从学习规律视角考察高等教育实验教学的基本属性和课程设计要点

江永亨??任艳频??于莹

摘 要：在校学习是学习者、教学者在特定环境中对一定学习对象的习得过程，需要研究各方面的规律，以获得自觉的、比较全面科学的认识。科学实验是三大实践之一，既可以对理论教学形成支持，又可以拓展理论教学的内容，还可以起到牵引理论教学、综合理论知识的作用。实验教学课程设计应当充分把握认识规律以及科学技术的属性和规律，以充分实现如下四方面功能为目的：帮助学生以直观的方式获得知识素材，生动认识理解客观世界的运动;培养学生实验知识和能力;培养学生创造性、综合性解决问题的能力;培养学生学术和实践素养。

关键词：认识论;实验教学;基本属性;课程设计

实验教学是高等教育的重要环节，随着社会条件的变迁、知识文化体系的发展和高等学校改革的推进，进一步审视实验教学的属性和规律，从而加强实验教学课程和项目的建设，越来越显示出必要性。

高等教育实验教学的属性和规律是在高等教育限定下的实验教学的属性和规律。毛金德在论述高等教育本质观的时候指出，大学性质变迁历程表明，无论高等教育形态如何变化，功能如何拓展，其核心部分还是“学术”与“教育”的交集，这才是高等教育的核心部分。真正的高等教育必须同时具备学术与教育双重属性[1]。石中英在论述高等教育内涵式发展时有类似的表述：高等教育最根本的性质还是科学研究（学术性）与人才培养（教育性）的统一，统一在人才培养（教育性）上。这一定位说明了高等教育的一个基本特点，就是学术性，从知识能力的角度讲，就是系统性、专业性、前沿性和有用性[2]。潘懋元在谈论对高等教育的思考时说，教育的要求必须与学生的身心发展相适应。这又指出了高等教育对象的身心条件和知识结构基础。本文拟在高等教育学术性特征前提下，从学习规律角度讨论实验教学的基本属性，进而提出一些关于课程设计的思路和观点[3]。

一、認识论系统和学习过程的构成

学习是作为主体的人从客观环境中获取知识和能力的过程，人脑是学习主体的中枢和核心。刘元亮给出的认识过程示意图（见图1）对认识论系统和学习过程进行了逻辑描述[4]。

人通过感觉器官从客观环境中获取信息，经过处理，特别是大脑的处理后又作用于客体，学习过程是人与环境不断反馈的过程。辩证唯物主义认为，知识能力不是天上掉下来的，不是生而知之的，而是依赖于主体的物质基础习得的。客观环境则不依赖于人而自在，随着人的认识活动的扩展，不断纳入认识范围，从认识的角度是不断扩展的过程。而实践活动则是认识的关键环节，意识一开始就是社会的产物，是在社会实践中形成的。毛泽东同志指出，人的正确思想，只能从社会实践中来，只能从社会的生产斗争、阶级斗争和科学实验这三项实践中来。在实践过程中，仪器作为人的感觉器官和效应器官的延伸，发挥着中介的作用，是对象化的主体、主体化的客体[5]。

人脑作为学习主体的中枢和核心，其结构非常复杂。不同的功能分区承担不同的任务，同时又具有深层系统结构。按照系统学的观点，各个功能分区既相互独立，又相互作用;层次关系方面，下层是上层的基础，上层对下层有调节和控制作用。脑系统既有特定的物质结构基础，又在学习的作用下不断发展进化，具有开放性，其能力是有限性和无限性的对立统一。其中，既有知识和知识结构对进一步的学习既提供基础和指导，又有制约作用，对知识能力系统扩展和转移有规律性作用。人是能动性的主体，学习动机具有基础性作用，既有心理原因，又受客观世界矛盾运动的激励。学习具有社会性的特点，人在特定环境中具有自然习得的特性。

在学习过程中，学习者、教学者和学习对象共存于社会环境之中（见图2），是不可偏废、不可分割的整体。学习者是主体，其主动性起着决定性作用。当然，学习者的主动性既有内在的依据，又受着客观环境的激励和制约。学习对象则要与学习者的状态相适应，不同的适应状态既决定着接受效果，又影响学习者的主动性。教学者则在学习过程中起着解说、示范和督导的作用。这里有两个基础性的问题：一是语言的表达能力是有限的，只有在共同的经验和认知前提下语言才具有表达能力，换言之，语言是需要基础的，解说只能以学习者可以理解和接受的语言进行，问题的另一方面是学习者只能理解和接受其能够理解和接受的语言，基础认知是语言不能解说和传授的，而语言的表达和接受都有动态性和过程性，也就是在实时交互中起作用;二是模仿是学习的开始，人的学习在不同层次上存在着模仿的特性，基础的可能是动作和形式的模仿，高层次的可能是思维方式的模仿。因而，解说和示范一般说是需要综合应用的。督导则包括引导、要求、评价等方面，对学习者施以激励和规范。学习过程置于环境之中，这个环境特别讲社会环境，既是说学习对象是客观世界的一个有机部分，又是说学习者处于人的环境中，这个“人的环境”影响着学习者的学习状态，又提供自然习得的条件。

上述认识论系统和学习过程的构成是探讨学习规律的前提，我们将结合学习对象的属性、规律讨论实验教学的属性和课程设计问题。

二、高等教育学习者和学习对象的基本属性与规律

高等教育的学习者，也就是大学生，已经具有了或者说正在形成初步成熟的独立人格，具备了或者说正在形成初步明确的价值观体系，具备了中等知识能力体系，可以进一步进行学术性（并非特指研究型，即便研究型大学也有部分基础性、技能性的学习内容）学习。按照德智体美劳全面发展的要求，高等教育要针对学习者的特点进行全面培养。其中，马克思主义哲学起着统率作用，包括对思政内容和专业知识教育的各部分内容都有普遍的指导意义，在此暂不赘述，下文具体阐述实验教学有关问题时结合密切相关部分予以讨论。此处重点讨论科学理论、技术和工程及知识能力结构问题（人文学术由于其特殊性，暂不讨论）。

1.科学理论的基本属性和规律

科学理论是人类对客观世界运动规律的认识和总结。这一定位强调主客观相统一，既明确科学理论的客观性、客观世界的无限性，又确认人的主体能动性、由感性到理性飞跃的能力，还突出实验实践的关键性地位。由此，科学理论有如下两个方面的属性和规律。

（1）科学真理的相对性与绝对性的统一。客观世界无限丰富，具有无限的广延性和层次性，人类对客观世界的认识不断拓展和深化。所以，科学真理针对特定的范围和层次有效，超出一定的界限则无效。说相对性，就是说只是在一定条件下为真;说绝对性，就是说在一定条件下它是真的，同时又向着无限不断前进;条件的边界即是系统层次的界限，超出一定的界限就有不同的规律，需要不同的理论。相应来说，科学研究也就具有探索性，在探索中有量变与质变的交替，研究范式就是量变与质变的一个具体体现。对科学理论的学习应当尊重科学理论的这一重要属性，某种意义上，个体对科学理论的学习可以视为人类探究科学真理的一个缩影。当然，相对于研究过程，学习过程由于对科学真理有较多的先验性把握，要调整进程逻辑。

（2）科学知识的体系性和科学方法论的重要意义。科学追求体系性，无体系不能称其为科学。在科学体系中，科学概念具有基础性、决定性的作用，它是体系逻辑和内容的高度凝结，是具体到一般的飞跃。因此，以科学概念为核心掌握科学体系是不易的法则。同时，科学是不断进步的，掌握科学方法论具有更一般的意义，也是科学教育的必要内容。

理论是对共性的抽象和提高，科学实验则具有发现新现象、验证新理论的功能。然而，理论一经抽象就失去了活生生的内容。所以，科学实验不但是获取真理的手段，也是还原生动内容的途径，又是科学方法论培养的重要内容，实验教学应该充分重视这方面的属性和规律。

2.技术、工程的基本属性和规律

如果说科学是认识世界，那么技术就是改造世界，是人类根据客观世界运动规律改造世界的方法和手段，是更有决定意义的实践活动。技术与科学是首尾相衔、互为因果的两个环节。特别是当今时代，技术一般以一定的科学理论为指导和基础，又为科学提供问题牵引，还发展出了技术科学门类[6]。因而，技术学习有与科学理论共通的部分。

同时，技术以及由此而延伸出来的工程，又有鲜明的实践性和综合性特征。技术、工程在考虑逻辑的同时，还要考虑目标与条件和成本的关系，考虑具体技术和实现策略的关系，技术往往还涉及技能问题。这些特性又特别要求实践和模仿。孔子说“学而时习之”，就是要求对于实践性的知识要不断练习、演习。梅贻琦说，学校就像是水，师生就像是鱼，他们的行动就像是游泳，大鱼前导，小鱼尾随，就是“从游”，从游时间长了，日日观摩，即使不刻意追求，自然而然就会收到耳濡目染之效。这些讲的都是这个道理。

3.知识能力素质结构

前已述及，高等教育要将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体。价值塑造方面，涉及哲学、立场、伦理、意志品质、心理素质等方面，其中既有理性的方面，又有感性的方面。知识传授中，既有感性知识，又有理性知识，既有直接知识，又有间接知识。能力培养方面，则既有抽象的、宏观的能力，又有具体的能力技能，有思维能力和动手能力。三个方面形成一个有机的整体。

知识、能力、素质相互渗透，相互作用，形成一个动态系统。其中，理性认知方面以素材、概念和逻辑作为三元要素构成层次系统。素材是基础，经过飞跃形成概念和逻辑，概念依靠逻辑组织起来。下一层的概念和逻辑又会作为上一层的素材，不断上升。在学习过程中，素材有积累，概念有提高，逻辑有深化，还可能有转向，修正既往，开辟新知，甚至也可能退化。

教学就要重视这个动态系统的规律，既分别重视每个方面的规律，又重视相互联系的规律：如何引导注意力焦点，如何利用既有认知基础，以帮助素材的积累;如何通过形象思维和素材活化帮助抽象理论的理解和内化;如何注意不同部分的交互作用以提高体系认知效率;如何提高非具象知识能力培养的针对性;如何加强技能的训练;等等。

三、实验教学的功能、定位和课程设计要点

实验教学与理论教学共同构成完整的教学体系，二者互为补充，从不同的角度作用于三位一体教学目标，如图3所示。

一方面，实验教学既可以对理论教学形成支持，又可以拓展理论教学的内容;另一方面，还可以起到牵引理论教学、综合理论知识的作用。

总体上，可以将实验教学的功能总结为如下四个方面。

第一，帮助学生以直观的方式获得知识素材，生动认识理解客观世界的运动。实验既是获取直接知识的重要手段，也是强化间接知识的重要手段。概念和理论是对客观世界运动规律的抽象，但一经抽象就失去了活生生的内容，需要实验还原生动过程。

第二，培养学生实验知识和能力。实验知识和能力是学生需要具备的重要素养，不言而喻，以实验教学培养实验知识和能力是不可或缺的。

第三，培养学生创造性、综合性解决问题的能力。在游泳中学习游泳，在战争中学习战争，创造性、综合性解决问题的能力需要在实战中培养，实验是培养学生相关能力的必要途径。

第四，培养学生学术和实践素养。实验直接与客观世界打交道，通过实验认识客观世界的属性和规律，是培养世界观、方法论、价值观的重要途径，在实验中形成和强化行为和思维习惯，是学术和实踐素养的重要内涵。

综合考虑学习者和学习对象的基本属性与规律，针对实验教学的功能，总结实验教学课程设计的若干要点如下。

1.面向知识能力体系构建，设计教学内容

任何一个教学单元都是知识能力体系构建的一部分，教学内容设计应当时刻牢记培养体系总体，明确教学点在知识能力体系中的定位，同时针对学生培养阶段明确与学生现有知识体系的契合点位。对于涉及范式转换的内容，还要综合考虑逻辑的质变，以生动直观的方式帮助学生实验逻辑认知的跨越。

在认识体系中，素材、概念、逻辑以及不同阶次、不同方面认识的相互发明、交替提高是一个普遍规律，后续的认识可能加深加强前面的认识，重新考察前面的认识为提高后面的认识提供支持，横向也是如此。在教学内容设计中应当考虑呼应关系。

2.面向间接知识活化，设计实验条件

知识活化是以直观生动的过程呈现抽象概念或者理论。只有在复杂条件下考察差异，在差异中反映规律，充分体现理论与实践的矛盾，才能实现直观生动，才能对概念或者理论有全面的、不同于理论课堂的教学效果。因此，实验条件设计要有直观性和复杂性。

3.面向知识、技能训练，设计实验过程

知识、技能的训练看似简单，不但必要，而且大有学问。重复是知识、技能训练和强化的要求，不同条件下的重复则是深度训练和强化的要求。实验过程设计要体现有意义、有趣味的重复，同时这个重复的技能条件要具备真实性。

4.面向创造性、综合性解决问题能力，设计实验环境

方法论的问题，创造性、综合性解决问题能力的问题，都是抽象问题，是难以言表的问题。这方面的培养，过程才是意义，综合性是必然要求。实验环境设计要体现科学研究和技术实施的真实性，要有复杂的环境和适当的挑战。

5.面向價值观塑造和学习动机调动，设计矛盾运动

科学实验是主客观统一的过程和手段，对价值观培养具有直接而重要的作用。价值观培养最为基础的是对真理的认识，从而造就科学的世界观。实验教学过程要通过强调主客观的矛盾运动，结合专业领域相关的国情和形势，来培养追求真理的精神和家国情怀。学习动机受客观矛盾的调动和成就感、挑战欲的激励，需要实验教学有趣味的情境和丰富的矛盾结构，以及适当的教学导向。

参考文献：

[1] 毛金德. 从“单属性”到“双属性”——高等教育本质观批判与重构[J]. 中国人民大学教育学刊，2017（4）：66-80.

[2] 石中英. 高等教育内涵式发展的理论要义与实践要求[J]. 国家教育行政学院学报，2020（9）：7-15.

[3] 潘懋元. 对高等教育若干问题的思考——潘懋元先生访谈[J]. 西北工业大学学报（社会科学版），2018（2）：26-30.

[4] 刘元亮. 科学认识论与方法论[M]. 北京：清华大学出版社，1987.

[5] 毛泽东. 人的正确思想是从哪里来的[M]. 北京：人民出版社，1964.

[6] 钱学森. 工程控制论[M]. 北京：科学出版社，1958.

江永亨，清华大学实验室管理处教授。