北京市海淀区中关村学区：有效利用科研院所资源做深做实科学教育

近年来，北京市海淀区中关村学区积极发挥区域科技资源优势，与中国科学院行政管理局协同联动中国科学院京区各科研院所，开发实施科学院课程，让学生走近科学家，亲历科学探究实践过程，培养学生的好奇心、想象力和探求欲，拓宽科学课程教学边界，实现科教深度融合，在教育“双减”中做深做实科学教育。

一、学区与科研院所共同建构适合学生的课程

课程是科研院所科技资源与学校科学教育有效衔接、有机融合的核心。学区与科研院所组织开展中小学科学教师调研访谈，让科学家了解学校科学教育的课程教学状况、学生认知水平和发展需求，充分利用科研院所的科学家资源、实验室资源、大科学装置、博物馆及展厅、最新科研成果等，整体设计学习主题、课程模块和活动环节。课程设计充分尊重中小学生认知规律，体现学生发展核心素养要求，按照1-3年级、4-6年级、7-9年级不同学段，科学设计“知识储备预学”“院所实地研学”“校内实验提升”等课程模块。

科学院课程旨在帮助学生了解前沿科学知识，掌握科学探究方法，激发学生探究科学奥秘的浓厚兴趣，引导学生在心中埋下科技创新的种子，增强其科技强国信念。例如，数学与系统科学研究院的“有趣的图形”“数字侦探”“奇奇怪怪的数学”、软件所的“体验人工智能下的智慧生活”“人工智能中的人机交互设计”“人工智能的未来”、空间中心的“揭秘空间站”“神奇微重力”“探秘微重力”等，涉及数学、物理、化学、声学、地理、气候变化、动物学、植物学、人工智能等多个领域。

比如，化学所以不同年龄学生的生活经验和认知基础为起点，综合考虑学生的科学教育现状，设计了三个学段的递进课程，包括“生活中的化学”“食品中的化学”“化学创造美好生活”等（见表1）。面向低年级学生的“生活中的化学”，主要指导学生观察和认识身边的化学现象，激发学生对化学探索的兴趣；中年级学生在科学家带领下探索“食品中的化学”，走进实验室了解如何利用食物的化学性质制作美食；高年级学生通过了解化学所的最新科研成果，研究化学如何创造美好生活。院所丰富的科技资源为学生提供基于真实情境和任务的活动体验，在实践探究中培养学生的科学观念、科学思维。

表1：“中国科学院化学研究所”课程方案

二、为学生提供丰富的预学资源

走进科学院所之前，学校教师组织学生预学“科学资源包”和“好奇加油站”两个资料包里面的内容，让学生初步感知院所概况、研究领域、科技前沿最新动态和科学家事迹，激发学生探究的好奇心和求知欲。

1. 科学资源包

科学资源包是院所科学家为学生精心选择的科普资源，包括院所的基本情况、知识视频、文图资料、图书推荐和科学家故事等，是科学院课程的资料库。以力学所课程为例，科学资源包主要包括：科学家的情况介绍，如钱学森和郭永怀的生平资料、科学家访谈的视频；科普知识图文资料和视频，如风洞是什么、飞机的组成部分、飞机最怕什么天气、形状奇怪的飞机等。在走进力学所之前，学校教师组织学生学习和讨论科学资源包的内容，了解相关背景资料、观看视频，学生在预学过程中获得初步的感性认知，知道力学所的发展历史和当前概况，了解飞机的结构、功能等有关知识，为实地探索和学习做好知识储备。

2. 好奇加油站

好奇加油站是科学家结合课程内容在课前给学生的引导性问题，旨在激发学生产生更多的奇思妙想，提出自己的思考和疑惑。之后，教师通过问卷星收集学生提出的问题，并请科学家给予有针对性的回应。

例如，在走进古脊椎动物与古人类研究所前，好奇加油站启发学生思考以下问题：你的祖先是什么？你觉得研究化石、恐龙等古生物对我们现代人有什么意义？你知道考古学家有哪些必备的本领吗？在古生物学领域你最想知道什么？在这些问题的启发下，学生进一步思考，提出“恐龙与人类到底有什么关系、古生物有哪些种类、我国考古研究处于世界什么水平”等问题。

三、通过参观和讲座进一步激发学生的探求欲

经过充分预学，学生带着对相关院所的初步印象和无限好奇实地参观展厅展馆，近距离触摸实验室和大科学装置，聆听科学家的讲座。

1. 参观展厅展馆

各院所充分运用实物展品、智能设备、互动装置和模型器材等，让学生置身于科学情境中，直观感知科学现象。实地参观学习有明确的活动目标，比如力学所的活动目标是：通过参观研究所展馆、钱学森和郭永怀办公室、风洞实验室等，了解研究所概况、学习科学知识、感受科研氛围、学习科学家精神。在力学所郭永怀烈士墓和钱学森雕像前，学生聆听工作人员讲解他们矢志报国的光辉事迹；在钱学森和郭永怀的办公室，学生近距离观看科学家简陋的工作环境、简朴的生活用品和珍贵的研究手稿。在力学所展馆，讲解员为学生介绍力学所的发展历史、研究内容、科研创新成果和老一辈科学家事迹，学生学习“力学星空、力学阅读、知识测验、实验观摩和实践园地”五个板块的力学科普知识，参观风洞实验室，了解风洞的功能。

为了更好地巩固研学成果，学校教师与院所组织人员共同设计便于学生参观、学习和记录的“导学卡”，引领学生有效进行学习探究，随时记录自己的所见所闻所思所想，确保学有所获。例如，低年段学生在导学卡上主要记录以下内容：力学所展馆中介绍了哪些内容？你最感兴趣的是什么？力学所研究的内容有哪些？请说出三位力学所科学家的名字。参观了力学所展馆、钱学森和郭永怀办公室、风洞实验室，你有什么感受？

在参观过程中，学生亲身感受钱学森“5年归国路，10年两弹成”的丰功伟绩和郭永怀“报效祖国、献身科研”的爱国情怀，充分理解了科学家精神的深刻内涵。在沉浸式体验中，学生自然而然地将个人理想与祖国命运紧密相连，在心中种下了一颗科技报国的种子。

2. 聆听科学家讲座

为了让学生更深入地了解各科研院所的最新研究成果，科学家为不同学段的学生开设不同主题的讲座，激发学生学科学、爱科学、用科学的热情。比如在植物所，科学家为初中生讲解“植物的光合作用”，介绍植物的光合作用现象、基本原理、研究历史、对人类生活的重大意义，还分享研究团队的最新研究进展，讲解“光配方”在植物工厂中的应用。内容丰富的讲座帮助学生了解植物光合作用的现象、发生过程和对人类生活的重要影响。在互动环节，学生积极思考和参与，就自己感兴趣的内容与科学家展开热烈讨论，不断发问：植物的光合作用都是靠叶子完成的吗？叶绿素是如何吸收光能的？促进学生走近植物学、感受植物学研究的魅力，体会科学探究的乐趣。当学生身临其境，了解到科学家匡廷云和他的前沿科技研究“植物工厂”时，学生深深感受到我国植物领域前沿科技发展的日新月异，体悟到科技前沿发展背后蕴含的创新智慧。

四、在院所实验室动手实践、具身学习

在院所的实验室动手实验是学生最喜欢的活动环节。每个院所都精心设计实验室课程，在情境创设、任务驱动、实地探究、跨学科学习过程中激发学生实验探究的兴趣，培养学生的科学思维，使学生掌握更多的科学研究方法，树立严谨的科学思想和态度。实验室课程主要包括两种类型：一是科学实验。在科学家指导下，学生以观察、互动、操作为主，充分调动感官，学会团结协作，掌握实验操作步骤，增强科学探究的参与度；二是实践活动。在科学家指导下，学生运用此前在讲座中习得的知识开展“做中学”，如红外测温仪的正确使用、植物观察与分类、城市热岛效应的应用等。学生在自主探究和实验操作过程中经历知识产生的全过程，生成对知识意义和科学现象的真正理解。

学校教师与院所科学家共同设计实验室课程内容，包括实验活动目标、实验器材准备和实验过程设计等。实验过程包括“情境导入、明确任务”“围绕问题讨论”“动手操作实施”“点拨引导、过程检查”“分享交流”“专家点评、总结拓展”等环节，旨在引导学生亲历科学家实验研究的全过程，学会实验研究的思想方法和操作规程。

比如在过程工程所，1-3年级在实验室里开展“免疫‘奥特曼’和病原体‘小怪兽’”的实验探究，让学生了解免疫细胞与病原体的作用过程，绘制免疫细胞和病原体。4-6年级在实验室利用紫甘蓝制作酸碱指示剂，探究花青素在不同酸碱环境下呈现出不同颜色的性质。7-9年级在实验室学会辨别溶液的酸碱性，自制酸碱指示剂，了解酸碱指示剂的作用和变色原理。

以7—9年级的实验室课程为例，实验活动目标是引导学生了解植物的光合作用、知道叶绿素是植物光合作用中吸收光能的主要物质，在科学家指导下完成叶绿素的提取，启发学生深入研究植物光合作用，了解光合作用对农业生产的重要影响。实验课内容是对校内生物课的有益补充和深化，激发了学生深入探究的兴趣。学生在实验操作和交流分享中明晰了花青素的变色原理。通过实验室课程探究，学生不仅亲手操作花青素和pH试纸的实验，还深刻体会实验操作过程的科学性和严谨性，近距离感知科学家实事求是、求真务实的科研作风。学生与身边的科学家面对面互动交流，仔细观察、动手操作、认真实验，探究身边的科学问题，在“学中思”，在“做中学”，在反复试错中习得方法、建构认知、提升能力。

五、校内科学实践巩固提高成果

学生把所学的科学知识、科学思考、科学感悟带回学校，由教师指导学生运用所学知识开展进一步的科学实验、科学调查或科学观察活动，巩固和提升院所的学习内容，形成科学实践成果。

例如，4-6年级学生在力学所动手研究飞机飞行的原理后，学生回到学校研究“自制直升机”，动手组装飞机模型并进行测试优化，进一步探究伯努利原理，了解直升机的飞行动力。教师指导学生按照飞机用途和机体构造对飞机进行分类，观察直升机的构造。学生利用橡皮筋直升机实验材料包（太阳能直升机）自主组装直升机。在这个过程中，教师及时帮助学生解决实验中遇到的困难和问题，如检查安装的模型是否左右对称，测试直升机飞行是否姿态平稳等。最后，教师组织学生交流自己的直升机模型以及操作过程，总结收获与体会，提高理性认识和学以致用的能力。

科学院课程让学生走出校门、走进科学殿堂，在科学家身边感悟科学家精神的时代内涵，在实验室与科学家一起动手实验、探究、思考，成为做好科学教育加法、落实立德树人的重要抓手。学区将进一步打通资源壁垒，盘活资源存量，发挥资源效能，创新人才培养模式，构建科教融合协同育人共同体，培养更多具备科学家潜质的青少年。

（王振惠 作者系北京市海淀区中关村学区管理中心主任，中国人民大学附属中学实验小学党总支书记，高级教师、高级校长）

《人民教育》2023年第19期