā)展。
筆者大膽預測,在更多學校的探索、實踐和創(chuàng)新下,校園博物館的教育模式將繼續(xù)發(fā)展豐富,為學生提供更多樣化、更富有活力的學習體驗。在不斷變化的教育環(huán)境中,校園博物館必將成為教育創(chuàng)新的重要方向,為培養(yǎng)未來的創(chuàng)新領袖和實踐者奠定堅實的基礎。