基于思維型教學(xué)理論的科技館教學(xué)探索

何倩 王長(zhǎng)江 魏巧云 桂國(guó)勝

摘 要：科技館教學(xué)具有促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的獨(dú)特價(jià)值.基于思維型教學(xué)理論的科技館教學(xué)以促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展為目標(biāo)，依據(jù)思維型教學(xué)理論的教學(xué)思路設(shè)計(jì)教學(xué)流程，并以蕪湖科技館的“電磁”專題為例，利用展館相關(guān)展品進(jìn)行基于思維型教學(xué)的科技館教學(xué)實(shí)踐探究，為教師組織指導(dǎo)科技館教學(xué)、發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考.

關(guān)鍵詞：科技館;科學(xué)素養(yǎng);思維型教學(xué);電磁學(xué);教學(xué)探索

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）21-0044-04

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

王長(zhǎng)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(xué)物理學(xué)科教學(xué).

2016年2月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要實(shí)施方案（2016-2020年）》，明確提出要大力開展校內(nèi)外結(jié)合的科技教育活動(dòng).科技館作為校外教育機(jī)構(gòu)，以參與、體驗(yàn)、互動(dòng)性的展品及輔助性手段，激發(fā)青少年的科學(xué)興趣，啟迪學(xué)生科學(xué)思維，為青少年提供了全面發(fā)展的實(shí)踐平臺(tái).科技館教學(xué)既符合青少年身心發(fā)展規(guī)律，又能促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展.但是由科技館物理課程資源的開發(fā)情況可知，國(guó)內(nèi)在館校結(jié)合領(lǐng)域的研究還缺少相應(yīng)的科學(xué)理論及科學(xué)方法指導(dǎo)，缺少系統(tǒng)性、科學(xué)性及實(shí)證性的深入研究，未從理論高度為館校發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1]REF_Ref27758＼r.思維型教學(xué)以促進(jìn)學(xué)生積極思維、發(fā)展學(xué)生的高階思維為核心;已有研究表明，思維型教學(xué)可以解決目前高中物理課堂存在的“淺層學(xué)習(xí)”問題[2]REF_Ref28084＼r.基于此，本文將嘗試以思維型教學(xué)理論為基礎(chǔ)，為科技館教學(xué)提供理論支撐，探索科技館教學(xué)的新模式，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展.

1 科技館促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的獨(dú)特價(jià)值

2015年6月，國(guó)家文物局和教育部聯(lián)合頒布的《關(guān)于加強(qiáng)文教結(jié)合完善博物館青少年教育功能的指導(dǎo)意見》中明確指出，博物館資源在國(guó)家課程、地方課程與校本課程中的價(jià)值，及開發(fā)、使用的可能，力促博物館資源與學(xué)校課程的融合[3].科技館是博物館的一個(gè)分支，是重要的校外學(xué)習(xí)活動(dòng)場(chǎng)所.科技館教學(xué)相比學(xué)校教學(xué)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì).

1.1 豐富的教學(xué)資源 真實(shí)的探索情境

科技館能夠?yàn)楣窨茖W(xué)素養(yǎng)發(fā)展提供的幫助首先是豐富的教學(xué)資源，且科技館展品資源具有趣味性、實(shí)踐性、啟發(fā)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(fā)展規(guī)律，又為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)有趣的探索情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生積極思考，在教師引領(lǐng)下經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，幫助其理解科學(xué)知識(shí)，掌握科學(xué)方法.

1.2 輕松的學(xué)習(xí)氛圍 自由的交流環(huán)境

學(xué)校教學(xué)形式較為單一，以課堂教學(xué)為主.相比于課堂教學(xué)，科技館教學(xué)氛圍輕松，學(xué)生們?cè)谟^察體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自主思考，自由交流.這個(gè)過程中，學(xué)習(xí)的主體地位歸于學(xué)生.通過實(shí)踐探究與合作交流，可使學(xué)生獲得科學(xué)知識(shí)、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀等多方面的發(fā)展.

1.3 開放的實(shí)踐項(xiàng)目 多元的課程設(shè)計(jì)

科技館的豐富資源又等同于開放的實(shí)踐項(xiàng)目，這也使教師能夠更好地發(fā)揮自己的創(chuàng)造力.教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)情和課程進(jìn)度選擇合適的展品，設(shè)計(jì)出促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展、有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的課程.

1.4 情感的熏陶升華 態(tài)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(huì)用一些科學(xué)家的生平故事及重要成就來裝飾，營(yíng)造氣氛濃郁的學(xué)術(shù)氛圍.通過展示墻的閱讀，學(xué)生可以感受科學(xué)家們的科學(xué)精神與科學(xué)態(tài)度，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)社會(huì)的責(zé)任心和使命感.

2 基于思維型教學(xué)理論的科技館教學(xué)流程設(shè)計(jì)

2.1 思維型教學(xué)理論概述

思維型教學(xué)理論是以皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論、建構(gòu)主義教學(xué)理論和學(xué)習(xí)科學(xué)為指導(dǎo)，經(jīng)林崇德等學(xué)者研究的思維結(jié)構(gòu)“三維模型”以及多年的教學(xué)實(shí)踐研究為基礎(chǔ)，主要以培養(yǎng)學(xué)生思維能力為主要目的的理論.胡衛(wèi)平教授認(rèn)為，思維活動(dòng)是教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的核心活動(dòng)，教學(xué)的本質(zhì)是思維，學(xué)生的學(xué)習(xí)需要思考.思維型教學(xué)理論包括五個(gè)基本原理：動(dòng)機(jī)激發(fā)、認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、應(yīng)用遷移以及思維監(jiān)控[4].

2.2 基于思維型教學(xué)理論的科技館教學(xué)流程

基于思維型教學(xué)理論的科技館教學(xué)流程以思維型教學(xué)原理（動(dòng)機(jī)激發(fā)、認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、應(yīng)用遷移、思維監(jiān)控）為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的教師活動(dòng)（介紹展品、引導(dǎo)觀察、問難啟發(fā)、拓展思維、引導(dǎo)反思），從而促進(jìn)學(xué)生在活動(dòng)（感知體驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、自我評(píng)定）中，通過感知體驗(yàn)，養(yǎng)成樂于觀察、勤于動(dòng)手的積極學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)探索求知和創(chuàng)新欲望;通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)、質(zhì)疑精神和創(chuàng)造能力，使學(xué)生在合作交流中學(xué)會(huì)分享與合作，學(xué)著在交流討論中表達(dá)自己的觀點(diǎn)想法，并進(jìn)行合理論證;通過完成自我評(píng)定，促進(jìn)學(xué)生自我反省知識(shí)的掌握情況，探索思考過程，培養(yǎng)學(xué)生的自我反思能力;穿插于科技館教學(xué)中的知識(shí)墻內(nèi)容的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)道德、科學(xué)的價(jià)值觀，以及對(duì)社會(huì)的責(zé)任心和使命感.總之，基于思維型教學(xué)理論的科技館教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和能力的發(fā)展.基于思維型教學(xué)理論的科技館教學(xué)流程如圖 1REF_Ref72507396＼h所示.

3 科技館教學(xué)實(shí)例展示——以蕪湖科技館的“電磁”專題為例

對(duì)于電磁知識(shí)的初學(xué)者而言，很多概念和規(guī)律具有抽象性，例如電流概念，“電生磁”和“磁生電”的規(guī)律等.盡管學(xué)生可以根據(jù)學(xué)校知識(shí)進(jìn)行答題，但大多是單純的理解、記憶知識(shí)點(diǎn)，沒有很好地融合直接經(jīng)驗(yàn)與間接經(jīng)驗(yàn)，無法深度加工知識(shí)，所以導(dǎo)致學(xué)生思維發(fā)展受到制約，也不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)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(xué)理論的科技館教學(xué)設(shè)計(jì).

3.1 動(dòng)機(jī)激發(fā)

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(fā)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(xué)生了解展品結(jié)構(gòu)及操作流程.

設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)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(xué)生的安全用電意識(shí);觀察電磁的應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)的魅力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

3.2 認(rèn)知沖突

引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)觀察回形針跳舞（如圖5）和微型發(fā)電機(jī)（如圖6）展品的基礎(chǔ)上，提出有意義的問題.

設(shè)計(jì)意圖：回形針不僅“站起來了”，而且還隨著音樂節(jié)奏“跳舞”，這就像一個(gè)魔術(shù)，但是其中卻隱藏著物理知識(shí);微型發(fā)電機(jī)的工作原理和課本介紹的發(fā)電機(jī)工作原理不同，雖然都是導(dǎo)體切割磁感線，但一個(gè)是磁體在動(dòng)，一個(gè)是線圈在動(dòng)，與學(xué)生的已有認(rèn)知矛盾.在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察和質(zhì)疑能力.

3.3 自主建構(gòu)

根據(jù)回形針跳舞和微型發(fā)電機(jī)兩個(gè)展品，設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)如下.

問題1：為什么通電后回形針會(huì)隨著音樂節(jié)奏跳舞？

學(xué)生觀察現(xiàn)象，教師介紹展品結(jié)構(gòu)：回形針跳舞的舞臺(tái)之下暗藏著電磁線圈，回形針是鐵制的.

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生將現(xiàn)象與電流的磁效應(yīng)知識(shí)建立聯(lián)系，促進(jìn)知識(shí)的加工建構(gòu).

問題2：根據(jù)現(xiàn)象，你能聯(lián)想到什么知識(shí)？

借助知識(shí)墻（如圖 7），學(xué)習(xí)電生磁的物理學(xué)史.

設(shè)計(jì)意圖：通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)世界觀的教育，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng).

問題3：你可以用已學(xué)知識(shí)解釋回形針跳舞的原理嗎？

引導(dǎo)學(xué)生交流討論，嘗試作出解釋：舞臺(tái)下面的線圈通電時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng).當(dāng)線圈兩端的電壓隨著音樂節(jié)奏不斷變化時(shí)，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱也隨之變化.回形針是鐵制成的，處于磁場(chǎng)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(shè)計(jì)意圖：利用已學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)推理，鞏固了學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)，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(xué)生操作展品，觀察現(xiàn)象.教師介紹展品結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生探究燈和蜂鳴器工作的條件.

設(shè)計(jì)意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生提出問題，仔細(xì)觀察并進(jìn)行合理猜想，通過動(dòng)手操作，探究燈和蜂鳴器工作的原理，驗(yàn)證猜想，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)猜想意識(shí)與科學(xué)探究能力.

問題5：根據(jù)現(xiàn)象，你能聯(lián)想到什么知識(shí)？

引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)墻上關(guān)于電磁感應(yīng)定律的知識(shí)，如圖8所示.

設(shè)計(jì)意圖：通過知識(shí)的學(xué)習(xí)與回顧，促進(jìn)直接經(jīng)驗(yàn)與間接經(jīng)驗(yàn)的交互融合，促進(jìn)了知識(shí)的深度加工，提升學(xué)生的知識(shí)理解能力.

問題6：該展品與發(fā)電機(jī)模型有何異同？為什么圓盤與線圈成水平狀態(tài)時(shí)，燈和蜂鳴器都無法工作呢？

引導(dǎo)學(xué)生比較異同并嘗試作出解釋：圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在時(shí)刻變化著，豎直的線圈在不停地切割磁鐵的磁感應(yīng)線，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使燈亮、蜂鳴器響.圓盤不轉(zhuǎn)時(shí)，則線圈不切割磁感應(yīng)線，故不產(chǎn)生感應(yīng)電流，燈和蜂鳴器不工作.

設(shè)計(jì)意圖：通過在知識(shí)的比較中自主建構(gòu)知識(shí)，在猜想與操作的基礎(chǔ)上嘗試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行科學(xué)推理，并做出合理解釋，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力.

3.4 應(yīng)用遷移

體驗(yàn)參觀館內(nèi)其他電磁展品，如鐵粒藝術(shù)如圖9所示REF_Ref72508611＼h，思考其工作原理.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理猜想并用所學(xué)的知識(shí)嘗試解釋.這也是教師幫助學(xué)生拓展思維、促進(jìn)學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用的過程，所以選擇合適的能有效促進(jìn)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用遷移的展品至關(guān)重要.

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)以致用是判斷學(xué)生知識(shí)內(nèi)化程度的有效方式，就館內(nèi)其他展品測(cè)試學(xué)生知識(shí)掌握情況，具有時(shí)效性.不同展品的原理分析也能判斷學(xué)生知識(shí)運(yùn)用的靈活程度，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的創(chuàng)造性運(yùn)用和綜合運(yùn)用.

3.5 思維監(jiān)控

反思總結(jié)階段

1.參觀學(xué)習(xí)后，我對(duì)“電與磁”知識(shí)產(chǎn)生了新的理解嗎？

2.我可以利用電磁知識(shí)解釋其他電磁展品的原理嗎？

設(shè)計(jì)意圖：思維監(jiān)控有助于控制和規(guī)范學(xué)習(xí)者的思考方式;有助于學(xué)習(xí)者探索自身思考的過程，以及對(duì)自己學(xué)習(xí)方式的反省[5].學(xué)生在反思階段，通過對(duì)自己思考過程的反省，一方面能夠了解自己對(duì)知識(shí)的掌握程度，另一方面可以反思自己的思考方式，促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展.

4 結(jié)束語

隨著科技館教學(xué)的逐漸升溫，如何最大程度地發(fā)揮科技館的教育功能，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，就成為一個(gè)緊迫的課題.基于思維型教學(xué)理論的科技館教學(xué)以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展為目標(biāo)，依據(jù)思維型教學(xué)理論的教學(xué)思路，緊緊抓住學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，達(dá)到科學(xué)知識(shí)的內(nèi)化和思維能力的提升.本研究提出的教學(xué)框架將為教師組織指導(dǎo)科技館教學(xué)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考.

參考文獻(xiàn)：

[1]廖紅，曹朋.中國(guó)科技館為學(xué)校提供開放學(xué)習(xí)服務(wù)的實(shí)踐探索[J].開放學(xué)習(xí)研究，2016（05）：14-23.

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

[3]國(guó)家文物局.教育部關(guān)于加強(qiáng)文教結(jié)合 完善博物館青少年教育功能的指導(dǎo)意見[J].中華人民共和國(guó)教育部公報(bào)，2015（23）：1-2.

[4]胡衛(wèi)平.思維型教學(xué)理論及其應(yīng)用[J].教育家，2018（48）：13-16.

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

（收稿日期：2021-08-11）