盧君輝

項(xiàng)目背景與目標(biāo)

隨著新時(shí)代教育理念的深刻發(fā)展與變革，不斷提升并強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育中科學(xué)精神、科學(xué)思想、科學(xué)方法的同等重要性，有利于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)新知識(shí)、掌握新技能、解決新問題的能力，有利于學(xué)生樹立辯證唯物主義等科學(xué)思想，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神，體現(xiàn)了新時(shí)代教育改革的要求。雖然科學(xué)教育場(chǎng)館在教育活動(dòng)中傳遞科學(xué)方法的意識(shí)和能力在逐步提高，但仍有相當(dāng)多的不足之處，也缺乏以培養(yǎng)科學(xué)思維和方法為核心教學(xué)目標(biāo)的活動(dòng)。基于此背景，本項(xiàng)目旨在研發(fā)一項(xiàng)重點(diǎn)培養(yǎng)中小學(xué)生科學(xué)思維和方法的教育活動(dòng)，并通過幾年時(shí)間的實(shí)施、反思、改進(jìn)、擴(kuò)充、提升，形成一個(gè)依受眾年齡或難度分級(jí)遞進(jìn)、主題豐富多樣的系列教育活動(dòng)，并著力打造成北京自然博物館的又一項(xiàng)深受公眾歡迎、業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的品牌教育活動(dòng)。

項(xiàng)目前期調(diào)研及理論研究

針對(duì)上述目標(biāo)，通過調(diào)研和理論研究，我們提出在博物館開展科學(xué)思維和方法教育，需要活動(dòng)策劃者梳理并回答如下3 個(gè)問題：“有沒有？”“怎么找？”和“怎么教？”即展品中是否蘊(yùn)藏著科學(xué)方法的內(nèi)涵，它是以什么形式存在于展品之中的？如何發(fā)掘、發(fā)現(xiàn)展品背后的科學(xué)方法信息？如何利用展品有效開展科學(xué)方法教育，避免口號(hào)式的說教灌輸？

博物館展品普遍蘊(yùn)含豐富的科學(xué)方法內(nèi)涵，他們通過科學(xué)探究的過程、結(jié)果、應(yīng)用和影響等層面體現(xiàn)出來，可作為設(shè)計(jì)開展教育活動(dòng)的“原材料”進(jìn)行挖掘利用。發(fā)掘展品背后的科學(xué)方法信息，需要活動(dòng)設(shè)計(jì)者將關(guān)注點(diǎn)從“知識(shí)是什么”轉(zhuǎn)向“知識(shí)是怎么來的”，要在策劃時(shí)開展一定的文獻(xiàn)研究，尤其是科學(xué)史的研究。通過研究不僅可以發(fā)現(xiàn)展品背后的科學(xué)方法信息，還可以發(fā)現(xiàn)科學(xué)家科學(xué)探究的過程、做過的考察與實(shí)驗(yàn)、思維方法、使用的工具、假象與彎路、挫折與困惑等信息，這既為教育活動(dòng)中的考察、實(shí)驗(yàn)、場(chǎng)景提供了參考，還有生動(dòng)的人物和故事，為教育活動(dòng)的探究實(shí)踐、情境與趣味性設(shè)計(jì)提供了素材。

基于此，活動(dòng)策劃設(shè)計(jì)者可以引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家探索科學(xué)那樣學(xué)習(xí)科學(xué)，體驗(yàn)科學(xué)家在開展研究時(shí)是如何運(yùn)用并創(chuàng)新科學(xué)方法，讓學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)問題解決的過程，在科學(xué)探究實(shí)踐中學(xué)習(xí)科學(xué)思維和方法，獲得直接經(jīng)驗(yàn)，建構(gòu)知識(shí)，最終獲得思維能力。這正是博物館開展科學(xué)思維和方法教育的價(jià)值和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)所在。

基于理論研究的活動(dòng)體系構(gòu)建

基于前期理論研究成果和理念，我們策劃設(shè)計(jì)并實(shí)施了“小小研究生”科學(xué)探究活動(dòng)，該活動(dòng)以“像科學(xué)家探究科學(xué)一樣學(xué)習(xí)科學(xué)，在科學(xué)探究實(shí)踐中學(xué)習(xí)科學(xué)思維和方法，培養(yǎng)科學(xué)精神”為理念，活動(dòng)程序仿照高校培養(yǎng)研究生的基本流程，經(jīng)歷篩選簡歷—面試—確定選題—提出假設(shè)—制訂研究計(jì)劃—開展研究—記錄并整理數(shù)據(jù)—交流討論并得出結(jié)論—撰寫研究論文—以答辯會(huì)形式展示并分享成果等一系列環(huán)節(jié)，最終獲得“小小研究生”稱號(hào)?；顒?dòng)在設(shè)計(jì)和組織上將原本艱深晦澀、周期冗長的科學(xué)探究過程加以濃縮、提煉和優(yōu)化，保留科學(xué)探究的精髓，在學(xué)生暑期較完整的時(shí)間內(nèi)，以小學(xué)高年級(jí)和初中生為目標(biāo)人群，每期招收10 ～ 20 名學(xué)員，圍繞1 個(gè)問題開展深入且完整的探究，讓學(xué)生在自主、深入的探究過程中掌握科學(xué)方法、理解科學(xué)思想、體會(huì)科學(xué)精神。

經(jīng)過幾年的研發(fā)與改進(jìn)，目前“小小研究生”活動(dòng)已初步形成了年齡涵蓋小學(xué)4 年級(jí)至初中全階段，難度分初、中、高級(jí)3 個(gè)階梯的系列活動(dòng)（表1）。3 個(gè)級(jí)別的探究主題分別為：初級(jí)班“水族館的魚晚上睡覺嗎？”中級(jí)班“魚真的會(huì)被撐死嗎？”以及高級(jí)班“魚的記憶真的只有7 秒嗎？”學(xué)生既可由初級(jí)班開始學(xué)習(xí)，隨著科學(xué)探究能力的不斷加強(qiáng)而逐年升級(jí)，亦可根據(jù)自己實(shí)際的年齡和能力，直接選擇合適難度的等級(jí)。

項(xiàng)目內(nèi)容

在新冠疫情常態(tài)化防控的大背景下，我們采取“場(chǎng)館授課+ 家中開展實(shí)驗(yàn)+ 線上指導(dǎo)”的模式，學(xué)生僅小部分時(shí)間在博物館聽課、交流、討論、分享、匯報(bào)，其他時(shí)間在家開展飼養(yǎng)觀察實(shí)驗(yàn)、撰寫論文和制作PPT，教師全程通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行線上公開交流指導(dǎo)，創(chuàng)新研發(fā)了研究主題“魚的記憶真的只有7 秒嗎？”學(xué)生將親手驗(yàn)證這個(gè)廣為流傳的說法究竟是不是謠言，探究“魚類真的如我們通常認(rèn)為的那么傻嗎？它們究竟能記住什么呢？能記住多久不會(huì)忘記呢？”這些有趣的話題。

研究過程中每名學(xué)員都在“魚的記憶”這個(gè)大框架下，設(shè)計(jì)符合自己興趣的、獨(dú)具特色、與眾不同的實(shí)驗(yàn)方案，如“魚能否區(qū)別并記住不同的聲音刺激？”“魚能否區(qū)別并記住不同形狀的幾何體？”“魚能否區(qū)別并記住不同的顏色？”“魚能否記住迷宮的逃生路線？”等等。每名學(xué)員的研究對(duì)象、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、使用的道具、獲得的結(jié)論均不相同。

項(xiàng)目實(shí)施步驟

問題聚焦，提出假設(shè)

“魚的記憶真的只有7 秒嗎？”結(jié)合已有認(rèn)知，提出自己的觀點(diǎn)和假設(shè)，根據(jù)對(duì)該問題的看法將學(xué)生分成兩種觀點(diǎn)，分別做出“魚有／沒有長期記憶的能力”的假設(shè)。

確定研究方向

查閱相關(guān)資料，選擇感興趣的研究方向。研究方向具體化，即讓魚記憶什么？研究對(duì)象具體化，研究哪種魚？

形成研究方案

制訂科學(xué)研究方案，準(zhǔn)備所需材料，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的幾項(xiàng)重要基本原則。在教師指導(dǎo)下，討論形成各自獨(dú)特的研究方向（可從記憶聲音振動(dòng)、色彩、光亮、空間位置、時(shí)間、幾何形象，甚至人臉、氣味、字詞等方面開展研究）和研究方案，驗(yàn)證“魚是否具有長期記憶，記憶能持續(xù)多久？”在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中培養(yǎng)學(xué)員形成“設(shè)置對(duì)照、控制變量、平行重復(fù)、隨機(jī)取樣”等重要原則的習(xí)慣，設(shè)計(jì)屬于自己的實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，搭建飼養(yǎng)系統(tǒng)。

正式開展研究

依照研究方案，購買實(shí)驗(yàn)用魚放入飼養(yǎng)系統(tǒng)，正式開始實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄數(shù)據(jù)。研究分為“記憶訓(xùn)練形成”“檢測(cè)并確定記憶已經(jīng)形成”和“遺忘檢測(cè)”3 個(gè)階段。實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的詳細(xì)內(nèi)容不由教師直接給出，而是結(jié)合學(xué)生的想法，通過討論得出。研究周期預(yù)計(jì)約為20 ～ 40 天。

得到結(jié)果并形成結(jié)論

整理數(shù)據(jù)，繪制圖表，分析結(jié)果，交流討論，得出結(jié)論：某魚能否對(duì)某因素形成長期記憶。

結(jié)合學(xué)科核心概念進(jìn)行升華：魚的記憶歸根到底是生物對(duì)環(huán)境適應(yīng)的體現(xiàn)，是生物演化的結(jié)果。

表達(dá)展示

通過研究論文、匯報(bào)視頻、思維導(dǎo)圖、展板等形式展示成果。

回顧反思

收獲，反思不足，改進(jìn)辦法。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

研發(fā)過程創(chuàng)新

“小小研究生”系列科學(xué)探究活動(dòng)針對(duì)明確的研發(fā)目標(biāo)，先行開展理論研究，在理論研究成果的基礎(chǔ)上開展活動(dòng)研發(fā)，并在實(shí)施中逐步改進(jìn)活動(dòng)。

活動(dòng)目標(biāo)創(chuàng)新

活動(dòng)的核心目標(biāo)不再是科學(xué)知識(shí)，而是讓學(xué)生在完整、深入的探究過程中學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法、流程、原則、思維方式，并在此過程中體會(huì)并培養(yǎng)科學(xué)思想和科學(xué)精神。

探究主題創(chuàng)新

針對(duì)社會(huì)上廣為流傳的說法、傳聞設(shè)置活動(dòng)主題，如“魚的記憶只有7 秒”“魚晚上不睡覺”“魚吃多了會(huì)被撐死”等，指導(dǎo)學(xué)生通過觀察、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證，得出科學(xué)結(jié)論，讓孩子親手攻破謠言和不實(shí)傳聞，并成為破除謠言的發(fā)言人、科學(xué)的傳播者。

培養(yǎng)形式創(chuàng)新

從傳統(tǒng)的“老師教學(xué)生”轉(zhuǎn)變成“導(dǎo)師帶小研究生”，寥寥幾個(gè)字的變化，折射出培養(yǎng)形式的巨大改變。不再是“老師教，學(xué)生聽”的單向傳播，而是在研究過程中，導(dǎo)師和小研究生針對(duì)某一問題進(jìn)行商量、討論、互相啟發(fā)的雙向過程。在活動(dòng)中，很多研究選題的答案連導(dǎo)師都不清楚，甚至在網(wǎng)上都查不到確切答案，比如“慈鯛魚能記住迷宮的逃生路線嗎？”“金魚能區(qū)分并記住拍打和敲擊的聲音嗎？”“海豚晚上怎么睡覺？”導(dǎo)師和學(xué)生朝著目標(biāo)共同開展探索，發(fā)揮各自的角色和作用，不再僅僅是“老師把他知道的知識(shí)講授給學(xué)生”。

活動(dòng)流程創(chuàng)新

仿照高校、研究所研究生的培養(yǎng)流程開展活動(dòng)，學(xué)生不僅會(huì)經(jīng)歷完整的科學(xué)探究全過程，還會(huì)體驗(yàn)到投簡歷、差額面試、論文答辯等具有研究生培養(yǎng)特色的環(huán)節(jié)，增長了孩子的見識(shí)，鍛煉了孩子的語言表達(dá)、論文撰寫、臨場(chǎng)應(yīng)變等多項(xiàng)能力。

探究自主程度創(chuàng)新

活動(dòng)不再像大部分科學(xué)教育館內(nèi)開展的課程那樣，在教師預(yù)設(shè)并劃定的教學(xué)范圍、沿特定路線開展探究，而在最大限度上解放對(duì)學(xué)生的束縛，在一個(gè)大框架下，讓學(xué)生自主選擇研究對(duì)象、研究方法、觀測(cè)手段、同組成員等，最終形成百花齊放、各具特色的研究成果。

組織形式創(chuàng)新

在新冠疫情常態(tài)化防控的大背景下，部分活動(dòng)主題可采取“場(chǎng)館授課+ 家中開展實(shí)驗(yàn)+教師線上指導(dǎo)”的模式，盡可能減少場(chǎng)館內(nèi)人員聚集，最大限度地在保證活動(dòng)效果基礎(chǔ)上，減少因疫情臨時(shí)管控措施對(duì)活動(dòng)帶來的不利影響。亦可充分利用中國科協(xié)青少年科技中心“科創(chuàng)筑夢(mèng)”全國青少年科技創(chuàng)新服務(wù)云平臺(tái)開展遠(yuǎn)程線上教學(xué)。

活動(dòng)展望與預(yù)期

北京自然博物館還計(jì)劃基于場(chǎng)館展覽展示資源開展觀察探究，基于優(yōu)勢(shì)教學(xué)及科研資源開展實(shí)驗(yàn)探究，不斷研發(fā)新的活動(dòng)主題，繼續(xù)擴(kuò)充3 個(gè)階梯的課程數(shù)量，同時(shí)以水生生物為基礎(chǔ)，向其他學(xué)科如動(dòng)物、植物、古生物等輻射擴(kuò)展，形成既有縱向分級(jí)，又有橫向分科的研究性學(xué)習(xí)產(chǎn)品矩陣。同時(shí)，抓住國家自然博物館新館建設(shè)的契機(jī)，充分利用逐年引進(jìn)的大量高級(jí)學(xué)科和教育人才，擴(kuò)充“小小研究生”活動(dòng)的教師隊(duì)伍，形成“一老帶多新”的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)，每年可同時(shí)開展多個(gè)難度、多個(gè)主題的平行班，分別由不同的導(dǎo)師進(jìn)行指導(dǎo)，大大擴(kuò)展活動(dòng)的惠及面和學(xué)員人數(shù)，努力打造成行業(yè)具有影響力的優(yōu)秀品牌教育活動(dòng)。

專家點(diǎn)評(píng)

“魚的記憶真的只有7 秒嗎？”看到這個(gè)項(xiàng)目的題目就讓人眼前一亮，這是一個(gè)不論對(duì)于成人還是青少年都極具吸引力的問題，能夠充分激發(fā)學(xué)習(xí)者探究的欲望，非常好地體現(xiàn)了項(xiàng)目問題的“驅(qū)動(dòng)性”。沉下心思考，作為“假設(shè)—檢驗(yàn)”這種表層的探究過程似乎并不復(fù)雜，但真正要檢驗(yàn)假設(shè)需要經(jīng)歷“確定研究方向和對(duì)象—制訂研究方案—準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料—搭建裝置—實(shí)施研究方案—細(xì)化實(shí)驗(yàn)計(jì)劃并記錄數(shù)據(jù)—整理、處理與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)—得出結(jié)論”等環(huán)節(jié)，頗具挑戰(zhàn)性、綜合性和探究性。該案例的吸睛之處還遠(yuǎn)不止于此，在上述環(huán)節(jié)中充分融入“設(shè)置對(duì)照、控制變量、平行重復(fù)、隨機(jī)取樣、數(shù)據(jù)處理、分析論證”等一系列下沉到微觀層面的“科學(xué)思維與方法”，讓探究變得不再“籠統(tǒng)”，育人功能也更加“飽滿”，這正是常態(tài)中“粗放型”探究式或項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)所極其缺乏的。如果把鏡頭拉遠(yuǎn)審視整個(gè)項(xiàng)目的全貌和活動(dòng)組織過程，也為校內(nèi)外項(xiàng)目式活動(dòng)的組織程序提供啟示。細(xì)細(xì)品味，不論從哪個(gè)角度，都值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。