“分解－體驗－認知”
——探究式展品輔導(dǎo)開發(fā)思路

陳 闖

“分解－體驗－認知”
——探究式展品輔導(dǎo)開發(fā)思路

陳 闖①

依托展品開展探究式教育活動是引導(dǎo)受眾有效體驗展品、輔助受眾認知建構(gòu)的重要手段。本文根據(jù)各地科技館的實踐歸納出一種具有“分解-體驗-認知”特征的探究式展品輔導(dǎo)開發(fā)思路，即將展品的原理、過程、操作等進行分解，并設(shè)計相應(yīng)的操作、觀察、體驗過程，以讓受眾更加清晰地進行探究和認知。本文根據(jù)認知理論并結(jié)合具體案例分析了科技館展品輔導(dǎo)為什么要“分解-體驗”、需要什么樣的“分解-體驗”、如何針對不同類型展品進行“分解-體驗”從而獲得“認知”。

科技館；展品輔導(dǎo)；探究式學習；分解－體驗－認知

展品和教育活動是科技館實現(xiàn)教育功能的重要載體，參與體驗型展品為受眾創(chuàng)設(shè)了學習情境，提供了探究式學習的工具，是課堂教學所不具備的特色教育資源。因此，科技館基于展品的“做中學”更有利于受眾獲得直接經(jīng)驗，在教育模式等方面具有一定獨特性:沒有課堂教學中的長課時、系統(tǒng)性講授和較強組織約束力等特點，教學模式也不是脫離實物資源的灌輸式講解；而是要充分利用展品資源，依托展品開展探究式教育，引導(dǎo)受眾有效體驗展品、輔助受眾認知建構(gòu)，最終讓受眾通過“做中學”獲得認知。

科技館的探究式教育活動如何開展才能體現(xiàn)“做中學”的教育理念?不是為了“做”而刻意設(shè)置動手體驗環(huán)節(jié)，最終必須要達到“學”的目的。通過分析一些實踐效果較好的教育活動案例的開發(fā)思路，可歸納出一種可行、有效且符合科技館特點的探究式教育活動開發(fā)思路:將展品中蘊含的科學原理、演示過程或操作方式等進行分解，針對分解后的各個現(xiàn)象和知識點，創(chuàng)設(shè)能夠調(diào)動受眾多感官體驗的學習情境，設(shè)置探究式學習環(huán)節(jié)，使受眾在體驗展品過程中獲得直接經(jīng)驗，激發(fā)思考，最終達到認知效果。

一、“分解－體驗”的必要性

(一)為什么要“分解”?

筆者在2014年度“中國科協(xié)研究生科普能力提升項目”教育活動開發(fā)方向的研究課題中，依托中國科技館“探索與發(fā)現(xiàn)”A廳“旋轉(zhuǎn)的金蛋”展項，開發(fā)了一套探究式學習教育活動方案。通過前期對受眾參觀展品情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，受眾往往只是注意到了金屬蛋旋轉(zhuǎn)起來這種有趣的現(xiàn)象，并沒有認識到這是三相異步電動機的模型，不能正確解釋金屬蛋為什么會旋轉(zhuǎn)起來的原理，沒有達到預(yù)期的認知效果。究其原因，很大程度上是由于該展品所產(chǎn)生的現(xiàn)象是由“電流磁效應(yīng)”“安培力”“電磁感應(yīng)”“渦電流”等多種科學原理共同作用下產(chǎn)生的，使觀眾既難以感知和分辨，更難以實現(xiàn)認知。

除了類似“旋轉(zhuǎn)的金蛋”這類展品外，還有的展品是由于現(xiàn)象演示過程產(chǎn)生得過快，使觀眾來不及觀察和體驗到其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和前后變化，導(dǎo)致了認知效果不佳，如“最速降線”展項；還有的展品可能因操作方法不同，所產(chǎn)生的現(xiàn)象也不同，觀眾需要對比各種操作方法導(dǎo)致的不同現(xiàn)象才能發(fā)現(xiàn)其中的奧秘，進而獲得認知，如“橢圓焦點”展項。因此，科技館的教育人員須將上述幾類展品的原理、過程、操作等分解開來，讓觀眾更加清晰地進行體驗。

(二)為什么要“體驗”?

基于展品的教育活動，為什么要強調(diào)受眾體驗在整個學習過程中的重要性呢?

《現(xiàn)代漢語詞典》對“體驗”的解釋是“通過實踐來認識周圍的事物；親身經(jīng)歷”，強調(diào)體驗是從實踐活動中獲得直接經(jīng)驗的過程。在課堂教學中，往往忽視了學習者的體驗過程，導(dǎo)致學習者獲得的不是直接經(jīng)驗，而是間接經(jīng)驗。學習者聽到、看到的語言、文字、圖像，并非真實世界所發(fā)生的現(xiàn)象、規(guī)律本身，而是他人通過語言、文字、圖像對真實世界現(xiàn)象、規(guī)律的描述。學習者被動地記憶了那些代表了知識的語言、文字、圖像，但他未必會將其與真實世界的現(xiàn)象和規(guī)律相聯(lián)系，因此并未真正完成知識建構(gòu)。

而做中學、體驗式學習、探究式學習等教育模式，都強調(diào)直接經(jīng)驗的重要性，倡導(dǎo)學習者通過多種感官去觀察、體驗真實世界的現(xiàn)象、規(guī)律，從而獲得認知，形成自己的直接經(jīng)驗，經(jīng)過理性思考、判斷將其抽象上升為知識。這種與真實世界直接發(fā)生聯(lián)系的知識，自然是一種完成了建構(gòu)的知識。

由此看來，通過“體驗”而獲得的直接經(jīng)驗更有利于學習者認知建構(gòu)，直接的感知體驗是獲得認知的基礎(chǔ)條件，知識產(chǎn)生于理解與轉(zhuǎn)化的體驗過程，知識概念的意義從其與體驗的聯(lián)系中獲得。[1]因此，科技館基于展品的探究式教育活動必須注重受眾體驗學習的過程，使受眾獲得直接經(jīng)驗。

二、“分解－體驗－認知”的原則

“分解－體驗”的根本目的是為了“認知”，即科技館需要的是可以導(dǎo)致探究、認知、獲得直接經(jīng)驗的“分解－體驗”，不是為“分解”而分解、為“體驗”而體驗。

什么樣的“分解－體驗”能使受眾有效地獲得直接經(jīng)驗、最大程度地促進受眾認知建構(gòu)?根據(jù)認知學習理論，“分解－體驗”應(yīng)遵循以下原則:

(一)根據(jù)受眾原有的認知結(jié)構(gòu)適度“分解”

皮亞杰的認知發(fā)展理論認為，學習是學習者進行復(fù)雜的信息加工活動和認知建構(gòu)的過程，學習結(jié)果的本質(zhì)是認知結(jié)構(gòu)的重建。[2]所謂的“認知結(jié)構(gòu)”是指個體已形成的應(yīng)付與處理學習情境或問題情境的內(nèi)在經(jīng)驗系統(tǒng)，決定了人腦對信息客體的選擇、整合和理解的方式。主體的認識活動是基于主體已有的認知結(jié)構(gòu)發(fā)生的，已有的認知結(jié)構(gòu)影響著主體所能認識的程度和學習的范圍。

因此，對一件展品的原理、過程、操作等的“分解程度”應(yīng)充分考慮受眾原有的認知結(jié)構(gòu)，分解后的知識點、過程或操作方式與受眾原有的認知結(jié)構(gòu)要盡量貼近，認知跨度不能太大，運算推理過程不宜復(fù)雜，要做到層層遞進，以便受眾較容易地認知。以“旋轉(zhuǎn)的金蛋”展項為例:

——如果教學對象是初中以下的兒童，解釋展品原理的知識點就應(yīng)該分解為“什么是電流”“什么是交流電”“什么是磁”“什么是力的作用”“什么是金屬材料”“電流的磁效應(yīng)”“電磁感應(yīng)”“渦電流”等；

——如果教學對象是高中生，解釋展品原理的知識點就應(yīng)該分解為“電流的磁效應(yīng)”“電磁感應(yīng)”“安培力”和“渦電流”等；

——如果教學對象是具備較高知識水平的專業(yè)技術(shù)人員，解釋原理的知識點就應(yīng)該分解為“什么是三相交變電流”“什么是轉(zhuǎn)動慣量”“影響三相異步電動機功率的因素有哪些”“影響轉(zhuǎn)動變量的因素有哪些”等。

(二)調(diào)動多感官“體驗”強化認知效果

腦科學研究證實:腦中形成的長期記憶，實際上是在神經(jīng)元的突觸之間形成了特定的蛋白結(jié)構(gòu)。多種感官參與學習活動，可刺激大腦皮層并增強突觸間的聯(lián)系，從而加強理解和記憶。學習者通過視覺、聽覺、動覺及觸覺等多通道獲取信息，可以從不同角度、不同層面感知事物，從而加深對事物的理解。[3]越多感官參與信息收集，收集的信息就越豐富，認知效率就越高。

傳統(tǒng)課堂講授式的教學模式，學習者只運用了聽覺和視覺兩種感官，而感官刺激大多是通過話語、文字和示意圖的形式實現(xiàn)，學習者并沒有看到、聽到真實的現(xiàn)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義上對現(xiàn)象信息的有效收集，更沒有其他感官的參與，信息材料不夠豐富，從而導(dǎo)致了學習者知識經(jīng)驗的欠缺，影響了認知效果。

科技館探究式教育活動要充分調(diào)動受眾多感官參與認知。中國科技館二層“探索與發(fā)現(xiàn)”B廳開發(fā)的 《鳥蛋的啟示》教育活動依托“十三種不同種類的雀鳥”展品，以達爾文進化論相關(guān)知識為基礎(chǔ)，設(shè)計多感官參與的探究式學習，使受眾取得了較好的認知效果。此活動采用的多感官形式有讀、聽、看、說和做，看與鳥蛋對應(yīng)的視頻、圖片；聽鳥蛋對應(yīng)的叫聲；觀察鳥蛋的顏色、斑點等；說鳥蛋的特點、生活習性；通過觸摸，了解鳥蛋的大小，蛋殼軟硬、質(zhì)感。[4]

(三)體驗現(xiàn)象要明顯，原理要直觀

在科技館中，展品現(xiàn)象的顯著性決定了對受眾注意力的吸引力。從信息傳播角度來看，信息輸入的顯著性越強，就越容易喚起學習者的注意，越有利于思維活動的進行。[5]有的展品為了吸引觀眾注意力、激發(fā)體驗興趣，在設(shè)計上突出了娛樂性和趣味性，雖然能夠吸引受眾的注意力，但使得科學原理的現(xiàn)象變得不直觀，觀眾較難成功理解，達不到有效的認知。因此，展品“體驗”情境的設(shè)計還要兼顧原理直觀性這一重要因素。

科技館互動體驗展品的設(shè)計必須要保證展品現(xiàn)象與蘊含的原理密切相關(guān)，使受眾在體驗過程中較容易獲取“有效”信息，通過直觀的體驗使抽象的原理具體化、形象化，有助于感性知識的形成。如果“體驗”掩蓋了原理或轉(zhuǎn)移了觀眾對原理的注意力，這種“體驗”不僅無益反而有礙認知。

“旋轉(zhuǎn)的金蛋”展項分解后的知識點都屬電磁學范疇，在電磁學發(fā)展史上，這些知識點都是科學家通過一些經(jīng)典實驗得出的，這些經(jīng)典實驗設(shè)計簡易，現(xiàn)象非常明顯，而且科學家們就是通過這些現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)科學原理的。因此，“體驗”環(huán)節(jié)探究式學習的內(nèi)容設(shè)置為觀眾動手做探究式實驗，小實驗的設(shè)計模擬了科學家探究科學原理的經(jīng)典實驗情境，兼顧了顯著性和直觀性兩個因素，這樣的實踐情境激發(fā)了科學家的思考和認知，也同樣能夠激發(fā)受眾思考。如:

——探究“電流磁效應(yīng)”知識點的實驗為奧斯特意外發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的情境，即通電直導(dǎo)線靠近小磁針時，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

——探究“安培力”知識點的實驗為通電直導(dǎo)線在磁場中，受力的作用而運動；

——探究“磁生電”知識點的實驗為法拉第電磁感應(yīng)實驗，磁鐵切割磁感線的運動能使電流表示數(shù)發(fā)生變化；

——探究“渦電流”知識點的實驗為傅科發(fā)現(xiàn)渦電流所做的實驗，加磁場后，金屬塊停止擺動的時間縮短。

(四)以學習者為主體，為個性化體驗提供條件

探究式學習是以學習者為主體的自主學習，教師起輔助作用。而不同學習者原有的認知結(jié)構(gòu)存在差異，導(dǎo)致針對同一現(xiàn)象、問題時，會有不同的思考，產(chǎn)生不同方式的探究。因此，科技館探究式教育活動不是“規(guī)定動作”的固定模式，應(yīng)提倡個性化體驗，為不同個體的探究方式提供相應(yīng)的必要資源條件，允許學習者自己掌控學習，根據(jù)自己的思路進行探究、體驗，通過多種不同探究方式對比，激發(fā)理性思考和判斷。

“旋轉(zhuǎn)的金蛋”展項涉及到渦電流的知識點，探究影響渦電流大小的因素時，受眾可能會提出多種不同的影響因素，如磁場強度、金屬片大小、金屬片形狀、金屬片重量等。因此，在針對知識點設(shè)置探究式體驗內(nèi)容時，準備了多種形狀、大小、材質(zhì)不同的金屬片，并設(shè)置了可調(diào)整間距的磁鐵，使受眾可以根據(jù)自己的想法，創(chuàng)設(shè)所須的情境，通過不同情況的對比，思考分析得出結(jié)論。

三、“分解－體驗”的方式

關(guān)于如何“分解－體驗”，基本思路就是要通過分析，找到其中的關(guān)鍵知識點、過程、環(huán)節(jié)和現(xiàn)象，設(shè)計出可以讓觀眾直接體驗到上述關(guān)鍵知識點、過程、環(huán)節(jié)和現(xiàn)象的方法，從而實現(xiàn)認知。不同類型展品，“分解－體驗”的方式也不同。筆者根據(jù)各地科技館的部分實踐案例，歸納了“分解－體驗”的三種類型，以下將結(jié)合具體案例進行分類分析。

(一)原理分解型

該類型展品所產(chǎn)生的現(xiàn)象是由多種科學原理共同作用下產(chǎn)生的，導(dǎo)致觀眾難以感知和分辨。須將產(chǎn)生現(xiàn)象所涉及的原理、知識點進行分解，針對每個知識點設(shè)置體驗方式?，F(xiàn)以“手蓄電池”和“離心力”兩個展品為例具體分析。

“手蓄電池”展品展示的是原電池原理，受眾如果兩只手握不同材質(zhì)的金屬后，電流表會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其核心問題就是認知到“為什么會產(chǎn)生電流”。產(chǎn)生這一現(xiàn)象需要三個條件:兩端握住的金屬活潑性不同形成電勢差、存在電解質(zhì)和形成閉合回路，而受眾在體驗時并沒有充分認知。因此，要將展品分解為如下三個知識點，并針對每個知識點設(shè)計探究式學習的體驗方式:

1.電勢差:受眾兩手握住相同活潑性的金屬，觀察電流表是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)；雙手握住不同活潑性的金屬，觀察電流表是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)；比較雙手分別握著“鐵－銅”和“鐵－鋁”時，電流表示數(shù)是否存在差別。

2.閉合回路:兩名受眾手拉手、另一只手握住活潑性不同的金屬棒；兩名受眾彼此不接觸，各伸出一只手握住活潑性不同的金屬棒，分別觀察兩種情況下電流表是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)；

3.電解質(zhì):受眾雙手弄濕或烘干前后握住不同活潑性金屬棒，對比電流表偏轉(zhuǎn)幅度的差異。

4.根據(jù)受眾可能提出的其他猜想設(shè)置體驗方式，如受眾可能會提出“人是不是一塊大電池，電流表偏轉(zhuǎn)是由于人體發(fā)電”，此時可以讓觀眾兩手正握金屬棒和交叉后再握同樣金屬棒，對比電流表示數(shù)是否發(fā)生變化。

在合肥科技館“離心力”展品輔導(dǎo)中，該展品是分別裝入木球和鐵球的兩個充滿液體的玻璃管，呈“倒八字”固定在托盤上，托盤快速旋轉(zhuǎn)后，呈現(xiàn)鐵球上浮和木球下沉的現(xiàn)象。該展品展示的是離心力的概念以及影響離心力的半徑、質(zhì)量、轉(zhuǎn)速三個因素。因此要分解影響離心力大小的因素，設(shè)置探究式學習的體驗方式:

1.半徑:觀眾手持不同長度的繩，繩的另一端拴著相同質(zhì)量的金屬球，以一定力度旋轉(zhuǎn)金屬球，保持轉(zhuǎn)速相同，體驗對比離心力有無差別；

2.質(zhì)量:觀眾手持長度相同的繩，繩的另一端拴著不同質(zhì)量的金屬球，以一定力度旋轉(zhuǎn)金屬球，保持轉(zhuǎn)速相同，體驗對比離心力有無差別；

3.轉(zhuǎn)速:觀眾手持長度相同的繩，繩的另一端拴著相同質(zhì)量的金屬球，以不同力度旋轉(zhuǎn)金屬球，使轉(zhuǎn)速不同，體驗對比離心力有無差別；

4.根據(jù)受眾可能提出的其他猜想設(shè)置體驗情境，如材質(zhì)等。

(二)過程分解型

某些展品由于現(xiàn)象過程產(chǎn)生得過快，使觀眾來不及觀察和體驗到其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和前后變化，導(dǎo)致了認知效果不理想。這種情況下須將整個過程進行分解，針對過程中的不同階段進行體驗，以“最速降線”展品為例進行具體分析。

“最速降線”展品設(shè)有兩條軌道，一條是直線，一條是曲線，起點高度以及終點高度都相同，兩個質(zhì)量、大小一樣的小球同時從起點向下滾落。整個過程中，曲線軌道上的小球先快后慢，直線軌道上的小球先慢后快，最終曲線軌道上的小球先到終點。在輔導(dǎo)時，將整個下滑過程分為上、中、下三段，在軌道旁邊橫向擺放擋板，依次分別顯露軌道的上段、中段和下段，而遮擋其它段，受眾可更清晰地體驗每個階段兩個小球到達的先后和速度差異，從而認知不同軌道對小球重力加速度的影響。

(三)操作分解型

該類型展品因操作方式不同而產(chǎn)生不同現(xiàn)象，須用不同的操作方式進行分解體驗，受眾通過對比來發(fā)現(xiàn)其中的奧秘，進而獲得認知?，F(xiàn)以“橢圓焦點”展品為例具體分析。

“橢圓焦點”展示的是從橢圓池中一個焦點發(fā)射的小球經(jīng)橢圓曲線池壁反彈后經(jīng)過另一個焦點。該展項由受眾自由操作，可以有很多種操作方式，可以從橢圓池中任意位置進行發(fā)射。因此，要對操作方式進行“分解”，即引導(dǎo)觀眾分別采用不同位置、不同方向進行發(fā)射。根據(jù)發(fā)射位置、方向進行歸類，可分為三種操作:從橢圓焦點以外的任意位置瞄準或不瞄準焦點進行發(fā)射；從其中一個焦點面向另一焦點(瞄準或不瞄準)進行發(fā)射；從其中一個焦點背向另一焦點進行發(fā)射。受眾將不同操作方式的體驗進行對比，思考發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

四、結(jié)語

開展基于展品的探究式教育活動是科技館的優(yōu)勢和特色，其根本目的是讓受眾通過體驗、探究進而獲得“認知”。通過對部分教育效果較好的展品輔導(dǎo)實踐案例分析后發(fā)現(xiàn)，如果將展品的原理、過程、操作等進行分解，并設(shè)計相應(yīng)的操作、觀察、體驗過程，可以讓受眾更加清晰地進行探究，從而提高了受眾的認知效果。這種“分解－體驗－認知”方式是一種可行且有效的開發(fā)思路。

本文探討了“分解－體驗－認知”的必要性和原則，并結(jié)合部分實際案例，歸納了三種類型的“分解－體驗”方式。在開發(fā)具體教育活動時，不應(yīng)局限于此三類方式，須針對具體展品靈活運用“分解－體驗”思路，在實踐中逐漸摸索創(chuàng)新應(yīng)用模式。

[1]李文君.體驗式學習理論研究綜述[J].教育觀察，2012(04):83－89.

[2]張浩，吳秀娟.深度學習的內(nèi)涵及認知理論基礎(chǔ)探析[J].中國電化教育，2012(10):7－11，21.

[3]趙瑞芬.多感官學習的研究現(xiàn)狀與展望[J].生物技術(shù)世界，2016(04):286－287.

[4]常娟，霍菲菲.多感官學習在科技館展覽輔導(dǎo)中的應(yīng)用[J].自然科學博物館研究，2016(03): 52－53.

[5]張洲英.知識受眾認知研究[D].武漢大學碩士論文，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 陳 闖:中國科學技術(shù)館館員；研究方向:科普服務(wù)標準化；通訊地址:北京市朝陽區(qū)北辰東路5號；郵編: 100012；Email:chenchuang＠cstm.org.cn。