刘俊等：基于好奇心理论的科学学习情境设计 | 关注

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（简称“课标”）将“激发学习动机，加强探究实践”作为课程理念之一，明确指出义务教育科学课程“具有实践性”，并提出“倡导设计学生喜闻乐见的科学活动，创设愉快的教学氛围，保护学生的好奇心，激发学生学习科学的内在动机”。实际上，学习动机和学习活动两者之间是互相促进、互相依存的关系，创设有学习吸引力的情境被认为是一种有效的教学方法，既能激发学生的好奇心，又能让学生围绕情境中设定的具体问题展开探究实践。了解好奇心理论有助于教师明晰学生的认知心理特点，有效激发学习动机，让学生真正进入探究实践过程中，享受科学学习带来的乐趣和成就感，提高科学教学的效率和质量。

好奇心是人类探索未知世界的原始动力，推动了人类文明和科学的发展。人类对于好奇心的研究从哲学、心理学、教育学等多个角度展开，逐渐深入神经科学领域。基于不同的研究视角和方法，人类对好奇心的认识不断变化并持续深入，在好奇心与学习行为密切相关这一论点上达成了广泛共识。这些研究不仅增进了我们对好奇心本质的理解，也为优化教育教学、促进认知发展提供了宝贵的启示。

（一）好奇心的分类

从不同维度可以将好奇心分成不同的种类。按照好奇心的对象，可以将其分成四类：知觉性好奇心、认知性好奇心、社会性好奇心和物理性好奇心。知觉性好奇心驱动着生物与外界产生互动探索，这种驱动力会随着生物体持续与外界的接触而减弱。认知性好奇心主要适用于人类，是一种获得知识信息的需求和渴望，因此认知性好奇心被视为区分人类与其他动物的一个重要特征。社会性好奇心指的是人类希望获得关于他人行为、想法、感受等信息或与他人交往的愿望。物理性好奇心指的是人类对外界环境的探索和操控，在此类好奇心推动下，人类仰观天象、俯察地理、思考宇宙、探索万物，产生了各种探索性行为。

还可以根据搜寻信息时个人专注程度的不同，将好奇心大致划分成“信息猎人”和“信息漫游者”两类风格。前者意味着持续追寻同一组主题的相关信息，实现持续深入的探索；后者更倾向于浏览各种不同类型的信息，但对每个主题或领域的理解保持在较浅层次。英国心理学家丹尼尔·伯莱因提出了相类似的观点，他认为好奇心可分为一般好奇心和特殊好奇心两种，即积极寻求不同来源的新奇事物和挑战的一般好奇心，以及在特定的刺激或活动中对个人知识经验进行积极的深度探究的特殊好奇心。[1] 比如关于科学好奇心，国内有学者将其界定为“个体对科学领域的信息和现象表现出强烈的兴趣，以及产生的好奇、怀疑、矛盾、认知冲突等多种心理状态交织的一种心理行为倾向”。[2] 由此可见，科学好奇心归属于特殊好奇心的范畴，事实上科学家的好奇心大多也属于特殊好奇心。我们可以把科学好奇心看作各类好奇心在科学学习领域的具体化表现，它与前面所提及的物理性好奇心具有很多共同之处，与认知性好奇心也有一些交集。

（二）好奇心的产生机制

围绕好奇心的产生机制有两种主要观点。一是“本能论”。这种观点认为好奇心是生物的一种本能反应，把人类的好奇心看作生物个体对外界环境的一种适应性表现。古希腊哲学家亚里士多德明确指出“求知是所有人的本性”，而求知在很大程度上是由好奇心直接驱动的。二是“信息缺口理论”。所谓“信息缺口”，指的是一个人目前所知道的信息总是与他想知道的信息之间存在差距。新知识的获得消除了原先的“信息差距”，同时又会催生新的“信息差距”。这种理论比较合理地解释了个体好奇心的发展变化和动态起伏。

随着神经科学研究新技术和新成果的不断出现，一种将神经科学与认知心理科学相整合的好奇心形成机制[3] 受到关注，认为好奇心有两种主要的产生驱动力。一种是个体对新异情境的预测误差刺激了大脑内部的海马神经元群，从而引发好奇心及探索行为；另一种是信息差距导致前扣带皮层发出认知冲突的信号，从而引发特定的认知性和知觉性好奇心。预测误差和信息差距会触发由外侧前额叶皮层支持的评估过程，评估结果要么引发好奇心和探索行为，要么引发焦虑情绪和行为抑制。

综上可见，好奇心的产生涉及多种因素的相互作用，了解这些因素对于理解好奇心的本质以及促进学生认知发展具有重要作用。在教育领域，绝大多数心理学和教育学理论都将儿童的好奇心归类到积极正向的学习因素之中。所有学科的教师都普遍认同好奇心是人的天性和本能，是推动学习新知识、探索未知领域的主要动力。科学教师尤其应当合理运用好奇心理论，创设有吸引力的学习情境，提升科学教学效果。

学习的意义发生在具体的学习情境之中。学习离不开情境，学生总是在某个学习情境中理解教师设定的学习目标和内容。因此，几乎所有的教学理论都强调学习情境的重要性。情境的作用是通过调动学生的好奇心帮助他们聚焦探究问题，进而通过自主探究活动将好奇心转化为解释自然现象和迁移应用知识的能力。[4] 比如，建构主义理论强调学习者通过主动构建知识来理解世界，学习情境为学习者提供了一个模拟真实环境的学习空间，能够推动他们在实践中探索、尝试和解决问题，从而更好地理解和掌握知识。科学教师普遍认同，通过创设恰当的科学学习情境能够激发学习者的学习兴趣和动机，从而提高科学学习活动的效率和质量。

（一）科学课程标准对学习情境设计提出好奇心的要求

课标中“情境”一词出现了百余次，是仅次于探究、实践的热词，具体表述包括“创设真实的问题情境”“结合虚拟情境”“确定试题情境”“交流情境”“研讨活动情境”等，涉及微观层面的试题情境、中观层面的交流研讨情境、宏观层面的真实生活情境等不同对象，可见其内容之丰富、内涵之深刻。

在课标语境中，学习情境并不是完全“自然发生”的，而是教师有意识构建和创造出来的，是“设计发生”的，是一种有明确目的的“创造性”活动，借助这种设计，可以引导学生不断为自己提出学习任务并寻求完成学习任务的方法和途径。学生在学习情境中产生对问题的好奇心、不理解，以及他们在解决这些问题的过程中所犯的错误和所得的收获，其本质就是在学习。因此，学习情境设计不仅是一种有效的教学策略，更是一种具体的教学要求，特别是在好奇心维度对教师提出了要求。具体来讲，科学学习情境至少要具备两个特性：一是具有吸引力，能够有效激发学生的学习动机和认知需求，引出特定的学习问题，引发特定的科学探究实践活动；二是具有支架性，学习情境不仅在导入学习阶段起作用，而且在整个学习过程中能够持续推动学生的认知思维活动，展现科学世界的复杂性和丰富性。吸引力可视为好奇心在学习内容上的具体体现，支架性则可视为好奇心在学习过程中的持续体现。教师要主动设计包含“学科问题”“学习元素”“学习意义”等在内的具体情境，将学生遗忘、忽略、不知道的学科信息整合在学习情境之中，让这些信息与学生记忆、体验及思维发生反应，激发好奇心，让好奇心贯穿学习全过程，促进科学学习真正发生。

（二）好奇心在科学学习情境设计中的迷失

情境教育的内核是通过创设和优化学习环境唤起学生的学习动机，引发“学习投入行为”，最终实现学习理解。然而在科学学习情境的设计过程中，教师在激发学生好奇心方面容易出现以下三类问题。

一是学生的好奇心缺乏活跃度。主要表现为学习情境设计只关注信息的输出和呈现，尤其是当教师通过阅读教科书、讲述故事或利用图片、视频等多媒体资源进行演示时，学生不参与互动和交流，缺乏表达自己疑问或观点的机会。在这种情形下，学生是信息的被动接受者，容易导致对学习情境中所蕴含的问题或现象缺乏足够的体验感和思维度。“交往不仅是教育的一个环节，而是教育的整个环节，教育就是为了人与世界去交往。”[5] 学习情境的价值就在于为学生提供一个适恰的与知识、同伴以及生活世界交往的场域。

二是学生的好奇心缺乏生长点。主要表现为所创设的课堂学习情境是从“教师如何教”的视角出发，而从学生好奇心生长的视角出发则需要教师了解学生的兴趣爱好，使学习情境引起学生的关注和参与；充分考虑学生现有的知识水平，学习情境不能过于简单或困难；关注学生个体差异，学习情境应满足不同学生的需求；学习情境的呈现方式应与学生的学习风格相匹配等。

三是学生的好奇心缺乏教学性。主要表现为学习情境中所包含的信息与课堂教学内容的内在关联不强，比如关键信息不突出，学生无法明确学习的方向和重点；学习情境中包含过多干扰信息，分散了学生对教学目标的注意力；学习情境不提供反馈环节，学生无法了解自己的学习成果与目标间的差距。有效的学习情境设计应该包括对学生学习进度和理解程度的评估，教师应密切关注学生在特定学习情境中的学习表现，根据学生的反馈和需求适时调整学习情境，以更好地满足学生的学习需求，让情境持续对学习活动产生作用。

从好奇心理论视角出发进行学习情境设计，本质上是一种以激发学生好奇心为内在动力，推动其主动学习的教学策略。从形成机制来看，学生的好奇心一般由信息缺口、预测误差、新奇性、不确定性以及挑战性等因素引起，科学教师不妨以此为切入口，设计引人入胜、支持探究的学习情境，激发学生的好奇心，使他们成为对科学充满兴趣和激情的终身学习者。

（一）利用信息缺口

信息缺口理论指出，学生往往不会对自己完全陌生的事情感到好奇，唯有对某类知识或现象有了一定了解，同时又意识到尚有未知部分的存在时，才会产生好奇心和探究欲。信息缺口有多种表现类型，包括：未知领域型，即呈现知识空白区域，唤起学生对新知识的主动探究；存疑争议型，如呈现科学史上的未解之谜或争议话题，引发学生自主思考；未来趋势型，如与学生一起探讨科学发展的可能趋势，激发学生对未来世界的想象。教师要善于识别和利用不同类型的信息缺口，最重要的是基于教学内容的难易程度和学生的认知状态，准确定位信息缺口。借助各类信息缺口进行学习情境设计之后，教师还需要给学生适当提供相关信息，搭建支架持续激发学生的好奇心，让学生主动寻找缺失的关键信息，培养自主学习和解决问题的能力。

（二）体验预测误差

所有魔术师都擅长利用预测误差进行表演，他们通过精心设计的流程先让观众认为自己的预测完全准确，然后在某个合适的时机让他们看到出人意料的结果。在设计学习情境时，教师可以采用相类似的教学策略激发学生好奇心。这种策略大体分为三个基本环节：（1）现象预测。教师通过学习情境设计，让学生基于已有知识和经验对即将发生的现象进行预测，促发他们运用科学原理进行逻辑推理。（2）产生误差。通过实验或演示让学生留意到预测与实际之间的不符甚至背离，这种误差可以是教师的预先安排，也可以由实验自然产生，其目的在于激发学生的好奇心。（3）明确问题。在学生体验预测误差后，教师引导他们分析和讨论为什么会出现预测误差，比如理论不完整、实验条件变化、操作失误或其他因素导致等。这种策略不仅能够提高学生的参与度和兴趣，还能够培养他们的科学思维和问题解决能力，促进对科学概念和原理的进一步理解。

（三）展示新颖事物

心理学研究结果表明，学生往往会被新颖、奇特或不同寻常的事物所吸引，如果教师能够提供新的观点、概念或教学方法，那么学生更容易产生好奇心。比如，为了探究人体构造、生理机制和生命过程等人体科学知识，教师可以设计交互式人体模型、虚拟解剖技术等新奇技术支持的学习情境；了解环境保护、可持续发展和气候变化等议题时，教师可以利用生态农场、环保科技展品等新奇事物设计学习情境；声、光、电等物理知识的实验教学情境设计，教师可以向学生提供一些生活中并不常见的实验器材，如水果电池、人体验电球、手摇发电机、特斯拉线圈等，让学生获得前所未有的新奇经历。

（四）营造不确定性

人具有探索和理解周围世界的本能，尤其面临不确定性状况时，内心深处会产生得到确定性结果的强烈期待。教师在设计学习情境时不妨引入一些具有不确定性的元素，如提出开放性问题、罗列不同的观点、讲述有悬念的科学故事、提供模糊的信息等，让科学学习成为一场充满探索未知与寻找终点的旅程。从科学史角度来看，科学发现本身也具有不确定性，在探究不确定性现象的过程中，学生不仅需要学习如何提出问题，形成对问题个人意义上的科学解释，更重要的是学生还需要与他人探讨各种科学解释的合理性。这有助于他们理解科学知识的发展过程，以及科学理论如何在反复质疑和验证中逐步完善，有助于他们批判性思维的培养和科学世界观的形成。需要指出的是，一堂课中不宜出现过多基于不确定性的学习情境和任务，以免学生产生学习困难或焦虑情绪。

（五）布置挑战性任务

挑战性任务情境设计可以基于课堂，也可以基于课外。课堂中的挑战性任务目标指向全体学生科学素养提升，课外的挑战性任务主要面向那些具有科学家潜质的青少年，而具有科学家潜质的学生往往对挑战性科学问题更加好奇并乐于解决。教师在设计课内外的挑战性任务时，一要体现教育性，应确保学习情境与教学目标相一致，避免把挑战性任务变成纯粹的娱乐性活动；二要确保安全性，应考虑学生真实的知识和技能水平，给予学生适当的引导和支持，绝不能让挑战性任务变成危险性任务；三要注重过程性，应设立清晰的任务评价标准，便于学生开展阶段性自我评价和反思，了解自己的成果与预期目标之间的差距。

科学好奇心在科学教育中具有重要作用，有助于激发学生的探索精神和创新能力。不同学生好奇心的表现和需求往往也是不同的，这就需要教师采取一种理性和审慎的态度，着力于创造一个个既有趣又正面的学习情境，确保学生的科学好奇心得到充分关注和恰当引导，同时远离那些可能违背社会道德规范、超越科学伦理界限或对身心健康造成伤害的不良好奇心，着力把学生培养成未来社会的创新者和负责任的公民。需要指出的是，对科学的热爱受多维度因素的影响，不仅仅源自好奇心的驱动，科学之美、严密性、逻辑性以及科学在解释世界、改善生活中的作用等，都是激发和维持科学热情的重要因素，这些也应当成为教师设计科学学习情境的出发点。