在科学教育中，发挥科普场馆特色开展探究式学习，需要充分利用展品资源，以展品为依托。“鲁班的工具箱”课程在设计中利用科技馆的展品进行探究式学习，并在基于项目的学习（PBL，选定项目—制订计划—活动探究—作品制作—成果交流—活动评价）基础上，结合5E教学法（引入—探究—解释—迁移—评价），设计了7个教学环节：导入—观察—实验—设计—制作—迁移—交流。本文以此课程为例，对设计思路和教案内容进行简单探讨。

本教育活动的教学对象是小学5—6年级学生，考虑到项目式学习的设置，建议以小班（10〜12人）开展活动。

教学目标

科学知识目标：了解榫卯的结构和应用及其在古建筑史上的重要性；初步形成技术的核心是发明的概念，以及科学知识运用于技术会产生许多创新的认知。

科学探究目标：模拟桥梁建筑结构并通过控制变量法进行探究实验，对榫卯结构及其特点作进一步了解，培养学生观察、记录、绘制等技能，并以制作板凳模型进行实践。

科学态度目标：以实验结果作为标准进行对比实证；能够利用现代技术和尝试考虑多种方法进行最优化设计解决问题；学习匠人锲而不舍的意志；学会交流和质疑，能够用科学辩证思想看待问题。

科学、技术、社会、环境目标：了解科学知识运用于工程和技术会对人类生活的多方面产生影响；培养学生促进技术发展的创新意识和尊重传承传统文化的使命感。

教学过程

创设情境，导入任务

阶段目标：引导学生快速进入学习状态，导入学习内容（榫卯结构）和将要完成的任务（设计、应用和组装榫卯），并使学生对学习内容产生强烈兴趣。

学情分析：学生对于熟悉但又未完全理解的事物会具有更积极的主观能动性，利用熟悉的传说人物——鲁班的烦恼进行互动，帮助学生快速进入状态，理解未知概念。

教学策略：通过科普剧《鲁班大师的难题》创设故事情境，以春秋时期的家居环境为背景，让学生猜想家具种类；引入家具发展史，初步了解木工工艺的发展过程；围绕鲁班的难题引发学生的共同思考，在激发学生认知兴趣的同时，导入本课程的学习内容（榫卯结构）；通过鲁班凳的妙用，使学生对榫卯结构形成初步概念。

通过鲁班锁拼装游戏创设任务情境，引导学生设想自己和鲁班一起解决问题，将科普剧中鲁班遭遇的难题转化为学生面临的问题，将榫卯结构从概念转化为现实中要完成的任务。学生在家具发展史的引入中初步了解木工工艺的发展过程，通过和鲁班一起解决问题，思考鲁班凳的妙用，进而较好地引入榫卯概念。

观察展品，解释结构与原理

阶段目标：以理解榫卯的基础结构为导向，通过互动体验、观察分析、绘图或建模等方法，引导学生探究榫卯的基础结构，完整解释其中的原理。

学情分析：学生对物体的形状与承受力的关系、形状设计原理等知识有一定的认知基础，并具备观察、分析能力。

教学策略：榫卯是古代建筑中非常重要的结构，但在现代生活中较为少见，学生在教师引导下进入展厅参观建筑展区，思考建筑结构与榫卯的联系。教师引导学生再次拆装鲁班锁，并提供工具和材料进行模型制作，方便学生将难以直接观察到的内部结构更加清楚直观地展示出来。引导学生利用已有知识进行合理思考，解释榫卯结构。

实验探究，功能对比和应用

阶段目标：通过动手制作、多媒体教学、比较验证、实地考察等环节，结合地方特色，进一步探究榫卯的功能，为后面的应用和拓展（制作环节）打下基础。

学情分析：高年级学生乐于动手实践，在外出活动时也有一定的纪律性和主动性。

教学策略：设置任务，在学生了解榫卯概念后，通过力学结构搭建建筑和控制变量的对照实验，将学生由单一知识点引导到整体知识体系中，循序渐进提出探究任务；在不同环节中进行现代技术和榫卯工艺的两次比较，引导学生进行初步的科学发展观的辩证思考；通过引入本土特色建筑，使学生对榫卯结构在中国古建筑史上的地位、成就有进一步的理解，培养爱国主义情怀。

设计制作，理论实践拓展

阶段目标：以任务为导向，进行四脚八叉凳的图形设计、实物组装等环节；该阶段主要考验学生对前3个阶段知识的实践转换，并培养学生的团队协作能力。

学情分析：经过观察和探究，学生在知识层面上对榫卯结构产生了具象了解。

教学策略：通过体验实物凳的拆装，让学生熟悉榫卯结构在板凳中的应用；为降低后期制作的难度，组织学生学习按比例缩小的方法，并进行图纸设计；组织学生观察榫卯结构的咬合部分，并对数据精确记录。

动手制作，检验实际效果

阶段目标：以任务为导向，完成四角八叉凳模型的零件制作及组装，培养学生的实际动手能力。

学情分析：学生已经有了前4个阶段的知识储备，并具备一定的动手能力。

教学策略：通过完整的模型制作流程，让学生了解古代工匠的辛苦，理解匠人坚持不懈的精神；引导学生在建模复制的过程中，理解把科学知识应用在物品制作上的拓展过程也是一种科学学习方式；不以结果为导向，让学生充分发挥主观能动性进行构建。

知识迁移，联系社会生活

阶段目标：通过成品展示、分享经验、总结收获等互动过程，引导学生在这些已有经验和认知基础上围绕第3阶段的问题，外出参观南普陀寺庙建筑中的斗拱结构进行思考，准备最后的辩论任务。

学情分析：该年龄段的学生已经能够根据自己的经验背景，对外部信息进行主动选择、加工和处理，从而获得自己对事物的理解。

教学策略：完整的作品能够带给学生强大的成就感，能够更好地鼓励学生进行成功经验的总结，并结合自身信息进行思考，充分表达对传统手工的尊重和热爱；失败的作品则会引导学生寻找原因和重新梳理制作过程。教师通过分析难点帮助学生从另一个角度分析对比现代工艺的便捷和传统工艺的短板。学生在不同结果的分享总结中能够树立辩证的科学态度，在已经充分了解榫卯结构的基础上观察建筑实物，能够真正理解和感受传统科技的魅力。

交流成果，引发深入思考

阶段目标：通过组织辩论会，引导学生通过批判性思维进行交流，分享自己的观点。

学情分析：该阶段的学生正在初步形成自己的价值观和科学观，为此在科学活动中需要注重对学生正确观念的引导。

教学策略：通过辩题“榫卯工艺该不该被快节奏的现代社会淘汰”组织辩论会，创设交流情境，让学生通过正反方辩论进行观点梳理；回顾前6个阶段课程中的2个对比环节，组织学生的串联思考，使学生形成从单一到整体的知识脉络；通过辩论，引导学生总结并理解科学的应用常常会对社会经济产生影响的概念，培养学生对传统文化的传承精神。

效果评估

该项目原有的课程设计过于注重以结果为导向的实践操作，从而忽略了科学方法、科学精神和科学思想的融入。同时，在动手的过程中让学生单纯依照模板完成各个部件的制作，缺乏对整体的认知和概念理解，以及知识的整合。在经过实际课堂、学校问卷反馈后，开发团队对整个教学设计进行了调整，通过基于科技馆展品的项目式学习，使该课程在不同阶段基于真实问题，以展品和实验为载体，通过推理、分析、判断、验证、结论等内容及过程使学生掌握相应方法，获得直接经验，进而结合现代科学方法再发现、再创造，培养学生分析问题、解决问题的能力，最终让学生获得多元化的学习效果。