論文：高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)地位分析
摘要：當(dāng)下的高中物理教學(xué)存在忽視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，這不符合第二代認(rèn)知科學(xué)的基本觀點(diǎn)———具身認(rèn)知觀所揭示的人類認(rèn)知機(jī)理。高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生習(xí)得物理概念和規(guī)律以及形成科學(xué)精神過(guò)程中具有獨(dú)特的功能，故實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)優(yōu)先原則、真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境優(yōu)先原則和學(xué)生生活體驗(yàn)素材優(yōu)先原則。
關(guān)鍵詞：具身認(rèn)知觀；高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
第二代認(rèn)知科學(xué)提出三個(gè)基本觀點(diǎn)：認(rèn)知是具身的、認(rèn)知是情境的、認(rèn)知具有動(dòng)力系統(tǒng)。認(rèn)知的具身性為高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為什么具有極其重要性的原因提供了充分和科學(xué)的解釋。因此，本文在具身認(rèn)知觀視域下對(duì)當(dāng)下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能及其設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循的原則等問(wèn)題展開(kāi)分析，試圖還高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的地位。
1當(dāng)下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的尷尬地位
1.1國(guó)家對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出的要求
眾所周知，國(guó)家歷來(lái)在各種文本中都明確指出高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》在“課程具體目標(biāo)”的“知識(shí)與技能”“過(guò)程與方法”和“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”部分分別做出規(guī)定：“認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中的地位和作用，掌握物理實(shí)驗(yàn)的一些基本技能，會(huì)使用基本的實(shí)驗(yàn)儀器，能獨(dú)立完成一些物理實(shí)驗(yàn)”；“經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問(wèn)題，驗(yàn)證物理規(guī)律”；“……能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。”[1]從國(guó)家對(duì)高中物理課程目標(biāo)的規(guī)定里反映出物理實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中占有舉足輕重的地位，絕不是可有可無(wú)或者處于邊緣化的地位。關(guān)于高中物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求，在其他各級(jí)各類的國(guó)家教育行政機(jī)關(guān)出臺(tái)的文件中也是明確無(wú)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(shū)的前言中，都會(huì)不約而同地指出：物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。那么，物理教學(xué)是毋庸置疑要高度重視物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。
1.2高中物理實(shí)驗(yàn)在物理教師教學(xué)中的尷尬地位
物理學(xué)本身的學(xué)科邏輯和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律都要求學(xué)習(xí)物理要重視物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和教學(xué)。但是，在實(shí)際的教學(xué)中，許多物理教師往往是嚴(yán)重地忽略了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，導(dǎo)致高中物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中處于尷尬地位。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？是不是實(shí)驗(yàn)僅僅是物理學(xué)家在探索物理規(guī)律的時(shí)候所需要的，而在學(xué)習(xí)物理時(shí)是可有可無(wú)的，或者是對(duì)學(xué)好物理并沒(méi)有真正的幫助。帶著這些問(wèn)題，筆者訪談了一些高中物理教師，有的.教師坦誠(chéng)地認(rèn)為，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，物理實(shí)驗(yàn)是很重要的，對(duì)物理教學(xué)來(lái)說(shuō)，由于國(guó)家的規(guī)定和要求，物理實(shí)驗(yàn)也是很重要的，但是，他們認(rèn)為對(duì)提高學(xué)生的物理考試成績(jī)來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有太大的幫助。因此，在他們實(shí)際的教學(xué)中，往往是十分輕視物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，尤其不重視學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。一些物理教師為什么持有這樣的觀點(diǎn)，是因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)許多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室往往是帶著玩耍的態(tài)度做實(shí)驗(yàn)，對(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)習(xí)得物理概念和規(guī)律不感興趣，沒(méi)有像科學(xué)家那樣研究物理現(xiàn)象，更談不上有科學(xué)家那樣嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度。從教師的角度看，與其讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，多講幾道習(xí)題，似乎這樣的教學(xué)效率更高。除了物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的表面現(xiàn)象看起來(lái)亂哄哄的會(huì)讓物理教師不愿意花更多時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，還有一個(gè)重要的原因是當(dāng)下的物理測(cè)試題在考查物理實(shí)驗(yàn)維度上的效度非常低，比如一些實(shí)驗(yàn)測(cè)試題學(xué)生只是通過(guò)題海訓(xùn)練而沒(méi)有動(dòng)手做過(guò)該實(shí)驗(yàn)的情況下也能正確回答。此外，影響學(xué)生能否正確回答各類測(cè)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(lái)，導(dǎo)致教師無(wú)視或體會(huì)不到物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生真正學(xué)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(shí)驗(yàn)對(duì)提高學(xué)生學(xué)好物理知識(shí)與技能以及考試成績(jī)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(rèn)為題海戰(zhàn)術(shù)對(duì)提高學(xué)生的考試成績(jī)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(xué)生機(jī)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(dāng)問(wèn)題的情境改變了以后，許多學(xué)生就束手無(wú)策。忽視實(shí)驗(yàn)的物理教學(xué)，既不能提高學(xué)生的物理考試成績(jī)，又不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升，嚴(yán)重地影響了學(xué)生的終身發(fā)展。
2具身認(rèn)知觀下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)有地位
2.1具身認(rèn)知觀視域下認(rèn)知過(guò)程的基本機(jī)理
認(rèn)知的具身性是第二代認(rèn)知科學(xué)的基本觀點(diǎn)之一。所謂認(rèn)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(dòng)形式。如果說(shuō)‘活動(dòng)’實(shí)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�！盵2]首先,這里說(shuō)的“心智”和“認(rèn)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(rèn)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(rèn)知與人和外部世界的相互作用息息相關(guān)，承認(rèn)了這一點(diǎn)，就是承認(rèn)了認(rèn)知與主體經(jīng)驗(yàn)的密不可分，因?yàn)槿撕屯獠渴澜绲南嗷プ饔玫闹苯咏Y(jié)果相對(duì)于人來(lái)說(shuō)，就是經(jīng)驗(yàn)的獲得或者說(shuō)體驗(yàn)的增加。認(rèn)知的具身性在第一代認(rèn)知科學(xué)中被嚴(yán)重忽略了，然而，認(rèn)知的具身性思想?yún)s是有淵源的，從認(rèn)識(shí)論的角度看，認(rèn)知的具身性強(qiáng)調(diào)的是整體思想，與古代中國(guó)的“天人合一”思想不謀而合，與西方19世紀(jì)格式塔學(xué)說(shuō)主張的“現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)是一個(gè)整體，不可分解為感覺(jué)元素，因?yàn)檎w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(xué)家和心理學(xué)家，像杜威、胡塞爾、海德格爾、皮亞杰、維果茨基等人也持有認(rèn)知的具身性觀點(diǎn)，并為認(rèn)知的具身性理論的興起開(kāi)創(chuàng)了先河。
2.2高中物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)生習(xí)得物理概念和規(guī)律過(guò)程中的功能
從哲學(xué)認(rèn)識(shí)論的角度來(lái)說(shuō)，人的認(rèn)識(shí)遵循從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的規(guī)律。高中物理概念和規(guī)律無(wú)不是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生要充分深入地理解物理概念和規(guī)律，也只能從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察開(kāi)始，把感覺(jué)器官感知到的信息通過(guò)抽象思維逐步上升到理論性認(rèn)識(shí)。因此，高中物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)生習(xí)得物理概念和規(guī)律過(guò)程中具有打基礎(chǔ)的作用，是物理抽象思維的邏輯起點(diǎn)。從第二代認(rèn)知科學(xué)的基本觀點(diǎn)之一———認(rèn)知的具身性來(lái)看，高中物理實(shí)驗(yàn)是深度調(diào)動(dòng)學(xué)生參與物理學(xué)習(xí)的途徑和方法。尤其是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，每個(gè)學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅是大腦器官參與了學(xué)習(xí)，而且是全身心地參與了學(xué)習(xí)，涉及到學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)等器官，還會(huì)激發(fā)學(xué)生的第六感覺(jué)———直覺(jué)的參與，總之，是具身性參與。學(xué)生在這些感知過(guò)程中獲得的不僅是收集了實(shí)驗(yàn)資料和觀察到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，更重要的是由于認(rèn)知過(guò)程的具身性和情境性，給學(xué)生后續(xù)的抽象思維和意義建構(gòu)過(guò)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(xì)微的，背景哪怕是模糊的、變動(dòng)不居的，按照第二代認(rèn)知科學(xué)理論，這些素材和背景卻是學(xué)生展開(kāi)思維過(guò)程和意義建構(gòu)不可或缺的條件，它們?cè)趯W(xué)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(guò)程中起作用的方式和時(shí)機(jī)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(xué)生實(shí)際上沒(méi)有發(fā)生真正有物理意義的學(xué)習(xí)。假如是幾個(gè)學(xué)生一組進(jìn)行合作實(shí)驗(yàn)，還會(huì)涉及到其他很重要的學(xué)習(xí)目標(biāo)，比如學(xué)生間的交往、合作等能力目標(biāo)。
2.3高中物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)生形成科學(xué)精神過(guò)程中的功能
科學(xué)精神的核心要素當(dāng)首推實(shí)事求是的精神。在物理學(xué)的領(lǐng)域里，就是尊重物理事實(shí)、客觀對(duì)待實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、遵循物理規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、忠實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、探究物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)和規(guī)律。物理學(xué)本身具有的獨(dú)特品格及其以物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)證精神恰好是培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)精神的絕佳契機(jī)。新課程設(shè)計(jì)了許多探究性的物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在探究性的物理實(shí)驗(yàn)中，要親歷物理研究過(guò)程，親自解決自己特定的問(wèn)題，親自動(dòng)手做物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)遇到各種各樣預(yù)想不到的現(xiàn)象和困難，解決過(guò)程往往不是線性的，要經(jīng)歷種種曲折，要嘗試運(yùn)用各種假設(shè)[4]，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生是否秉持老老實(shí)實(shí)的科學(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的科學(xué)精神對(duì)學(xué)生能否真正學(xué)好物理學(xué)就起到關(guān)鍵性的作用，同時(shí)，學(xué)生能否忠實(shí)于自己觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，尤其是當(dāng)實(shí)驗(yàn)事實(shí)或數(shù)據(jù)與預(yù)想的或教科書(shū)上的結(jié)果不一致、不吻合的時(shí)候，對(duì)學(xué)生的科學(xué)精神的形成是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，假如學(xué)生在這個(gè)時(shí)候堅(jiān)持自己的觀察結(jié)果，那么，學(xué)生就不會(huì)輕易放棄，就會(huì)追根究底，要么現(xiàn)成的結(jié)論有偏差，要么自己的實(shí)驗(yàn)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(shí)過(guò)程。換言之，學(xué)生的科學(xué)精神在高中物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該是順理成章、水到渠成地形成，而不是靠無(wú)效的、生硬的說(shuō)教和灌輸來(lái)培養(yǎng)。
3具身認(rèn)知觀下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)原則
3.1學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)優(yōu)先原則
當(dāng)物理教師遇到某一節(jié)課需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，而教師又有條件可以在兩種方案中選擇：學(xué)生分組動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，教師課堂演示實(shí)驗(yàn)。按照具身認(rèn)知觀，教師應(yīng)該采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)優(yōu)先原則，即選擇學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)方案。即使學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)可能會(huì)花費(fèi)更多一點(diǎn)時(shí)間也在所不惜，因?yàn)閷W(xué)生親自動(dòng)手獲得的體驗(yàn)是教師無(wú)法傳遞給學(xué)生的，在更多主動(dòng)、獨(dú)立的體驗(yàn)中獲得的知識(shí)的質(zhì)量往往也是遠(yuǎn)高于用其他方式獲得的。這與學(xué)生僅僅觀察教師的演示有本質(zhì)的區(qū)別。再者，學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣的產(chǎn)生會(huì)有很大的幫助，同時(shí)也會(huì)在很大程度上降低學(xué)習(xí)物理學(xué)的難度。
3.2真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境優(yōu)先原則
當(dāng)物理教師遇到某一節(jié)課需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，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(shí)驗(yàn)、觀看錄像中的演示實(shí)驗(yàn)、觀看實(shí)驗(yàn)掛圖或PPT上的圖片、觀看屏幕上的動(dòng)畫(huà)。按照具身認(rèn)知觀，教師應(yīng)該采用真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境優(yōu)先原則，即讓學(xué)生觀察教師演示實(shí)驗(yàn)的方案，而不能貪圖簡(jiǎn)便，讓學(xué)生看一下錄像算完事，更不能選擇PPT圖片或動(dòng)畫(huà)，尤其是動(dòng)畫(huà)的方案是下下策，因?yàn)槭羌俚摹＜词逛浵裰械难菔緦?shí)驗(yàn)做得比教師親自動(dòng)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?yàn)閷W(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境中觀察自己的老師做演示實(shí)驗(yàn)，除了習(xí)得知識(shí)與技能之外還有助于形成正確科學(xué)的“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”。
3.3學(xué)生生活體驗(yàn)素材優(yōu)先原則
當(dāng)物理教師遇到某一節(jié)課需要給學(xué)生進(jìn)行舉例說(shuō)明教學(xué)時(shí)，而教師又有條件可以在兩種方案中選擇：學(xué)生普遍在生活中可能體驗(yàn)到或觀察過(guò)的日常物理現(xiàn)象素材，學(xué)生幾乎沒(méi)有觀察過(guò)的物理現(xiàn)象素材（比如，只有在生產(chǎn)或科研過(guò)程中才有的物理現(xiàn)象）。按照具身認(rèn)知觀，教師應(yīng)該采用學(xué)生生活體驗(yàn)素材優(yōu)先原則，即優(yōu)先給學(xué)生舉例普遍在生活中可能體驗(yàn)到或觀察過(guò)的日常物理現(xiàn)象素材，即使舉例的日常素材是司空見(jiàn)慣的也比教師憑空給學(xué)生描述的要強(qiáng)，因?yàn)閷W(xué)生曾經(jīng)體驗(yàn)或觀察過(guò)的現(xiàn)象，在教師的提醒下，學(xué)生很可能會(huì)重新激活體驗(yàn)，一旦學(xué)生過(guò)去曾經(jīng)的體驗(yàn)被激活，在很大程度上可以彌補(bǔ)學(xué)生由于此刻沒(méi)有做實(shí)驗(yàn)所造成的缺陷（正是考慮到這一點(diǎn)，把學(xué)生生活體驗(yàn)素材優(yōu)先原則也歸入高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)原則），再者，抽象難懂的原理更需要具象化的、簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明。
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