马克：是，在黏稠的**中，它会变慢。如果**真像水这么稀，它就会跑得快些。

在上面这个例子中，学生们看起来似乎使用了他们对不同**的黏稠度（或“黏稠”与“稀薄”）的观察来为展品中气泡从试管里跑出来的速度建立因果解释。也就是说，这些学生似乎抓住了黏稠度这个概念，但他们并没有使用黏稠度这个术语，在观察过这件展品的学生中，也没有一个人在访谈中提到过这个术语，这说明他们对这个术语还不熟悉。学生在对这个现象的解释中利用了另外一些词，包括“黏黏的”“黏糊糊”，等等。在这种情形下，教师似乎就可以使用像这样的一些媒体作为手段来引出学生的解释，这将揭示他们对黏稠度这一科学概念非常基本但却非常可靠的认识。在这个时候，教师就可以引入“黏稠度”这一科学术语，并帮助学生把它与他们观察到的现象联系在一起。另外，教师还可以把这个术语与其他一些概念（包括其他展品重点关注的一些概念），诸如摩擦等，联系起来，从而为他们对这一科学原理的认识提供支架。因此，在这里，我们可以看到，学生在视频片段中给出的这些解释相互结合在一起，给教师创造了机会，即使不为他们的学习提供“支架”，最起码也可以为他们引入一个新的术语，并把这个术语与他们现在的认识联系在一起。在这么做的过程中，学生就有机会掌握知识（一个术语及其含义）并在未来把它应用于各种新的情形或事例之中。

在另外一些案例中，学生能够正确地把科学术语应用于他们在参观展品的过程中观察到的现象上。下面这段会话和一件叫作“轨道”的展品有关，这件展品的目的是展现来自两个黑洞的引力效应是如何影响另外一个物体的运行轨道的。（图10-3）

加文：我觉得它往下去的唯一原因就是它要太慢了的话就没有动量再回来了，就只能一直往下去了。

访谈者：嗯。如果你有朋友来参观这件展品，你希望告诉他们些什么？

伊恩：我会告诉他们，让他们明白，动量远比大多数人想的都更厉害些，因为它可以让一个物体跑得老高，也可以让一个物体跑得老远，比你想的都要高、要远。

访谈者：好。查利，你怎么认为？

查利：我的看法可能和伊恩一样，但你可能会发现引力把球吸到中间去了，然后动量压过了引力，球就又跑回来了。

图10-3 “轨道”展品

在上面这个案例中，这些学生用的是科学术语，并在进行因果解释的过程中正确使用了它们。他们的陈述体现了对动量与引力的认识，尽管他们忽视了设计这件展品的人想让他们注意的东西。这说明，工作人员可能需要对这件展品重新进行审视，要么根据观众对目前这件展品实际上做出的解读来进行相应的修改，要么就是对这件展品重新进行设计，以使其能够更好地体现设计人员想表达的有关黑洞的概念。不过，尽管如此，这些男生做出的解读也突出了这样一点，那就是观众也可以通过某种方式来推进自己对一个概念的认识（通过把这个概念应用于新的情形之中），哪怕这个概念事实上并不是展品的开发人员想要表现的那个概念。另外，还需要注意的是，在这个案例中，学生对展品的讨论是在没有数字媒体对其进行再现的情况下进行的（这是由于技术方面的瑕疵），但他们还是能够非常清楚地记起来这件展品，这表明他们与展品的互动的确是一段难忘的经历，而教师则可以利用这一点来强化学生对动量与引力的认识。也就是说，在这个案例中，学生在意义建构的过程中，使用的是他们对这个展品形成的心理图景，在这种情况下，教师就有可能想办法来引出学生与这些心理图景相似的心理图像。有一个合理的设想，即通过一段有关展品的视频片段就可以促成该任务的完成，这也让教师能够指出球的运动究竟是以何种方式体现了动量及引力对其产生影响的。而在这么做的过程中，数字媒体可以帮助我们创造出更多“教学上的最佳时机”。

掌握力与压力

和轨道这件展品一样，还有其他一些展品也试图展示某些非常复杂的科学概念，这些概念对于小学水平的学生而言可能太超前了。然而，即使是在这些案例中，学生也可以从他们与展品互动的体验中学到一些东西，这通常都是一些在他们的认识水平上及与展品进行互动的经验的基础上通过提供支架能够学会的概念。例如，在“氢气火箭”这件展品里，有一个可以摇动的曲柄，摇动这个曲柄就可以发电，把水分解为氢气及氧气。按下一个按钮，就可以把这些氢气与氧气进行混合，并点燃混合气体，然后一个软木塞子就可以“嘭”的一声射出来。尽管这一现象背后的原理对于十至十一岁的学生来说通常太难了，但可以用这件展品来促进他们对力与压力的认识。在下面这段简短的摘录中，两位女生试图相互交流她们从这件展品中学到的东西。

访谈者：那你从这个活动中学到什么了没有？

汉纳：学到了呀，水可以被作为汽水一样来用。用水的力量可以把物体往上推。

卡特里娜：把氢气火箭往上推。

在这里需要注意的是，尽管在对这一现象的解释中涉及把两种气体混合在一起并点燃，但无论是在展品上还是在这两位女生观看的视频中，都可以清楚地看到**的存在，而这两位女生似乎把这种**当成是水。这段简短的摘录表明，两位女生对“力”这个术语很熟，而且理解它的含义，另外她们还能够领会到水是可以与力联系在一起的。还有，她们似乎抓住了这样一点，即爆炸可以产生力（就像汽水一样），尽管我们并不清楚这两位女生的认识是否是被限制在对这一术语的“日常”使用这一水平之上的。虽然如此，这两位女生把水描述成一种“力”，认为这种力可以推动（或推高）火箭，她们把这种现象与“汽水”进行了比较，这就让我们能够看到她们的最近发展区究竟在什么地方。在这个特别的案例中，教师可以使用汽水这一比拟，来进一步促进她们对力的认识，甚至还可以让她们把这个术语科学地应用到更多情形中去。例如，教师可以问她们，在让汽水起泡的过程中，气体（或“空气”）发挥了什么样的作用，并鼓励她们考虑这样一个问题，即用什么办法摇晃汽水才能够让汽与水相互混合在一起。接下来，教师就可以指出或提醒她们，这样做会让压力逐步增大，当打开瓶盖时，压力就会释放出来，**就会从饮料瓶里喷涌而出。最后，教师可以把这个经验——这对于很多十一岁的儿童来说可能是比较熟悉的——与她们在“氢气火箭”这件展品身上获得的经验联系在一起，告诉她们这件展品名字中的“氢气”也是一种气体。这样一来，就可以帮助学生把她们对力及压力的认识联系起来，并把其扩展至新的情形之中，让她们认识到，不但水有压力，而且不同气体混合之后，也会产生压力。事实上，教师甚至还可以更进一步，对发射升空之后的火箭进行讨论。

除了上面摘录的这段对话提供了搭建支架的机会（或上面的那个例子中所讲的“教学上的最佳时机”）之外，其他学生在与“氢气火箭”这件展品互动的过程中对这一现象的认识也得到了推进，表明这些学生的最近发展区所处的水平比汉纳和卡特里娜更高一些。

里安农：没错，它像是酸，水溶性酸，就像这样。你往里面加的压力越大，就会有越多的泡泡跑出来，充满了整个火箭。然后，你数5、4、3、2、1，它就会腾空而起，而你就会看到所有的泡泡都会往下沉。

上面的这段陈述反映出里安农好像注意到了比汉纳与卡特里娜更多的东西（从她们其余的记录材料中也可以很明显地看到这一点）。她对泡泡做的评论还表明，她已经把自己在与“氢气火箭”展品互动时观察到的气体（或泡泡中的空气）联系在了一起。另外，尽管她并不是非常清楚那些**到底是什么，但看来她好像已经意识到它并不仅仅是水了。

在稍后的访谈中，发生了下面这段对话，这进一步表明了她达到的理解水平。

里安农：你往里面加的压力越大，它就升得越高。你往里面加的压力越小，它就升得越低。它可能只会升一两英尺[3]的样子。

访谈者：那你觉得怎样才能往里面加更大的压力呢？

里安农：多摇那个曲柄呀。

上面这段对话更加增进了我们对里安农对这件展品认识水平的了解，它表明里安农已经把她在这件展品上展开的各种行动——摇动曲柄——与增大压力联系在了一起，她已经意识到通过改变压力的大小，可以影响火箭射出的距离。在这两个例子中，她似乎对压力有了认识，能够对自己观察到的现象做出因果推理。这两段对话还给教师提供了指南，使其清楚学生的认识究竟处于何种水平。另外，有一段视频很清楚地展现了泡泡，教师可以利用这段视频，在学生的最近发展区内为其认识提供支架。与在之前的例子（汉纳和卡特里娜的例子）中描述的类似，只要以学生对压力不断增大以及对不同气体进行混合的认识为基础，教师就可以有很多办法来应对这种情形。然而，在这个案例中，教师可能还可以利用视频片段以及学生对火箭升空时气泡往下去这一现象的观察来引入“牛顿第三运动定律”（当两个物体相互作用时，彼此施加于对方的力，大小相等，方向相反），并提供相应的例子，比如这件展品气体膨胀让火箭升空，在游泳池里推动自己前进，等等。通过这种方式，学生的陈述与视频片段就可以相互结合在一起，从而创造出一个“教学上的最佳时机”或搭建支架的机会，使学生对力以及压力的认识得到进一步拓展。

因此，尽管“氢气火箭”这件展品中体现的概念比其他展品中体现的那些概念要更复杂一些（特别是关于不同气体相互混合以及这种混合是如何与爆炸、压力及力联系在一起的），但上面举的这些例子还是展现了哪怕是在这样一种情形中，数字媒体仍然可以被用来作为一种工具手段，促进学生对现象再次进行深度思考，并引发他们对现象的解释。另外，进一步地讲，这些刺激物还可以被用来作为工具，为学生在最近发展区内的认识提供支架并促进其发展。

伯努利风机——离最近发展区太远？

伯努利风机（Bernoulli Blower）是科学中心里一件非常流行的展品，它的目的是展示升力的原理，在伯努利风机里，有一个沙滩排球，这个沙滩排球的上方和下方都有一股气流，这样就会让球悬停在半空中。由于球上方的气流速度要快于球下方的气流速度，上方气流与下方气流速度不同导致球上方的气压低于球下方的气压，这种压力差便会产生升力。这种现象与把飞机保持在空中是一样的。然而，对升力的理解需要有一些预备概念做基础，但学生并没有掌握这些预备概念，因此他们的陈述往往只是表明自己在对这件展品的认识上有混淆。

尼克：我们在球的下面试了试，想把它往下放……要是把它往上放的话，它就会一直停在上方，要是把它放在下面，它就会停在下面，然后就会爆起来。这就是我们正在试图去发现的，这就是我正打算做的事情之一。

学生发表的很多意见实际上都是把焦点放在怎样去操作这件展品上，或者是采取何种必要的行动让它“工作”起来，而不是把它与科学原理建立起联系：

理查德：我拿着它[球]放在它[气流]下面，然后再放在它上面，然后再放在中间，结果我发现放在上面可以让它保持上升。

的确有少部分学生发现了是运动的空气让球保持上升的，但他们的解释尽管具有因果关系的性质，可是却也显露出离理解这件展品想向他们展示的原理还有相当长的一段距离。

杰克：我以为空气会……会像这样转弯。它喷出来之后会绕着球转，就这样一直绕着球转，就把球保持在半空中了。

尽管在很多科学中心都可以见到伯努利风机，但学生对他们观察到的现象（悬浮的球）做出的解释却表明其在概念的层面上并没有相应的认识，而这对于促进他们对升力的理解来说恰恰是必需的。换句话说，升力这个概念不在学生的最近发展区内，尽管有很多工具手段可用，支架搭建并非不可能，但无疑非常困难。很多学生并没有意识到和球下方的空气相比，球上方的空气流动速度更快，这进一步加剧了为理解升力搭建支架的难度。在这种情况下，尽管数字媒体肯定可以被用来促进学生对现象再次进行深入的思考，但可能在为学生对升力的理解提供支架方面不会太有效果。这并不是说类似的工具手段不能被用在年龄较大（或那些对物理学拥有更高水平的认识）的学生身上，但是对于眼下的这些学生来说，教师最能够做到的就是把他们的观察与二力平衡的概念联系在一起（如让他们明白好像总有一个力在与引力相反的方向上起着作用），或者有可能的话，让他们像科学家一样进行探索，尝试各种可能，在这一过程中自己建立起相应的联系。换句话说，上面举的这些例子表明仅有数字媒体并不能创造出搭建支架的机会——学生当前对概念的认识水平（这一点可以通过他们的谈话体现出来）也需要得到人们足够的重视，只有这样才能在最近发展区内搭建起支架，促进认识的进一步发展。

讨论

就像之前的一些研究人员突出强调的那样，在学校组织的实地参观过程中提供中介支持（参见Bell，et al.，2009），在参观结束后开展相应的后续活动（参见Anderson，et al.，2000），对于实现这一过程中学习的最优化来说都是非常关键的。然而，不管是在参观期间提供中介支持，还是在参观结束后开展后续活动，都存在着很多困难与障碍，包括参观期间的资源有限（如工作人员的配备），教师对实地参观的地点不熟悉，对在这样的活动中如何为学习提供支持也不清楚，另外在课堂教学的时间里还有课程教学任务以及其他的各种压力，教师对如何有效地开展后续活动所知不多，也没有时间准备，等等，不一而足。尽管如此，本章举的这些例子还表明，这些困难与障碍还是有办法来解决与克服的，比如，我们可以给教师提供各种工具手段，帮助他们为学生在参观结束后继续从中学习提供中介支持。显然，诸如此类的资源不能解决所有问题，克服所有障碍，但上面举的那些例子还是为我们指出了一个有价值的前进方向，沿着这个方向，是可以解决某些问题，克服某些障碍的，进而可以为学生在参观过程中提供中介支持，在参观结束后开展相应的后续活动。例如，有时候在科学中心用心观察到的现象可能和教师此时在这个学年里恰好要讲的课程内容没什么关系，从而没有办法联系在一起。但参观期间有录像机把他们的这段活动录制下来了，当教师在课程教学中进行到与之相关的部分时，就可以使用这些视频片段了。事实上，有学生参加了本项研究的教师都表现出了浓厚兴趣，希望把类似的资源应用于自己的课堂教学之中。

一般来说，本章中举的这些例子表明：数字媒体是可以被作为一种工具手段的，通过为学生对科学概念的认识提供支架，促进其实地参观的经验不断发展，推动其与科学中心展品的互动不断进步。更具体地讲，它们证明像这样的一些媒体还是有潜力引发学生对实地考察活动做出陈述的，这样我们就可以发现有关于其最近发展区的蛛丝马迹。这样一来，他们陈述的方式与数字媒体结合在一起，便可以创造出搭建支架的机会，或创造出“教学上的有利时机”。另外，先前进行的研究发现本研究中利用的这些展品每一件都可以引发学生展开类型相似的讨论，包括以自己对科学概念的认识为基础做出各种陈述等（De Witt & Osborne，2010）。因此，各种不同的展品似乎都有潜力为学生的学习提供中介支持，都可以被用来为促进他们科学认识的发展搭建支架。

然而，这并不是无条件的，其间还存在着很多限制。例如，尽管我们可以认为使用数字媒体可以促进学生对自己的认识进行更加富有深度的阐述，但如果没有诸如此类的刺激物的存在，是做不到这一点的，而现在手里的数据也无法支持我们对这一论断进行验证。另外，教师是否能够或是否愿意像本章在这里所描述的那样来使用数字媒体，这还有待于进一步观察。但是，教师（以及科学中心）对诸如此类的资源是非常感兴趣的，而我们也需要为教师在参观结束后开展各种后续活动提供支持。相关数据的确表明，数字媒体能够在实地参观结束后开展的后续活动中为教师提供帮助，能够搭建支架，促进学生对科学概念的认识的进一步发展。

尽管上面存在的这些限制让我们在对本研究获得的发现进行解读时要非常小心谨慎，但它们同时也为未来进一步的研究与探索指出了有价值的方向。如果教师真正拥有了诸如此类的资源，会发生些什么？他们愿意用吗？如果他们愿意用的话，怎么用？需要何种类型的支持才能够让教师用得更加有效？如果我们能够搞清楚这些问题的话，那无疑是非常有帮助的。它有助于我们明确在创建诸如此类的资源并把它们应用于学校之中时，需要哪些技术或后勤方面的支持。更有意思的可能是参观科学中心以及开展的后续活动会引发各种谈话与互动，而未来在课堂中进行的研究则可以推进这一领域对这些不同类型的谈话与互动的理解与认识。最后，像这样的研究还可以让学生像过电影一样把他们进行的各种互动过一遍，这有助于深化他们对自己在科学中心环境下所获体验的本质的认识，也有助于进一步了解他们是如何对展品进行解读的。

像本章描述的那些研究对于在科学中心工作的人来说也非常有用。例如，如果我们能够找到证据来证明学生对展品展示的现象的认识水平（或缺乏认识），那么这就可以帮助那些负责与社会公众进行互动的科学中心的工作人员为前来参观的人提供更加细致入微且恰到好处的支持。学生常常搞不懂某些展品究竟要展示什么，这说明（在可能的情况下）在参观过程中为观众提供中介支持是非常重要的。那些负责设计与开发展品的人也可以从中获得某些洞见，对展品进行修改与完善。例如，很多学生都没有注意到滑轮才是理解“用力拉哟！”这件展品的关键所在。各种视频片段及照片帮助研究者找到了出现这一问题的可能原因——木制的滑轮没有上色，在视觉上与展品的顶部及展品背后的一面镜子墙混在了一起，不容易看到。因此，给这些滑轮涂上对比鲜明的颜色，就可以增加学生注意到它们的可能性，而这是学生理解滑轮在这件展品展示的现象中所发挥的功能的前提。

本章提供了一幅图景，展现了如何使用数字媒体来为学生理解科学中心展品展现的现象提供支架，从而拓展参观所具有的学习潜力。然而，除了本研究已经明确的那些限制之外，另外还要加以小心。而且社会文化理论以及在这一传统中进行的研究对支架的重要性进行了重点强调，认为支架是在最近发展区内为学习与发展提供支持的一种有效方式（Vygotsky，1978；Wells，1999），而且教师对作为一种课堂教学策略的支架很熟悉（Edwards & Mercer，1987），但支架的搭建——以及更为一般的提供中介支持——仍然是非常具有挑战性的，因为教师往往会错失搭建支架以促进更进一步的发展的机会（Bliss，Askey & Macrae，1996）。早前举的那些例子尽管令人感到鼓舞，但也体现出教师还需要更进一步地理解学生做出的陈述，只有这样才能在他们的最近发展区内创造出各种互动，而这并不是一件简简单单、直来直去的工作。未来的研究涉及课堂环境下的教师，因此需要明确在何种程度上、在什么条件下，数字媒体作为一种支架的潜力才能被释放出来，搞清楚这一点极为关键。

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附录：展品描述

“伯努利风机”：气流从一个金字塔状的基座中以仰角吹出。沙滩排球上方的空气流动，产生升力，使沙滩排球浮动或悬停于半空之中。（球一开始的时候必须得放在气流中，然后再释放，这样才能看到效果。）

“泡泡赛跑”：一个圆盘，直径大概有三英尺，上面有五支试管，每一支试管里面都装有不同颜色的**。圆盘是装在墙上的，可以转动。当转动圆盘的时候，气泡就会从试管的底部跑到上面来，而它们的速度取决于**（水、机油、泡泡水等）的黏稠度。

“用力拉哟！”：三个质量相同（六千克）的麻袋用绳子拴着悬挂在铁架子上，每一根绳子在上部都绕有不同数量的滑轮（一个、两个或三个）。这些麻袋都是不透明的，每个麻袋都有一面印有“六千克”的字样。滑轮的数目不同，用绳子把每一个麻袋往上拉的时候难度也不一样，有的相对容易一些，有的则相对困难一些。这件展品的目的是展示不同数目的滑轮可以产生不一样的机械效率。

“氢气火箭”：观众摇动一个曲柄，可以让不同的气体在一个透明的容器中混合。结果是，一个小型爆炸（由不同气体混合产生，而且还伴有“砰”的一声）会让一只软木塞飞起来，完了之后这只软木塞还会回到原来的起点。

“库高”：一个巨大的花岗岩石球，有半吨重，放在水泥基座上，水泥基座里装满了水，这样（当用力推的时候）就可以使这个大球转动起来。

“轨道”：四个和高尔夫球大小相当的球可以沿着表面旋转或抛出。这件展品本身是椭圆形的，但表面是朝两个孔洞倾斜的。这可以让每一个球都沿着8字的形状运动，一直到最后转到一个孔洞那里并掉进去为止。

[1] Jennifer DeWitt，King's College London，United Kingdom，珍妮弗·德威特，（伦敦国王学院，英国）

[2] 实际上，像这样的事例对笔者来说印象极为深刻，而且在很大程度上正是它们促使笔者对业已被自己和奥斯本（2010）讨论过的研究数据再次进行探索。

[3] 1英尺约为0.3米。