基于思维型教学理论的科技馆教学探索

何倩 王长江 魏巧云 桂国胜

摘 要：科技馆教学具有促进学生科学素养的独特价值.基于思维型教学理论的科技馆教学以促进学生的科学素养发展为目标，依据思维型教学理论的教学思路设计教学流程，并以芜湖科技馆的“电磁”专题为例，利用展馆相关展品进行基于思维型教学的科技馆教学实践探究，为教师组织指导科技馆教学、发展学生的科学素养提供理论依据和实践参考.

关键词：科技馆;科学素养;思维型教学;电磁学;教学探索

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）21-0044-04

作者简介：何倩（1996- ），女，安徽合肥人，研究生，研究方向：中学物理学科教学;

王长江（1972- ），男，宁夏石嘴山人，副教授，博士，研究方向：物理教育、教师教育研究;

魏巧云（1998- ），女，安徽滁州人，研究生，研究方向：中学物理学科教学.

2016年2月，国务院办公厅印发的《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016-2020年）》，明确提出要大力开展校内外结合的科技教育活动.科技馆作为校外教育机构，以参与、体验、互动性的展品及辅助性手段，激发青少年的科学兴趣，启迪学生科学思维，为青少年提供了全面发展的实践平台.科技馆教学既符合青少年身心发展规律，又能促进学生的科学素养发展.但是由科技馆物理课程资源的开发情况可知，国内在馆校结合领域的研究还缺少相应的科学理论及科学方法指导，缺少系统性、科学性及实证性的深入研究，未从理论高度为馆校发展打下坚实基础[1]REF_Ref27758＼r.思维型教学以促进学生积极思维、发展学生的高阶思维为核心;已有研究表明，思维型教学可以解决目前高中物理课堂存在的“浅层学习”问题[2]REF_Ref28084＼r.基于此，本文将尝试以思维型教学理论为基础，为科技馆教学提供理论支撑，探索科技馆教学的新模式，促进学生科学素养的发展.

1 科技馆促进学生科学素养发展的独特价值

2015年6月，国家文物局和教育部联合颁布的《关于加强文教结合完善博物馆青少年教育功能的指导意见》中明确指出，博物馆资源在国家课程、地方课程与校本课程中的价值，及开发、使用的可能，力促博物馆资源与学校课程的融合[3].科技馆是博物馆的一个分支，是重要的校外学习活动场所.科技馆教学相比学校教学具有得天独厚的优势.

1.1 丰富的教学资源 真实的探索情境

科技馆能够为公民科学素养发展提供的帮助首先是丰富的教学资源，且科技馆展品资源具有趣味性、实践性、启发性等特征，既符合青少年以感性思维为主，向理性思维过渡的发展规律，又为学生创设真实有趣的探索情境，激发学生学习兴趣，引发学生积极思考，在教师引领下经历科学探究的过程，帮助其理解科学知识，掌握科学方法.

1.2 轻松的学习氛围 自由的交流环境

学校教学形式较为单一，以课堂教学为主.相比于课堂教学，科技馆教学氛围轻松，学生们在观察体验的基础上，自主思考，自由交流.这个过程中，学习的主体地位归于学生.通过实践探究与合作交流，可使学生获得科学知识、科学思维、科学态度和价值观等多方面的发展.

1.3 开放的实践项目 多元的课程设计

科技馆的丰富资源又等同于开放的实践项目，这也使教师能够更好地发挥自己的创造力.教师可以根据学生的学情和课程进度选择合适的展品，设计出促进学生全面发展、有助于培养学生科学素养的课程.

1.4 情感的熏陶升华 态度的潜移默化

科技馆中除了展品的展示操作，展厅墙上还会用一些科学家的生平故事及重要成就来装饰，营造气氛浓郁的学术氛围.通过展示墙的阅读，学生可以感受科学家们的科学精神与科学态度，从而培养学生对社会的责任心和使命感.

2 基于思维型教学理论的科技馆教学流程设计

2.1 思维型教学理论概述

思维型教学理论是以皮亚杰的认知发展理论、建构主义教学理论和学习科学为指导，经林崇德等学者研究的思维结构“三维模型”以及多年的教学实践研究为基础，主要以培养学生思维能力为主要目的的理论.胡卫平教授认为，思维活动是教师“教”和学生“学”的核心活动，教学的本质是思维，学生的学习需要思考.思维型教学理论包括五个基本原理：动机激发、认知冲突、自主建构、应用迁移以及思维监控[4].

2.2 基于思维型教学理论的科技馆教学流程

基于思维型教学理论的科技馆教学流程以思维型教学原理（动机激发、认知冲突、自主建构、应用迁移、思维监控）为指导，设计相对应的教师活动（介绍展品、引导观察、问难启发、拓展思维、引导反思），从而促进学生在活动（感知体验、发现问题、分析問题、解决问题、自我评定）中，通过感知体验，养成乐于观察、勤于动手的积极学习态度，激发探索求知和创新欲望;通过发现问题、分析问题和解决问题，培养学生的问题意识、质疑精神和创造能力，使学生在合作交流中学会分享与合作，学着在交流讨论中表达自己的观点想法，并进行合理论证;通过完成自我评定，促进学生自我反省知识的掌握情况，探索思考过程，培养学生的自我反思能力;穿插于科技馆教学中的知识墙内容的学习，培养学生的科学精神、科学道德、科学的价值观，以及对社会的责任心和使命感.总之，基于思维型教学理论的科技馆教学可以促进学生的科学素养和能力的发展.基于思维型教学理论的科技馆教学流程如图 1REF_Ref72507396＼h所示.

3 科技馆教学实例展示——以芜湖科技馆的“电磁”专题为例

对于电磁知识的初学者而言，很多概念和规律具有抽象性，例如电流概念，“电生磁”和“磁生电”的规律等.尽管学生可以根据学校知识进行答题，但大多是单纯的理解、记忆知识点，没有很好地融合直接经验与间接经验，无法深度加工知识，所以导致学生思维发展受到制约，也不利于学生科学素养的养成与提升.下面以芜湖科技馆的“电磁”专题为例，探讨基于思维型教学理论的科技馆教学设计.

3.1 動机激发

以芜湖科技馆部分展品为例，如柔和电击（如图2）REF_Ref72507721＼h，怒发冲冠（如图3）REF_Ref72507734＼h，电磁之舞（如图4）REF_Ref72507742＼h.教师介绍展品，帮助学生了解展品结构及操作流程.

设计意图：帮助学生直观认识电与磁，通过操作展品感受电流的存在，理解电流概念，提高学生的安全用电意识;观察电磁的应用，体会科学的魅力，激发学生学习的积极性.

3.2 认知冲突

引导学生在体验观察回形针跳舞（如图5）和微型发电机（如图6）展品的基础上，提出有意义的问题.

设计意图：回形针不仅“站起来了”，而且还随着音乐节奏“跳舞”，这就像一个魔术，但是其中却隐藏着物理知识;微型发电机的工作原理和课本介绍的发电机工作原理不同，虽然都是导体切割磁感线，但一个是磁体在动，一个是线圈在动，与学生的已有认知矛盾.在教师的引导下，学生发现问题，提出问题，有助于培养学生的观察和质疑能力.

3.3 自主建构

根据回形针跳舞和微型发电机两个展品，设计的教学活动如下.

问题1：为什么通电后回形针会随着音乐节奏跳舞？

学生观察现象，教师介绍展品结构：回形针跳舞的舞台之下暗藏着电磁线圈，回形针是铁制的.

设计意图：引导学生将现象与电流的磁效应知识建立联系，促进知识的加工建构.

问题2：根据现象，你能联想到什么知识？

借助知识墙（如图 7），学习电生磁的物理学史.

设计意图：通过物理学史的学习，对学生进行科学世界观的教育，培养其科学素养.

问题3：你可以用已学知识解释回形针跳舞的原理吗？

引导学生交流讨论，尝试作出解释：舞台下面的线圈通电时会产生磁场.当线圈两端的电压随着音乐节奏不断变化时，磁场的强弱也随之变化.回形针是铁制成的，处于磁场中被磁化，使得回形针之间能够相互吸引，于是回形针“站起来了”.

设计意图：利用已学知识进行科学推理，巩固了学校学习的知识，锻炼思维能力.

问题4：什么情况下灯和蜂鸣器工作？什么情况下不工作？

学生操作展品，观察现象.教师介绍展品结构，引导学生探究灯和蜂鸣器工作的条件.

设计意图：通过引导学生提出问题，仔细观察并进行合理猜想，通过动手操作，探究灯和蜂鸣器工作的原理，验证猜想，培养学生的科学猜想意识与科学探究能力.

问题5：根据现象，你能联想到什么知识？

引导学生学习知识墙上关于电磁感应定律的知识，如图8所示.

设计意图：通过知识的学习与回顾，促进直接经验与间接经验的交互融合，促进了知识的深度加工，提升学生的知识理解能力.

问题6：该展品与发电机模型有何异同？为什么圆盘与线圈成水平状态时，灯和蜂鸣器都无法工作呢？

引导学生比较异同并尝试作出解释：圆盘转动时，它产生的磁场方向在时刻变化着，竖直的线圈在不停地切割磁铁的磁感应线，线圈中产生感应电流，使灯亮、蜂鸣器响.圆盘不转时，则线圈不切割磁感应线，故不产生感应电流，灯和蜂鸣器不工作.

设计意图：通过在知识的比较中自主建构知识，在猜想与操作的基础上尝试运用所学知识，进行科学推理，并做出合理解释，发展学生的科学探究能力.

3.4 应用迁移

体验参观馆内其他电磁展品，如铁粒艺术如图9所示REF_Ref72508611＼h，思考其工作原理.引导学生进行合理猜想并用所学的知识尝试解释.这也是教师帮助学生拓展思维、促进学生知识综合运用的过程，所以选择合适的能有效促进学生知识应用迁移的展品至关重要.

设计意图：学以致用是判断学生知识内化程度的有效方式，就馆内其他展品测试学生知识掌握情况，具有时效性.不同展品的原理分析也能判断学生知识运用的灵活程度，促进学生对知识的创造性运用和综合运用.

3.5 思维监控

反思总结阶段

1.参观学习后，我对“电与磁”知识产生了新的理解吗？

2.我可以利用电磁知识解释其他电磁展品的原理吗？

设计意图：思维监控有助于控制和规范学习者的思考方式;有助于学习者探索自身思考的过程，以及对自己学习方式的反省[5].学生在反思阶段，通过对自己思考过程的反省，一方面能够了解自己对知识的掌握程度，另一方面可以反思自己的思考方式，促进科学思维的发展.

4 结束语

随着科技馆教学的逐渐升温，如何最大程度地发挥科技馆的教育功能，促进学生科学素养的发展，就成为一个紧迫的课题.基于思维型教学理论的科技馆教学以促进学生科学素养的发展为目标，依据思维型教学理论的教学思路，紧紧抓住学生的认知发展特点，达到科学知识的内化和思维能力的提升.本研究提出的教学框架将为教师组织指导科技馆教学，发展学生的科学素养提供理论依据和实践参考.

参考文献：

[1]廖红，曹朋.中国科技馆为学校提供开放学习服务的实践探索[J].开放学习研究，2016（05）：14-23.

[2]任虎虎.指向深度学习的高中物理思维型课堂教学策略[J].湖南中学物理，2018，33（10）：40-41.

[3]国家文物局.教育部关于加强文教结合 完善博物馆青少年教育功能的指导意见[J].中华人民共和国教育部公报，2015（23）：1-2.

[4]胡卫平.思维型教学理论及其应用[J].教育家，2018（48）：13-16.

[5]王长江，李俊永.中学物理“思维型”课堂的教学框架与实施建议[J].课程教学研究，2018（10）：65-68+1.

（收稿日期：2021-08-11）