浅议科技馆探究活动与小学生创新思维培养
李云海
[摘 要]科技馆科学教育活动具有培养青少年创新思维的优势，特别是科技馆面向小学生开展的探究类科学活动，对于小学生创新思维能力的提升有很大帮助。该文初步解析了创新思维的概念，从科技馆开展探究活动对于培养小学生创新思维和创新能力的优势出发，重点围绕当前科技馆探究活动广泛采用的情境教学法和基于问题学习法（PBL）教学模式展开讨论，论证科技馆探究活动营造学习情境与学习迁移能力之间的关系，对PBL如何在探究活动中促进小学生创新思维能力展开分析，并结合近几年江苏科技馆在开展同类探究活动中对学生思维能力的评估分析，围绕科技馆面向小学生开展的探究活动可以提升小学生创新思维能力这一主题作初步探讨。
[关键词]科技馆 探究活动 小学生 创新思维
[中图分类号]G315;G459
[文献标识码]A[文章编号]1001-9596（2020）11-0053-07
科学是一门以培养学生科学素养为宗旨的基础课程，小学科学教育既承担着培养小学生的基础性科学素养，也肩负着为他们继续学习和终身发展打好基础的责任。基础性科学素养包括：初步了解与自身认知水平相适应的一些基本的科学知识和科学方法;养成初步的科学探究能力、思维能力、创新能力、运用科学知识解决实际问题以及进行表达和交流的能力;初步形成实事求是的科学态度、对科学探究的好奇心，具有创新意识、保护环境的意识和社会责任感……而这些基础性科学素养，不是通过传授就能习得和养成的，而是需要通过大量的实践性活动才能得以培养和发展。因此，科技馆界普遍意识到让小学生经历一系列科学探究活动是他们学习科学的重要方式，培养创新思维是科技馆开展探究活动的重要目标之一。当前许多科技馆面向小学生开展的探究活动，不只让参与者了解科学探究的具体方法和技能，帮助他们提高科学能力，形成科学态度，获得科学知识，更把创新思维能力的培养放在重要位置。
一、创新思维初解
创新思维也被认为是创造性思维，是发散思维、聚合思维和联想思维3个维度的结合与运用，它能使个体产生新颖、有价值的产品，或对问题获得新的解答。创造性思维表现为一种技能，它主要体现在科学创造力上。科学创造力通常包括科学探究技能，一般表现为感知力、记忆力、思考力、想象力4种能力。它能清晰地显现在科学探究的过程中，能运用已积累的经验和知识进行科学的加工和创造，是产生新概念、新知识、新思想的能力。
从创新思维的发散思维维度看，发散思维囊括流畅性（多种想法连续性）、灵活性（多种多样的想法）、独特性（独特异于普遍的想法）。聚合思维则包含一致性（基于概念一致的想法）、综合性（思维导图式的集合想法）、单一性（结构良好简略的想法）。联想思维包括类似性（能通过类似点将新旧想法联系起来）、隐喻性（在本质不同的事物之间寻找类似的联系，包括感知、体验、想象、理解）和混合性（从旧想法剥离出新想法）[1]。这3个维度相互影响，相互作用形成共同张力，影响和促进创新思维的形成。
二、科技馆探究活动在小学生创新思维培养中的优势
（一）活动参与对象的自身优势
小学是培养青少年创新思维的关键期，科学探究活动作为科技馆开展的重要科学教育活动之一，参与科技馆探究活动的活动主体是6～18岁的青少年，其中小学生是主力军。青少年大脑有着创新思维的“硬核”条件，据《Cell》杂志刊载的有关研究论文所述，绝大多数哺乳动物侧脑室下區（SVC）和海马体齿状回区，存在可以转换成新生神经元干细胞，其中人类记忆功能，如陈述性记忆（事实和事件的记忆）主要存在于大脑海马体内，而新生神经元对于维持大脑的认知和整体功能有着重要作用。同时，在SVC区域微环境中，室管膜细胞、少突胶质细胞、小神经胶质细胞和神经干细胞相互作用，共同完成构建新记忆，建立学习连接，学习新知识等工作。未成年人特别是小学生，其新生神经元干细胞比成人具有更强的增殖能力，因此小学生具备创新思维发展的巨大潜力和潜能。
创新思维离不开创造性想象力。创造性想象力可分为4个维度，分别是丰富性、灵活性、深刻性和新颖性。从创造性想象力4个维度与年龄关系表（表1）也可看出，小学阶段是创造性想象力增长最快时期。对于小学年龄段的儿童，有针对性地开展科学教育活动确实可以增强他们的创造性思维能力[2]。
科技馆探究活动以小学生为主要活动对象，根据小学生思维活跃，对新事物充满好奇，思维能力具有可塑性，课外学习时间相对充裕的特点，设计和实施针对小学生的探究活动，改变他们的思维惯性，推进元认知对应的思维模式，增强其思维的韧性和敏感性，提高其创新思维能力。
（二）科技馆开展活动的资源优势
科技馆的探究活动凭借科技馆展品的优势，在活动中充分利用展品的科学特性与科学属性，将多媒体课件开发作为主要教材。同时，科技馆依托自身科学实验器材、器具和适合中小学生开展活动的场地等资源，设计各种有趣的探究实验和动手环节，使展品的科学属性拓展与延伸，让孩子在展品、课件、实验、动手实践的共同作用下，锻炼探究学习能力和思维能力。
（三）科技馆探究活动的理念优势
许多省级科技馆在面向小学生开展的探究活动中，运用多种学习方式和教学模式，以帮助提高学生的创新思维能力。比如根据小学生年龄特征、心理特征、认知水平和行为偏好，采取分层次教学、区角教学法、项目教学法、支架教学法、基于问题学习法（problem＼|based learning，PBL）等多种教学方法和教育理念，针对不同个性的孩子进行差异化指导，给予不同的引导，让每个孩子拥有成就感和自信心。这些教育理念和教学方法鼓励孩子基于自身的认真观察和思考，敢于改变思维角度去尝试、试错，让孩子在探究过程中勇于摸索探究方法，表达自己的看法和想法，促进小学生创新思维能力的提升。
三、情境教学法对创新思维的撬动效应
（一）学习情境对创新思维的促进
创造性思维包括创造性想象力和创新能力，是指能够依靠有限信息（尽可能多）结合过去类似的知识组合（旧有经验），创造新事物的想象力和创造力。换言之，创新思维就是在已有信息、知识和经验的情况下，能重新组织、再现和理解信息，改变已有的思维环境和思考模式，有意识、有目的地消除原有思维向心力，跳出原有思考环境的约束，以提升解决问题的能力[3]。想象力是人类创造性思维的重要源泉，虽然联想和想象都是想象力的重要组成部分，但联想是由一个事物想到与之相关的另一事物，而想象则是头脑中创造出未曾有过的新的形象，会产生以往未有的知识和经验。
根据学习情境理论，如在复合情境下学习，变化的情境可以影响学习者知识迁移能力，学习者更可能抽象出概念的特征，形成弹性的知识表征[4]。小学生在校主要是在单一情境下学习，依靠单向信息源，如书本、幻灯片（多媒体）等进行信息传递。在分数成绩和班级年级排名的压力下，学习环境还有一定压力。如果是在单一而非复合情境中学习，情境之间的迁移就相对困难。因此，单一的学习情境无法把知识灵活地迁移到新概念中，会制约学习者思维维度的“升维”，束缚想象力的产生。
（二）创设学习情境的方法
学习迁移能力对儿童创新思维起推动作用。学习包括正迁移和负迁移，正迁移是通过主动确定学生在学习情境中学习相关知识的能力，并在此基础上进行建构来实现。提升学习迁移能力可采取帮助学习者在改变任务的环境中和在改变任务的对象中作出适应，引导其发现解决问题的途径和发明解决问题的工具。因而创设多样化、生动逼真的学习情境能帮助学生实现正迁移，在心理共情和环境融入过程中帮助他们认识抽象的概念以及相关特征，发展更加弹性的知识表征。实践表明，科技馆创设学习情境时要考虑学习任务之间的迁移与任务所具有的共同要素多寡，针对小学生心理特征，情境设立不能过于复杂，环境与任务之间共同要素连接紧密，任务指向明确。
相比学校教育，科技馆面向小学的探究活动中有多元化的学习情境，有适合小学低年级亲子类的学习情境，有面向小学中高年级的丰富多元的学习情境。这些活动设立学习情境时，应将更多容易接受的信息、更丰富的知识概念框架，融入情境学习实践之中，并利用友好的学习界面，让学生在轻松的背景下学习，这样更容易激活他们的背景知识，使创新思维的火花更易被点燃。
正是情境教学法能营造多种学习情境，当前许多科技馆在面向小学生开展的探究活动中，纷纷研究小学科学课程，结合学校所学过的知识点，对接小学课标，设计出多种多样的学习情境，并根据学习情境创设多种对应学习任务。设计学习情境时，在场地环境设计布置（如布置模拟野外科考场景、再现爱因斯坦等科学家实验室等）、道具准备、角色扮演（如学生和科技馆辅导老师扮演活动任务中的角色等）、任务环节上下功夫，突显学习中的构境效应，帮助小学生在活动中不自觉地应用新知识所需条件，提升学习迁移能力[5]。
四、PBL教学模式在科技馆探究活动中的应用
基于问题学习法（PBL）是科技馆小学高年级探究活动中常用的学习模式，它强调以学生主动学习为主，而不是以老师讲授为主，将探究与直接任务或者问题挂钩，使学生投入到问题当中;它强调把学习设置到复杂、有意义的问题情景中，通过设计真实性的任务使学习者自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习能力，拓展思维能力。
那么科技馆在针对小学生的科学探究活动中如何运用PBL呢？首先，PBL是以問题为学习起点，学生参与活动的内容是以问题为主轴进行架构。PBL所探究的问题可以是自然的或是生活中遇到的非结构化问题，没有固定的解决方法和不变的解决过程，学生可不必遵循程式化解决问题思路[6]。科技馆在运用PBL教学法设计小学生探究活动时，常通过问题启发，引导发散思考，培养学生的思维广阔性;围绕问题所提供的线索（可以是学生自己发现或者科技馆辅导员帮助找出）展开对比观察和联想来培养思维深刻性;运用假设排除法并逐一验证，培养思维灵活全面性。有的活动专门为学习能力强的孩子设计，如学校选拔出的兴趣小组成员等。通过设计一定难度的拓展延伸和构设想象环节，让学生进行想象构建，给予学生更大的探究和想象空间，以培养思维的创造性。特别是在活动环节中巧妙安排可发现或创造“例外”环节，由于例外是寻常思维的转化，在创造这种思维环境中，例外本身就是一个新思考的起点，可以推动创新思维的形成。例如探究磁场活动中，设计学生们作为未来科考队将前往火星进行科考探究活动，让他们选择可否携带指南针在火星上辨别方向。拓展延伸环节可以是活动的继续延伸，如活动结束后，让学生带着问题回家、回学校继续思考，通过活动开始时建立的微信群、QQ群，在群里和科技馆辅导员、同学与家长继续探讨，将线下活动延伸到线上。
其次，PBL偏重小组合作学习和自主学习，学习者通过社交发展交往能力和协作技巧。健康、和谐的伙伴关系也对青少年创造性想象力人格的发展具有导向作用。科技馆辅导员在探究活动中应注意加强学生之间的联系，为活动积极创造健康和谐的学习伙伴关系，促进合作学习的顺利进行[7]。由于参与的小学生在活动前有可能并不认识，很多科技馆辅导员通过活动前热身、破冰游戏增进孩子们之间的了解，促进不同交际风格的孩子互相接纳。在活动中，有的辅导员设立小组积分奖励机制，即小组成员共同完成某一阶段任务就可获得一定积分，当活动所有阶段完成，小组凭借积分获得对应奖品，促使孩子们自觉自发建立起良好的伙伴合作关系。实践表明，有良好伙伴关系的学习者，他们的创造性最强，容易改变固有思维的约束。被同伴接纳的儿童，有更多机会扩展自己的思维认识，在不断和同伴（包括辅导员）交流中，思维模式得以不断“升级”，创造性思维得到显著提升。与此同时，科技馆科学教育的弹性化可以适应学生差异性个体学习，其开放性的学习环境有助于学习者建构出有效甄别所需信息的思维体系，因而科技馆能采用科学、有效、符合学习者心理特征的方式，为自主学习提供多样、有效的辅助手段。
最后，PBL要求参与活动的孩子在每一个问题完成和每个课程单元结束时进行自我评价和小组评价，对参与孩子的有效评估是科技馆辅导员推动儿童创造性思维的重要方式之一。引导创新思维有两种方法，一种是不加评判，完全开放，尽情让思维发散;另一种则是批判性筛选，有目的地提取，加以提炼和升华。辅导员要注意以下两点：其一，辅导员要善于将这两种方法灵活地结合运用，既要鼓励孩子打破常规思维模式，改变思维角度，留出广阔思考的空间;又要善于启迪，通过探究活动中对探究对象的局部观察、整体观察、对比思考，结合任务要求和目标将发散的思维合拢聚焦。其二，创新的思维不会从单一的想法中产生。要善于引导孩子结合各种想法，将大脑里跳跃的想法科学而巧妙地结合在一起，不断地加以融合，而不是将想法孤立起来。因此辅导员及时组织讨论和准确的引导就显得尤为重要。辅导员在活动小组讨论中扮演着积极而又重要的角色，他们将热烈的讨论变为有导向性讨论，控制讨论走向，使讨论不会因过于热烈而有些混乱。有时候孩子们原有的知识和旧有经验会妨碍孩子对新信息的理解，使思维迁移变得不畅，这时辅导员要善于启发，帮助孩子用恰当的方法去转化和化解，让孩子们在活动中有目的地掌握类比、推理、归纳分类等方法，促进创新思维的形成和发展[8]。总之，辅导员要帮助孩子们将已有经验和所学知识进行加工和组合，帮助他们产生新的知识和经验，并善于肯定孩子们每种创新的想法。小学生拥有比成人更加多元化、更加活跃的创新思维，要鼓励他们在精心设计的游戏和活动中放飞自己的想象力，对于他们提出的一些想法，即使看似不切实际甚至不符合逻辑常理，也不要轻易否定。辅导员可以根据他们的思维特点加以引导，适时加以表扬和鼓励，让他们不断调整思维方向。
五、从探究活动评估看思维创新效果
通过对探究活动进行评估是实现和检验参与者思维创新教育效果最重要、最核心的手段之一。2011年以来，江苏省科技馆利用寒暑假开展馆内活动，平时每周以到校形式开展“馆校结合”系列探究活动，这些活动每期都有3个及以上单元。目前已开展《学物理不难》《有趣的声音》《化石密码》《探秘光世界》等近10个主题式系列探究活动，这些活动基本面向小学各年级，截至2019年8月，共计开展73期，超过1900名小学生参加。遵循客观性、可操作性、独立性、经济性等原则，从2014年起，馆内活动小组对这些探究活动过程和效果进行测评，并通过以下几种方式对探究活动的创新思维效果进行多方面，多角度的评估。
（一）运用即时通讯工具追踪访问
从2011年暑假，我们要求参与学生在每期探究活动报名时都填写学校任课老师、家庭电话，加入活动QQ群。2016年增加微信群，目的是為多次参加探究活动的学生专设学习档案，方便今后定期通过微信、QQ或者电话访问，追踪了解参与者在校学习情况，了解学生学习思维发展能力。
活动之初，我们发现报名的学生基本来自本馆附近鼓楼地区优质学校，鉴于优质学校本身就重视创新思维能力的开发，学生自身创新思维能力就处于较好的水平。从2013年起，我们在活动报名开始前提早到建邺、雨花甚至江浦区等学校进行推广，让普通学校的孩子也参与到活动中。2016年9月，我们从设立学习档案的263人中，随机抽取三年级到五年级学生96名（普通学校68名，民工子弟学校4名，重点学校24名），进行为期两年的追踪访问，有效调查人数为84人，反馈情况见表2。
（二）填写调查问卷评估
2018年，江苏省科技馆与校外教育机构“蔚来科学实验室”合作，将科学探究课带入金陵汇文、三牌楼、长江路等多所小学，课程面向小学一年级到五年级学生，每周三上一堂课，每学期10节课程，一年两学期共20节探究课程。我们在下学期最后一节课向二年级以上学生发放关于创新思维能力的调查表，由家长和学生分别根据参与一年的实际情况填写，由班主任负责回收，其中有效问卷116份，认为探究课对创新能力思维能力有提高的有77份，占65.25%，认为没有提高的有19份，仅占16.38%。我们在暑期对连续多次（4次以上）参加“小小讲解员”活动和“科普小舞台联欢活动”的小学生也进行相同的问卷调查，作为探究活动调查的对比组。对比组共回收有效问卷108份，认为参加讲解活动和联欢活动对创新能力思维能力有提高的有31份，占28.7%，显著提高的有25份，占23.15%，认为没有提高的有46份，占42.59%，创新思维提高比例明显低于参与科学探究课的比例。
（三）依据学习单进行效果检验
以上2种方法只是受访者主观感觉，需要客观考量工具。小学高年级探究课程都设计有学习单：学习单设10个问题，每个问题10分制。其中包含实验现象30分，实验结果40分，问题解答与思维拓展30分。2018年，我们对历次回收的学习单分组统计，第一次参加探究活动的问题解答与思维拓展平均为12.66分，而多次参加探究活动思维拓展平均分升到18.94分。
通过以上3种方法对馆内探究活动开展情况进行评测，客观上反映出面向小学生开展探究活动对他们的思维创造能力，确实有促进作用。
参考文献
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