具身认知观视域下高中物理实验教学的地位分析

摘 要：当下的高中物理教学存在忽视物理实验教学的现状，这不符合第二代认知科学的基本观点——具身认知观所揭示的人类认知机理。高中物理实验教学在学生习得物理概念和规律以及形成科学精神过程中具有独特的功能，故实验教学设计应遵循学生分组实验优先原则、真实实验情境优先原则和学生生活体验素材优先原则。

关键词：具身认知观；高中物理；实验教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）11-0025-3

第二代认知科学提出三个基本观点：认知是具身的、认知是情境的、认知具有动力系统。认知的具身性为高中物理实验教学为什么具有极其重要性的原因提供了充分和科学的解释。因此，本文在具身认知观视域下对当下高中物理实验教学的现状、实验教学的功能及其设计应该遵循的原则等问题展开分析，试图还高中物理实验教学应有的地位。

1 当下高中物理实验教学的尴尬地位

1.1 国家对高中物理实验教学提出的要求

众所周知，国家历来在各种文本中都明确指出高中物理实验教学拥有重要的地位。比如教育部制订的关于课程的纲领性文本——《普通高中物理课程标准（实验）》在“课程具体目标”的“知识与技能”“过程与方法”和“情感、态度与价值观”部分分别做出规定：“认识实验在物理学中的地位和作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，能独立完成一些物理实验”；“经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律”；“……能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。”[1]从国家对高中物理课程目标的规定里反映出物理实验在高中物理教学中占有举足轻重的地位，绝不是可有可无或者处于边缘化的地位。关于高中物理实验的教学要求，在其他各级各类的国家教育行政机关出台的文件中也是明确无误地做出相应的具有很重要地位的规定和要求。在各种物理教科书的前言中，都会不约而同地指出：物理学是一门以实验为基础的自然科学。那么，物理教学是毋庸置疑要高度重视物理实验的教学。

1.2 高中物理实验在物理教师教学中的尴尬地位

物理学本身的学科逻辑和学生的认知规律都要求学习物理要重视物理实验的学习和教学。但是，在实际的教学中，许多物理教师往往是严重地忽略了实验教学，导致高中物理实验在教学中处于尴尬地位。为什么会出现这种现象？是不是实验仅仅是物理学家在探索物理规律的时候所需要的，而在学习物理时是可有可无的，或者是对学好物理并没有真正的帮助。带着这些问题，笔者访谈了一些高中物理教师，有的教师坦诚地认为，对物理学的发展来说，物理实验是很重要的，对物理教学来说，由于国家的规定和要求，物理实验也是很重要的，但是，他们认为对提高学生的物理考试成绩来说，并没有太大的帮助。因此，在他们实际的教学中，往往是十分轻视物理实验的教学，尤其不重视学生分组实验的教学。一些物理教师为什么持有这样的观点，是因为他们发现许多学生在实验室往往是带着玩耍的态度做实验，对通过实验习得物理概念和规律不感兴趣，没有像科学家那样研究物理现象，更谈不上有科学家那样严谨科学的态度。从教师的角度看，与其让学生在实验室闹哄哄地玩一节课，还不如教师自己在黑板上讲解一下实验，多讲几道习题，似乎这样的教学效率更高。除了物理课堂实验教学的表面现象看起来乱哄哄的会让物理教师不愿意花更多时间进行实验教学外，还有一个重要的原因是当下的物理测试题在考查物理实验维度上的效度非常低，比如一些实验测试题学生只是通过题海训练而没有动手做过该实验的情况下也能正确回答。此外，影响学生能否正确回答各类测试题的因素非常复杂，表现在因素多，而且多因素之间的交互作用难以直接揭示出来，导致教师无视或体会不到物理实验对学生真正学好物理概念和规律的重要性和具有的不可替代的作用。由此，导致一些教师不明白物理实验对提高学生学好物理知识与技能以及考试成绩具有关键性的作用，他们宁可采取题海战术——一种短视行为，认为题海战术对提高学生的考试成绩具有更直接、高效的作用。殊不知，题海战术往往导致学生机械解题，并不能真正理解物理概念和规律，更谈不上灵活应用，当问题的情境改变了以后，许多学生就束手无策。忽视实验的物理教学，既不能提高学生的物理考试成绩，又不利于学生科学素养的提升，严重地影响了学生的终身发展。

2 具身认知观下高中物理实验教学的应有地位

2.1 具身认知观视域下认知过程的基本机理

认知的具身性是第二代认知科学的基本观点之一。所谓认知的具身性是指：“心智有赖于身体之生理的、神经的结构和活动形式。如果说‘活动实际上是主、客体的相互作用，那么，也可把心智理解为深植于人的身体结构及身体与世界（环境）的相互作用之中。”[2]首先，这里说的“心智”和“认知”是同一概念；其次，身体结构除了人的大脑之外，还包括人的所有其他器官在内，那么，认知不但与大脑有关，还与身体其他器官有密切的关系；再次，认知与人和外部世界的相互作用息息相关，承认了这一点，就是承认了认知与主体经验的密不可分，因为人和外部世界的相互作用的直接结果相对于人来说，就是经验的获得或者说体验的增加。认知的具身性在第一代认知科学中被严重忽略了，然而，认知的具身性思想却是有渊源的，从认识论的角度看，认知的具身性强调的是整体思想，与古代中国的“天人合一”思想不谋而合，与西方19世纪格式塔学说主张的“现象的经验是一个整体，不可分解为感觉元素，因为整体不等于部分之总和”[3]的思想一脉相承。此外，西方一大批哲学家和心理学家，像杜威、胡塞尔、海德格尔、皮亚杰、维果茨基等人也持有认知的具身性观点，并为认知的具身性理论的兴起开创了先河。

2.2 高中物理实验在学生习得物理概念和规律过程中的功能

从哲学认识论的角度来说，人的认识遵循从感性认识到理性认识的规律。高中物理概念和规律无不是建立在实验的基础上，学生要充分深入地理解物理概念和规律，也只能从实验开始，从实验现象的观察开始，把感觉器官感知到的信息通过抽象思维逐步上升到理论性认识。因此，高中物理实验在学生习得物理概念和规律过程中具有打基础的作用，是物理抽象思维的逻辑起点。从第二代认知科学的基本观点之一——认知的具身性来看，高中物理实验是深度调动学生参与物理学习的途径和方法。尤其是学生分组实验，每个学生亲自动手做实验，学生不仅是大脑器官参与了学习，而且是全身心地参与了学习，涉及到学生的视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉等器官，还会激发学生的第六感觉——直觉的参与，总之，是具身性参与。学生在这些感知过程中获得的不仅是收集了实验资料和观察到实验的结果，更重要的是由于认知过程的具身性和情境性，给学生后续的抽象思维和意义建构过程提供了必需的丰富的素材和背景。这些素材哪怕是零散的、细微的，背景哪怕是模糊的、变动不居的，按照第二代认知科学理论，这些素材和背景却是学生展开思维过程和意义建构不可或缺的条件，它们在学生形成物理概念、理解物理概念之间的关系和掌握物理规律和原理的过程中起作用的方式和时机往往是非线性的、混沌的，因此，它们具有不可替代的条件性和支撑性作用。假如缺失这些条件，学生实际上没有发生真正有物理意义的学习。假如是几个学生一组进行合作实验，还会涉及到其他很重要的学习目标，比如学生间的交往、合作等能力目标。

2.3 高中物理实验在学生形成科学精神过程中的功能

科学精神的核心要素当首推实事求是的精神。在物理学的领域里，就是尊重物理事实、客观对待实验现象、遵循物理规律进行实验设计、忠实记录实验数据、探究物理现象背后的本质和规律。物理学本身具有的独特品格及其以物理实验为基础的实证精神恰好是培养学生形成科学精神的绝佳契机。新课程设计了许多探究性的物理实验，学生在探究性的物理实验中，要亲历物理研究过程，亲自解决自己特定的问题，亲自动手做物理实验，学生会遇到各种各样预想不到的现象和困难，解决过程往往不是线性的，要经历种种曲折，要尝试运用各种假设[4]，在这个过程中，学生是否秉持老老实实的科学态度和实事求是的科学精神对学生能否真正学好物理学就起到关键性的作用，同时，学生能否忠实于自己观察到的实验现象和数据，尤其是当实验事实或数据与预想的或教科书上的结果不一致、不吻合的时候，对学生的科学精神的形成是一个很大的挑战，假如学生在这个时候坚持自己的观察结果，那么，学生就不会轻易放弃，就会追根究底，要么现成的结论有偏差，要么自己的实验存在不合理因素，要么两者都需要修正，这就是探索自然规律的真实过程。换言之，学生的科学精神在高中物理实验中应该是顺理成章、水到渠成地形成，而不是靠无效的、生硬的说教和灌输来培养。

3 具身认知观下高中物理实验教学设计原则

3.1 学生分组实验优先原则

当物理教师遇到某一节课需要进行实验教学时，而教师又有条件可以在两种方案中选择：学生分组动手做实验，教师课堂演示实验。按照具身认知观，教师应该采用学生分组实验优先原则，即选择学生分组实验方案。即使学生分组实验可能会花费更多一点时间也在所不惜，因为学生亲自动手获得的体验是教师无法传递给学生的，在更多主动、独立的体验中获得的知识的质量往往也是远高于用其他方式获得的。这与学生仅仅观察教师的演示有本质的区别。再者，学生亲自动手做实验，对学生学习物理学的兴趣的产生会有很大的帮助，同时也会在很大程度上降低学习物理学的难度。

3.2 真实实验情境优先原则

当物理教师遇到某一节课需要进行实验教学时，而教师又有条件可以在以下几种方案中选择：观察教师演示实验、观看录像中的演示实验、观看实验挂图或PPT上的图片、观看屏幕上的动画。按照具身认知观，教师应该采用真实实验情境优先原则，即让学生观察教师演示实验的方案，而不能贪图简便，让学生看一下录像算完事，更不能选择PPT图片或动画，尤其是动画的方案是下下策，因为是假的。即使录像中的演示实验做得比教师亲自动手做得质量要好一些，也不轻易采用录像视频的播放方案，因为学生在真实实验情境中观察自己的老师做演示实验，除了习得知识与技能之外还有助于形成正确科学的“情感、态度与价值观”。

3.3 学生生活体验素材优先原则

当物理教师遇到某一节课需要给学生进行举例说明教学时，而教师又有条件可以在两种方案中选择：学生普遍在生活中可能体验到或观察过的日常物理现象素材，学生几乎没有观察过的物理现象素材（比如，只有在生产或科研过程中才有的物理现象）。按照具身认知观，教师应该采用学生生活体验素材优先原则，即优先给学生举例普遍在生活中可能体验到或观察过的日常物理现象素材，即使举例的日常素材是司空见惯的也比教师凭空给学生描述的要强，因为学生曾经体验或观察过的现象，在教师的提醒下，学生很可能会重新激活体验，一旦学生过去曾经的体验被激活，在很大程度上可以弥补学生由于此刻没有做实验所造成的缺陷（正是考虑到这一点，把学生生活体验素材优先原则也归入高中物理实验教学设计原则），再者，抽象难懂的原理更需要具象化的、简单的例子来说明。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]李其维.“认知革命”与“第二代认知科学”刍议[J].心理学报，2008，40（12）：1306—1327.

[3]施良方.学习论[M].北京：人民教育出版社，2001.

[4]卢尚建.高中物理课堂有效教学研究[M].兰州：甘肃教育出版社，2013：192—193.

（栏目编辑 刘 荣）