“分解－体验－认知”——探究式展品辅导开发思路

陈 闯

“分解－体验－认知”
——探究式展品辅导开发思路

陈 闯①

依托展品开展探究式教育活动是引导受众有效体验展品、辅助受众认知建构的重要手段。本文根据各地科技馆的实践归纳出一种具有“分解-体验-认知”特征的探究式展品辅导开发思路，即将展品的原理、过程、操作等进行分解，并设计相应的操作、观察、体验过程，以让受众更加清晰地进行探究和认知。本文根据认知理论并结合具体案例分析了科技馆展品辅导为什么要“分解-体验”、需要什么样的“分解-体验”、如何针对不同类型展品进行“分解-体验”从而获得“认知”。

科技馆；展品辅导；探究式学习；分解－体验－认知

展品和教育活动是科技馆实现教育功能的重要载体，参与体验型展品为受众创设了学习情境，提供了探究式学习的工具，是课堂教学所不具备的特色教育资源。因此，科技馆基于展品的“做中学”更有利于受众获得直接经验，在教育模式等方面具有一定独特性:没有课堂教学中的长课时、系统性讲授和较强组织约束力等特点，教学模式也不是脱离实物资源的灌输式讲解；而是要充分利用展品资源，依托展品开展探究式教育，引导受众有效体验展品、辅助受众认知建构，最终让受众通过“做中学”获得认知。

科技馆的探究式教育活动如何开展才能体现“做中学”的教育理念?不是为了“做”而刻意设置动手体验环节，最终必须要达到“学”的目的。通过分析一些实践效果较好的教育活动案例的开发思路，可归纳出一种可行、有效且符合科技馆特点的探究式教育活动开发思路:将展品中蕴含的科学原理、演示过程或操作方式等进行分解，针对分解后的各个现象和知识点，创设能够调动受众多感官体验的学习情境，设置探究式学习环节，使受众在体验展品过程中获得直接经验，激发思考，最终达到认知效果。

一、“分解－体验”的必要性

(一)为什么要“分解”?

笔者在2014年度“中国科协研究生科普能力提升项目”教育活动开发方向的研究课题中，依托中国科技馆“探索与发现”A厅“旋转的金蛋”展项，开发了一套探究式学习教育活动方案。通过前期对受众参观展品情况的调查发现，受众往往只是注意到了金属蛋旋转起来这种有趣的现象，并没有认识到这是三相异步电动机的模型，不能正确解释金属蛋为什么会旋转起来的原理，没有达到预期的认知效果。究其原因，很大程度上是由于该展品所产生的现象是由“电流磁效应”“安培力”“电磁感应”“涡电流”等多种科学原理共同作用下产生的，使观众既难以感知和分辨，更难以实现认知。

除了类似“旋转的金蛋”这类展品外，还有的展品是由于现象演示过程产生得过快，使观众来不及观察和体验到其中的关键环节和前后变化，导致了认知效果不佳，如“最速降线”展项；还有的展品可能因操作方法不同，所产生的现象也不同，观众需要对比各种操作方法导致的不同现象才能发现其中的奥秘，进而获得认知，如“椭圆焦点”展项。因此，科技馆的教育人员须将上述几类展品的原理、过程、操作等分解开来，让观众更加清晰地进行体验。

(二)为什么要“体验”?

基于展品的教育活动，为什么要强调受众体验在整个学习过程中的重要性呢?

《现代汉语词典》对“体验”的解释是“通过实践来认识周围的事物；亲身经历”，强调体验是从实践活动中获得直接经验的过程。在课堂教学中，往往忽视了学习者的体验过程，导致学习者获得的不是直接经验，而是间接经验。学习者听到、看到的语言、文字、图像，并非真实世界所发生的现象、规律本身，而是他人通过语言、文字、图像对真实世界现象、规律的描述。学习者被动地记忆了那些代表了知识的语言、文字、图像，但他未必会将其与真实世界的现象和规律相联系，因此并未真正完成知识建构。

而做中学、体验式学习、探究式学习等教育模式，都强调直接经验的重要性，倡导学习者通过多种感官去观察、体验真实世界的现象、规律，从而获得认知，形成自己的直接经验，经过理性思考、判断将其抽象上升为知识。这种与真实世界直接发生联系的知识，自然是一种完成了建构的知识。

由此看来，通过“体验”而获得的直接经验更有利于学习者认知建构，直接的感知体验是获得认知的基础条件，知识产生于理解与转化的体验过程，知识概念的意义从其与体验的联系中获得。[1]因此，科技馆基于展品的探究式教育活动必须注重受众体验学习的过程，使受众获得直接经验。

二、“分解－体验－认知”的原则

“分解－体验”的根本目的是为了“认知”，即科技馆需要的是可以导致探究、认知、获得直接经验的“分解－体验”，不是为“分解”而分解、为“体验”而体验。

什么样的“分解－体验”能使受众有效地获得直接经验、最大程度地促进受众认知建构?根据认知学习理论，“分解－体验”应遵循以下原则:

(一)根据受众原有的认知结构适度“分解”

皮亚杰的认知发展理论认为，学习是学习者进行复杂的信息加工活动和认知建构的过程，学习结果的本质是认知结构的重建。[2]所谓的“认知结构”是指个体已形成的应付与处理学习情境或问题情境的内在经验系统，决定了人脑对信息客体的选择、整合和理解的方式。主体的认识活动是基于主体已有的认知结构发生的，已有的认知结构影响着主体所能认识的程度和学习的范围。

因此，对一件展品的原理、过程、操作等的“分解程度”应充分考虑受众原有的认知结构，分解后的知识点、过程或操作方式与受众原有的认知结构要尽量贴近，认知跨度不能太大，运算推理过程不宜复杂，要做到层层递进，以便受众较容易地认知。以“旋转的金蛋”展项为例:

——如果教学对象是初中以下的儿童，解释展品原理的知识点就应该分解为“什么是电流”“什么是交流电”“什么是磁”“什么是力的作用”“什么是金属材料”“电流的磁效应”“电磁感应”“涡电流”等；

——如果教学对象是高中生，解释展品原理的知识点就应该分解为“电流的磁效应”“电磁感应”“安培力”和“涡电流”等；

——如果教学对象是具备较高知识水平的专业技术人员，解释原理的知识点就应该分解为“什么是三相交变电流”“什么是转动惯量”“影响三相异步电动机功率的因素有哪些”“影响转动变量的因素有哪些”等。

(二)调动多感官“体验”强化认知效果

脑科学研究证实:脑中形成的长期记忆，实际上是在神经元的突触之间形成了特定的蛋白结构。多种感官参与学习活动，可刺激大脑皮层并增强突触间的联系，从而加强理解和记忆。学习者通过视觉、听觉、动觉及触觉等多通道获取信息，可以从不同角度、不同层面感知事物，从而加深对事物的理解。[3]越多感官参与信息收集，收集的信息就越丰富，认知效率就越高。

传统课堂讲授式的教学模式，学习者只运用了听觉和视觉两种感官，而感官刺激大多是通过话语、文字和示意图的形式实现，学习者并没有看到、听到真实的现象，感官信息的收集是欠缺的、片面的，甚至都不能算作真正意义上对现象信息的有效收集，更没有其他感官的参与，信息材料不够丰富，从而导致了学习者知识经验的欠缺，影响了认知效果。

科技馆探究式教育活动要充分调动受众多感官参与认知。中国科技馆二层“探索与发现”B厅开发的 《鸟蛋的启示》教育活动依托“十三种不同种类的雀鸟”展品，以达尔文进化论相关知识为基础，设计多感官参与的探究式学习，使受众取得了较好的认知效果。此活动采用的多感官形式有读、听、看、说和做，看与鸟蛋对应的视频、图片；听鸟蛋对应的叫声；观察鸟蛋的颜色、斑点等；说鸟蛋的特点、生活习性；通过触摸，了解鸟蛋的大小，蛋壳软硬、质感。[4]

(三)体验现象要明显，原理要直观

在科技馆中，展品现象的显著性决定了对受众注意力的吸引力。从信息传播角度来看，信息输入的显著性越强，就越容易唤起学习者的注意，越有利于思维活动的进行。[5]有的展品为了吸引观众注意力、激发体验兴趣，在设计上突出了娱乐性和趣味性，虽然能够吸引受众的注意力，但使得科学原理的现象变得不直观，观众较难成功理解，达不到有效的认知。因此，展品“体验”情境的设计还要兼顾原理直观性这一重要因素。

科技馆互动体验展品的设计必须要保证展品现象与蕴含的原理密切相关，使受众在体验过程中较容易获取“有效”信息，通过直观的体验使抽象的原理具体化、形象化，有助于感性知识的形成。如果“体验”掩盖了原理或转移了观众对原理的注意力，这种“体验”不仅无益反而有碍认知。

“旋转的金蛋”展项分解后的知识点都属电磁学范畴，在电磁学发展史上，这些知识点都是科学家通过一些经典实验得出的，这些经典实验设计简易，现象非常明显，而且科学家们就是通过这些现象发现科学原理的。因此，“体验”环节探究式学习的内容设置为观众动手做探究式实验，小实验的设计模拟了科学家探究科学原理的经典实验情境，兼顾了显著性和直观性两个因素，这样的实践情境激发了科学家的思考和认知，也同样能够激发受众思考。如:

——探究“电流磁效应”知识点的实验为奥斯特意外发现电流磁效应的情境，即通电直导线靠近小磁针时，小磁针发生偏转；

——探究“安培力”知识点的实验为通电直导线在磁场中，受力的作用而运动；

——探究“磁生电”知识点的实验为法拉第电磁感应实验，磁铁切割磁感线的运动能使电流表示数发生变化；

——探究“涡电流”知识点的实验为傅科发现涡电流所做的实验，加磁场后，金属块停止摆动的时间缩短。

(四)以学习者为主体，为个性化体验提供条件

探究式学习是以学习者为主体的自主学习，教师起辅助作用。而不同学习者原有的认知结构存在差异，导致针对同一现象、问题时，会有不同的思考，产生不同方式的探究。因此，科技馆探究式教育活动不是“规定动作”的固定模式，应提倡个性化体验，为不同个体的探究方式提供相应的必要资源条件，允许学习者自己掌控学习，根据自己的思路进行探究、体验，通过多种不同探究方式对比，激发理性思考和判断。

“旋转的金蛋”展项涉及到涡电流的知识点，探究影响涡电流大小的因素时，受众可能会提出多种不同的影响因素，如磁场强度、金属片大小、金属片形状、金属片重量等。因此，在针对知识点设置探究式体验内容时，准备了多种形状、大小、材质不同的金属片，并设置了可调整间距的磁铁，使受众可以根据自己的想法，创设所须的情境，通过不同情况的对比，思考分析得出结论。

三、“分解－体验”的方式

关于如何“分解－体验”，基本思路就是要通过分析，找到其中的关键知识点、过程、环节和现象，设计出可以让观众直接体验到上述关键知识点、过程、环节和现象的方法，从而实现认知。不同类型展品，“分解－体验”的方式也不同。笔者根据各地科技馆的部分实践案例，归纳了“分解－体验”的三种类型，以下将结合具体案例进行分类分析。

(一)原理分解型

该类型展品所产生的现象是由多种科学原理共同作用下产生的，导致观众难以感知和分辨。须将产生现象所涉及的原理、知识点进行分解，针对每个知识点设置体验方式。现以“手蓄电池”和“离心力”两个展品为例具体分析。

“手蓄电池”展品展示的是原电池原理，受众如果两只手握不同材质的金属后，电流表会发生偏转，其核心问题就是认知到“为什么会产生电流”。产生这一现象需要三个条件:两端握住的金属活泼性不同形成电势差、存在电解质和形成闭合回路，而受众在体验时并没有充分认知。因此，要将展品分解为如下三个知识点，并针对每个知识点设计探究式学习的体验方式:

1.电势差:受众两手握住相同活泼性的金属，观察电流表是否发生偏转；双手握住不同活泼性的金属，观察电流表是否发生偏转；比较双手分别握着“铁－铜”和“铁－铝”时，电流表示数是否存在差别。

2.闭合回路:两名受众手拉手、另一只手握住活泼性不同的金属棒；两名受众彼此不接触，各伸出一只手握住活泼性不同的金属棒，分别观察两种情况下电流表是否发生偏转；

3.电解质:受众双手弄湿或烘干前后握住不同活泼性金属棒，对比电流表偏转幅度的差异。

4.根据受众可能提出的其他猜想设置体验方式，如受众可能会提出“人是不是一块大电池，电流表偏转是由于人体发电”，此时可以让观众两手正握金属棒和交叉后再握同样金属棒，对比电流表示数是否发生变化。

在合肥科技馆“离心力”展品辅导中，该展品是分别装入木球和铁球的两个充满液体的玻璃管，呈“倒八字”固定在托盘上，托盘快速旋转后，呈现铁球上浮和木球下沉的现象。该展品展示的是离心力的概念以及影响离心力的半径、质量、转速三个因素。因此要分解影响离心力大小的因素，设置探究式学习的体验方式:

1.半径:观众手持不同长度的绳，绳的另一端拴着相同质量的金属球，以一定力度旋转金属球，保持转速相同，体验对比离心力有无差别；

2.质量:观众手持长度相同的绳，绳的另一端拴着不同质量的金属球，以一定力度旋转金属球，保持转速相同，体验对比离心力有无差别；

3.转速:观众手持长度相同的绳，绳的另一端拴着相同质量的金属球，以不同力度旋转金属球，使转速不同，体验对比离心力有无差别；

4.根据受众可能提出的其他猜想设置体验情境，如材质等。

(二)过程分解型

某些展品由于现象过程产生得过快，使观众来不及观察和体验到其中的关键环节和前后变化，导致了认知效果不理想。这种情况下须将整个过程进行分解，针对过程中的不同阶段进行体验，以“最速降线”展品为例进行具体分析。

“最速降线”展品设有两条轨道，一条是直线，一条是曲线，起点高度以及终点高度都相同，两个质量、大小一样的小球同时从起点向下滚落。整个过程中，曲线轨道上的小球先快后慢，直线轨道上的小球先慢后快，最终曲线轨道上的小球先到终点。在辅导时，将整个下滑过程分为上、中、下三段，在轨道旁边横向摆放挡板，依次分别显露轨道的上段、中段和下段，而遮挡其它段，受众可更清晰地体验每个阶段两个小球到达的先后和速度差异，从而认知不同轨道对小球重力加速度的影响。

(三)操作分解型

该类型展品因操作方式不同而产生不同现象，须用不同的操作方式进行分解体验，受众通过对比来发现其中的奥秘，进而获得认知。现以“椭圆焦点”展品为例具体分析。

“椭圆焦点”展示的是从椭圆池中一个焦点发射的小球经椭圆曲线池壁反弹后经过另一个焦点。该展项由受众自由操作，可以有很多种操作方式，可以从椭圆池中任意位置进行发射。因此，要对操作方式进行“分解”，即引导观众分别采用不同位置、不同方向进行发射。根据发射位置、方向进行归类，可分为三种操作:从椭圆焦点以外的任意位置瞄准或不瞄准焦点进行发射；从其中一个焦点面向另一焦点(瞄准或不瞄准)进行发射；从其中一个焦点背向另一焦点进行发射。受众将不同操作方式的体验进行对比，思考发现规律。

四、结语

开展基于展品的探究式教育活动是科技馆的优势和特色，其根本目的是让受众通过体验、探究进而获得“认知”。通过对部分教育效果较好的展品辅导实践案例分析后发现，如果将展品的原理、过程、操作等进行分解，并设计相应的操作、观察、体验过程，可以让受众更加清晰地进行探究，从而提高了受众的认知效果。这种“分解－体验－认知”方式是一种可行且有效的开发思路。

本文探讨了“分解－体验－认知”的必要性和原则，并结合部分实际案例，归纳了三种类型的“分解－体验”方式。在开发具体教育活动时，不应局限于此三类方式，须针对具体展品灵活运用“分解－体验”思路，在实践中逐渐摸索创新应用模式。

[1]李文君.体验式学习理论研究综述[J].教育观察，2012(04):83－89.

[2]张浩，吴秀娟.深度学习的内涵及认知理论基础探析[J].中国电化教育，2012(10):7－11，21.

[3]赵瑞芬.多感官学习的研究现状与展望[J].生物技术世界，2016(04):286－287.

[4]常娟，霍菲菲.多感官学习在科技馆展览辅导中的应用[J].自然科学博物馆研究，2016(03): 52－53.

[5]张洲英.知识受众认知研究[D].武汉大学硕士论文，2004:41.

“Dividing－Experience－Cognition”——The Strategy of Inquiry Educational Activities Based onthe Exhibits

Chen Chuang

Carrying out the inquiry educational activities based on the exhibits in science and technology museums is an important means to guide the audience effectively to get their own experience of the exhibits and help them achieve cognition.In practice，we have summed up a new idea of developing inquiry educational activities which have the characteristics of“dividing-experience-cognition”.It is a way to guide the audience to explore and achieve cognition clearly by dividing the phenomenon，the process orthe operation of the exhibits and designing the experiential learning context accordingly.This paper will analyze the necessity of“dividing-experience”，the types of“dividing-experience”we need and how to use the method of“dividing-experience”to improve cognitive effect according to cognitive theory and the specific cases.

science and technology museum，exhibition tutoring，inquiry learning，dividingexperience－cognition

① 陈 闯:中国科学技术馆馆员；研究方向:科普服务标准化；通讯地址:北京市朝阳区北辰东路5号；邮编: 100012；Email:chenchuang＠cstm.org.cn。