從學習規律視角考察高等教育實驗教學的基本屬性和課程設計要點

江永亨??任艷頻??于瑩

摘 要：在校學習是學習者、教學者在特定環境中對一定學習對象的習得過程，需要研究各方面的規律，以獲得自覺的、比較全面科學的認識。科學實驗是三大實踐之一，既可以對理論教學形成支持，又可以拓展理論教學的內容，還可以起到牽引理論教學、綜合理論知識的作用。實驗教學課程設計應當充分把握認識規律以及科學技術的屬性和規律，以充分實現如下四方面功能為目的：幫助學生以直觀的方式獲得知識素材，生動認識理解客觀世界的運動;培養學生實驗知識和能力;培養學生創造性、綜合性解決問題的能力;培養學生學術和實踐素養。

關鍵詞：認識論;實驗教學;基本屬性;課程設計

實驗教學是高等教育的重要環節，隨著社會條件的變遷、知識文化體系的發展和高等學校改革的推進，進一步審視實驗教學的屬性和規律，從而加強實驗教學課程和項目的建設，越來越顯示出必要性。

高等教育實驗教學的屬性和規律是在高等教育限定下的實驗教學的屬性和規律。毛金德在論述高等教育本質觀的時候指出，大學性質變遷歷程表明，無論高等教育形態如何變化，功能如何拓展，其核心部分還是“學術”與“教育”的交集，這才是高等教育的核心部分。真正的高等教育必須同時具備學術與教育雙重屬性[1]。石中英在論述高等教育內涵式發展時有類似的表述：高等教育最根本的性質還是科學研究（學術性）與人才培養（教育性）的統一，統一在人才培養（教育性）上。這一定位說明了高等教育的一個基本特點，就是學術性，從知識能力的角度講，就是系統性、專業性、前沿性和有用性[2]。潘懋元在談論對高等教育的思考時說，教育的要求必須與學生的身心發展相適應。這又指出了高等教育對象的身心條件和知識結構基礎。本文擬在高等教育學術性特征前提下，從學習規律角度討論實驗教學的基本屬性，進而提出一些關于課程設計的思路和觀點[3]。

一、認識論系統和學習過程的構成

學習是作為主體的人從客觀環境中獲取知識和能力的過程，人腦是學習主體的中樞和核心。劉元亮給出的認識過程示意圖（見圖1）對認識論系統和學習過程進行了邏輯描述[4]。

人通過感覺器官從客觀環境中獲取信息，經過處理，特別是大腦的處理后又作用于客體，學習過程是人與環境不斷反饋的過程。辯證唯物主義認為，知識能力不是天上掉下來的，不是生而知之的，而是依賴于主體的物質基礎習得的。客觀環境則不依賴于人而自在，隨著人的認識活動的擴展，不斷納入認識范圍，從認識的角度是不斷擴展的過程。而實踐活動則是認識的關鍵環節，意識一開始就是社會的產物，是在社會實踐中形成的。毛澤東同志指出，人的正確思想，只能從社會實踐中來，只能從社會的生產斗爭、階級斗爭和科學實驗這三項實踐中來。在實踐過程中，儀器作為人的感覺器官和效應器官的延伸，發揮著中介的作用，是對象化的主體、主體化的客體[5]。

人腦作為學習主體的中樞和核心，其結構非常復雜。不同的功能分區承擔不同的任務，同時又具有深層系統結構。按照系統學的觀點，各個功能分區既相互獨立，又相互作用;層次關系方面，下層是上層的基礎，上層對下層有調節和控制作用。腦系統既有特定的物質結構基礎，又在學習的作用下不斷發展進化，具有開放性，其能力是有限性和無限性的對立統一。其中，既有知識和知識結構對進一步的學習既提供基礎和指導，又有制約作用，對知識能力系統擴展和轉移有規律性作用。人是能動性的主體，學習動機具有基礎性作用，既有心理原因，又受客觀世界矛盾運動的激勵。學習具有社會性的特點，人在特定環境中具有自然習得的特性。

在學習過程中，學習者、教學者和學習對象共存于社會環境之中（見圖2），是不可偏廢、不可分割的整體。學習者是主體，其主動性起著決定性作用。當然，學習者的主動性既有內在的依據，又受著客觀環境的激勵和制約。學習對象則要與學習者的狀態相適應，不同的適應狀態既決定著接受效果，又影響學習者的主動性。教學者則在學習過程中起著解說、示范和督導的作用。這里有兩個基礎性的問題：一是語言的表達能力是有限的，只有在共同的經驗和認知前提下語言才具有表達能力，換言之，語言是需要基礎的，解說只能以學習者可以理解和接受的語言進行，問題的另一方面是學習者只能理解和接受其能夠理解和接受的語言，基礎認知是語言不能解說和傳授的，而語言的表達和接受都有動態性和過程性，也就是在實時交互中起作用;二是模仿是學習的開始，人的學習在不同層次上存在著模仿的特性，基礎的可能是動作和形式的模仿，高層次的可能是思維方式的模仿。因而，解說和示范一般說是需要綜合應用的。督導則包括引導、要求、評價等方面，對學習者施以激勵和規范。學習過程置于環境之中，這個環境特別講社會環境，既是說學習對象是客觀世界的一個有機部分，又是說學習者處于人的環境中，這個“人的環境”影響著學習者的學習狀態，又提供自然習得的條件。

上述認識論系統和學習過程的構成是探討學習規律的前提，我們將結合學習對象的屬性、規律討論實驗教學的屬性和課程設計問題。

二、高等教育學習者和學習對象的基本屬性與規律

高等教育的學習者，也就是大學生，已經具有了或者說正在形成初步成熟的獨立人格，具備了或者說正在形成初步明確的價值觀體系，具備了中等知識能力體系，可以進一步進行學術性（并非特指研究型，即便研究型大學也有部分基礎性、技能性的學習內容）學習。按照德智體美勞全面發展的要求，高等教育要針對學習者的特點進行全面培養。其中，馬克思主義哲學起著統率作用，包括對思政內容和專業知識教育的各部分內容都有普遍的指導意義，在此暫不贅述，下文具體闡述實驗教學有關問題時結合密切相關部分予以討論。此處重點討論科學理論、技術和工程及知識能力結構問題（人文學術由于其特殊性，暫不討論）。

1.科學理論的基本屬性和規律

科學理論是人類對客觀世界運動規律的認識和總結。這一定位強調主客觀相統一，既明確科學理論的客觀性、客觀世界的無限性，又確認人的主體能動性、由感性到理性飛躍的能力，還突出實驗實踐的關鍵性地位。由此，科學理論有如下兩個方面的屬性和規律。

（1）科學真理的相對性與絕對性的統一。客觀世界無限豐富，具有無限的廣延性和層次性，人類對客觀世界的認識不斷拓展和深化。所以，科學真理針對特定的范圍和層次有效，超出一定的界限則無效。說相對性，就是說只是在一定條件下為真;說絕對性，就是說在一定條件下它是真的，同時又向著無限不斷前進;條件的邊界即是系統層次的界限，超出一定的界限就有不同的規律，需要不同的理論。相應來說，科學研究也就具有探索性，在探索中有量變與質變的交替，研究范式就是量變與質變的一個具體體現。對科學理論的學習應當尊重科學理論的這一重要屬性，某種意義上，個體對科學理論的學習可以視為人類探究科學真理的一個縮影。當然，相對于研究過程，學習過程由于對科學真理有較多的先驗性把握，要調整進程邏輯。

（2）科學知識的體系性和科學方法論的重要意義。科學追求體系性，無體系不能稱其為科學。在科學體系中，科學概念具有基礎性、決定性的作用，它是體系邏輯和內容的高度凝結，是具體到一般的飛躍。因此，以科學概念為核心掌握科學體系是不易的法則。同時，科學是不斷進步的，掌握科學方法論具有更一般的意義，也是科學教育的必要內容。

理論是對共性的抽象和提高，科學實驗則具有發現新現象、驗證新理論的功能。然而，理論一經抽象就失去了活生生的內容。所以，科學實驗不但是獲取真理的手段，也是還原生動內容的途徑，又是科學方法論培養的重要內容，實驗教學應該充分重視這方面的屬性和規律。

2.技術、工程的基本屬性和規律

如果說科學是認識世界，那么技術就是改造世界，是人類根據客觀世界運動規律改造世界的方法和手段，是更有決定意義的實踐活動。技術與科學是首尾相銜、互為因果的兩個環節。特別是當今時代，技術一般以一定的科學理論為指導和基礎，又為科學提供問題牽引，還發展出了技術科學門類[6]。因而，技術學習有與科學理論共通的部分。

同時，技術以及由此而延伸出來的工程，又有鮮明的實踐性和綜合性特征。技術、工程在考慮邏輯的同時，還要考慮目標與條件和成本的關系，考慮具體技術和實現策略的關系，技術往往還涉及技能問題。這些特性又特別要求實踐和模仿。孔子說“學而時習之”，就是要求對于實踐性的知識要不斷練習、演習。梅貽琦說，學校就像是水，師生就像是魚，他們的行動就像是游泳，大魚前導，小魚尾隨，就是“從游”，從游時間長了，日日觀摩，即使不刻意追求，自然而然就會收到耳濡目染之效。這些講的都是這個道理。

3.知識能力素質結構

前已述及，高等教育要將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體。價值塑造方面，涉及哲學、立場、倫理、意志品質、心理素質等方面，其中既有理性的方面，又有感性的方面。知識傳授中，既有感性知識，又有理性知識，既有直接知識，又有間接知識。能力培養方面，則既有抽象的、宏觀的能力，又有具體的能力技能，有思維能力和動手能力。三個方面形成一個有機的整體。

知識、能力、素質相互滲透，相互作用，形成一個動態系統。其中，理性認知方面以素材、概念和邏輯作為三元要素構成層次系統。素材是基礎，經過飛躍形成概念和邏輯，概念依靠邏輯組織起來。下一層的概念和邏輯又會作為上一層的素材，不斷上升。在學習過程中，素材有積累，概念有提高，邏輯有深化，還可能有轉向，修正既往，開辟新知，甚至也可能退化。

教學就要重視這個動態系統的規律，既分別重視每個方面的規律，又重視相互聯系的規律：如何引導注意力焦點，如何利用既有認知基礎，以幫助素材的積累;如何通過形象思維和素材活化幫助抽象理論的理解和內化;如何注意不同部分的交互作用以提高體系認知效率;如何提高非具象知識能力培養的針對性;如何加強技能的訓練;等等。

三、實驗教學的功能、定位和課程設計要點

實驗教學與理論教學共同構成完整的教學體系，二者互為補充，從不同的角度作用于三位一體教學目標，如圖3所示。

一方面，實驗教學既可以對理論教學形成支持，又可以拓展理論教學的內容;另一方面，還可以起到牽引理論教學、綜合理論知識的作用。

總體上，可以將實驗教學的功能總結為如下四個方面。

第一，幫助學生以直觀的方式獲得知識素材，生動認識理解客觀世界的運動。實驗既是獲取直接知識的重要手段，也是強化間接知識的重要手段。概念和理論是對客觀世界運動規律的抽象，但一經抽象就失去了活生生的內容，需要實驗還原生動過程。

第二，培養學生實驗知識和能力。實驗知識和能力是學生需要具備的重要素養，不言而喻，以實驗教學培養實驗知識和能力是不可或缺的。

第三，培養學生創造性、綜合性解決問題的能力。在游泳中學習游泳，在戰爭中學習戰爭，創造性、綜合性解決問題的能力需要在實戰中培養，實驗是培養學生相關能力的必要途徑。

第四，培養學生學術和實踐素養。實驗直接與客觀世界打交道，通過實驗認識客觀世界的屬性和規律，是培養世界觀、方法論、價值觀的重要途徑，在實驗中形成和強化行為和思維習慣，是學術和實踐素養的重要內涵。

綜合考慮學習者和學習對象的基本屬性與規律，針對實驗教學的功能，總結實驗教學課程設計的若干要點如下。

1.面向知識能力體系構建，設計教學內容

任何一個教學單元都是知識能力體系構建的一部分，教學內容設計應當時刻牢記培養體系總體，明確教學點在知識能力體系中的定位，同時針對學生培養階段明確與學生現有知識體系的契合點位。對于涉及范式轉換的內容，還要綜合考慮邏輯的質變，以生動直觀的方式幫助學生實驗邏輯認知的跨越。

在認識體系中，素材、概念、邏輯以及不同階次、不同方面認識的相互發明、交替提高是一個普遍規律，后續的認識可能加深加強前面的認識，重新考察前面的認識為提高后面的認識提供支持，橫向也是如此。在教學內容設計中應當考慮呼應關系。

2.面向間接知識活化，設計實驗條件

知識活化是以直觀生動的過程呈現抽象概念或者理論。只有在復雜條件下考察差異，在差異中反映規律，充分體現理論與實踐的矛盾，才能實現直觀生動，才能對概念或者理論有全面的、不同于理論課堂的教學效果。因此，實驗條件設計要有直觀性和復雜性。

3.面向知識、技能訓練，設計實驗過程

知識、技能的訓練看似簡單，不但必要，而且大有學問。重復是知識、技能訓練和強化的要求，不同條件下的重復則是深度訓練和強化的要求。實驗過程設計要體現有意義、有趣味的重復，同時這個重復的技能條件要具備真實性。

4.面向創造性、綜合性解決問題能力，設計實驗環境

方法論的問題，創造性、綜合性解決問題能力的問題，都是抽象問題，是難以言表的問題。這方面的培養，過程才是意義，綜合性是必然要求。實驗環境設計要體現科學研究和技術實施的真實性，要有復雜的環境和適當的挑戰。

5.面向價值觀塑造和學習動機調動，設計矛盾運動

科學實驗是主客觀統一的過程和手段，對價值觀培養具有直接而重要的作用。價值觀培養最為基礎的是對真理的認識，從而造就科學的世界觀。實驗教學過程要通過強調主客觀的矛盾運動，結合專業領域相關的國情和形勢，來培養追求真理的精神和家國情懷。學習動機受客觀矛盾的調動和成就感、挑戰欲的激勵，需要實驗教學有趣味的情境和豐富的矛盾結構，以及適當的教學導向。

參考文獻：

[1] 毛金德. 從“單屬性”到“雙屬性”——高等教育本質觀批判與重構[J]. 中國人民大學教育學刊，2017（4）：66-80.

[2] 石中英. 高等教育內涵式發展的理論要義與實踐要求[J]. 國家教育行政學院學報，2020（9）：7-15.

[3] 潘懋元. 對高等教育若干問題的思考——潘懋元先生訪談[J]. 西北工業大學學報（社會科學版），2018（2）：26-30.

[4] 劉元亮. 科學認識論與方法論[M]. 北京：清華大學出版社，1987.

[5] 毛澤東. 人的正確思想是從哪里來的[M]. 北京：人民出版社，1964.

[6] 錢學森. 工程控制論[M]. 北京：科學出版社，1958.

江永亨，清華大學實驗室管理處教授。