科学教学中的惊奇感：内涵、价值及实践路径

万荣根，李茂春

（1.温州大学教育学院，浙江温州 325027；2.瑞安市莘塍第一中学，浙江瑞安 325206）

长期以来，由于受科学实证主义的影响，科学教学非常强调实验教学和逻辑训练，试图培养学生获得理性的科学知识体系。这种认识似乎掩盖了科学丰富的内涵，即科学还具备充满猜测、富有想象的一面。因此，激情与美感理应构成科学教学重要内容。《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出教师应“创设愉快的教学氛围，保护好学生的好奇心，激发学生学习科学的内在动机”[1]3，“创设良好的学习情境，设计适宜的探究问题，引发学生的认知冲突，激发积极思维”[1]3，培养学生的科学核心素养。

然而，迫于中考、高考“升学率”的压力，实践中科学这种知性与感性的诉求并没有得到科学教学的重视。不少教师的科学教学变成了以知识传授为中心，以技能掌握、考试得高分为目的活动，相应地学生的科学学习变成了一种“刷题训练”“学习套路”的活动，乐趣不多，激情更为缺乏。也即科学教学注重知识技能训练，变成了“程式化的训练”，成为一种“唯理性教育”活动，较为忽视学生的情感需求、情感体验、审美情趣，学生不能很好地体验到科学的“妙趣”“神奇魅力”，难以体会到科学的审美价值、科学学习的生命意义。为回应我国《科学课程标准》的要求，解决当前科学教学重知能、轻情感的问题，本文试图从惊奇感视角进行探索。

一、惊奇感内涵及其科学教学价值

（一）惊奇感的内涵

何谓惊奇感，目前课程与教学研究领域并没有对此进行明确的界定，不同的研究者提出各自的描述，他们主要从认知、审美两条路径开展探讨。认知维度的惊奇感探讨，可追溯到古希腊哲学家柏拉图的哲学开端——“惊奇说”，他在《泰阿泰德篇》中指出：“惊奇是哲学家的感觉，哲学始于惊奇”[2]。柏拉图奠定了哲学开端的基本情调——惊奇，后来者亚里士多德对柏拉图的哲学起源“惊奇说”进行了详细阐述，他在《形而上学》中指出：“人们开始哲理探索都应起于对自然万物的惊异；他们先是惊异于种种迷惑的现象，逐渐积累一点一滴的解释，对一些较重大的问题，例如日月与星的运行以及宇宙之创生，作出说明。一个有所迷惑与惊异的人，每每惭愧自己的愚蠢无知；他们探索哲理的目的是想脱出愚蠢。显然，他们为求知而从事学术，并无任何实用的目的。”[3]。从古希腊哲人的论述来看，他们眼中的惊奇多指“好奇”“疑惑”，探寻奥秘，追求智慧，消除无知，摆脱愚蠢，有所发现而带来的惊奇感，即一种纯粹认知探究、智慧追寻过程中的情感。鉴于古希腊的哲学和科学没有分离，“惊奇说”可为当今的科学教学提供思想资源。古希腊哲人的论述也为后来者进一步探讨何谓惊奇感做了很好的铺垫，近代科学始祖法国人笛卡尔则认为惊奇感是一种激情，是“所有激情当中最基本的一种”，惊奇感的产生是“当我们与某个事物第一次突然邂逅的时候，我们判断它是一种新的东西，或者是与我们之前认识的东西非常的不同，抑或是与我们所设想的它应该是的样子完全相异，由此，这个事物就使我们感到惊奇、惊愕”[4]。笛卡尔对惊奇感的界定点明了惊奇感的本质属性及其发生机制，为引发惊奇感的科学教学策略设计提供了学理机制。

上述论述表明，惊奇感是带着渴望情感的求知。在美学家眼里，这样的求知还伴随美的出现，惊奇感在艺术领域有大量的探讨，美国新历史主义文学批评家斯蒂芬·格林布拉特认为惊奇是艺术作品不可或缺的性能与力量，“所谓‘惊奇’指的是展览品所具有的这样一种力量：使观者驻足凝视，传达一种引人好奇的独特感受并激发出一种精神被提升的感觉”[5]。有研究者认为：“自然的或人为的欣赏对象对欣赏者产生的震惊、迷醉、震慑便是美学中所说的“惊奇”。惊奇感是客体带给主体的一种无尽的审美快感。”[6]“美学之父”鲍姆嘉滕认为：“惊奇是对灵魂的突然占有，以致灵魂沉浸在对那种在它看来是罕见的和非凡的对象的观照之中、惊奇是手段，而不是目的。”[7]从这些论述可以看出惊奇感主要有三层意思：第一，惊奇感缘于物体的一种性质，是某些看上去令人惊异的特质；第二，惊奇感是该物体与一个人相遇时对其产生的影响，是既成事实的情感[8]120。换言之，惊奇感既缘于客体的特质，也是主体的体验[8]120。第三，惊奇是手段，不是目的。文学、艺术作品不能为了惊奇而惊奇，惊奇的目的是让欣赏者领略作品的“想象力、创造力”，把欣赏者引向“作品意境”“积极情感体验”和“健康的审美情趣”。在美学家看来，惊奇感是一种审美发现，是一种极致的审美心态，是那种怦然心动、非常强烈或震撼的审美体验。有研究显示——在惊奇中，本来是片段的、零碎的感受都被接通为一个整体，观赏者的心灵受到了强烈的撼动，而作为审美对象的作品里潜藏着、幽闭着的意蕴，突然被敞亮了出来[9]。可见，在美学中惊奇感富有新奇与奇异的外部世界与主体相遇，而主体敞开心扉向客体发出邀请后所获得独特的审美体验。审美维度的发现体现了惊奇感是认知、情感和审美的统一，是一种遭遇异象、探秘解惑、迸发激情、萌生愉悦的融合状态。

何谓科学教学中的惊奇感？承接哲学惊奇感的思想，借鉴审美惊奇理论，惊奇感是指在科学教学过程中，教师创设情境或设计任务，与学生的科学认知、思维习惯和心理期待产生强烈的冲突，以便真实性科学学习得以发生，学生产生科学探究的强烈情感动机及其审美体验。惊奇感是一种激发学生科学学习、开展探究的情感动机、驱动科学教学的情感力量，也是学生科学学习的强烈审美情感体验，还是一种饱含认知、情感、审美的教学工具。

（二）惊奇感的科学教学价值

1.引发好奇，增强动机

科学始于惊奇，探究源于好奇。在科学教学中，如果教师按照程式化的流程开展知识传授，而且教学方法单一，惯用习题训练学生，让他们掌握那些抽象的概念和干巴巴的公式，课堂教学“波澜不惊”，遮蔽了学生的好奇心，他们定会感到科学课程的枯燥、无趣、无味。如果教师根据教学内容，结合学生的实际，呈现令人震撼的自然现象视频、图片，演示实验或让同学做一些有趣的实验及游戏，或利用日常生活现象创设饶有趣味的教学情境。这些自然现象、实验现象，尤其是学生从未看到过的、有趣的科学现象能让他们感受到科学的惊奇性，也会让学生心中产生困惑，引发他们疑问：为什么会出现这种现象？现象后面隐藏的科学原理是什么，促进他们产生查阅相关资料去解决困惑的冲动，产生动手实验去验证自己的猜想的激情。简要地说，惊奇现象能让学生遭遇认知冲突，会让他们意识到自己的知识不完整，或者是错误的，引发他们的认识性好奇心，萌发探究欲望，激发他们科学学习的兴趣与热情。

2.拓宽视野，震撼情感

惊奇感是在科学学习过程中产生的一种情感反应。教师演示或学生自身操作的实验现象是学生没有见过的科学现象，其结果也是学生意想不到的。教师也可利用日常熟知现象来创设教学情境，让学生独辟蹊径挖掘其隐藏的科学原理，大开眼界，见证奇迹时刻。这些令人惊奇的现象是大自然赠予学生学习科学的礼物，让学生见所未见、闻所未闻、想所未想，有助于学生用新的眼光看待事物，让他们通过一种全新的方式来看待熟悉的事物[10]149。

认知的困惑产生惊奇，惊奇是一种强烈的情感体验，它可以给人一个机会去钦佩，感到惊讶，诧异、困惑、迷惑和神秘。除了这些情感体验，非常强烈的体验是情感冲击或受到震撼。学生看大自然现象引起视觉上的震撼，那种独具匠心的设计、非凡的技艺、令人钦佩的绝妙想法会令人震撼[11]。这种情感震撼让学生感受到大自然的神奇、获得日常生活的新体验、新视角，获得科学学习活动的“巅峰体验”，从心底爱上科学。

3.重构价值，触动心灵

在科学学习、实践探究过程中，学生惊讶于日常生活现象与科学原理之间意想不到的联系，欣赏和惊奇于自然现象的美，在认知与情感的双重冲击下，逐步走进了审美体验，由此，在惊奇感带动下，一是科学学习的价值从功利走向了纯粹，科学学习回归科学学习本身，对自然现象感到好奇、困惑、惊奇，涌现并提出一系列的问题，迫切、兴奋地想去窥探自然现象后面的奥秘，主动地去调查和实验；二是在动脑动手的实践中，学生对教材中的科学知识、对周围习以为常的事物和现象有了新的发现和理解，发现科学之美，获得了看待世界的新方式，能运用所学的科学知识解释令人惊奇的自然现象，见证科学的奇迹时刻；三是学生沉浸于并体验到探索、发现、创造、制作的乐趣，体验到科学知识和科学方法的个人意义和价值，逐渐领悟到科学精神及其本质，实现“认识价值”“情感价值”和“审美价值”的统一与交融，并从中吸取养料，构建自己的精神世界。

二、惊奇感在科学教学中的实践路径

（一）实践路径的提出及其缘由

惊奇感可广泛地应用于科学教学，至目前为止并没有出现统一的实施程序。为便于广大一线教师应用惊奇感于科学教学，本文提出如下实践路径，即唤起好奇—体验惊奇—催生神奇。该实践路径的内在逻辑在于：要产生惊奇感首先需要唤起学生的好奇心，有了惊奇感后还需要把它升华为神奇感。之所以提出这样的实践路径主要基于如下三个方面的理由。

一是就惊奇感产生机制来看，科学学习是以认知为基础，需要经历好奇到惊奇的过程。首先，科学教学中的惊奇感需要让学生感受到“奇”，所谓“奇”，异也，即不同，不同寻常，包含了认知因素，惊奇感的发生与学生的认识有关。学生在日常生活实践中通过五官获得有关科学方面的日常感受、经验，形成日常概念、常识。在学习科学过程中会形成对科学的认识以及对世界的看法，建构科学知识经验，逐渐沉淀为自己的认知观点，在日后的生活、学习中，学生常常依据常识或观点作为“认知参照点”来认识周围世界[12]。如果科学现象、事物、事件超越学生已有的认知，学生用旧有知识、经验、观念无法解释、无法同化遇到的事物及其现实，即与其原有的认知产生冲突，便会产生惊讶，如果认知冲突激烈到一定程度，惊奇便诞生。比如按照常识，学生都知道纸张遇到火很容易燃烧，但纸棒缠绕铜丝或装有水的纸盒都不易点燃，这都与学生的认知相矛盾。再如灯泡在特斯拉线圈附近时瞬间被点亮，灯泡“隔空点亮”，无须电线，颠覆了学生原有的灯泡点亮需要电线等经验认知，这些认知冲突易产生探究好奇，让学生感觉很有趣、神奇。其次，惊奇感产生还在于科学学习过程与结果超出了学生的心理预期。一般来说，在每次科学学习活动之前，学生对学习结果或学习过程都会有某种心理期待。当学习过程、结果超出原先预期时，出现了与预期相反的积极结果，出乎学生的意料，惊奇感便产生。比如“用毛笔蘸水（事先滴有酚酞）在纸上写字，等到晾干后，用喷雾器（装有NaOH溶液）喷在纸上，发现白纸迅速出现红色的字，然后用另一个喷雾器（装有盐酸溶液）喷在纸上，发现字消失了。”[13]这种无中生有，有中生无现象，认知反转，引发冲突，一波三折，期望落空，激发好奇，顿感惊奇、神奇。可见，心理预期在惊奇感发生过程中具有导引作用，因而在科学教学过程中要产生惊奇感，教师要把握学生的心理预期，“制造意外”。这两种情况都与好奇感息息相关，在一定程度上可以说，惊奇感始于科学学习的好奇感，需要教师创设条件让学生先经历好奇。

二是科学教学为了学生更好地体验到科学的奥秘与伟大，让学生产生对科学的强烈认同感，需要经历惊奇到神奇的过程。科学教学不能仅仅满足于让学生获得惊奇感，恰恰相反，产生惊奇感后，教师需要引导学生升华惊奇感。一个好的科学教学，是富有吸引力的，它能让学生深刻地体验到科学探索过程之美，领略到科学知识之美，甚至让学生愿意投身于科学事业。这其实就要求教师还应随机引导学生对科学现象进行“审美观照”，以“美”的角度“审”视科学现象，让学生体验到“审美惊奇”。课堂教学中，用图片、照片、视频或实验展示，让学生领略神奇物理现象、化学现象、生物现象的对称、和谐、整齐、精致等具象之美，进而探究现象所蕴藏的科学原理，引导学生感受科学理趣之美。教师还应引导学生走出教室，把眼光投向更为广阔的大自然、观察日常生活更丰富多彩科学现象，在与自然接触中、在审视日常生活中，对大自然产生亲切感、神秘感、敬畏感。这样的教学过程体现了从惊奇到神奇的过程，这里的神奇是对惊奇的超越。

三是好奇、惊奇、神奇三者之间本身就具有内在紧密联系，具有递进的学习关系。上文表明，实践路径体现了好奇感、惊奇感、神奇感的产生过程是个不断递进深化过程。表1进一步呈现了三者的联系与区别，同时更好地辅助说明前面两点理由。

表1 好奇、惊奇、神奇的区别

（二）实践路径的具体展开

1.制造认知冲突，唤起好奇心

黑格尔认为：“人与自然一体时还没有惊奇感；人完全认识自然时已不复有惊奇感。只有在这两阶段之中，即主体与客体尚未完全分裂而矛盾已开始显露的时候，人才有惊奇感。”[15]为此，教师必须在“认识主体与客体”之间制造矛盾冲突，即认知冲突，打破学生的现有的认知平衡状态，唤起学生的好奇心，激发学生的求知欲望及探索激情。这可从两方面开展行动：

一是找到认知参照点。在设计教学时，教师可以通过多种途径来了解学生已有科学知识经验，找到与教学内容紧密相关的认知参照点，为制造认知冲突，引发好奇心创造条件。教师可通过日常闲聊，也可选用诊断性前测方式，运用solo分类方法找到学生学习新知前的“知识基础”“思维定势”，或运用思维导图方式让学生复盘已学科学知识节点之间的逻辑性，找到学生的“迷思概念”，相应的知识缺陷，还可分析学生的课表现、作业完成、探究过程、活动成果等方面，了解学生的知识基础、认知水平、思维特点以及对科学知识存在片面的或错误的理解、认识。比如在教授浮力这一知识内容之前，教师可以通过访谈、概念图、作业等方式，了解学生“对于浮力产生的原因、影响浮力大小的因素、浮力的方向这三个科学概念的理解”[16]16，找到有关浮力的迷思概念，不如“物体的沉浮与物体的轻重有关、物体的沉浮与物体的体积有关、物体的沉浮与物体的空心、实心有关”等[16]18。针对学生的迷思概念，教师只要做一个“胡萝卜漂在水面上”对比实验，认知冲突便产生了，可以说，教师对学生已有的科学认知越清楚，就越容易精准找到认知参照点，越能成功制造认知冲突。

二是制造认知冲突。在课堂教学过程中，基于冲突图模型，教师可利用学生认知参照点，即“前科学概念”[17]与科学概念、原理的矛盾制造认知冲突，并且用实验、视频、图像等方式，将认知冲突可视化。比如，在牛顿第三定律教学中，老师可首先展示一张照片，说明了一辆巨大的卡车和一辆非常小的汽车迎面相撞，然后要求学生预测施加在车辆上的力的大小。在学生预测之后，老师告诉学生牛顿提出了一个公理，根据这个公理，一辆巨大的卡车施加在一辆非常小的汽车上的力在大小上等于这辆小汽车施加在卡车上的力[10]156。在这个案例中，学生以往的认知、直觉与观测事实相违背，即观测事实与认知参照点产生冲突，让学生感到很意外，从而产生一系列“问题”及解决问题的冲动。总之，教师要针对学生已有的知识经验、思维定式，利用一些不寻常的自然现象或日常普通、熟悉的物体和现象，设计“差异性事件”，对学生已有的科学认知、思维产生冲突、冲击，出乎学生的意料，激发学生探究欲望。

2.开展趣味探究，体验惊奇感

惊奇感具有具身性，惊奇感的体验是一个动脑、动手、动情的过程，是身心沉浸、知行合一、行思交融的过程。虽然在课堂教学中，教师创设情境能让学生体验到惊奇，但必须指出，不是每堂课都存在见证“惊奇时刻”，况且课堂学习时间有限，因而，教师必须对课堂教学进行拓展、延伸，设计具有新意的、有趣的课外探究活动，让学生在“生活世界”中有更多的机会体验到惊奇感。

为此，教师首当其冲要依据惊奇产生的“心理预期机制”，以教学内容为主线，选择、改编、创设学生在家庭、室外、野外可以完成的实验。这些实验简单易做、材料常见、普遍易得、有一定的挑战性、趣味性、结果会出现意外惊喜，能为学生“带来探索、发现、创造的乐趣”[18]，比如让朋友坐在椅子上，头向后仰，你用食指抵在他的前额上并向下压，他就无法站起来等[19]，学生做这个游戏前一定会觉得很容易站起来，做完后一定会纳闷为什么会这样呢？学生在做实验的过程是一个情感经历非常丰富的过程，从兴奋、期待、好奇、到意外、惊奇、惊叹、困惑、好玩。在完成实验后，学生感觉自己就像一个魔术师，完成了令人惊奇的魔术表演。学生在做实验的过程也是审美体验展开的过程：发现物体的外表美、结构美、实验现象的静态美、动态变化美、实验操作美以及实验探究时人的精神状态美。与此同时，教师也可以布置一些观察活动，让学生走进大自然、深入生活细致观察周边的自然现象、日常生活现象，体验大自然、日常生活所带来的惊奇感，或者布置一些发散性思维的任务，比如平常物品的不平常的用途和功能，让学生感觉到物品的奇妙性。教师也可以让学生用拼接、自由组合方式提出一些有趣、让人眼前一亮的问题去考考其他同学，让同学之间相互挑战，“制造惊奇”，体验到思维的乐趣，体悟到科学的魅力。

3.增强审美观照，催生神奇感

增强审美观照，首先要破除功利主义。鉴于升学考试的压力，科学教学追求必要的“功利”无可厚非，但陷入功利主义的泥潭则有违科学教学的本意。如果一个学校或教师被功利主义遮蔽“双眼”，把考试当作目的，教师或学校整体忙于“功利”计算及知识训练，把“分数”及其“分数背后的各种奖励”当作奖赏，易使科学教学陷入“艰辛”，教师、学生无暇、无法或不屑于、不知道领略、欣赏科学的美。惊奇感的生成则让学生在学习科学的过程中惊叹于自然现象的美，震撼于科学实验的“魔性”，对自然和科学心存敬畏，忘记了所谓“功利”的存在，消解了一切“负累”，进入了“澄明之境”，回归到学习科学的本质，即回归于对世界的充满好奇，对未知世界有一探究竟的热情、热衷于对世界的思想实验。学习科学的目的纯粹是为了满足自己的好奇心以及验证对未知世界的各种猜想，是一种理性的“冒险之旅”，也是一种妙不可言的“审美”情感体验。吸收科学养料构建自己的精神世界，生命受到泽润。让知识与思想随行，让功利让位于审美，有必要对科学教学进行“审美观照”。

其次，制造偶遇，“一见而惊”。神奇感的产生有审美客体“奇”的特征，又有审美主体“神”的体验。一般来说，在科学教学过程中，“一见而惊”是指在某种特定的情形之下，审美主客体骤然相遇，由于对迥异寻常客体的极度激赏，在主体心中蓦然升腾而起一种独特惊奇的美感体验，因其在主体审美经验世界的缺失，所以在得以补偿的刹那表现得尤为强烈[20]。而科学教学在绝大多数情况下是一种有目的、有计划、有组织的活动，除了在日常生活中“偶遇”外，在科学教学中这种“一见而惊”的审美偶遇是教师精心设计的产物。为此，教师要去了解学生的日常生活经历、生活经验、学生已有的科学知识结构、认知方式、审美情趣，找到学生平常未见的美妙自然现象、未闻的科学事件、天籁声音、文字构建的画面意象、意境、故事等，以科学内容知识为切入点，尽可能以可视化的方式呈现在学生面前，从而达到“一见而惊”“感受到心灵的激荡与震撼”，进而觉得神奇的目的效果。

再者，制造意外，催生神奇感。“一见而奇”即“视觉惊奇、神奇”，更多地强调视觉引发的审美惊奇、神奇体验，在日常科学教学中大多数情况处于“不惊奇”“不神奇”状态，因而要实现审美的 “不神奇→神奇”，则必须由认知来引发。“不神奇→神奇”意味着具有引发神奇审美体验的客体没有被发现，其原因可能是审美主体缺乏“发现美的眼睛”，或是审美主体过于功利、忙碌而无意、无暇对客体进行“审美观照”。在科学教学中，如何让学生从“不神奇”走向“神奇”？其中最重要的策略是对教材内容、日常司空见惯的科学现象“陌生化”“化平凡为神奇”。教师用信息技术、实验等对教材内容、日常科学现象加工改造，使得科学知识变得新颖、形象、生动有趣，唤醒审美休眠，引发神奇感，比如小时候不少学生都玩过陀螺，在讲授磁性时，教师可以用陀螺演示一个新玩法：用磁铁和陀螺做一个悬浮实验。首先让陀螺在塑料片上转动起来，转动时注意陀螺转动的中心点和磁铁的中心垂直，然后慢慢抬起塑料片，再抽掉这个塑料片，结果出现陀螺悬浮在磁铁的上方[21]。学生首次看到这种现象会觉得不可思议，感到很神奇，急切想知道为什么会悬浮，教师引导学生明白科学原理后，要引导学生去欣赏科学现象美——悬浮，动静结合的美。平日教师要多引导学生去发现科学知识的另一面即“简单美、对称美、和谐美”[22]，假以时日，学生便学会用科学与审美的眼光静观日常万物、万象，对大自然、对科学产生神奇感、敬畏感。

三、结语

惊奇感源于学生对熟悉事物和未知事物某些现象的陌生感和视觉冲击力，来自于学生科学认知的局限性。惊奇感能使沉闷的、程式化的科学课堂教学变得别开生面、波澜起伏、妙趣横生，融科学知识、科学思维、价值情感、审美体验为一体，让学生对科学产生好奇，感受科学的魔力，触动学生的心灵，从灵魂深处彻底爱上科学。当然，惊奇感不可能时时都产生、处处都存在、事事都蕴含。在课堂教学中，制造惊奇对科学教师来说是一项巨大的挑战，学生经历惊奇后，便会变得不再惊奇，如何让学生不断从不好奇变为好奇、惊奇、神奇，需要提升教师的科学素养，唤醒科学教师的惊奇感，提升教师制造惊奇的能力。为此，教师必须广泛阅读科学专著、科普作品、美学书籍等等，对科学家故事如数家珍，对科学知识的来龙去脉一清二楚、烂熟于心，对学生科学学习了如指掌，对科学知识的应用信手拈来，能把科学实验游戏化、魔术化，以科学视角观察、审视万物、万象，在平凡中见新奇，以审美眼光观照科学知识及科学教学，让自己的灵魂变得有趣。同时，发挥教学想象力，在课堂教学中出其不意，引导学生在认知冲突、实践探究、创意物化中，体验到学习科学的乐趣，感受到科学世界的惊奇、美妙与神奇。