好奇工场：指向儿童科学素养的场景学习

左文飞 庄惠芬

常州市武进区星河实验小学分校原名常州市武进区周家巷小学。学校曾经科学教学设备陈旧简陋，科学教师教学手段单一，科学教育处于相对较低的水平。2017年学校加入常州市武进区星河实验小学教育集团。集团秉持让儿童“人人有好奇心、个个有创造力”的教育愿景，致力于将科学教育作为支点撬动儿童发展，于是为分校规划了“好奇工场”项目，让儿童在好奇心最为旺盛的年龄得到优质的科学教育。“好奇工场”按照有利于儿童做学玩创而设计，现已全部建设完成。学校结合儿童年龄特征与关注热点，开发了“100个科技智能、100个科学发现、100个科学实验、100个科学游戏”系列资源供全集团共享。目前，分校已经成为江苏省机器人示范教育基地、全国青少年人工智能特色学校。

儿童在空间固定、结构功能单一的科学教室中接受传统的讲授式教学，容易出现好奇心和探索欲得不到激发，高阶性的探究得不到支持，个性化的学习需求得不到满足，科学素养与创新思维受到局限的问题。学习应该是大脑、身体与场景的融入式互动，场景本身就是学习，为支持科学学习资源的开发，并为儿童开展深度学习、培养儿童的学科与跨学科素养提供载体，学校把场景作为载体，设计了整体600多平方米的好奇工场，让儿童在场景中学习。这是一个以年段序列、科学主题、探索线索为脉络的科学探究场景空间。好奇工场把场景作为工具，构建更为灵活、开放、软硬件融合的适应性科学学习环境，以满足儿童个性化与跨学科学习的需求。

一、在场景中学习，设计空间中的好奇线索

科学素养既包括关于自然与技术世界的知识和观念、探究自然的方法，也包括改造世界使用工具的能力。场景的设计是以儿童的体验感、参与感为线索，以好奇为起始点，促使科学知识与儿童认知、科学技能与生活问题解决、科学思维与场景学习方式之间产生连接。新技术与学习场景之间深度融合，会让学习更容易发生。好奇工场的教育目的指向兴趣的激发、科学观念的形成与进阶，营造真实情境让师生合作，以实践的方式学习，为问题解决而行动，引导儿童通过人际互动、人与物的互动、人与场域的互动参与科学探索。我们在“好奇工场”中建构了以下四大场景：

“万物梦工厂”区域以人体科学、植物科学、昆虫科学为主题，形成儿童对世界万物好奇探索的场景，比如：人体科学通过八个实验从内而外揭示人体的奥秘；植物科学通过八个实验揭示植物世界的秘密，儿童通过制作植物标本、研究植物的向光性和再生长等实验，成为小小植物学家；昆虫科学通过八个实验揭示昆虫神秘的世界，包括制作蚂蚁农场、昆虫陷阱、研究昆虫的活动等。

“蝌蚪造物间”区域以水晶科学、气泡科学、气球科学为主题，形成儿童对身边的事物进行实验、探究与发现的场景。水晶科学通过八个实验，让儿童探索神奇的水晶世界，学习培养和制作属于自己的闪闪发光的水晶，了解水晶的科学知识；气泡科学用八个实验，创造气泡的趣味科学实验以揭示奇异的化学反应；气球科学通过八个实验揭示气球的力量，儿童可以亲手制作气球导弹、气垫船及气球火箭炮等，揭示神秘的动力学原理。

“智豆创意链”区域包含机械科学、光线科学、电能科学、磁力科学、汽车科学五个部分，形成儿童运用一定的科学原理进行实验改造、发现原理的场景。儿童机械科学用十二个动力学实验揭示机械的力量；光线科学用十二个实验揭示光的神奇魅力；电能科学用八个电能装置实验揭示电的来源与原理；磁力科学用十二个实验揭示磁铁的迷人力量；汽车科学则用八个实验揭示汽车运行原理，让儿童了解汽车动力原理及安全装置。

“火星实验室”区域包含魔法科学、太空探索、埃及奇观三个部分。魔法科学通过变色杯子、隐藏的钱币、神秘图片卡、超级旋转和魔法多米诺等十二个神奇魔术揭示科学秘密；太空探索通过制作一个太阳系行星模型、研究月球火山口、了解各大行星的主要特征等实验，让儿童探索宇宙的奥秘；埃及奇观让儿童用八个实验揭示古埃及人的智慧。

好奇工场注重场景设计、空间重构，关注课程融合与重构，通过科目群来支撑与构建。好奇工场的课程有超过300种主题以及数百种科学实验，全面启发儿童的生活科学知识，并在寓教于乐的实验操作中，勾连书本与生活，联结知识与实际，启发解读与运用，获取融合与创新，为儿童埋下创新思维的种子。

二、基于场景的学习，支持学程的个性定制

基于真实场景的主题设计，能够让儿童在问题的探究中构建自我认知。同时弹性化、泛在性的科学学习场景的设计，让学习的方式也走向个性定制。儿童自我定制学习目标、选择场景、预设时间、自创方式，并进行自我调控。

（一）从五类问题探究科学主题

好奇工场的场景中蕴含着丰富的科学探究主题，这些主题中隐藏着大量问题，这些问题大致分为五个类型：单一性的原始问题，如“多肉的生长周期是怎样的？”，学生可以通过解决问题形成对世界的基本认识；复合性的交叉问题，如 “小蝌蚪、小金鱼、小乌龟能不能混养？他们需要怎样的生态环境？”，学生能在解决问题的过程中提升认知技能；项目化的驱动问题，如“我们如何制作一份天气宝典，让大家知道天气和生活之间的联系呢？”，学生可在研究过程中构筑理解世界的框架；开放性的综合问题，如“怎样的风筝飞得高？”，学生能够在解决综合问题的过程中提升能力和素养；专题性的多元问题，如“如何构造一个校园垃圾分类机器人？”，学生能够通过创新型实践去解决实际问题。这五个类型的问题纵横交错，形成问题矩阵。

学生在发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的过程中提升了观察、发现、分析、比较、抽象、概括等能力，并将习得的能力迁移到新的问题解决过程中，从而在日积月累的科学探究中涵育科学精神、葆有科学态度、形成科学的价值判断，最终提升科学核心素养。

（二）从三个维度重构学习时空

好奇工场为儿童的科学学习创设场景，让儿童成为场景学习的问题发现者。好奇工场链接场景，让儿童在场景中被点燃、激活，促使儿童成为科学的探索者。

第一，空间突破。儿童的科学学习是需要时空的，好奇工场的建立打破了一般科学学习散点化的弊端，重构了基于体验、探究与发现的科学探究链条，儿童的学习置身在场景中，使科学场景与问题环境相生相融；将学习内容嵌入到环境中，让儿童的学习真实地发生。

第二，时间重组。在好奇工场中，依据儿童兴趣的投入程度与问题的探究连续性，我们把40分钟的科学课变长，有时两节课连上，有时把一个课时扩展到60分钟。学习时空的拓展使得儿童探究发现的兴趣与科学精神不断生长。在好奇工场里随处可见“问号箱”，不断变满的“问号箱”里装着的是儿童真实的问题卡，呈现儿童不断猜想、验证、发现、质疑的过程。

第三，区间贯通。好奇工场的设计是开放的，空间可以重组，主题的探究也可以贯通。我们围绕问题线索进行主题的分解、整合，形成贯通六个年级的科学探究活动。这些活动与科学教材中的内容融合，辅之以项目化学习、学科联动以及课题探究等，最终形成好奇工场课程的常态。

从这三个维度突破学习时空，能让儿童获取更丰富的信息，得到更充沛的时间，进行更广泛的互动，有利于他们进行个性化的探索与表达。

（三）以两种路线进行逆向学习设计

好奇工场不仅向全校开放，还向全集团以及整个片区开放，因此面对不同的对象，需要有一种参与体验学习的基本路线，也需要有基于专题的实践学习的基本流程。

第一，普适性的体验路线。儿童走进好奇工场，从“获得护照—明确目标—选择问题—确定内容—选择材料—尝试创造—交流互动—答疑解惑—改进提升—完成成果—评价反馈”的活动过程中，享受创造的乐趣，完成好奇工场课程学习。这一普适性的流程适用于每一个儿童。

第二，个性化的学习路线。儿童通过“种子课—主干课—果实课—生长课”，进行个性化学习。种子课是指通过在工场的全方位的体验之后，每个人提出自己的问题，再经过全班汇总形成问题群，建立共同体；主干课是指导师聚焦大家最关心的问题，通过任务单、研究框架以及合作组展开研究，形成一系列策略；果实课是指各个共同体通过合作探究发现科学知识、规律和原理、组织全班分享交流形成的成果；生长课是指借鉴之前的探究经验，并进入下一轮研究的主题。

好奇工场让儿童在问题提出、路线确定、同伴选择、探索推进、成果发布等环节都拥有“我的研究我做主”的机会和可能。

三、场景即学习，指向科学素养的方式创新

场景的沉浸感、体验感以及参与感，能够将学习中的儿童与儿童、儿童与场景联结起来，体验区以学习科技历史、体验科学现象、培养科学思想与方法为核心，通过项目化、协同化、定制化以及情境化的学习，培养儿童对科学的认知、科学思想和方法、科学精神和价值观。

（一）沉浸探索多元场景，基于课题的情境学习

儿童在好奇工场中能够参与各类课程，每项课程中设置了不同难度层次的任务，并配以相应的引导。好奇工场配备有各种活动材料与任务资源包，并为每项任务编制了对应的活动指导材料。

基于问题的学习活动是从问题出发设立目标并设计活动步骤，活动过程包括选择创设问题、进行问题可行性分析、构建反馈系统。如科学实验“车轮为什么是圆的？”来源于“为什么方形轮子不能在平面滚动”这一疑惑。在教师的帮助下，儿童发现这一研究可以利用测量、计算、推理等已有技能去解决，于是开始规划研究行动。

基于任务的探究活动以任务为导向推进探索过程。例如探究饮食和身体健康主题，儿童需要带着一个研究任务到好奇工场中的数字厨房专区研究合作完成。儿童根据所给的任务，独自或以协作的形式完成任务，通过“做中学”，以任务为驱动，学以致用。

基于游戏的体验活动将场馆资源与游戏相结合，鼓励儿童在玩中学。例如科学创想中心的宇宙奇观专区就是将与儿童生活相距遥远的宇宙知识和儿童最爱的星际游戏整合，儿童可以模拟驾驶星际飞船，在游戏中了解宇宙。

基于虚拟情景的交互学习通过辅助设施，创设贴近现实的、自然的、生活的、社会的模拟情境。儿童通过虚拟工具解决问题，但他们的活动体验是真实的，他们的研究成果是指向现实的。例如好奇工场的城市规划课程，既有静态的未来城市呈现教学，也有真实的数字影片动态演绎，帮助儿童构建对于城市规划体系的认知，规划未来城市的虚拟样态。

（二）建立可探究问题墙，基于问题的项目学习

在好奇工场中采用项目化学习是指儿童基于生活需要，经过前期调研、探究与发现形成驱动性问题，通过团队合作以及运用已有的科学知识与经验形成富有创造性的方案与计划，最终解决较为复杂的问题。

项目主题应来自儿童的生活，熟悉的内容能引发儿童的共鸣，以身边事物中发现的新问题更容易激发兴趣，所以主题的获取可以以儿童经验为源头。主题可以基于具身经验提出，儿童从自身体验出发找到研究项目，例如泥巴、蚂蚁、影子、种子等等；可以基于直接经验获得，例如经历过“烧不破的纸杯”现象的儿童有可能对纸杯产生一探究竟的愿望；可以来源于间接经验，比如“蚂蚁的窝到底是什么样子”这一主题，儿童可以通过观察蚂蚁的行动特征提出猜想，再通过饲养一小群蚂蚁获得证据从而解决问题。

驱动性问题的设计要围绕主题，让问题的解决过程成为对主题的认知过程。第一种方式是围绕一个特定的物品、作品或事件进行多角度的发散性思考。例如以“蚂蚁”项目化学习设计为例，儿童围绕主题，根据已有经验，提出自己觉得有意思的问题和让自己困惑的问题，师生共同梳理这些问题，根据自身的能力、条件等选择合适的问题进行探究实践。第二种方式是将同一主题中有关联的内容聚合在一个问题之下。儿童可以对围绕主题的1～2个核心问题开展探索，从而理解该主题。例如“泥土”这个主题，既可以研究泥土的种类，也可以研究泥土的形成与变化，还可以研究泥土对植物的影响。教师设计了“如何改变泥土种好红薯”这一项目，鼓励儿童创造性地介入泥土的变化过程，帮助他们在探究过程中发现泥土的本质属性和与植物的相互作用。第三种方式是不同主题的交叉融合。我们可以把两个或更多主题放在一起审视，找到结合点。比如“电池”与“植物”的融合，通过“见到很多电池扔在河边—电池中的电解液有毒性—河中有水葫芦、金鱼藻等水生植物—植物的生存生长需要适宜的条件”这样的思考路线，创生研究项目“碱性电池对水生植物的影响”。

（三）设计个体预约菜单，基于主题的定制学习

好奇工场的课程以任务单的方式呈现，方便儿童定制学习。儿童来到活动室，可选出自己感兴趣的活动内容，按照任务单的提示自主选择所需的材料进行活动，在一定的时间内完成。

课程形态“嫁接式”融合，让不同学段的儿童都能定制学习。有的儿童专注力不足，就可以用较短的时间关注一个小问题；有的儿童能够沉下心做研究，就要给足时间，让其研究复杂问题。由此，我们将课程分为三类：第一类是微课程，如“创造有方法”的十二种奇思妙想；第二类是短课程，低年级主打“我是小问号”，中年级关注“我爱小研究”，高年级升级为“我能小发明”；第三类是长课程，每周一次开展卓越课程，比如蚂蚁研究项目从低年级的“画蚂蚁”“养蚂蚁”，到中年级的“辨认蚂蚁”“蚂蚁的生活”，再到高年级的“蚂蚁的窝”“蚂蚁战争”，对儿童从认知、学习能力、创造素养等多方面进行长程培养。

课程主体“选择性”联结，为不同能力水平的儿童定制学习。在好奇工场中，设置了VIP定制课程，形成真正意义上的定制学习。课程尊重学习规律和个体差异，为儿童提供量身定制的独有课程，帮助儿童认识自己、发展自己。

（四）建立可视化实验室，基于专题的协同学习

好奇工场建设了可视化实验室，对小学传统实验室进行改造，提供精确度更高的测量工具、多样的传感器、丰富的虚拟实验软件，让实验数据可视化、微小差异显性化、长期等待短时化。提高了实验的精度和效果，丰富了实验手段，给予儿童更多的探索体验。在基础型科学课程教学中根据教学内容及儿童的认知规律开展可视化探究活动，为儿童的专题研究提供更有力的证据支持。

可视化实验室让儿童将质的研究升级成量的研究。例如围绕“距离越远，听到的声音越小吗”这一问题，儿童们可以拿着分贝仪分别在距离声源2米、4米、6米、8米的位置测量，测量出准确的音量数据并形成音量变化折线图，结果一目了然。利用这一结果，高年级的学生还能尝试着发现音量降低与距离之间的数值关系。

可视化实验室为儿童缩短等待的时长。例如“连续三个月每天吃汉堡、薯条，我们的身体会发生什么变化”这个问题的研究需要较长时间的等待，每天的变化也并不明显，还会承担身体健康受损的风险。因此可以改成虚拟实验，设置好每天的饮食种类与数量，在1秒钟内就能看到人体外形变胖、血液黏稠度增加。

可视化实验室为儿童提供创新工具的机会。例如“运动后的心跳怎么变”是儿童想要了解的问题。他们选择合适的传感器制作运动手环，随后佩戴运动手环测量出运动前的心率，轻度运动后的心率，高强度运动后的心率，运动停止后三分钟、六分钟、九分钟时的心率，通过阅读统计图除了可以发现运动后心率加快，还能发现不同强度运动后心率的差异、不同强度运动后恢复平静心率所需时长的差异等。

在好奇工场这一学习场景的建构中，教师带领儿童在问题驱动中探究、发现、聚合、发散，儿童在开放性的探究空间中运用知识、经验以及方法，实现了思维由表及里、由外而内、由浅入深地有序推进，最终促进了科学素养的发展。