基于思維型教學理論的科技館教學探索

何倩 王長江 魏巧云 桂國勝

摘 要：科技館教學具有促進學生科學素養的獨特價值.基于思維型教學理論的科技館教學以促進學生的科學素養發展為目標，依據思維型教學理論的教學思路設計教學流程，并以蕪湖科技館的“電磁”專題為例，利用展館相關展品進行基于思維型教學的科技館教學實踐探究，為教師組織指導科技館教學、發展學生的科學素養提供理論依據和實踐參考.

關鍵詞：科技館;科學素養;思維型教學;電磁學;教學探索

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）21-0044-04

作者簡介：何倩（1996- ），女，安徽合肥人，研究生，研究方向：中學物理學科教學;

王長江（1972- ），男，寧夏石嘴山人，副教授，博士，研究方向：物理教育、教師教育研究;

魏巧云（1998- ），女，安徽滁州人，研究生，研究方向：中學物理學科教學.

2016年2月，國務院辦公廳印發的《全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016-2020年）》，明確提出要大力開展校內外結合的科技教育活動.科技館作為校外教育機構，以參與、體驗、互動性的展品及輔助性手段，激發青少年的科學興趣，啟迪學生科學思維，為青少年提供了全面發展的實踐平臺.科技館教學既符合青少年身心發展規律，又能促進學生的科學素養發展.但是由科技館物理課程資源的開發情況可知，國內在館校結合領域的研究還缺少相應的科學理論及科學方法指導，缺少系統性、科學性及實證性的深入研究，未從理論高度為館校發展打下堅實基礎[1]REF_Ref27758＼r.思維型教學以促進學生積極思維、發展學生的高階思維為核心;已有研究表明，思維型教學可以解決目前高中物理課堂存在的“淺層學習”問題[2]REF_Ref28084＼r.基于此，本文將嘗試以思維型教學理論為基礎，為科技館教學提供理論支撐，探索科技館教學的新模式，促進學生科學素養的發展.

1 科技館促進學生科學素養發展的獨特價值

2015年6月，國家文物局和教育部聯合頒布的《關于加強文教結合完善博物館青少年教育功能的指導意見》中明確指出，博物館資源在國家課程、地方課程與校本課程中的價值，及開發、使用的可能，力促博物館資源與學校課程的融合[3].科技館是博物館的一個分支，是重要的校外學習活動場所.科技館教學相比學校教學具有得天獨厚的優勢.

1.1 豐富的教學資源 真實的探索情境

科技館能夠為公民科學素養發展提供的幫助首先是豐富的教學資源，且科技館展品資源具有趣味性、實踐性、啟發性等特征，既符合青少年以感性思維為主，向理性思維過渡的發展規律，又為學生創設真實有趣的探索情境，激發學生學習興趣，引發學生積極思考，在教師引領下經歷科學探究的過程，幫助其理解科學知識，掌握科學方法.

1.2 輕松的學習氛圍 自由的交流環境

學校教學形式較為單一，以課堂教學為主.相比于課堂教學，科技館教學氛圍輕松，學生們在觀察體驗的基礎上，自主思考，自由交流.這個過程中，學習的主體地位歸于學生.通過實踐探究與合作交流，可使學生獲得科學知識、科學思維、科學態度和價值觀等多方面的發展.

1.3 開放的實踐項目 多元的課程設計

科技館的豐富資源又等同于開放的實踐項目，這也使教師能夠更好地發揮自己的創造力.教師可以根據學生的學情和課程進度選擇合適的展品，設計出促進學生全面發展、有助于培養學生科學素養的課程.

1.4 情感的熏陶升華 態度的潛移默化

科技館中除了展品的展示操作，展廳墻上還會用一些科學家的生平故事及重要成就來裝飾，營造氣氛濃郁的學術氛圍.通過展示墻的閱讀，學生可以感受科學家們的科學精神與科學態度，從而培養學生對社會的責任心和使命感.

2 基于思維型教學理論的科技館教學流程設計

2.1 思維型教學理論概述

思維型教學理論是以皮亞杰的認知發展理論、建構主義教學理論和學習科學為指導，經林崇德等學者研究的思維結構“三維模型”以及多年的教學實踐研究為基礎，主要以培養學生思維能力為主要目的的理論.胡衛平教授認為，思維活動是教師“教”和學生“學”的核心活動，教學的本質是思維，學生的學習需要思考.思維型教學理論包括五個基本原理：動機激發、認知沖突、自主建構、應用遷移以及思維監控[4].

2.2 基于思維型教學理論的科技館教學流程

基于思維型教學理論的科技館教學流程以思維型教學原理（動機激發、認知沖突、自主建構、應用遷移、思維監控）為指導，設計相對應的教師活動（介紹展品、引導觀察、問難啟發、拓展思維、引導反思），從而促進學生在活動（感知體驗、發現問題、分析問題、解決問題、自我評定）中，通過感知體驗，養成樂于觀察、勤于動手的積極學習態度，激發探索求知和創新欲望;通過發現問題、分析問題和解決問題，培養學生的問題意識、質疑精神和創造能力，使學生在合作交流中學會分享與合作，學著在交流討論中表達自己的觀點想法，并進行合理論證;通過完成自我評定，促進學生自我反省知識的掌握情況，探索思考過程，培養學生的自我反思能力;穿插于科技館教學中的知識墻內容的學習，培養學生的科學精神、科學道德、科學的價值觀，以及對社會的責任心和使命感.總之，基于思維型教學理論的科技館教學可以促進學生的科學素養和能力的發展.基于思維型教學理論的科技館教學流程如圖 1REF_Ref72507396＼h所示.

3 科技館教學實例展示——以蕪湖科技館的“電磁”專題為例

對于電磁知識的初學者而言，很多概念和規律具有抽象性，例如電流概念，“電生磁”和“磁生電”的規律等.盡管學生可以根據學校知識進行答題，但大多是單純的理解、記憶知識點，沒有很好地融合直接經驗與間接經驗，無法深度加工知識，所以導致學生思維發展受到制約，也不利于學生科學素養的養成與提升.下面以蕪湖科技館的“電磁”專題為例，探討基于思維型教學理論的科技館教學設計.

3.1 動機激發

以蕪湖科技館部分展品為例，如柔和電擊（如圖2）REF_Ref72507721＼h，怒發沖冠（如圖3）REF_Ref72507734＼h，電磁之舞（如圖4）REF_Ref72507742＼h.教師介紹展品，幫助學生了解展品結構及操作流程.

設計意圖：幫助學生直觀認識電與磁，通過操作展品感受電流的存在，理解電流概念，提高學生的安全用電意識;觀察電磁的應用，體會科學的魅力，激發學生學習的積極性.

3.2 認知沖突

引導學生在體驗觀察回形針跳舞（如圖5）和微型發電機（如圖6）展品的基礎上，提出有意義的問題.

設計意圖：回形針不僅“站起來了”，而且還隨著音樂節奏“跳舞”，這就像一個魔術，但是其中卻隱藏著物理知識;微型發電機的工作原理和課本介紹的發電機工作原理不同，雖然都是導體切割磁感線，但一個是磁體在動，一個是線圈在動，與學生的已有認知矛盾.在教師的引導下，學生發現問題，提出問題，有助于培養學生的觀察和質疑能力.

3.3 自主建構

根據回形針跳舞和微型發電機兩個展品，設計的教學活動如下.

問題1：為什么通電后回形針會隨著音樂節奏跳舞？

學生觀察現象，教師介紹展品結構：回形針跳舞的舞臺之下暗藏著電磁線圈，回形針是鐵制的.

設計意圖：引導學生將現象與電流的磁效應知識建立聯系，促進知識的加工建構.

問題2：根據現象，你能聯想到什么知識？

借助知識墻（如圖 7），學習電生磁的物理學史.

設計意圖：通過物理學史的學習，對學生進行科學世界觀的教育，培養其科學素養.

問題3：你可以用已學知識解釋回形針跳舞的原理嗎？

引導學生交流討論，嘗試作出解釋：舞臺下面的線圈通電時會產生磁場.當線圈兩端的電壓隨著音樂節奏不斷變化時，磁場的強弱也隨之變化.回形針是鐵制成的，處于磁場中被磁化，使得回形針之間能夠相互吸引，于是回形針“站起來了”.

設計意圖：利用已學知識進行科學推理，鞏固了學校學習的知識，鍛煉思維能力.

問題4：什么情況下燈和蜂鳴器工作？什么情況下不工作？

學生操作展品，觀察現象.教師介紹展品結構，引導學生探究燈和蜂鳴器工作的條件.

設計意圖：通過引導學生提出問題，仔細觀察并進行合理猜想，通過動手操作，探究燈和蜂鳴器工作的原理，驗證猜想，培養學生的科學猜想意識與科學探究能力.

問題5：根據現象，你能聯想到什么知識？

引導學生學習知識墻上關于電磁感應定律的知識，如圖8所示.

設計意圖：通過知識的學習與回顧，促進直接經驗與間接經驗的交互融合，促進了知識的深度加工，提升學生的知識理解能力.

問題6：該展品與發電機模型有何異同？為什么圓盤與線圈成水平狀態時，燈和蜂鳴器都無法工作呢？

引導學生比較異同并嘗試作出解釋：圓盤轉動時，它產生的磁場方向在時刻變化著，豎直的線圈在不停地切割磁鐵的磁感應線，線圈中產生感應電流，使燈亮、蜂鳴器響.圓盤不轉時，則線圈不切割磁感應線，故不產生感應電流，燈和蜂鳴器不工作.

設計意圖：通過在知識的比較中自主建構知識，在猜想與操作的基礎上嘗試運用所學知識，進行科學推理，并做出合理解釋，發展學生的科學探究能力.

3.4 應用遷移

體驗參觀館內其他電磁展品，如鐵粒藝術如圖9所示REF_Ref72508611＼h，思考其工作原理.引導學生進行合理猜想并用所學的知識嘗試解釋.這也是教師幫助學生拓展思維、促進學生知識綜合運用的過程，所以選擇合適的能有效促進學生知識應用遷移的展品至關重要.

設計意圖：學以致用是判斷學生知識內化程度的有效方式，就館內其他展品測試學生知識掌握情況，具有時效性.不同展品的原理分析也能判斷學生知識運用的靈活程度，促進學生對知識的創造性運用和綜合運用.

3.5 思維監控

反思總結階段

1.參觀學習后，我對“電與磁”知識產生了新的理解嗎？

2.我可以利用電磁知識解釋其他電磁展品的原理嗎？

設計意圖：思維監控有助于控制和規范學習者的思考方式;有助于學習者探索自身思考的過程，以及對自己學習方式的反省[5].學生在反思階段，通過對自己思考過程的反省，一方面能夠了解自己對知識的掌握程度，另一方面可以反思自己的思考方式，促進科學思維的發展.

4 結束語

隨著科技館教學的逐漸升溫，如何最大程度地發揮科技館的教育功能，促進學生科學素養的發展，就成為一個緊迫的課題.基于思維型教學理論的科技館教學以促進學生科學素養的發展為目標，依據思維型教學理論的教學思路，緊緊抓住學生的認知發展特點，達到科學知識的內化和思維能力的提升.本研究提出的教學框架將為教師組織指導科技館教學，發展學生的科學素養提供理論依據和實踐參考.

參考文獻：

[1]廖紅，曹朋.中國科技館為學校提供開放學習服務的實踐探索[J].開放學習研究，2016（05）：14-23.

[2]任虎虎.指向深度學習的高中物理思維型課堂教學策略[J].湖南中學物理，2018，33（10）：40-41.

[3]國家文物局.教育部關于加強文教結合 完善博物館青少年教育功能的指導意見[J].中華人民共和國教育部公報，2015（23）：1-2.

[4]胡衛平.思維型教學理論及其應用[J].教育家，2018（48）：13-16.

[5]王長江，李俊永.中學物理“思維型”課堂的教學框架與實施建議[J].課程教學研究，2018（10）：65-68+1.

（收稿日期：2021-08-11）