高校博物馆STEM教育的实践与展望
——多案例分析
摘 要：新一轮科技革命改变着人类的生活与学习方式，重视STEM教育有助于获得适应未来社会的能力素养。高校博物馆依托高校的科研与教学特色，面向公众开展了各种STEM教育，丰富了STEM教育的场馆资源，也为STEM教育的多样性贡献了更多智慧。研究聚焦中国、美国、英国等国家的6家高校博物馆，分别从科学、技术、工程和数学的角度，探讨其在STEM教育中的实践，并提出未来展望，以期拓展教育主题、丰富教育形式、充实教育师资、平衡教育发展，促进STEM教育的发展。
关键词：高校博物馆；STEM教育；STEM教育实践
中图分类号：G64
文献标识码：A
作者简介：庄瑜，华东师范大学教育高等研究院副教授(上海 200062);裴祎颖，华东师范大学教育高等研究院博士研究生(上海 200062);商煜焓，华东师范大学教育高等研究院硕士研究生(上海 200062)
基金项目：2023年度上海学校德育创新发展专项研究项目“大中小日常思想政治教育一体化研究”(编号：2023-dycx-104);2024年度上海市教育系统关心下一代工作立项课题“高等师范院校关工委以教育家精神引领学生卓越成长的实践及路径研究”(编号：2024GGW062)
STEM教育包含科学、技术、工程和数学，其源头可追溯至1986年美国国家科学委员会的《本科的科学、数学和工程教育》报告。2001年，美国国家科学基金会正式提出STEM概念，并将其定义为：学生可以在情境设定的学习环境中解决真实问题。2007年，美国相继出台一系列与STEM相关的法案、研究报告和行动纲领，将STEM教育推至全新高度;2009年，“竞争卓越”这一全国性教育计划被提出，由政府拨款资助STEM教育;2015年颁布《STEM教育法(2015年)》，正式将计算机科学学科纳入 STEM 教育;2016年，《STEM 2026：STEM教育创新愿景》报告就如何改进STEM的教学与学习作专门探讨。从2016年起，“STEM”“STEM+教育”等概念开始出现在我国国家和教育行政部门的政策文件中，成为各地开展科学教育、跨学科教育的重要依据。本研究选取6个高校博物馆的STEM教育典型案例，探索高校博物馆在STEM教育中的实践。
一、高校博物馆的教育功能
(一)大学专业教育
高校博物馆从早期的大学标本室、陈列室等发展而来，主题聚焦于解剖学、生物学和矿物学主题，承载着教育、研究、收藏等功能。借助高校自身的科研与学科优势，高校博物馆承担着专业教育教学任务，开设课程并提供学生实践场所，高校与博物馆在专业上协同发展，为学生提供沉浸式、可视化的学习环境，激发学生内在的学习动力。河南工业大学中国粮食博物馆在学校教学科研活动中具有重要地位：教师在博物馆开展科研项目，解决研究粮食文化在保存、传承、弘扬过程中遇到的问题;学生通过博物馆了解粮食文化，并将作业实践带到博物馆，把博物馆作为实践教学基地，让学习和成长与粮食文化相伴而生。耶鲁大学皮博迪博物馆也为学校的学生、教职工和校友提供教学研究资源和专业发展指导，旨在将博物馆的资源整合到教师教学和学生研究中，博物馆每学年面向20个专业的1500名学生开设约70门课程，为包括植物学、昆虫学、矿物学和陨石学、古生物学、动物学等专业的师生提供第一手接触馆藏实物和图像的机会。
(二)社会与情感能力教育
继经济合作与发展组织(OECD)于2017年启动社会与情感能力研究(Study on Social and Emotional Skills, SSES)以来，社会情感能力对学生发展起到的关键作用越发受到教育界的关注。博物馆可以成为支持学生发展社会与情感能力的场所，原因在于其藏品能够展示跨越时空的人们的思想与经验，为学生提供诸多宝贵机会，如探索身份认同、尝试相互理解和相互学习、建立同理心、练习倾听技巧等。[1]西安交大西迁博物馆开展“西迁精神口述史”专项实践，撰写形成《西迁往事》书稿;成立西安交大“西迁精神学生宣讲团”，开展百余场次西迁精神专题宣讲;推出《红心向党——西迁馆里的红色印记》微视频，以及原创话剧《向西而歌》、原创音乐剧《西迁，西迁》等文艺作品，引导青年学子在文艺作品中感悟西迁精神。阿莫斯特学院的米德艺术博物馆明确将社会与情感学习列入教育规划中，博物馆与K-12学校合作开展以园艺和植物记忆为主题的教育活动，通过探索植物与土地和艺术的关系并尝试口述与植物相关的故事，在了解植物知识和欣赏植物艺术的同时，引导学生结合科学、文化与历史，从情感角度思考包括食物传统、祖先知识、食谱、人们随身携带的植物和种子等主题。
(三)社会公众教育
2022年，国际博物馆协会通过了博物馆的新定义，强调“向公众开放，具有可及性和包容性”“在社区的参与下，为教育、欣赏、深思和知识共享提供多种体验”。这一定义愈发突出博物馆在公众教育中的重要性，也促使高校博物馆与高校的二方关系，逐渐向高校博物馆、高校与公众的三方关联转变。迈阿密大学洛尔艺术博物馆的使命之一就是“支持、延伸和丰富迈阿密大学教职工与学生及所在地区的居民和游客对艺术品及其历史的更全面的欣赏和理解”[2]。陆家嘴东昌新村里的“星梦停车棚”于2023年列入上海首批“美术新空间”。该空间自2020年起，在上海大学博物馆的支持下陆续推出三星堆展、龙门石窟展，并邀请老年居民共同参与管理。艺术志愿者从最初的5人发展至如今的18人，真正通过“艺术进社区”活动将自己的小区变成艺术社区。
二、高校博物馆STEM教育实践
(一)助力五育融合的学习资源包：上海交通大学钱学森图书馆
上海交通大学钱学森图书馆于2011年12月11日钱学森诞辰百年之际在上海交通大学徐汇校区建成开馆。该馆以我国著名科学家钱学森先生在科学领域的成就为主线，多维度地展现了他在科学、艺术、爱国情怀、求学生涯等方面的追求。钱学森图书馆推出《加速，起飞了》的学习资源包，以钱学森的学习经历和在航空领域的重要成就为线索，带领读者了解航空工业发展的历程，从德智体美劳五个方面助力科学教育。在与德育融合方面，为学生设计各种“道德两难”问题以调动学生的情感，培养人文关怀。例如，在向学生提出“在滑翔机的研制历程中，有人成功，有人失败，还有科学家为此付出生命的代价”。这样一个事实陈述后，提问他们真实情境中的真实两难问题：“在科学研究的过程中，你认为是过程重要，还是结果重要?”答案并没有绝对对错，旨在让学生对所持观点进行逻辑论证，向读者传递爱国主义精神、科学精神和创新精神等德育元素。在与智育融合方面，介绍各种飞机和飞行器的设计原理和制造技术，引导学生探索新领域的知识。在与体育融合方面，涉及飞行员需要具备的身体素质和技能，以及各种飞行器的运动特点和比赛规则等，积极引导学生进行体育锻炼和运动训练。在与美育融合方面，让学生为“参加航空展的成员设计主题T恤”，并且给出带有评价指标的驱动任务——“设计要体现出航空的科技范和未来感”。在与劳育融合方面，通过动手实验和数字化资源等方式，引导学生反思与实践。[3]
《义务教育课程方案(2022年版)》[4]倡导在“五育”融合背景下以大单元、大概念、主题项目等方式编排课程内容，以此推动学科和跨学科实践。以往的科学教育，容易忽视其他四育潜在的教学资源捕捉与融合，钱学森图书馆的学习资源为学校教师在新课标下开展科学教育实践提供了范本，也为家庭教育提供了高质量的学习指南。
(二)因地制宜的馆内外联动教育：新加坡国立大学李光前自然历史博物馆
新加坡国立大学李光前自然历史博物馆的前身是建于1889年的莱佛士博物馆，也是新加坡第一座自然历史博物馆，收藏品达56.65万件，日常展出2000件左右的动植物标本，其中很多标本可以通过触摸来进一步感知。新加坡是世界上为数不多拥有热带雨林的城市之一，因此该馆因地制宜地利用城市的地理环境资源开展教育活动设计，“自然漫步”项目是其较受欢迎的教育活动之一，涵盖了双溪布洛湿地保护区、麦克里奇雨林和乌宾岛三个自然区域，分别对应“湿地生态体验”“雨林探险”“海岛探索”三个模块。在“湿地生态体验”模块，学生可走入双溪布洛湿地保护区探索神秘的红树林，有机会看到周围的螃蟹、岸鸟，甚至鳄鱼和水獭，以此了解湿地的生态系统和生态价值，并提升保护湿地的意识。在“雨林探险”模块，学生能观察到各种热带植物、鸟类和昆虫，通过博物馆设计的互动环节，如制作雨林指南针、寻找雨林宝藏等，培养学生的观察力和雨林生存能力。在“海岛探索”模块，作为古老原始的海岛，乌宾岛仍保留着新加坡20世纪70年代的模样。在3小时的岛上徒步活动中，学生可以通过自己灵敏的嗅觉系统，见识到各种果树、草药和香料，还能在漫步过程中看到海岛上的各种动物进而了解海岛作为独特的海洋生态系统中的一环，独属于自己的气味和生物。[5]
新加坡国立大学李光前自然历史博物馆基于自身专业属性，积极拓展户外教育模块，其在STEM教育过程中对学生的认知、行为和情感均产生了积极影响。
(三)聚焦信息技术发展的创新教育：清华大学科学博物馆
清华大学科学博物馆自2018年开始筹办，收藏大量海内外不同时期的科学仪器与设备，展现了清华大学理工学科的发展、中国技术史的发展，以及西方工业革命和计算机科技的发展历史。2020年，清华大学科学博物馆以计算器具为主题，举办了“神机妙算——计算器具历史展”。该展览展出80件从古代到现代的计算工具与设备，并与“耳朵里的博物馆”合作，开展了主题为“讲给青少年的计算器科学故事”“未来科学家——青少年观展活动”等线上线下相结合的教育活动。活动向学生介绍了不同计算器具的发展历史和具体计算方式，从古代算表、富勒计算尺，到计算器和计算机。例如，通过观察古代“清华简”算表21支竹简上按规律书写的数字及竹简上端的圆孔，探索如何在算表上使用棉线完成两位数的乘法运算，以及除法、分数和开平方的运算。又如，学生通过活动探索近代机械齿轮计算器如何从机电式计算机过渡到现代电子计算机。导览结束后，鼓励学生头脑风暴，设计出自己心中的未来计算机，并向同学分享设计理念和设计中所用到的科学技术。[6]
自2015年起，计算机科学学科正式被纳入STEM教育的范畴。教育部印发的《义务教育信息科技课程标准(2022版)》[7]强调，信息科技课程应培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新，以及信息社会责任。清华大学科学博物馆通过介绍计算器具的使用方式，鼓励学生探索多样灵活的计算方式，将基础计算与电子信息技术的发展相联系，帮助学生建立全面的有关信息技术与社会发展的知识素养。在创想未来计算机的环节中，博物馆为学生创造了分享交流的平台，丰富了学生的创新思维与视角。同时，通过引导学生将目光投向未来，帮助学生进一步理解和畅想信息技术与社会发展的关系。
(四)面向真实问题解决的项目化学习：慕尼黑工业大学建筑博物馆
德国慕尼黑工业大学建筑博物馆始建于1868年。成立之初，该博物馆主要作为教学收藏馆，收藏了慕尼黑工业大学前身——当时的新理工学院学生的建筑作品。目前，其馆藏中不乏名家大师的图纸、摄影作品和模型等，包括16世纪的建筑图纸，17世纪的建筑模型，以及18世纪至21世纪的建筑艺术。随着博物馆通过大量展览和发表成果受到越来越多的国际关注，博物馆于2002年在慕尼黑现代艺术陈列馆中设立了自己的展厅，定期举办建筑工程与设计相关的展览，并开展丰富多彩的教育活动。在2021年11月4日至2022年2月6日举办的“谁是下一个?无家可归、建筑与城市”展中，博物馆探讨了全球日益加剧的“无家可归问题”，展示了历史上和当代社会的建筑作品如何收容无家可归者并将他们重新整合到社会中，展出了大量基于不同视角的真实情境下无家可归者居所的现实案例。结合展览，博物馆设计了面向学生的建筑工作坊“Baubox小憩”，提出问题：“当你没有一个可以睡觉、吃饭、与家人共住的固定居所时，你需要在室外睡觉，而每一个人都能看到你，这将是怎样的体验?”工作坊旨在让学生在实践中观察、设计和思考几何学、静力学、连接、组合与空间意识在建筑工程中起的重要作用，并鼓励以富有创造力的方式参与建筑设计。工作坊还提供了建筑指导手册和材料工具箱，学生可以使用工具箱中的木棍、纸吸管、纸板箱、纸片、皮筋、带绒毛的铁丝扭棒，甚至羽毛和树叶等多种材料道具，参照指导手册，尝试亲自设计并动手搭建他们心中无家可归者小憩的居所。[8]
2023年，上海市教委印发《关于实施项目化学习推动义务教育育人方式改革的指导意见》[9]，逐步向全市学校推广以创造性问题解决能力为导向，以项目化学习的实践和研究为着力点，以活动项目、学科项目、跨学科项目为载体的全新教学方式变革。慕尼黑工业大学建筑博物馆的“Baubox”系列工作坊重视学生的体验以及对问题的发现、理解与解决。学生通过使用博物馆提供的材料搭建建筑，在动手尝试的过程中习得并掌握建筑工程的基础知识，符合项目化学习要求学生通过研究并解决真实世界中发生的问题，从而理解关键知识并掌握关键能力的理念。
(五)服务于馆校合作的工具箱：内华达大学W.M. 凯克地球科学与矿物工程博物馆
内华达大学雷诺校区的博物馆群由12所多样的博物馆、美术馆和艺术文化机构组成，致力于促进和发展北内华达州的文化教育，W.M. 凯克(W.M. Keck)地球科学与矿物工程博物馆成立于1908年，地处美国西部，享有得天独厚的地理优势，馆藏大量矿物、矿石、化石样本及与采矿相关的文物。博物馆为K-12教育阶段的学校教师免费提供三款可在教室使用的“旅行矿物工具箱”：第一款以探索矿物的物理性质为主要教学目标，工具箱内有大体积、结构良好的矿物样本，便于学生探索矿物的基本物理性质，如颜色、条纹、光泽、晶体形态、硬度、晶体解理、磁性和密度等，同时还有小型矿物样品供学生进行试验;第二款工具箱为学生提供了14种内华达州常见的矿物样品，以及对应的物理性质和开采地点的描述，并展示了日常生活物品中所用到的矿物类型，如牙膏中用到的氟石;第三款工具箱以荧光矿物为主题，工具箱内包括矿物样品和一台由博物馆馆员制作的UV灯箱，学生能够在教室中安全地观察矿石和矿物样品，并探索荧光矿物的特殊性质。[10]
2020年国际技术与工程教育家协会(ITEEA)发布的《技术与工程素养标准：STEM教育中技术与工程的作用》强调了不同技术与工程语境下的实践与核心学科标准，其中包括在物质材料的转化与处理语境下，通过系统思考与动手制作，学会观察描述不同物质材料的特性，以及理解这些特性如何使物质材料被应用于实际情境中。W.M. 凯克地球科学与矿物工程博物馆的“旅行矿物工具箱”项目通过为学生提供矿物样品，教授学生学习矿物分析观察、理解矿物性质及应用，为以矿物加工应用为主要学习内容的矿物工程教育提供了学科基础。将博物馆馆藏应用于STEM教育中，进一步加强了高校博物馆与中小学之间的联系。
(六)从科学史出发的跨学科学习：牛津大学科学史博物馆
拥有百年历史的牛津大学科学史博物馆建在世界上第一家高校博物馆——牛津大学阿什莫林博物馆艺术与考古博物馆的原址上。牛津大学科学史博物馆兼具双重使命，既面向科学史的研究，也面向西方文化与收藏发展的研究。该博物馆收藏了两万余件作品，涵盖了人类历史不同年代的科学发明、设备和仪器，尤其是天文学仪器，如星盘、日晷、象限仪的收藏，以及早期的数学工具、光学仪器等。[11]该馆致力于在跨学科视角中，为不同学段的学生提供不同主题的学习活动。以“现实世界中的数学——计算”这一课程为例，它将数学和历史学科融合，主要面向对数学学习缺乏自信的学生，鼓励学生在动手操作古代数学计算器具的过程中感受数学的魅力，包括使用算盘、纳皮尔的骨头(又称“纳皮尔的骨棒”，是一种用来计算乘法与除法，类似算盘的工具)，以及20世纪50年代的“闪电”加法器等，以此强化诸如位值、加法、减法和乘法等有关数字和计算的概念掌握。[12]
单纯的数学运算法则和大量的数字训练会让学生枯燥乏味，尝试使用百年前的计算工具(实物)，大家可以在“做”中体会数学计算诞生的基本原理，同时置身历史的长河，感悟先人的伟大发明，在观察与实物操作中自然产生对历史的敬畏感，让历史成为教学推进的坚实背景，继而厘清知识的逻辑脉络。打破学科间的历史壁垒，也有利于自然科学和人文科学建立关联，让学生在跨学科视角下形成解决问题的能力，并激发学生对数学学科的兴趣。
三、未来展望
(一)拓展教育主题
作为“中国STEM教育2029创新行动计划”的重要组成部分，中国STEM教育研究中心发布《中国STEM教育调研报告》。该报告表明，STEM教育能培养学生的创新精神、实践能力及综合运用知识的水平。为契合创新人才的需求，高校博物馆的STEM教育主题与内容供给方面，更需要与时俱进，可与高校自身的研究前沿相结合，诸如人工智能、生物医学、“双碳”等领域，使教育对象能够更好地应对未来的挑战。高校博物馆还可以与企业的展示馆进行联动。例如，科大讯飞上海人工智能体验馆通过“AI+听见”、智能家居、科大讯飞多语种工具、讯飞开放平台等展示科大讯飞在“AI+教育”“AI+医疗”“AI+工业”“AI+智慧城市”等领域的研发成果。华东师范大学心理学科普馆能够依托该校心理学学科的研究成果，与科大讯飞上海人工智能体验馆以“AI+心理健康”为主题联合策展，搭配教育活动的设计，实现校企合作育人。
(二)丰富教育形式
以上六个案例中，教育形式多元，包括“动手做”“户外教育”“做中学”“项目化学习”“工作坊”“跨学科教育”等多种形式。钱学森图书馆、新加坡国立大学李光前自然历史博物馆、牛津大学科学史博物馆的网站中都有专门的教育模块，介绍教育活动的策划、教学大纲等，为学校教育、家庭教育、社会教育提供了丰富的资源。就STEM教育而言，未来可根据对象的年龄，开展有针对性的多形式育人活动：对于学前儿童，博物馆可与园本课程结合，通过观察、探索和实验等活动培养他们的兴趣，内容包括基本概念、基本原理和常见应用等;对于小学生，博物馆可与课后服务结合，通过开展简单的科学实验，引导学生进行推理与实验设计，并引入简单的计算机编程概念;对于中学生，博物馆可与综合实践活动、高中生综合素质评价联动，鼓励学生进行团队合作，跨学科解决实际问题，高年级可以尝试较为复杂的实验设计、数据分析和创新应用;对于大学生及以上人群，博物馆可设立课题，鼓励师生共同探究复杂问题的解决方案，并与社区联动，以科普推广、创业活动等形式进行深度推进。
(三)充实教育师资
为确保STEM教育的质量，需倾力于打造一支跨学科的优质师资队伍，以保障课程的有效实施。高校博物馆依托科研、教学、社会服务和产学研等资源，能吸引一批业内专家。这些专家视野广博，能够从多个维度围绕STEM教育的主题，为学习对象提供更立体的教育内容。在清华大学科学博物馆的案例中，活动先由清华大学科学史系博士后兼策展人司宏伟为学生进行“神机妙算——计算器具历史展”的概要讲解，之后是博物馆志愿者作深度导览，“耳朵里的博物馆”志愿者笪颢天作补充讲解。这支由高校科研人员、博物馆志愿者和第三方机构志愿者共同组成的师资队伍，丰富了教育活动的内涵。未来，高校博物馆可依据主题，构成相应的师资库，并为这些教师提供培训，为其专业发展提供提升空间;同时，还需具备制度保障，以确保师资队伍的稳定性和职业归属感。例如，在公费师范生、“优师计划”等教师培养中，提高科学类课程教师培养比例，并为其配备STEM教育的教学法课程、博物馆实践等内容。
(四)平衡教育发展
2019年，教育部办公厅印发的《关于加强高校博物馆管理工作的意见》强调“高校博物馆要始终坚持服务教学科研与社会公众并重的原则，使高校博物馆真正走出高校，为社会大众服务”[13]。2023年，教育部等18个部门发布的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》要求“为薄弱地区、薄弱学校援建科学教育场所，提供设备、器材、图书、软件等，培训专业讲解人员”“探索利用人工智能、虚拟现实等技术手段弥补薄弱地区、薄弱学校及特殊儿童群体拥有优质教育教学资源不足的状况”[14]。高校博物馆可通过所在高校的对口支援省份或学校，以“流动展览”“STEM教育资源包”“云端课堂”“AI学习机器人”等形式，对薄弱地区、学校及学生进行教育辐射。此外，高校博物馆之间也可依托全国高校博物馆育人联盟，发挥各自的馆藏和学科特色，合作开展STEM教育扶持工作。
编辑 吕伊雯 校对 王亭亭
新闻来源：https://www.ictdedu.cn/sknews/sjjyxx/neirong/n20250102_85952.shtml
