具身認知觀視域下高中物理實驗教學的地位分析

摘 要：當下的高中物理教學存在忽視物理實驗教學的現(xiàn)狀，這不符合第二代認知科學的基本觀點——具身認知觀所揭示的人類認知機理。高中物理實驗教學在學生習得物理概念和規(guī)律以及形成科學精神過程中具有獨特的功能，故實驗教學設(shè)計應(yīng)遵循學生分組實驗優(yōu)先原則、真實實驗情境優(yōu)先原則和學生生活體驗素材優(yōu)先原則。

關(guān)鍵詞：具身認知觀；高中物理；實驗教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）11-0025-3

第二代認知科學提出三個基本觀點：認知是具身的、認知是情境的、認知具有動力系統(tǒng)。認知的具身性為高中物理實驗教學為什么具有極其重要性的原因提供了充分和科學的解釋。因此，本文在具身認知觀視域下對當下高中物理實驗教學的現(xiàn)狀、實驗教學的功能及其設(shè)計應(yīng)該遵循的原則等問題展開分析，試圖還高中物理實驗教學應(yīng)有的地位。

1 當下高中物理實驗教學的尷尬地位

1.1 國家對高中物理實驗教學提出的要求

眾所周知，國家歷來在各種文本中都明確指出高中物理實驗教學擁有重要的地位。比如教育部制訂的關(guān)于課程的綱領(lǐng)性文本——《普通高中物理課程標準（實驗）》在“課程具體目標”的“知識與技能”“過程與方法”和“情感、態(tài)度與價值觀”部分分別做出規(guī)定：“認識實驗在物理學中的地位和作用，掌握物理實驗的一些基本技能，會使用基本的實驗儀器，能獨立完成一些物理實驗”；“經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應(yīng)用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律”；“……能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。”[1]從國家對高中物理課程目標的規(guī)定里反映出物理實驗在高中物理教學中占有舉足輕重的地位，絕不是可有可無或者處于邊緣化的地位。關(guān)于高中物理實驗的教學要求，在其他各級各類的國家教育行政機關(guān)出臺的文件中也是明確無誤地做出相應(yīng)的具有很重要地位的規(guī)定和要求。在各種物理教科書的前言中，都會不約而同地指出：物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學。那么，物理教學是毋庸置疑要高度重視物理實驗的教學。

1.2 高中物理實驗在物理教師教學中的尷尬地位

物理學本身的學科邏輯和學生的認知規(guī)律都要求學習物理要重視物理實驗的學習和教學。但是，在實際的教學中，許多物理教師往往是嚴重地忽略了實驗教學，導(dǎo)致高中物理實驗在教學中處于尷尬地位。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？是不是實驗僅僅是物理學家在探索物理規(guī)律的時候所需要的，而在學習物理時是可有可無的，或者是對學好物理并沒有真正的幫助。帶著這些問題，筆者訪談了一些高中物理教師，有的教師坦誠地認為，對物理學的發(fā)展來說，物理實驗是很重要的，對物理教學來說，由于國家的規(guī)定和要求，物理實驗也是很重要的，但是，他們認為對提高學生的物理考試成績來說，并沒有太大的幫助。因此，在他們實際的教學中，往往是十分輕視物理實驗的教學，尤其不重視學生分組實驗的教學。一些物理教師為什么持有這樣的觀點，是因為他們發(fā)現(xiàn)許多學生在實驗室往往是帶著玩耍的態(tài)度做實驗，對通過實驗習得物理概念和規(guī)律不感興趣，沒有像科學家那樣研究物理現(xiàn)象，更談不上有科學家那樣嚴謹科學的態(tài)度。從教師的角度看，與其讓學生在實驗室鬧哄哄地玩一節(jié)課，還不如教師自己在黑板上講解一下實驗，多講幾道習題，似乎這樣的教學效率更高。除了物理課堂實驗教學的表面現(xiàn)象看起來亂哄哄的會讓物理教師不愿意花更多時間進行實驗教學外，還有一個重要的原因是當下的物理測試題在考查物理實驗維度上的效度非常低，比如一些實驗測試題學生只是通過題海訓練而沒有動手做過該實驗的情況下也能正確回答。此外，影響學生能否正確回答各類測試題的因素非常復(fù)雜，表現(xiàn)在因素多，而且多因素之間的交互作用難以直接揭示出來，導(dǎo)致教師無視或體會不到物理實驗對學生真正學好物理概念和規(guī)律的重要性和具有的不可替代的作用。由此，導(dǎo)致一些教師不明白物理實驗對提高學生學好物理知識與技能以及考試成績具有關(guān)鍵性的作用，他們寧可采取題海戰(zhàn)術(shù)——一種短視行為，認為題海戰(zhàn)術(shù)對提高學生的考試成績具有更直接、高效的作用。殊不知，題海戰(zhàn)術(shù)往往導(dǎo)致學生機械解題，并不能真正理解物理概念和規(guī)律，更談不上靈活應(yīng)用，當問題的情境改變了以后，許多學生就束手無策。忽視實驗的物理教學，既不能提高學生的物理考試成績，又不利于學生科學素養(yǎng)的提升，嚴重地影響了學生的終身發(fā)展。

2 具身認知觀下高中物理實驗教學的應(yīng)有地位

2.1 具身認知觀視域下認知過程的基本機理

認知的具身性是第二代認知科學的基本觀點之一。所謂認知的具身性是指：“心智有賴于身體之生理的、神經(jīng)的結(jié)構(gòu)和活動形式。如果說‘活動實際上是主、客體的相互作用，那么，也可把心智理解為深植于人的身體結(jié)構(gòu)及身體與世界（環(huán)境）的相互作用之中。”[2]首先，這里說的“心智”和“認知”是同一概念；其次，身體結(jié)構(gòu)除了人的大腦之外，還包括人的所有其他器官在內(nèi)，那么，認知不但與大腦有關(guān)，還與身體其他器官有密切的關(guān)系；再次，認知與人和外部世界的相互作用息息相關(guān)，承認了這一點，就是承認了認知與主體經(jīng)驗的密不可分，因為人和外部世界的相互作用的直接結(jié)果相對于人來說，就是經(jīng)驗的獲得或者說體驗的增加。認知的具身性在第一代認知科學中被嚴重忽略了，然而，認知的具身性思想?yún)s是有淵源的，從認識論的角度看，認知的具身性強調(diào)的是整體思想，與古代中國的“天人合一”思想不謀而合，與西方19世紀格式塔學說主張的“現(xiàn)象的經(jīng)驗是一個整體，不可分解為感覺元素，因為整體不等于部分之總和”[3]的思想一脈相承。此外，西方一大批哲學家和心理學家，像杜威、胡塞爾、海德格爾、皮亞杰、維果茨基等人也持有認知的具身性觀點，并為認知的具身性理論的興起開創(chuàng)了先河。

2.2 高中物理實驗在學生習得物理概念和規(guī)律過程中的功能

從哲學認識論的角度來說，人的認識遵循從感性認識到理性認識的規(guī)律。高中物理概念和規(guī)律無不是建立在實驗的基礎(chǔ)上，學生要充分深入地理解物理概念和規(guī)律，也只能從實驗開始，從實驗現(xiàn)象的觀察開始，把感覺器官感知到的信息通過抽象思維逐步上升到理論性認識。因此，高中物理實驗在學生習得物理概念和規(guī)律過程中具有打基礎(chǔ)的作用，是物理抽象思維的邏輯起點。從第二代認知科學的基本觀點之一——認知的具身性來看，高中物理實驗是深度調(diào)動學生參與物理學習的途徑和方法。尤其是學生分組實驗，每個學生親自動手做實驗，學生不僅是大腦器官參與了學習，而且是全身心地參與了學習，涉及到學生的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺等器官，還會激發(fā)學生的第六感覺——直覺的參與，總之，是具身性參與。學生在這些感知過程中獲得的不僅是收集了實驗資料和觀察到實驗的結(jié)果，更重要的是由于認知過程的具身性和情境性，給學生后續(xù)的抽象思維和意義建構(gòu)過程提供了必需的豐富的素材和背景。這些素材哪怕是零散的、細微的，背景哪怕是模糊的、變動不居的，按照第二代認知科學理論，這些素材和背景卻是學生展開思維過程和意義建構(gòu)不可或缺的條件，它們在學生形成物理概念、理解物理概念之間的關(guān)系和掌握物理規(guī)律和原理的過程中起作用的方式和時機往往是非線性的、混沌的，因此，它們具有不可替代的條件性和支撐性作用。假如缺失這些條件，學生實際上沒有發(fā)生真正有物理意義的學習。假如是幾個學生一組進行合作實驗，還會涉及到其他很重要的學習目標，比如學生間的交往、合作等能力目標。

2.3 高中物理實驗在學生形成科學精神過程中的功能

科學精神的核心要素當首推實事求是的精神。在物理學的領(lǐng)域里，就是尊重物理事實、客觀對待實驗現(xiàn)象、遵循物理規(guī)律進行實驗設(shè)計、忠實記錄實驗數(shù)據(jù)、探究物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)和規(guī)律。物理學本身具有的獨特品格及其以物理實驗為基礎(chǔ)的實證精神恰好是培養(yǎng)學生形成科學精神的絕佳契機。新課程設(shè)計了許多探究性的物理實驗，學生在探究性的物理實驗中，要親歷物理研究過程，親自解決自己特定的問題，親自動手做物理實驗，學生會遇到各種各樣預(yù)想不到的現(xiàn)象和困難，解決過程往往不是線性的，要經(jīng)歷種種曲折，要嘗試運用各種假設(shè)[4]，在這個過程中，學生是否秉持老老實實的科學態(tài)度和實事求是的科學精神對學生能否真正學好物理學就起到關(guān)鍵性的作用，同時，學生能否忠實于自己觀察到的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，尤其是當實驗事實或數(shù)據(jù)與預(yù)想的或教科書上的結(jié)果不一致、不吻合的時候，對學生的科學精神的形成是一個很大的挑戰(zhàn)，假如學生在這個時候堅持自己的觀察結(jié)果，那么，學生就不會輕易放棄，就會追根究底，要么現(xiàn)成的結(jié)論有偏差，要么自己的實驗存在不合理因素，要么兩者都需要修正，這就是探索自然規(guī)律的真實過程。換言之，學生的科學精神在高中物理實驗中應(yīng)該是順理成章、水到渠成地形成，而不是靠無效的、生硬的說教和灌輸來培養(yǎng)。

3 具身認知觀下高中物理實驗教學設(shè)計原則

3.1 學生分組實驗優(yōu)先原則

當物理教師遇到某一節(jié)課需要進行實驗教學時，而教師又有條件可以在兩種方案中選擇：學生分組動手做實驗，教師課堂演示實驗。按照具身認知觀，教師應(yīng)該采用學生分組實驗優(yōu)先原則，即選擇學生分組實驗方案。即使學生分組實驗可能會花費更多一點時間也在所不惜，因為學生親自動手獲得的體驗是教師無法傳遞給學生的，在更多主動、獨立的體驗中獲得的知識的質(zhì)量往往也是遠高于用其他方式獲得的。這與學生僅僅觀察教師的演示有本質(zhì)的區(qū)別。再者，學生親自動手做實驗，對學生學習物理學的興趣的產(chǎn)生會有很大的幫助，同時也會在很大程度上降低學習物理學的難度。

3.2 真實實驗情境優(yōu)先原則

當物理教師遇到某一節(jié)課需要進行實驗教學時，而教師又有條件可以在以下幾種方案中選擇：觀察教師演示實驗、觀看錄像中的演示實驗、觀看實驗掛圖或PPT上的圖片、觀看屏幕上的動畫。按照具身認知觀，教師應(yīng)該采用真實實驗情境優(yōu)先原則，即讓學生觀察教師演示實驗的方案，而不能貪圖簡便，讓學生看一下錄像算完事，更不能選擇PPT圖片或動畫，尤其是動畫的方案是下下策，因為是假的。即使錄像中的演示實驗做得比教師親自動手做得質(zhì)量要好一些，也不輕易采用錄像視頻的播放方案，因為學生在真實實驗情境中觀察自己的老師做演示實驗，除了習得知識與技能之外還有助于形成正確科學的“情感、態(tài)度與價值觀”。

3.3 學生生活體驗素材優(yōu)先原則

當物理教師遇到某一節(jié)課需要給學生進行舉例說明教學時，而教師又有條件可以在兩種方案中選擇：學生普遍在生活中可能體驗到或觀察過的日常物理現(xiàn)象素材，學生幾乎沒有觀察過的物理現(xiàn)象素材（比如，只有在生產(chǎn)或科研過程中才有的物理現(xiàn)象）。按照具身認知觀，教師應(yīng)該采用學生生活體驗素材優(yōu)先原則，即優(yōu)先給學生舉例普遍在生活中可能體驗到或觀察過的日常物理現(xiàn)象素材，即使舉例的日常素材是司空見慣的也比教師憑空給學生描述的要強，因為學生曾經(jīng)體驗或觀察過的現(xiàn)象，在教師的提醒下，學生很可能會重新激活體驗，一旦學生過去曾經(jīng)的體驗被激活，在很大程度上可以彌補學生由于此刻沒有做實驗所造成的缺陷（正是考慮到這一點，把學生生活體驗素材優(yōu)先原則也歸入高中物理實驗教學設(shè)計原則），再者，抽象難懂的原理更需要具象化的、簡單的例子來說明。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]李其維.“認知革命”與“第二代認知科學”芻議[J].心理學報，2008，40（12）：1306—1327.

[3]施良方.學習論[M].北京：人民教育出版社，2001.

[4]盧尚建.高中物理課堂有效教學研究[M].蘭州：甘肅教育出版社，2013：192—193.

（欄目編輯 劉 榮）