淺議科技館探究活動與小學生創新思維培養

李云海

[摘 要]科技館科學教育活動具有培養青少年創新思維的優勢，特別是科技館面向小學生開展的探究類科學活動，對于小學生創新思維能力的提升有很大幫助。該文初步解析了創新思維的概念，從科技館開展探究活動對于培養小學生創新思維和創新能力的優勢出發，重點圍繞當前科技館探究活動廣泛采用的情境教學法和基于問題學習法（PBL）教學模式展開討論，論證科技館探究活動營造學習情境與學習遷移能力之間的關系，對PBL如何在探究活動中促進小學生創新思維能力展開分析，并結合近幾年江蘇科技館在開展同類探究活動中對學生思維能力的評估分析，圍繞科技館面向小學生開展的探究活動可以提升小學生創新思維能力這一主題作初步探討。

[關鍵詞]科技館 探究活動 小學生 創新思維

[中圖分類號]G315;G459

[文獻標識碼]A[文章編號]1001-9596（2020）11-0053-07

科學是一門以培養學生科學素養為宗旨的基礎課程，小學科學教育既承擔著培養小學生的基礎性科學素養，也肩負著為他們繼續學習和終身發展打好基礎的責任。基礎性科學素養包括：初步了解與自身認知水平相適應的一些基本的科學知識和科學方法;養成初步的科學探究能力、思維能力、創新能力、運用科學知識解決實際問題以及進行表達和交流的能力;初步形成實事求是的科學態度、對科學探究的好奇心，具有創新意識、保護環境的意識和社會責任感……而這些基礎性科學素養，不是通過傳授就能習得和養成的，而是需要通過大量的實踐性活動才能得以培養和發展。因此，科技館界普遍意識到讓小學生經歷一系列科學探究活動是他們學習科學的重要方式，培養創新思維是科技館開展探究活動的重要目標之一。當前許多科技館面向小學生開展的探究活動，不只讓參與者了解科學探究的具體方法和技能，幫助他們提高科學能力，形成科學態度，獲得科學知識，更把創新思維能力的培養放在重要位置。

一、創新思維初解

創新思維也被認為是創造性思維，是發散思維、聚合思維和聯想思維3個維度的結合與運用，它能使個體產生新穎、有價值的產品，或對問題獲得新的解答。創造性思維表現為一種技能，它主要體現在科學創造力上。科學創造力通常包括科學探究技能，一般表現為感知力、記憶力、思考力、想象力4種能力。它能清晰地顯現在科學探究的過程中，能運用已積累的經驗和知識進行科學的加工和創造，是產生新概念、新知識、新思想的能力。

從創新思維的發散思維維度看，發散思維囊括流暢性（多種想法連續性）、靈活性（多種多樣的想法）、獨特性（獨特異于普遍的想法）。聚合思維則包含一致性（基于概念一致的想法）、綜合性（思維導圖式的集合想法）、單一性（結構良好簡略的想法）。聯想思維包括類似性（能通過類似點將新舊想法聯系起來）、隱喻性（在本質不同的事物之間尋找類似的聯系，包括感知、體驗、想象、理解）和混合性（從舊想法剝離出新想法）[1]。這3個維度相互影響，相互作用形成共同張力，影響和促進創新思維的形成。

二、科技館探究活動在小學生創新思維培養中的優勢

（一）活動參與對象的自身優勢

小學是培養青少年創新思維的關鍵期，科學探究活動作為科技館開展的重要科學教育活動之一，參與科技館探究活動的活動主體是6～18歲的青少年，其中小學生是主力軍。青少年大腦有著創新思維的“硬核”條件，據《Cell》雜志刊載的有關研究論文所述，絕大多數哺乳動物側腦室下區（SVC）和海馬體齒狀回區，存在可以轉換成新生神經元干細胞，其中人類記憶功能，如陳述性記憶（事實和事件的記憶）主要存在于大腦海馬體內，而新生神經元對于維持大腦的認知和整體功能有著重要作用。同時，在SVC區域微環境中，室管膜細胞、少突膠質細胞、小神經膠質細胞和神經干細胞相互作用，共同完成構建新記憶，建立學習連接，學習新知識等工作。未成年人特別是小學生，其新生神經元干細胞比成人具有更強的增殖能力，因此小學生具備創新思維發展的巨大潛力和潛能。

創新思維離不開創造性想象力。創造性想象力可分為4個維度，分別是豐富性、靈活性、深刻性和新穎性。從創造性想象力4個維度與年齡關系表（表1）也可看出，小學階段是創造性想象力增長最快時期。對于小學年齡段的兒童，有針對性地開展科學教育活動確實可以增強他們的創造性思維能力[2]。

科技館探究活動以小學生為主要活動對象，根據小學生思維活躍，對新事物充滿好奇，思維能力具有可塑性，課外學習時間相對充裕的特點，設計和實施針對小學生的探究活動，改變他們的思維慣性，推進元認知對應的思維模式，增強其思維的韌性和敏感性，提高其創新思維能力。

（二）科技館開展活動的資源優勢

科技館的探究活動憑借科技館展品的優勢，在活動中充分利用展品的科學特性與科學屬性，將多媒體課件開發作為主要教材。同時，科技館依托自身科學實驗器材、器具和適合中小學生開展活動的場地等資源，設計各種有趣的探究實驗和動手環節，使展品的科學屬性拓展與延伸，讓孩子在展品、課件、實驗、動手實踐的共同作用下，鍛煉探究學習能力和思維能力。

（三）科技館探究活動的理念優勢

許多省級科技館在面向小學生開展的探究活動中，運用多種學習方式和教學模式，以幫助提高學生的創新思維能力。比如根據小學生年齡特征、心理特征、認知水平和行為偏好，采取分層次教學、區角教學法、項目教學法、支架教學法、基于問題學習法（problem＼|based learning，PBL）等多種教學方法和教育理念，針對不同個性的孩子進行差異化指導，給予不同的引導，讓每個孩子擁有成就感和自信心。這些教育理念和教學方法鼓勵孩子基于自身的認真觀察和思考，敢于改變思維角度去嘗試、試錯，讓孩子在探究過程中勇于摸索探究方法，表達自己的看法和想法，促進小學生創新思維能力的提升。

三、情境教學法對創新思維的撬動效應

（一）學習情境對創新思維的促進

創造性思維包括創造性想象力和創新能力，是指能夠依靠有限信息（盡可能多）結合過去類似的知識組合（舊有經驗），創造新事物的想象力和創造力。換言之，創新思維就是在已有信息、知識和經驗的情況下，能重新組織、再現和理解信息，改變已有的思維環境和思考模式，有意識、有目的地消除原有思維向心力，跳出原有思考環境的約束，以提升解決問題的能力[3]。想象力是人類創造性思維的重要源泉，雖然聯想和想象都是想象力的重要組成部分，但聯想是由一個事物想到與之相關的另一事物，而想象則是頭腦中創造出未曾有過的新的形象，會產生以往未有的知識和經驗。

根據學習情境理論，如在復合情境下學習，變化的情境可以影響學習者知識遷移能力，學習者更可能抽象出概念的特征，形成彈性的知識表征[4]。小學生在校主要是在單一情境下學習，依靠單向信息源，如書本、幻燈片（多媒體）等進行信息傳遞。在分數成績和班級年級排名的壓力下，學習環境還有一定壓力。如果是在單一而非復合情境中學習，情境之間的遷移就相對困難。因此，單一的學習情境無法把知識靈活地遷移到新概念中，會制約學習者思維維度的“升維”，束縛想象力的產生。

（二）創設學習情境的方法

學習遷移能力對兒童創新思維起推動作用。學習包括正遷移和負遷移，正遷移是通過主動確定學生在學習情境中學習相關知識的能力，并在此基礎上進行建構來實現。提升學習遷移能力可采取幫助學習者在改變任務的環境中和在改變任務的對象中作出適應，引導其發現解決問題的途徑和發明解決問題的工具。因而創設多樣化、生動逼真的學習情境能幫助學生實現正遷移，在心理共情和環境融入過程中幫助他們認識抽象的概念以及相關特征，發展更加彈性的知識表征。實踐表明，科技館創設學習情境時要考慮學習任務之間的遷移與任務所具有的共同要素多寡，針對小學生心理特征，情境設立不能過于復雜，環境與任務之間共同要素連接緊密，任務指向明確。

相比學校教育，科技館面向小學的探究活動中有多元化的學習情境，有適合小學低年級親子類的學習情境，有面向小學中高年級的豐富多元的學習情境。這些活動設立學習情境時，應將更多容易接受的信息、更豐富的知識概念框架，融入情境學習實踐之中，并利用友好的學習界面，讓學生在輕松的背景下學習，這樣更容易激活他們的背景知識，使創新思維的火花更易被點燃。

正是情境教學法能營造多種學習情境，當前許多科技館在面向小學生開展的探究活動中，紛紛研究小學科學課程，結合學校所學過的知識點，對接小學課標，設計出多種多樣的學習情境，并根據學習情境創設多種對應學習任務。設計學習情境時，在場地環境設計布置（如布置模擬野外科考場景、再現愛因斯坦等科學家實驗室等）、道具準備、角色扮演（如學生和科技館輔導老師扮演活動任務中的角色等）、任務環節上下功夫，突顯學習中的構境效應，幫助小學生在活動中不自覺地應用新知識所需條件，提升學習遷移能力[5]。

四、PBL教學模式在科技館探究活動中的應用

基于問題學習法（PBL）是科技館小學高年級探究活動中常用的學習模式，它強調以學生主動學習為主，而不是以老師講授為主，將探究與直接任務或者問題掛鉤，使學生投入到問題當中;它強調把學習設置到復雜、有意義的問題情景中，通過設計真實性的任務使學習者自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習能力，拓展思維能力。

那么科技館在針對小學生的科學探究活動中如何運用PBL呢？首先，PBL是以問題為學習起點，學生參與活動的內容是以問題為主軸進行架構。PBL所探究的問題可以是自然的或是生活中遇到的非結構化問題，沒有固定的解決方法和不變的解決過程，學生可不必遵循程式化解決問題思路[6]。科技館在運用PBL教學法設計小學生探究活動時，常通過問題啟發，引導發散思考，培養學生的思維廣闊性;圍繞問題所提供的線索（可以是學生自己發現或者科技館輔導員幫助找出）展開對比觀察和聯想來培養思維深刻性;運用假設排除法并逐一驗證，培養思維靈活全面性。有的活動專門為學習能力強的孩子設計，如學校選拔出的興趣小組成員等。通過設計一定難度的拓展延伸和構設想象環節，讓學生進行想象構建，給予學生更大的探究和想象空間，以培養思維的創造性。特別是在活動環節中巧妙安排可發現或創造“例外”環節，由于例外是尋常思維的轉化，在創造這種思維環境中，例外本身就是一個新思考的起點，可以推動創新思維的形成。例如探究磁場活動中，設計學生們作為未來科考隊將前往火星進行科考探究活動，讓他們選擇可否攜帶指南針在火星上辨別方向。拓展延伸環節可以是活動的繼續延伸，如活動結束后，讓學生帶著問題回家、回學校繼續思考，通過活動開始時建立的微信群、QQ群，在群里和科技館輔導員、同學與家長繼續探討，將線下活動延伸到線上。

其次，PBL偏重小組合作學習和自主學習，學習者通過社交發展交往能力和協作技巧。健康、和諧的伙伴關系也對青少年創造性想象力人格的發展具有導向作用。科技館輔導員在探究活動中應注意加強學生之間的聯系，為活動積極創造健康和諧的學習伙伴關系，促進合作學習的順利進行[7]。由于參與的小學生在活動前有可能并不認識，很多科技館輔導員通過活動前熱身、破冰游戲增進孩子們之間的了解，促進不同交際風格的孩子互相接納。在活動中，有的輔導員設立小組積分獎勵機制，即小組成員共同完成某一階段任務就可獲得一定積分，當活動所有階段完成，小組憑借積分獲得對應獎品，促使孩子們自覺自發建立起良好的伙伴合作關系。實踐表明，有良好伙伴關系的學習者，他們的創造性最強，容易改變固有思維的約束。被同伴接納的兒童，有更多機會擴展自己的思維認識，在不斷和同伴（包括輔導員）交流中，思維模式得以不斷“升級”，創造性思維得到顯著提升。與此同時，科技館科學教育的彈性化可以適應學生差異性個體學習，其開放性的學習環境有助于學習者建構出有效甄別所需信息的思維體系，因而科技館能采用科學、有效、符合學習者心理特征的方式，為自主學習提供多樣、有效的輔助手段。

最后，PBL要求參與活動的孩子在每一個問題完成和每個課程單元結束時進行自我評價和小組評價，對參與孩子的有效評估是科技館輔導員推動兒童創造性思維的重要方式之一。引導創新思維有兩種方法，一種是不加評判，完全開放，盡情讓思維發散;另一種則是批判性篩選，有目的地提取，加以提煉和升華。輔導員要注意以下兩點：其一，輔導員要善于將這兩種方法靈活地結合運用，既要鼓勵孩子打破常規思維模式，改變思維角度，留出廣闊思考的空間;又要善于啟迪，通過探究活動中對探究對象的局部觀察、整體觀察、對比思考，結合任務要求和目標將發散的思維合攏聚焦。其二，創新的思維不會從單一的想法中產生。要善于引導孩子結合各種想法，將大腦里跳躍的想法科學而巧妙地結合在一起，不斷地加以融合，而不是將想法孤立起來。因此輔導員及時組織討論和準確的引導就顯得尤為重要。輔導員在活動小組討論中扮演著積極而又重要的角色，他們將熱烈的討論變為有導向性討論，控制討論走向，使討論不會因過于熱烈而有些混亂。有時候孩子們原有的知識和舊有經驗會妨礙孩子對新信息的理解，使思維遷移變得不暢，這時輔導員要善于啟發，幫助孩子用恰當的方法去轉化和化解，讓孩子們在活動中有目的地掌握類比、推理、歸納分類等方法，促進創新思維的形成和發展[8]。總之，輔導員要幫助孩子們將已有經驗和所學知識進行加工和組合，幫助他們產生新的知識和經驗，并善于肯定孩子們每種創新的想法。小學生擁有比成人更加多元化、更加活躍的創新思維，要鼓勵他們在精心設計的游戲和活動中放飛自己的想象力，對于他們提出的一些想法，即使看似不切實際甚至不符合邏輯常理，也不要輕易否定。輔導員可以根據他們的思維特點加以引導，適時加以表揚和鼓勵，讓他們不斷調整思維方向。

五、從探究活動評估看思維創新效果

通過對探究活動進行評估是實現和檢驗參與者思維創新教育效果最重要、最核心的手段之一。2011年以來，江蘇省科技館利用寒暑假開展館內活動，平時每周以到校形式開展“館校結合”系列探究活動，這些活動每期都有3個及以上單元。目前已開展《學物理不難》《有趣的聲音》《化石密碼》《探秘光世界》等近10個主題式系列探究活動，這些活動基本面向小學各年級，截至2019年8月，共計開展73期，超過1900名小學生參加。遵循客觀性、可操作性、獨立性、經濟性等原則，從2014年起，館內活動小組對這些探究活動過程和效果進行測評，并通過以下幾種方式對探究活動的創新思維效果進行多方面，多角度的評估。

（一）運用即時通訊工具追蹤訪問

從2011年暑假，我們要求參與學生在每期探究活動報名時都填寫學校任課老師、家庭電話，加入活動QQ群。2016年增加微信群，目的是為多次參加探究活動的學生專設學習檔案，方便今后定期通過微信、QQ或者電話訪問，追蹤了解參與者在校學習情況，了解學生學習思維發展能力。

活動之初，我們發現報名的學生基本來自本館附近鼓樓地區優質學校，鑒于優質學校本身就重視創新思維能力的開發，學生自身創新思維能力就處于較好的水平。從2013年起，我們在活動報名開始前提早到建鄴、雨花甚至江浦區等學校進行推廣，讓普通學校的孩子也參與到活動中。2016年9月，我們從設立學習檔案的263人中，隨機抽取三年級到五年級學生96名（普通學校68名，民工子弟學校4名，重點學校24名），進行為期兩年的追蹤訪問，有效調查人數為84人，反饋情況見表2。

（二）填寫調查問卷評估

2018年，江蘇省科技館與校外教育機構“蔚來科學實驗室”合作，將科學探究課帶入金陵匯文、三牌樓、長江路等多所小學，課程面向小學一年級到五年級學生，每周三上一堂課，每學期10節課程，一年兩學期共20節探究課程。我們在下學期最后一節課向二年級以上學生發放關于創新思維能力的調查表，由家長和學生分別根據參與一年的實際情況填寫，由班主任負責回收，其中有效問卷116份，認為探究課對創新能力思維能力有提高的有77份，占65.25%，認為沒有提高的有19份，僅占16.38%。我們在暑期對連續多次（4次以上）參加“小小講解員”活動和“科普小舞臺聯歡活動”的小學生也進行相同的問卷調查，作為探究活動調查的對比組。對比組共回收有效問卷108份，認為參加講解活動和聯歡活動對創新能力思維能力有提高的有31份，占28.7%，顯著提高的有25份，占23.15%，認為沒有提高的有46份，占42.59%，創新思維提高比例明顯低于參與科學探究課的比例。

（三）依據學習單進行效果檢驗

以上2種方法只是受訪者主觀感覺，需要客觀考量工具。小學高年級探究課程都設計有學習單：學習單設10個問題，每個問題10分制。其中包含實驗現象30分，實驗結果40分，問題解答與思維拓展30分。2018年，我們對歷次回收的學習單分組統計，第一次參加探究活動的問題解答與思維拓展平均為12.66分，而多次參加探究活動思維拓展平均分升到18.94分。

通過以上3種方法對館內探究活動開展情況進行評測，客觀上反映出面向小學生開展探究活動對他們的思維創造能力，確實有促進作用。

參考文獻

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