馆校结合活动案例钉床
刘一卉
（郑州科技馆，郑州450000）
摘 要 科学教育改革背景下，“馆校合作”是促进科学教育的有效途径，能够鼓励多学科知识领域的整合；本文提出基于STEM教育理念对“馆校结合”的学习活动进行设计，利用“钉床”开展课程案例，通过探索式学习让学生充分学习了解到相应压强与受力面积等物理知识，这种实验设计理念不仅有助于学生学习科学知识，同样是对学生探究精神、创新意识、合作交流等综合实践能力的培养与提升。
关键词 馆校结合探索式学习压强与受力面积实验设计理念
一、 活动背景
2018年3月7日，郑州科技馆与中原区教体局“馆校结合”活动于郑州科技馆正式启动。“馆校结合”是科技馆和学校工作结合的一次全新尝试与探索，是学校科学教育的有益延伸。郑州科技馆展教部精心准备了“深度看展品”的活动，依托科技馆内的展品，深度挖掘展品内容，准备了可供学生动手操作的实验，最关键的不同于以往浮于表面的展品讲解，在辅导员引导以及实验设计的巧妙引导，使学生开展探索式的学习。
馆校结合的科学教育鼓励多学科知识的整合，STEM教育即科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineer)、数学(Math)，要求教学过程汇总以整合的教学方式使得学生掌握概念和技能，此项“钉床”馆校结合活动案例正是融合了这种在当下在科技馆教育界开展最多的STEM教育理念。科技馆作为学校外科学课补充的重要场所，伴随着对小学科学课课标的解读，辅导员将根据课标设计出更加切近学生需要的活动。
二、活动设计思路
（一）活动基本信息
【活动主题】深度看展品——钉床
【活动对象】小学四年级学生
【活动地点】郑州科技馆二层展厅力学展区
【活动时间】每周三~周五
（上午：00—9：30，下午14：00—14：30）
（二）活动目标
【知识与技能】
1. 了解受力面积S与受力大小F如何影响压强P（P=F/S）；
2. 了解钉床的知识原理；
3. 培养学生观察、测量、记录等基本技能；
4. 培养学生由现象到数据的推算能力；
5. 培养学生动手操作能力；
6. 培养学生团结合作能力；
7. 实验过程（学生比赛）稍作引导后不加约束，凭借学生自己的理解能力来设计实验，培养学生的推演设计能力；
8. 得出比赛结果，总结成功和失败的经验，并为学生列举生活中利用受力面积的一些小常识和现象，培养学生归纳总结能力。
（三）活动过程与方法
钉床作为科技馆一件直观的展品，长期以来倍受参观观众的喜爱，其展品表现形式并无过多的悬念可言，但让学生明确背后的科学原理仍需要借助其他帮助。笔者通过各种方法搜集了三个新奇少见的小实验来丰富引导学生，培养学生掌握科学的探究顺序：发现问题——提出猜想——设计实验——实操验证——结论解释——表达交流，具体实验如下：
【实验一】观察钉子
大钉子是稀松平常的物件，生活中随处可见，使用生活中随手可得的材料进行物理探究不仅能够拉近物理与生活的距离，更能让学生感受到科学的真实性。
示范正确的方法后引导学生用手指去捏住钉子的两端，让学生自行观察手指表面的变化描述出手指皮肤的不同，在手指用力程度大致相同的情况下通过皮肤的现象与触觉直观感受受力面积与压强之间的关系。
【实验二】钉板扎气球
出于安全考量，科技馆的钉床上的钉子均做了钝化处理，在正确操作的情况下非常安全，但这也引来了孩子的质疑：钉子不够锋利人躺在上面安全无恙的原因。
辅导员老师带学生通过做实验得出数据，数据推导出结论是本实验存在的重要意义，即科学素养的培养。笔者利用科技馆创新展区激光加工，设计了一块30×750px的小钉板，此块小钉板使用的是较锋利的钉子。拿出事先准备好的台秤和气球，将气球放在台秤上，用一根钉子由上向下刺破气球，要求学生集体观察气球爆炸时台秤的指数并记录；随后再拿出一个气球，重复刚才的步骤，不同的是这次拿钉板来扎气球，并告诉学生钉子接触气球的大约数量，同样要求学生集体观察气球爆炸时台秤的指数并记录，通过这两次实验，学生们得到了如下两组数据：
钉子数 | 1枚 | 200枚 |
台秤显示数 | 5000g | 5000g |
每枚钉子受力 | 200g | 25g |
思考：是什么原因导致1枚钉子受力从200g 变为25g？ | ||
由于扎气球的实验不便于学生单独操作，由辅导员老师进行操作，学生负责观察并记录数据。学生们联系实验一和实验二的现象和数据结论，少数同学能说出大致的概念，即：受力相同的情况下受力面积越大，压强越小，反之则相反。至此，由学生推断出完整的结论。
【实验三】纸杯大力士
经过前两个实验的热身，学生们想亲自动手做实验的热情已经被全部调动起来，实验三是学生掌握受力面积与压强知识的验证。
笔者将学生分为a、b两组，分别给学生发一块面积相等的塑料版，15个纸杯。让他们自行完成“纸杯托人”的实验，纸杯虽小，在摆出适合的形状后，能将数人“托起”力大无穷，此环节的目的不仅在于对物理原理举一反三的验证，还在于促进学生之间的合作与交流。在进行实验的时候，某小学四年级的同学通过团队协作做到了15个纸杯“托起”8个人。学生们发挥自己的想象，摆出了各种各样的“杯子针”，在团队合作上，也能看出同学们形形色色不同的性格碰撞出科学的火花。实验结束后，由辅导老师来判定a、b两个队伍哪个摆的比较成功，在两支队伍中由同学推举出一名优秀者，给予小小的奖励。
（四）活动创新、表现与结果
【活动创新】
传统的教育形式缺乏创造力与实践力，科技馆教育具有自主性、延伸性、互动性、探索性，此项活动基于STEM的理念展开，将枯燥抽象可科学原理通过探索实验具象、互动、趣味的表现出来。
【活动表现】
1. 带领学生观察展品，提出疑问：躺在由数万颗钉子组成的钉床上到底疼不疼？各派两名学生为代表亲自体验感受并将感受和同学进行分享；
2. 培养学生科学素养：提出疑问—观察现象—通过实验得到数据—推测出结论—验证结论—实验结果直接验证学生是否认真听讲并分析解决实验中遇到的困难—总结经验—联系实际。启发学生留意生活中关于接触面积和压强的应用；
3. 对科技馆产生更加浓厚的兴趣，并增强课下主动学习的兴趣；
4. 和未参与该项目的同学互相交流学习体会。
【活动结果】
实验难度呈梯度，由易到难，学生的参与程度高，使用的实验器材（钉子，气球，纸杯等）简单易得，反复利用程度高，为学生自己设计实验起到了良好的示范。
辅导员老师在进行实验过程中担当了引导，学生们探索科学知识的兴趣和能力是推动实验进行的主动力，辅导员老师不干涉学生设计实验的过程。不论实验成功或失败，参与实验的每名学生都有知识的收获。学生们在科技馆不仅仅是参加了一场活动，更是激发了大家探索科技馆，探索科学的渴望。
三、展厅实际开展活动
（一）活动概要
时间 | 8：45—9：00 |
活动意图 | 对学生介绍科技馆的整体概况和活动内容以及讲解关于参观安全事项。 |
活动过程 | 1.向学生介绍科技馆的展厅概况以及安全注意事项。 2.对参观学生以班级为单位，送往参与的活动项目地点。（郑州科技馆在馆校结合活动中分别有“深度看展品”“创新教育课程”“魅力科学课堂”三项活动）。 |
时间 | 9：00—9：05 |
展品 | 钉床 |
活动意图 | 为学生介绍参加活动的项目、展品，了解学生对科技馆的熟悉程度，了解该组学生对科学知识储备的情况。 |
活动过程 | 1.将学生的随身物品安置好，分组，简单互动后，提出问题：是否来科技馆参观过，对哪些展品感兴趣等等。 2.带学生集体观察钉床的外观，说出钉床的外观，如何规范操作展品，选取两名学生代表首先体验钉床，告诉其他同学在参观结束后，可依次体验。 |
（三）提出疑问并开启探索“钉床”背后的科学原理
时间 | 9：05—9：20 |
活动材料 | 水泥钉（30枚）、气球、小钉板（自制）、台秤、小黑板 |
活动意图 | 让学生对钉床提出疑问，让他们能够通过两个小实验亲自体会亲眼看到是什么因素导致人躺在钉床上不会受伤，并用实验得出的数据总结钉床背后关于受力面积和压强的原理。 |
活动过程 | 1.认识钉子：给每名学生发一枚钉子，观察钉子的外表，并示范用手指捏住钉子的两端，观察手指皮肤表面的有何变化。 2.钉子扎气球：将气球放在台秤，用一枚钉子扎气球，要求学生观察气球爆炸时台秤的指针数据并记录在小黑板；将第二个气球放在台秤，用钉板扎气球，观察数据并记录在小黑板。 3.引导学生观察数据变化，并找出使数据变化的关键因素——受力面积。 4.请能够独立总结的学生大声的说出自己对钉床原理的表述。 5.由辅导员老师引导学生，大声说出受力面积和压强之间的变化，重复三遍，加强学生的记忆。 |
时间 | 9：20—9：30 |
活动材料 | 纸杯、有机玻璃板 |
活动意图 | 验证学生的学习成果，加强团队合作的意识，不规范学生的思维，由他们发挥自己的创意来设计实验。 |
活动过程 | 1.分组进行挑战，即：15个纸杯，30秒的时间内摆放在有机玻璃板下面，站上的人数多即为挑战成功。 2.学生在规定时间内摆好纸杯，在学生摆纸杯的过程中，辅导员老师不做任何指导30秒时间一到，学生停止。 3.由辅导员老师监督，两队轮流站人，能够不扶不靠人数多的队伍获胜。 4.两队的学生互相总结双方的成功或失败的原因，为自己的精彩实验而鼓掌。 5.联系生活关于受力面积和压强的相关应用，鼓励学生回家和家长一起动手做实验并继续利用网络学习更多关于受力面积和压强的知识。 |
四、开展情况
郑州科技馆联手中原区教体局是“馆校结合”工作的一次全新尝试和探索，一经推出，受到郑州市中原区下辖小学的热烈欢迎。利用“错峰”参观的方式，在不影响普通观众和团体参观的情况下，为同学们带来了优质的“小班”课程。
五、教育效果
笔者长期在展厅从事一线的科普工作，对于学生和老师的反馈有最及时的反馈。通过反馈，馆校合作的方式确实有利于学生理解所学的内容，尤其是实验环节，学生参与其中相互讨论，共同探究科学的奥秘，极大的提升了学生学习物理知识的兴趣。但是仍有不足之处，学生在展厅内有许多干扰因素，展品和普通观众都会发出噪音，对学生的注意力产生了很大的分散，活动设计的质量决定了学生能否一直在展品周围听辅导员老师的讲解。
科技馆不是课堂，没有门窗和老师的限制，如若课程设计的不够精彩，学生会立刻转身参观其他感兴趣的展品，在笔者进行的钉床项目中，30分钟往往不能满足学生对于知识探索的需求。市区的学生反应快见识多，笔者往往会将知识进行延伸；郊县的学生对于探究式学习往往还不大适应，他们还是更适应传统的教学模式，需要辅导员老师鼓励和引导学生自主思考。通过实验后简单交流，有的老师对于笔者实验循序渐进的设计表示比较认同，对于实验二（钉板扎气球）由数据变化引导学生思考受力面积变化感到很新鲜，是别开生面的实验，“小班化”教学也深受老师的肯定，20个人为一堂课，学生参与和互动较传统课堂有了大大的提升。受展品限制，科技馆内的很多展品往往高出小学科学课课程标准的范畴，这也是辅导员在开发“深度看展品”项目的一个难点；将超出课标的知识将难度降低到小学生可以理解的程度，以小学科学课课标为最低标准、以科技馆内的展品为依托是今后在开展馆校结合活动的一个主要方向，力求一件展品可面向普通观众、中小学生。
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