基于展品的信息技术类 STEAM教育活动模式探究
秦媛媛 李笑菲 唐剑波 侯易飞 秦英超
(中国科学技术馆，北京 100012)
[摘 要 ]STEAM教育强调多学科的融合，注重实践能力和创新能力的培养。科技馆教育以集合多种学科的展品为载体，强调通过实践获取直接经验。两者的相通之处使得在科技馆实施STEAM教育具有天然优势。中国科技馆“基于展品展项的STEAM教育活动开发”项目组以展品为基础，以STEAM理念为指导，针对展厅和科普活动室进行了多项信息技术类教育活动的开发和设计。本文从实践案例出发，阐述科技馆开发信息技术类STEAM教育活动的方法和过程。
[关键词 ]STEAM教育 科技馆教育 信息技术 教育活动
STEAM教育强调跨学科融合，是集科学、技术、工程、艺术、数学为一体的综合教育，以解决实际问题为目的，注重实践和创新能力的培养，具有跨学科、开放、探究、实践等特点。这种以提高学科综合应用，培养综合性、创新性人才的教育理念是现在以及今后教育的主流方向。科技馆教育是以融合多学科的展品展项为载体，基本特征是“引导观众通过模拟再现的科技实践进行探究式学习并进而获得直接经验”[1]，强调从展品展项的操作和体验实践中探究学习，获取直接经验。从两者的基本特点可以看出，综合多学科、强调实践和探究、注重解决问题是STEAM教育和科技馆教育的共通之处。同时，科技馆作为科学普及的前沿阵地，蕴藏着丰富的展品展项资源，使得在科技馆开展STEAM教育具有天然优势。
一 、国内外科技馆开展信息技术教育现状
当今社会是一个信息化的社会，信息技术的发展不仅深刻地影响着经济结构与经济效率，而且对社会文化和精神文明产生着深刻的影响[2]。此外，在强调创新人才培养的教育理念下，信息技术是很好的工具和手段。
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目前，国内外科技馆中信息技术的应用主要在三个方面：第一，虚拟现实技术、增强现实技术、传感技术等比较广泛地利用于制作展项中，如模拟飞机、汽车、轮船驾驶、各种灾变的演示等；第二，制作数字科技馆课件及科技馆实物展教内容，向观众提供服务，如山东科技馆就对此进行了深入探索；第三，构建网络平台，为观众提供上网条件或上网查询，或在自建局域网内参与预先设计的科技方面的问题讨论，如欧美国家的一些科技馆开通了网上功能，可以提供互相查询、查阅馆藏资料等服务项目[3]。
信息技术在科技馆展厅展品中得到广泛应用与展现，甚至许多科技馆有专门的信息技术展厅。中国科技馆的信息之桥展厅就对相关技术进行了展示，但大多数观众只能体会到新鲜、有趣，相关技术原理知之甚少。为此，许多科技馆开展了信息技术相关的教育活动，如上海科技馆的“STEM科技馆奇妙日”“科迷工作坊”“Hello，编程”[4]；浙江省科技馆的创客空间“AST Space”[5]；中国科技馆创意编程课“scratch”等。但这些活动大多局限于电子产品的组装，形式少、效果差，这种现象跟信息技术日新月异的发展以及观众的需求之间形成了落差。观众对科技馆开发更多形式的信息技术类教育活动有较大需求。
二 、中国科技馆信息技术类 STEAM教育活动开发
“全息”一词最初只是一个单纯的人工技术方面的概念，而当今广义上的“全息”已经不是一个技术名词，而已成为描述自然界中“局部包含整体”或者“整体与局部互相包含”这种现象的哲学概念．按照严春友等[3]的界定，全息的含义是“部分包含整体的全部信息．”按照王存臻等[4]的界定，“‘全息’的基本含义是：部分(子系统)与部分、部分与整体之间包含着相同的信息，或部分包含着整体的全部信息．”包含着整体全部信息的部分，称为全息元．在全息理论中，信息指事物的特征、性质、功能、模式等．
不仅如此，各分公司加油站经理为了服务好农户，各个加油站都建立了自已的微信，通过微信群及时发布便民惠农优惠信息、促销活动，让农户最大限度地享受到用油实惠。今年以来，有的分公司或者加油站还建立了自己的APP，还在平台上增加了加油预约服务。
(一)活动准备
1.“芯片音乐盒”活动。活动基于中国科技馆信息之桥Intel展区“芯片”展品，主要面对12～15岁来馆的学生，在展厅开展展品辅导活动。
针对展厅观众流动性较强，参与时间较短；活动室预约观众稳定性较高，参与时间较长的特点，项目组分别设计了两种活动模式。下文以展厅活动“芯片音乐盒”和活动室课程“玩转机器人”为例，介绍活动开发和设计过程。
离子液体电解液因不可燃及基本不挥发等特点，近年来得到关注。Bagno等[28]合成[Hmim][IBr2] (Hmim是3-甲基咪唑)，导电性最高可达4 S·m-1，黏度只有17 mPa·s。合成的[Bmim][Br3] (Bmim是3-丁基3-甲基咪唑)，导电性 0.89 S·m-1，黏度达到 92.5 mPa·s，熔点为 8.2 ℃，在251 ℃时开始分解。合成的[Bmim][IBr2]导电性为 0.62 S·m-1，黏度为 57.3 mPa·s，在196 ℃时开始分解。作为电解液的重要指标，分解温度和熔点同样重要，较高的分解温度意味着更可靠的循环稳定性和使用寿命。
2.选择合适的工具。信息技术涉及面非常广泛，如计算机及智能技术、传感技术、控制技术、网络技术等。考虑到科技馆主要观众群体是青少年的特点，项目组选择了较为基础易学习、趣味性较大的Arduino等软硬件为主要工具。
按照“从一粒沙到芯片”及芯片的发展过程，利用图片、视频等资料深入介绍不同芯片的外观、材质。同时，利用乐高搭建音乐盒，并用Arduino套材，用简单的编程文字赋予音乐盒灯光、音乐、有声/无声等变化，演示编程和芯片的关系。在此基础上，提出“更改编程语言达到其他灯光、音乐、声音效果”的任务，使学生在完成任务中深入学习简单的编程语言，理解芯片和编程在信息技术中的重要作用。
(二)活动开发与设计
从现行评估任务分配机制来看，普遍情况将评估工作责任主体设为评估对象的税收管理局。主管机构和评估机构主体一致，管理岗和评估岗不分离，管理员即是评估人员，这会造成评估工作缺乏有效的监督，可能导致评估工作走过场，流于形式。纳税评估工作规程等管理和操作方面的制度尚不健全，纳税评估工作与执法责任制、廉政责任制以及相关的考核制度存在断点，绩效考核难以量化也是现行评估监督工作的主要问题。
1.梳理中国科技馆展品并进行分类分析，筛选和研究适宜的展品和相应知识点。经分析，“模拟量与数字量”“最简单的逻辑”“芯片”等展品都可融入到教育活动中，帮助观众理解展品原理。
STEAM教育理念已经融入到一些教育活动中，如中国科技馆已开发实施的“火星探索”“建设我的月球基地”等教育活动。但是如何发挥科技馆大量展品资源的优势及特色，将STEAM教育理念应用于信息技术的科普教育活动，提升活动的趣味性需要更多的研究。中国科技馆“基于展品展项的STEAM教育活动开发”项目组进行了多种尝试，开发出针对不同年龄阶段，基于科技馆展品展项，结合Arduino等开源软硬件，并利用馆内各种仪器、设备等资源的STEAM教育系列课程。如展厅活动“芯片音乐盒”，科普活动室活动“SOS，我的信号灯”“交通信号灯”“玩转机器人”“福特T型车”等。
3.对不同年龄段的青少年信息技术背景进行调查与预评，根据年龄特点开发系列活动。通过调查，最终选择活动对象为小学高年级或初中学生，这个年龄段的学生已经接触或了解部分电学相关知识，对于活动内容更容易理解。
“芯片音乐盒”用简单的编程语言控制音乐盒，仅用改变很少的程序语言就能达到改变灯光、音乐等的目的，更能展示编程和芯片的直接关系。展厅观众由于无法在某个位置停留过长时间，因此如何用趣味化的语言，深入浅出地演示编程是活动的关键。
2.“福特T型车”活动。活动基于中国科技馆交通之便展区“福特T型车”等展品，主要面对10～15岁学生，采用预约制，首先在展厅开展展品辅导，然后进入活动室进行深入学习。主要步骤：(1)展品参观。在学生观察“福特T型车”展品前将会了解福特T型车历史背景和相关知识；在参观过程中，引导学生带着问题思考展品都有哪些重要结构，汽车如何运动等问题。(2)电子电路。认识基本的电子元器件，了解元器件的使用方法、物理性质，以及在电路中起到的作用等，最终完成对机器人小车的电路拼接。(3)材料结构的选择。确定车轮的位置，汽车外壳的选择等。学生们可以利用3D打印技术来设计车辆的外壳，让学生在不断的实验中确定车轮的合理位置。(4)艺术设计。设计小车的外观等，提供画笔等其他材料让孩子们装饰自己的小车。(5)Arduino编程。通过简单的编程，使小车可以遥控或者可以设置车灯等功能。(6)分享。让孩子们分享自己的设计理念，体验制作学习过程中的感受。
由于采用了预约制，观众能够用较长的时间来系统学习机器人相关的知识。不同于传统学习模式，本活动采用了“带着问题看展品，带着任务学知识，利用知识做任务”，使学生达到探究学习的目的。
三、STEAM教育活动的特点
通过案例实践，我们发现一般效果较好的STEAM教育与信息技术类活动有效融合的教育活动应该具备几个条件：(1)活动要与现实世界建立联系，注重解决实际问题。如“福特T型车”可以跟现实生活中的汽车进行联系。(2)学科之间并不相互孤立，而是融会贯通。如在活动中，学生将学习并综合应用电学、电路、传感器、编程、舵机运转、3D建模等知识。(3)强调艺术与人文属性，加入审美维度的评价。不管是学生自己制作的小车，还是机器人，都能让学生自己进行装饰，并且设置不同的功能特点，体现个性与不同，而不是生产一模一样的产品。(4)活动以观众的体验学习为主，科技辅导员的辅导讲解为辅，重在学习过程，而非学习结果。鼓励观众从做中学，自己动手探索学习。重视活动的趣味性，激发观众的学习兴趣，保持好奇心，获得成就感。(5)强调活动的协作性。鼓励学习者互相帮助，互相启发，同时增加集中展示、交流研讨的机会等。
四、总结与展望
通过分析STEAM教育和科技馆教育的共通之处，本文着重阐述了围绕科技馆展品开展信息技术类STEAM教育活动的开发和设计过程。通过理论研究和活动实践，项目组发现STEAM教育活动设计是一个循序渐进、由易到难的过程。目前，科技馆参观参加活动的学生流动性很大，每次单独开放预约后基本不可能是同一批参与人员，所以又需要从头开始。针对这一问题，采取两个方法：一是在完善课程体系后面向公众推出每期4～6节课程的科学营或者冬令营、夏令营，达到持续学习的目的；二是简化课程，尽量使每一节课除趣味编程之外内容能在展厅内适用于之前未参与活动的观众；三是融入编程技术。3D建模技术的STEAM教育活动难度较大，相关领域的知识量较为庞大，应该思考如何选取学生感兴趣的点，引导其自行深入探究，在课堂上教授入门知识。在此研究基础上，项目组还准备研究和开发信息技术类STEAM教育活动的更多模式，以及其他主题的STEAM教育活动。
参考文献
[1]朱幼文.科技馆教育的基本特征与属性[C].第十六届中国科协年会论文集，2014.
[2]百度百科.信息技术[EB/OL].https://baike.baidu.com/item/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E6%8A%80%E6%9C%AF/138928?fr=aladdin.
[3]徐善衍.关于科技馆发展趋势和特点的思考[J].科普研究，2007(4)：15-20.
[4]徐瑞芳.STEM课程在科技馆的实践与探索——以上海科技馆“STEM科技馆奇妙日”系列课程为例[J].科学教育与博物馆,2017，3(2):100-106.
[5]冯庆华，张维.科技馆拓展性科普教育活动开发的实证研究——以浙江省科技馆“AST Space”为例[J].科普研究，2016,11(2):65-71.
[中图分类号 ]N4
[文献标识码] A
[文章编号] 1001-9596-2019(01)-058-03