近年來(lái),北京市海淀區(qū)中關(guān)村學(xué)區(qū)積極發(fā)揮區(qū)域科技資源優(yōu)勢(shì),與中國(guó)科學(xué)院行政管理局協(xié)同聯(lián)動(dòng)中國(guó)科學(xué)院京區(qū)各科研院所,開(kāi)發(fā)實(shí)施科學(xué)院課程,讓學(xué)生走近科學(xué)家,親歷科學(xué)探究實(shí)踐過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生的好奇心、想象力和探求欲,拓寬科學(xué)課程教學(xué)邊界,實(shí)現(xiàn)科教深度融合,在教育“雙減”中做深做實(shí)科學(xué)教育。
一、學(xué)區(qū)與科研院所共同建構(gòu)適合學(xué)生的課程
課程是科研院所科技資源與學(xué)校科學(xué)教育有效銜接、有機(jī)融合的核心。學(xué)區(qū)與科研院所組織開(kāi)展中小學(xué)科學(xué)教師調(diào)研訪(fǎng)談,讓科學(xué)家了解學(xué)??茖W(xué)教育的課程教學(xué)狀況、學(xué)生認(rèn)知水平和發(fā)展需求,充分利用科研院所的科學(xué)家資源、實(shí)驗(yàn)室資源、大科學(xué)裝置、博物館及展廳、最新科研成果等,整體設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)主題、課程模塊和活動(dòng)環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)充分尊重中小學(xué)生認(rèn)知規(guī)律,體現(xiàn)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)要求,按照1-3年級(jí)、4-6年級(jí)、7-9年級(jí)不同學(xué)段,科學(xué)設(shè)計(jì)“知識(shí)儲(chǔ)備預(yù)學(xué)”“院所實(shí)地研學(xué)”“校內(nèi)實(shí)驗(yàn)提升”等課程模塊。
科學(xué)院課程旨在幫助學(xué)生了解前沿科學(xué)知識(shí),掌握科學(xué)探究方法,激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)奧秘的濃厚興趣,引導(dǎo)學(xué)生在心中埋下科技創(chuàng)新的種子,增強(qiáng)其科技強(qiáng)國(guó)信念。例如,數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院的“有趣的圖形”“數(shù)字偵探”“奇奇怪怪的數(shù)學(xué)”、軟件所的“體驗(yàn)人工智能下的智慧生活”“人工智能中的人機(jī)交互設(shè)計(jì)”“人工智能的未來(lái)”、空間中心的“揭秘空間站”“神奇微重力”“探秘微重力”等,涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、聲學(xué)、地理、氣候變化、動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。
比如,化學(xué)所以不同年齡學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)為起點(diǎn),綜合考慮學(xué)生的科學(xué)教育現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)了三個(gè)學(xué)段的遞進(jìn)課程,包括“生活中的化學(xué)”“食品中的化學(xué)”“化學(xué)創(chuàng)造美好生活”等(見(jiàn)表1)。面向低年級(jí)學(xué)生的“生活中的化學(xué)”,主要指導(dǎo)學(xué)生觀(guān)察和認(rèn)識(shí)身邊的化學(xué)現(xiàn)象,激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)探索的興趣;中年級(jí)學(xué)生在科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)下探索“食品中的化學(xué)”,走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室了解如何利用食物的化學(xué)性質(zhì)制作美食;高年級(jí)學(xué)生通過(guò)了解化學(xué)所的最新科研成果,研究化學(xué)如何創(chuàng)造美好生活。院所豐富的科技資源為學(xué)生提供基于真實(shí)情境和任務(wù)的活動(dòng)體驗(yàn),在實(shí)踐探究中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀(guān)念、科學(xué)思維。
表1:“中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所”課程方案
二、為學(xué)生提供豐富的預(yù)學(xué)資源
走進(jìn)科學(xué)院所之前,學(xué)校教師組織學(xué)生預(yù)學(xué)“科學(xué)資源包”和“好奇加油站”兩個(gè)資料包里面的內(nèi)容,讓學(xué)生初步感知院所概況、研究領(lǐng)域、科技前沿最新動(dòng)態(tài)和科學(xué)家事跡,激發(fā)學(xué)生探究的好奇心和求知欲。
1. 科學(xué)資源包
科學(xué)資源包是院所科學(xué)家為學(xué)生精心選擇的科普資源,包括院所的基本情況、知識(shí)視頻、文圖資料、圖書(shū)推薦和科學(xué)家故事等,是科學(xué)院課程的資料庫(kù)。以力學(xué)所課程為例,科學(xué)資源包主要包括:科學(xué)家的情況介紹,如錢(qián)學(xué)森和郭永懷的生平資料、科學(xué)家訪(fǎng)談的視頻;科普知識(shí)圖文資料和視頻,如風(fēng)洞是什么、飛機(jī)的組成部分、飛機(jī)最怕什么天氣、形狀奇怪的飛機(jī)等。在走進(jìn)力學(xué)所之前,學(xué)校教師組織學(xué)生學(xué)習(xí)和討論科學(xué)資源包的內(nèi)容,了解相關(guān)背景資料、觀(guān)看視頻,學(xué)生在預(yù)學(xué)過(guò)程中獲得初步的感性認(rèn)知,知道力學(xué)所的發(fā)展歷史和當(dāng)前概況,了解飛機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能等有關(guān)知識(shí),為實(shí)地探索和學(xué)習(xí)做好知識(shí)儲(chǔ)備。
2. 好奇加油站
好奇加油站是科學(xué)家結(jié)合課程內(nèi)容在課前給學(xué)生的引導(dǎo)性問(wèn)題,旨在激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生更多的奇思妙想,提出自己的思考和疑惑。之后,教師通過(guò)問(wèn)卷星收集學(xué)生提出的問(wèn)題,并請(qǐng)科學(xué)家給予有針對(duì)性的回應(yīng)。
例如,在走進(jìn)古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所前,好奇加油站啟發(fā)學(xué)生思考以下問(wèn)題:你的祖先是什么?你覺(jué)得研究化石、恐龍等古生物對(duì)我們現(xiàn)代人有什么意義?你知道考古學(xué)家有哪些必備的本領(lǐng)嗎?在古生物學(xué)領(lǐng)域你最想知道什么?在這些問(wèn)題的啟發(fā)下,學(xué)生進(jìn)一步思考,提出“恐龍與人類(lèi)到底有什么關(guān)系、古生物有哪些種類(lèi)、我國(guó)考古研究處于世界什么水平”等問(wèn)題。
三、通過(guò)參觀(guān)和講座進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探求欲
經(jīng)過(guò)充分預(yù)學(xué),學(xué)生帶著對(duì)相關(guān)院所的初步印象和無(wú)限好奇實(shí)地參觀(guān)展廳展館,近距離觸摸實(shí)驗(yàn)室和大科學(xué)裝置,聆聽(tīng)科學(xué)家的講座。
1. 參觀(guān)展廳展館
各院所充分運(yùn)用實(shí)物展品、智能設(shè)備、互動(dòng)裝置和模型器材等,讓學(xué)生置身于科學(xué)情境中,直觀(guān)感知科學(xué)現(xiàn)象。實(shí)地參觀(guān)學(xué)習(xí)有明確的活動(dòng)目標(biāo),比如力學(xué)所的活動(dòng)目標(biāo)是:通過(guò)參觀(guān)研究所展館、錢(qián)學(xué)森和郭永懷辦公室、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室等,了解研究所概況、學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、感受科研氛圍、學(xué)習(xí)科學(xué)家精神。在力學(xué)所郭永懷烈士墓和錢(qián)學(xué)森雕像前,學(xué)生聆聽(tīng)工作人員講解他們矢志報(bào)國(guó)的光輝事跡;在錢(qián)學(xué)森和郭永懷的辦公室,學(xué)生近距離觀(guān)看科學(xué)家簡(jiǎn)陋的工作環(huán)境、簡(jiǎn)樸的生活用品和珍貴的研究手稿。在力學(xué)所展館,講解員為學(xué)生介紹力學(xué)所的發(fā)展歷史、研究?jī)?nèi)容、科研創(chuàng)新成果和老一輩科學(xué)家事跡,學(xué)生學(xué)習(xí)“力學(xué)星空、力學(xué)閱讀、知識(shí)測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)觀(guān)摩和實(shí)踐園地”五個(gè)板塊的力學(xué)科普知識(shí),參觀(guān)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室,了解風(fēng)洞的功能。
為了更好地鞏固研學(xué)成果,學(xué)校教師與院所組織人員共同設(shè)計(jì)便于學(xué)生參觀(guān)、學(xué)習(xí)和記錄的“導(dǎo)學(xué)卡”,引領(lǐng)學(xué)生有效進(jìn)行學(xué)習(xí)探究,隨時(shí)記錄自己的所見(jiàn)所聞所思所想,確保學(xué)有所獲。例如,低年段學(xué)生在導(dǎo)學(xué)卡上主要記錄以下內(nèi)容:力學(xué)所展館中介紹了哪些內(nèi)容?你最感興趣的是什么?力學(xué)所研究的內(nèi)容有哪些?請(qǐng)說(shuō)出三位力學(xué)所科學(xué)家的名字。參觀(guān)了力學(xué)所展館、錢(qián)學(xué)森和郭永懷辦公室、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室,你有什么感受?
在參觀(guān)過(guò)程中,學(xué)生親身感受錢(qián)學(xué)森“5年歸國(guó)路,10年兩彈成”的豐功偉績(jī)和郭永懷“報(bào)效祖國(guó)、獻(xiàn)身科研”的愛(ài)國(guó)情懷,充分理解了科學(xué)家精神的深刻內(nèi)涵。在沉浸式體驗(yàn)中,學(xué)生自然而然地將個(gè)人理想與祖國(guó)命運(yùn)緊密相連,在心中種下了一顆科技報(bào)國(guó)的種子。
2. 聆聽(tīng)科學(xué)家講座
為了讓學(xué)生更深入地了解各科研院所的最新研究成果,科學(xué)家為不同學(xué)段的學(xué)生開(kāi)設(shè)不同主題的講座,激發(fā)學(xué)生學(xué)科學(xué)、愛(ài)科學(xué)、用科學(xué)的熱情。比如在植物所,科學(xué)家為初中生講解“植物的光合作用”,介紹植物的光合作用現(xiàn)象、基本原理、研究歷史、對(duì)人類(lèi)生活的重大意義,還分享研究團(tuán)隊(duì)的最新研究進(jìn)展,講解“光配方”在植物工廠(chǎng)中的應(yīng)用。內(nèi)容豐富的講座幫助學(xué)生了解植物光合作用的現(xiàn)象、發(fā)生過(guò)程和對(duì)人類(lèi)生活的重要影響。在互動(dòng)環(huán)節(jié),學(xué)生積極思考和參與,就自己感興趣的內(nèi)容與科學(xué)家展開(kāi)熱烈討論,不斷發(fā)問(wèn):植物的光合作用都是靠葉子完成的嗎?葉綠素是如何吸收光能的?促進(jìn)學(xué)生走近植物學(xué)、感受植物學(xué)研究的魅力,體會(huì)科學(xué)探究的樂(lè)趣。當(dāng)學(xué)生身臨其境,了解到科學(xué)家匡廷云和他的前沿科技研究“植物工廠(chǎng)”時(shí),學(xué)生深深感受到我國(guó)植物領(lǐng)域前沿科技發(fā)展的日新月異,體悟到科技前沿發(fā)展背后蘊(yùn)含的創(chuàng)新智慧。
四、在院所實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手實(shí)踐、具身學(xué)習(xí)
在院所的實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手實(shí)驗(yàn)是學(xué)生最喜歡的活動(dòng)環(huán)節(jié)。每個(gè)院所都精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室課程,在情境創(chuàng)設(shè)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、實(shí)地探究、跨學(xué)科學(xué)習(xí)過(guò)程中激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,使學(xué)生掌握更多的科學(xué)研究方法,樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想和態(tài)度。實(shí)驗(yàn)室課程主要包括兩種類(lèi)型:一是科學(xué)實(shí)驗(yàn)。在科學(xué)家指導(dǎo)下,學(xué)生以觀(guān)察、互動(dòng)、操作為主,充分調(diào)動(dòng)感官,學(xué)會(huì)團(tuán)結(jié)協(xié)作,掌握實(shí)驗(yàn)操作步驟,增強(qiáng)科學(xué)探究的參與度;二是實(shí)踐活動(dòng)。在科學(xué)家指導(dǎo)下,學(xué)生運(yùn)用此前在講座中習(xí)得的知識(shí)開(kāi)展“做中學(xué)”,如紅外測(cè)溫儀的正確使用、植物觀(guān)察與分類(lèi)、城市熱島效應(yīng)的應(yīng)用等。學(xué)生在自主探究和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中經(jīng)歷知識(shí)產(chǎn)生的全過(guò)程,生成對(duì)知識(shí)意義和科學(xué)現(xiàn)象的真正理解。
學(xué)校教師與院所科學(xué)家共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室課程內(nèi)容,包括實(shí)驗(yàn)活動(dòng)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括“情境導(dǎo)入、明確任務(wù)”“圍繞問(wèn)題討論”“動(dòng)手操作實(shí)施”“點(diǎn)撥引導(dǎo)、過(guò)程檢查”“分享交流”“專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)、總結(jié)拓展”等環(huán)節(jié),旨在引導(dǎo)學(xué)生親歷科學(xué)家實(shí)驗(yàn)研究的全過(guò)程,學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)研究的思想方法和操作規(guī)程。
比如在過(guò)程工程所,1-3年級(jí)在實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)展“免疫‘奧特曼’和病原體‘小怪獸’”的實(shí)驗(yàn)探究,讓學(xué)生了解免疫細(xì)胞與病原體的作用過(guò)程,繪制免疫細(xì)胞和病原體。4-6年級(jí)在實(shí)驗(yàn)室利用紫甘藍(lán)制作酸堿指示劑,探究花青素在不同酸堿環(huán)境下呈現(xiàn)出不同顏色的性質(zhì)。7-9年級(jí)在實(shí)驗(yàn)室學(xué)會(huì)辨別溶液的酸堿性,自制酸堿指示劑,了解酸堿指示劑的作用和變色原理。
以7—9年級(jí)的實(shí)驗(yàn)室課程為例,實(shí)驗(yàn)活動(dòng)目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生了解植物的光合作用、知道葉綠素是植物光合作用中吸收光能的主要物質(zhì),在科學(xué)家指導(dǎo)下完成葉綠素的提取,啟發(fā)學(xué)生深入研究植物光合作用,了解光合作用對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要影響。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容是對(duì)校內(nèi)生物課的有益補(bǔ)充和深化,激發(fā)了學(xué)生深入探究的興趣。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作和交流分享中明晰了花青素的變色原理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室課程探究,學(xué)生不僅親手操作花青素和pH試紙的實(shí)驗(yàn),還深刻體會(huì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性,近距離感知科學(xué)家實(shí)事求是、求真務(wù)實(shí)的科研作風(fēng)。學(xué)生與身邊的科學(xué)家面對(duì)面互動(dòng)交流,仔細(xì)觀(guān)察、動(dòng)手操作、認(rèn)真實(shí)驗(yàn),探究身邊的科學(xué)問(wèn)題,在“學(xué)中思”,在“做中學(xué)”,在反復(fù)試錯(cuò)中習(xí)得方法、建構(gòu)認(rèn)知、提升能力。
五、校內(nèi)科學(xué)實(shí)踐鞏固提高成果
學(xué)生把所學(xué)的科學(xué)知識(shí)、科學(xué)思考、科學(xué)感悟帶回學(xué)校,由教師指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)開(kāi)展進(jìn)一步的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)調(diào)查或科學(xué)觀(guān)察活動(dòng),鞏固和提升院所的學(xué)習(xí)內(nèi)容,形成科學(xué)實(shí)踐成果。
例如,4-6年級(jí)學(xué)生在力學(xué)所動(dòng)手研究飛機(jī)飛行的原理后,學(xué)生回到學(xué)校研究“自制直升機(jī)”,動(dòng)手組裝飛機(jī)模型并進(jìn)行測(cè)試優(yōu)化,進(jìn)一步探究伯努利原理,了解直升機(jī)的飛行動(dòng)力。教師指導(dǎo)學(xué)生按照飛機(jī)用途和機(jī)體構(gòu)造對(duì)飛機(jī)進(jìn)行分類(lèi),觀(guān)察直升機(jī)的構(gòu)造。學(xué)生利用橡皮筋直升機(jī)實(shí)驗(yàn)材料包(太陽(yáng)能直升機(jī))自主組裝直升機(jī)。在這個(gè)過(guò)程中,教師及時(shí)幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中遇到的困難和問(wèn)題,如檢查安裝的模型是否左右對(duì)稱(chēng),測(cè)試直升機(jī)飛行是否姿態(tài)平穩(wěn)等。最后,教師組織學(xué)生交流自己的直升機(jī)模型以及操作過(guò)程,總結(jié)收獲與體會(huì),提高理性認(rèn)識(shí)和學(xué)以致用的能力。
科學(xué)院課程讓學(xué)生走出校門(mén)、走進(jìn)科學(xué)殿堂,在科學(xué)家身邊感悟科學(xué)家精神的時(shí)代內(nèi)涵,在實(shí)驗(yàn)室與科學(xué)家一起動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、探究、思考,成為做好科學(xué)教育加法、落實(shí)立德樹(shù)人的重要抓手。學(xué)區(qū)將進(jìn)一步打通資源壁壘,盤(pán)活資源存量,發(fā)揮資源效能,創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,構(gòu)建科教融合協(xié)同育人共同體,培養(yǎng)更多具備科學(xué)家潛質(zhì)的青少年。
(王振惠 作者系北京市海淀區(qū)中關(guān)村學(xué)區(qū)管理中心主任,中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)實(shí)驗(yàn)小學(xué)黨總支書(shū)記,高級(jí)教師、高級(jí)校長(zhǎng))
《人民教育》2023年第19期
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