利用数字化学习场馆提升青少年科学素养的策略研究

【摘 要】数字化学习场馆是培养青少年科学素养的重要途径，它的科学教育功能主要体现在传播科学知识、体验科学研究过程、促进科学思维形成和帮助建构科学身份四个方面。研究者通过对国内外典型数字化场馆的设计理念和运行方式进行分析，提出了包括科学团体、学生自身、学生家长、场馆人员、馆校合作五个要素在内的青少年科学素养提升策略，通过这些要素的相互作用，充分发挥数字学习场馆的科学教育功能，共同促进青少年科学素养的提升。

【关键词】学习场馆；数字化；青少年；科学素养

【中图分类号】G434 【文献标志码】A

【论文编号】1671-7384（2024）011-038-03

众所周知，学习场馆在青少年校外教育中有着不可替代的科学教育功能。与学校教育相比，参观学习场馆并体验科技活动，能够有效增强青少年的创新意识、激发青少年探索科学、追求科学的兴趣，培养创新能力，进而提升其对从事科学相关职业的意愿。

目前国内外学习场馆主要有博物馆、科技馆、动植物园等，而博物馆依据展示内容的不同，分为艺术类、历史类、自然科学类和综合类。作为非正式学习的重要手段，场馆学习是指在这些学习场馆中，以体验、操作、探究为主要形式，获得经验的非正式学习行为，其核心是参观者在个人、社会和物理情境的不断交互和整合中实现知识理解与迁移[1]。本文研究的学习场馆主要包括自然科学类（科技类）博物馆和科技馆。这类场馆普遍采用一定的数字技术，推出小程序、AR观赏、VR线上展馆等功能，能够突破空间的制约，通过有设计的互动激发，为青少年带来更多的科学实践体验。

数字化学习场馆的科学教育功能

数字化学习场馆受到各国的普遍重视，各种类型的专题博物馆、科技馆、天文馆等层出不穷。截至2022年，我国共有科技馆和科技类博物馆1525个[2]。数字化学习场馆以学习者为中心设计和建设学习资源，在直观呈现学习内容的基础上能够促进科学知识的传播，激发学习者的探究欲望，帮助学习者形成科学思维。数字化场馆的科学教育功能主要有以下几个方面。

1.传播科学知识

复杂的科学概念和原理只有反复地呈现给学生，且以越来越复杂的形式在不同背景下定期向学生展示，学生才能有效掌握。数字化场馆能够利用AR技术在实体展品的基础上，将抽象和复杂的概念形象化地叠加到现实世界中，还原科学家对科学现象的探究过程，促进学生理解科学知识。

2.体验科学研究过程

通过科学试验或探究活动，学生能够深入学习科学调查、探究的过程与方法，掌握跨学科的实用的科学技能。数字化学习场馆通过开发线上展览、举办主题探究活动等方式创设情境，将抽象的科学概念转化为具体的模型，引导学习者体验科学试验的过程，学习科学探究的思维和方法，切实体会科学进步与社会发展的关系。

3.促进科学思维形成

实物展品的二维码、数字展品的超链接，让学习者可以进一步查看相关的科学研究论文或各类视频、图片等，增强说服力。数字化学习场馆的小课堂、科学家讲座能够清晰阐明一些科学原理，实物展品能够直观展示一些科学进程和科学证据，帮助参观者树立基本科学信念（如进化论），或者消除在某方面的科学偏见。

4.帮助建构科学身份

利用人工智能、体感技术等，学生能够在真实情境或模拟的场景中，学习处理科学、技术与社会因素的关系，了解科学知识与相关的科学实践过程，批判性地使用科学，以逐步形成伦理判断力，涵养科学价值观[3]。数字化学习场馆将科学团体与社会紧密相连，利用线上会议、讲座等渠道，提升信息交流的速度与广度，有利于科学在研究者与学生之间的双向传播，使得他们能够接触到最新的科学研究或成果展示，实现从“科学学习者”到“科学倡导者”和“科学探索者”的身份转化。

利用数字化学习场馆提升青少年科学素养的策略

数字化学习场馆提供的是一种多元的学习体验，包括认知层面的知识技能以及情感层面的科学态度，技术的应用能够促进场馆学习的多元化学习效果[4]。我们选取了国内外几个著名的数字化场馆（中国科学技术馆、广东科学中心、美国科学工业中心、英国科学博物馆集团、德意志博物馆），通过文献研究和网站资源阅览，对它们的设计理念和运行方式进行深入分析，提出数字化学习场馆提升青少年科学素养的策略。

1.科学团体：与学生双向交流传播科学知识

数字化场馆提供的科学内容与科学素养中包含的科学知识维度相对应。通过线上展览、科学小游戏等途径，青少年自发地接触科学，学习科学知识，对相关的科学原理、发现历程和应用场景有一定的了解。此外，学习场馆不仅展示有关科学内容的描述性知识，也能够通过超链接等形式与深入学习相关知识的网站相连，展示获取知识的多种途径，拓展青少年的科学视野。

科学团体可以借助学习场馆展开公共科学项目，能够让对相关科学领域有一定了解的学生就某研究课题或项目提出期望或建议，甚至参与到科学研究的进程中。参与行为的维持不仅仅依靠青少年本身的动机，研究人员需要与青少年进行常态化的交流，提供及时的反馈。学生在探索科学、传播科学、利用科学的学习氛围中成长，其学习成果和反馈信息也为相关科学研究起到一定的推动作用。针对此类需求，数字化学习场馆可以进行馆际合作，或者与政府、社会力量合作，开发相关平台或者小程序，拓展科学界与学生之间的信息交流渠道。中国科学技术馆以科学教育为主要功能，通过科学性、知识性、互动性相结合的展览展品和参与体验式的教育活动，普及科学知识。美国科学工业中心致力于普及STEAM教育，其举办的科技节深入社区，向青少年提供与科学家、宇航员对话的机会，以及亲身参与科学探究、发现新物种的科学参与渠道。

2.学生：情境化参与培养科学能力

科学能力的提升关键在于科学参与。场馆学习开始不仅关注在场馆内的展览内容以及学习过程，而且考虑学习的社会情境。利用AR、VR技术，学生能够借助平台、移动终端、计算机等设备，通过语音、动作的输入，根据自己的学习兴趣和学习风格等选择学习内容和形式，进行沉浸式的学习体验，尝试科学探究的进程，锻炼思考和操作的能力。

数字化学习场馆可以与学校加深合作，开发与科学课堂中重点内容对应的科学活动，弥补学校中学习机会的不足，鼓励学生在非正式环境中深度体验科学参与。例如，广东科学中心采用多种高新技术，将科学性、知识性、趣味性有机融合，让学生在动手参与、亲身体验中培养科学能力。德意志博物馆展示丰富的数字藏品，鼓励青少年在对科学展品的探索中提升科学兴趣和科学探究能力，培养创造力。

3.学生家长：引导学生主动参与科学实践

家长对科学的态度对学生有着重要的影响。尽管不是所有家长都从事科学有关工作，但并不影响其向青少年提供科学参与的环境，促进孩子在社会环境中进行科学实验、讨论科学议题，培养孩子对科学的正确态度和兴趣。教育部出台的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》中也指出，要“推出家庭科普公开课，开展形式多样的家庭科普活动”，提升家长科学素养和科普意识，进而培养学生科学素养。

许多数字化学习场馆也推出了针对家庭科学教育的在线课程，旨在鼓励家长做学生科学教育的引导者，与学生在“玩中学”，让学生在日常生活中养成关注科学、主动探究、解决问题的兴趣和习惯，培养其学习科学、参与科学的意识和能力。中国科学技术馆同步开发了针对学生的学习单、家长辅导手册、教师课程手册等各类免费资源，帮助加深大众对科学技术的理解与感悟。

4.场馆人员：增进自身科学素养和传播能力

场馆人员是承担科技类博物馆展教、科普等相关研究与实践工作的专业人员，包括讲解员、课程（活动）开发员、展览设计员、科技辅导教师、志愿者等。场馆人员对场馆以及活动的设计、开发、布置、讲解影响着访客的参观体验。在单次的场馆学习中，学习体验较为短暂，难以对科学知识形成独立的深刻理解，学习体验只有与学习者先前知识经验产生重合时，才能发生对于科学知识较为深入的学习和巩固。除专业知识外，场馆人员需要有较高的观察力、创造力，能够与学习者展开沟通，通过讲解引导学习者将场馆内的学习与其先前知识经验联系起来，进而促进学习者的学习和探索。

场馆人员也是一个学习团体，需要不断提升自身科学素养，提升科学知识水平、科学知识传播能力、科学技术应用能力，及时调整对于场馆本身定位的认识，重视学生对科学活动反馈和表现，并能够根据培养目标和学生科学素养现状，及时调整场馆展览设置、活动开发等环节，选择有针对性、恰当的科学素养培养策略。

5.馆校合作：助力学生社会化学习和建构科学态度

数字化学习场馆中的社会化学习环境有利于学生科学态度的培养。目前的学习场馆正在与社会深度融合，借助VR、AR、MR等前沿技术，形成混合现实的学习场馆，学习场馆的社会性已无限扩大。由于学校的科学教育时间、范围等方面的局限，数字化场馆在培养学生科学素养中起到的作用越来越受到重视。

数字化场馆也可以与学校加深合作，开发与科学课堂中重点内容对应的科学活动，弥补学校中学习机会的不足，鼓励学生在非正式环境中深度体验科学参与。例如，我国正在推动加强数字化学习场馆与学校的合作，即通过“中小学—科技馆”和“科技馆—大学（研究所）”两种馆校结合方式，实现场馆与学校协同育人。再如，场馆可在展示科学结论及其物理模型的同时，设置讨论区，发布一些其他学者对此提出的合理质疑，鼓励参观者对此提出自己的见解，培养学生的批判性思维，并让学生认识到科学的不断进步以及科学真理绝对性与相对性的辩证统一。学生在学习场馆中不仅获取科学知识和科学体验，更应习得获取科学信息的手段、辩证思考科学议题的能力、主动参与科学讨论的责任意识，树立正确的科学态度。英国科学博物馆集团强调家庭、学校的STEM教育，通过激发青少年对科学的好奇心，加强科学参与，提升其科学探究的信心和能力，培养科学责任感。

结 语

在青少年科学素养日益受到重视的当下，数字化学习场馆作为青少年科学学习的重要场所，发挥着联结正式学习与非正式学习、个性化学习与社会化学习的重要作用。数字化学习场馆的科学学习不仅存在于场馆内，更通过科技延伸到社会生活的方方面面，学生在兴趣的驱动下主动学习科学知识，培养获取信息解决科学问题的思维和能力，并养成相信科学的信心和参与科学的责任意识。我们需要不断完善数字化学习场馆的数字资源和环境设施，提高工作人员和家长的科学素养，培养更多能够终身学习的青少年学生，成为能够面向未来、引领时代的科学人才。

注：本文系2021年江苏省教育科学规划课题“混合式教学模式下大学生学习绩效的测评研究”（课题编号：C-c/2021/01/44）研究成果

参考文献

刘清堂，马晶晶，余舒凡，等. 增强现实技术对场馆学习效果影响的研究及展望[J]. 现代远距离教育，2022（3）：3-12.

我国已有超1500个科技馆和科技类博物馆[EB/OL]. https：//www.gov.cn/xinwen/2022-09/05/content_5708376.htm.

She H C， Stacey K， Schmidt W H. Science and mathematics literacy： PISA for better school education [J].International Journal of Science and Mathematics Education，2018，16（S1）：1-5.

许玮，代陶陶，沈致仪，等.技术应用真的能够有效提升场馆学习效果吗：基于近十年34项实验与准实验研究的元分析[J]. 电化教育研究，2021，42（12）：63-70+85.