实验教育中面向创新的具身认...发展价值——以化学学科为例_李丽萍.pdf

2023 年第 2 期现代大学教育改革纵论基金项目:2021 年度北京市教育科学“十四五”规划重点课题“颠覆性技术创新人才培养的教育哲学基础与实践案例研究:双重时间视野中的新工科新文科”，项目编号:BBAA21026。收稿日期:2022 09 14作者简介:李丽萍(1987)，女，河北唐山人，理学博士，首都师范大学化学系讲师，北京大学教育学院教育学专业博士研究生，从事科学教育和高等教育管理研究;卢晓东(1969)，男，山西太原人，管理学博士，北京大学教育学院和教育经济研究所研究员、博士生导师，从事课程教学论、高等教育管理、教育财政和比较高等教育研究;北京，100871。Email:luxia-odong 。实验教育中面向创新的具身认知发展价值 以化学学科为例李丽萍卢晓东摘要:由于离身认知理论的长期影响，实验教育面向创新的认知发展价值长期未得到澄清。以化学这一最具代表性的实验学科为例，在具身认知理论及现象学视角下，实验过程可被呈现为学习者身体与环境的互动过程，即人上手用具与之打交道的过程。学习者具身认知能力的发展集中表现为实验过程中寻视的规范和视界的拓宽，不仅有利于培养用具和现象层面的创新能力，还有利于通过培养科学直觉促进创新想法的生成。因此，实验教育在课程内容、教学目标、学习评价、教学方式和课时安排等核心方面的改革有了新的方向和道路。面向创新能力培养，需要构建相对独立于理论教学的实验教育体系。关键词:实验教育;实验课程;具身认知;科学直觉;创新能力;化学中图分类号:G642.423文献标识码:A文章编号:1671 1610(2023)02 0103 08自然学科的大学实验教育始于 19 世纪。长期以来，它在辅助理论学习、训练操作能力1 86、培养专业人才等方面的价值广受认可2 173。然而，20世纪后半叶以来，视频、虚拟现实等多媒体技术为辅助理论学习提供了更多元的工具。自动化和智能化的发展使得劳动力市场日益强调创新能力而弱化操作能力。相对理论学习而言，高昂的经济成本、时间成本1 83和模糊的产出也导致化学3、物理4 和生物5 等各学科的实验教育都开始受到质疑。因此，更全面地阐释实验教育不可替代的价值，特别是对创新能力培养的价值，在当下变得日益迫切6。遗憾的是，国内外有关实验教育价值的理论研究极为鲜见 2 174，缺乏契合实验活动特征的理论工具是造成这一局面的根本原因之一。由于自然学科的理论课程主要涉及命题形式的知识，离身认知(disembodied cognition)理论很容易被广泛接受而占据主导地位。离身认知根植于身心二元论，其核心观点是心智活动基于符号及其表征，作为认知主体的大脑像计算机一样进行抽象规则运算和执行信息处理 7。然而，实验活动具有身体参与和身体环境交互的突出特征，大脑中心的离身认知无法解释其特有的现象和规律;科学直觉在实验学科创新性想法的生成中发挥重要作用 8 12，是科学家特有的反计算的感知能力，计算主义的离身认知也无法解释科学直觉的作用机制。于是，离身认知的理论取向长期阻碍人们对实验教育全面深入的理解，也难以澄清其创新能力培养价值。与离身认知相对，具身认知(embodied cognition)理论是第二代认知科学的新兴取向，其核心观点强调认知基于嵌入环境的身体，认知过程是身体和环境的动态交互过程 9 626，更加契合实验活动的特征。作为具身认知理论的重要哲学基础，海德格尔(Martin Heidegger)的现象学研究推动了对身心二元论的反思，其“上手”和“寻视”等概念 10 103厘清了实践活动区别于理论活动的关键途径和独特规范，11 37对分析实验活动有重要的参考价值。此外，采用具身认知和现象学视角的直觉研究12 397和创造力研究13，包括自然科学在内的领域14 410正在兴起和扩散，并显示出相对离身认知理论更好的解释力。因此，引入具身认知301李丽萍卢晓东:实验教育中面向创新的具身认知发展价值理论和海德格尔提出的相关概念作为认知科学和哲学层面的新理论视角，有望在全面理解科学实验活动的基础上，明确实验教育不可替代的价值，回应科学创新人才培养的时代之问。尽管具身认知理论在课程15 和教学实践16 研究中已初步引发关注，但对与之高度契合的实验教育仍缺乏结合真实学习情境的深入探讨。本文首先结合实验活动和实验学习实例，论证具身认知理论能够恰切地解释实验教育的特有现象和认知发展规律;在此基础上，借助“上手”和“寻视”等重要概念，揭示实验教育的具身认知发展价值;随后，结合科学直觉的概念，阐明实验教育通过发展具身认知有利于培养创新能力;最后，在新的理论视角指导下，总结实验教育在创新能力培养中不可替代的价值，探讨未来实验教学改革的新方向，并提出应该建设独立于理论教学的实验教育体系。化学学科绝大部分子领域都具有显著的经验学科特征，是最早开展实验教育的学科，积累了丰富的实验教育研究与实践成果。近代科学实验室在很大程度上就是化学实验室，17 混合技术成为当今科学实验室共有的特征 18。这一历史发展过程意味着化学实验教育改革可以在一定程度上被其他学科参考和借鉴。文中所涉案例与资料源于作者在国内 3所高校化学实验室的长期参与式观察，以及其中 1所高校的2021 届化学专业毕业生访谈。受访学生共10 名，其编号信息包括毕业年份、专业和访谈次序，如2021Chem01。一对一的半开放式访谈主要围绕化学实验的学习体验展开，每位受访者的访谈时间约为 1 小时，并在受访者知情同意的前提下进行录音。录音文件通过“讯飞听见”软件机器转录并经过人工校对。一、具身认知视角下的实验学习离身认知理论将实验活动分解为脑、眼、手的行动，这对应于学习者的理论能力、观察能力和操作能力19。但是，手、眼、脑和环境之间的动态交互要么难以符号化，要么难以转换为有限运算，从而导致大脑出现表征瓶颈9 628。以化学实验为例，学习者需要对诸多仪器、材料、现象、步骤等彼此关联的情境要素进行观察、操作、决策等，大脑来不及构建全面的计算模型处理当下情境里层出不穷的动态相关性问题，正是认知的动态情境和时间压力带来了表征瓶颈9 628。实践经验和实证研究都印证了表征瓶颈的存在，实验初学者常因信息过载而在实验室中表现出手忙脚乱的古怪行为2 179。具身认知理论强调认知具有身体性、嵌入性、延伸性和生成性(Embodied，Embedded，Extended，Enactive)的“4E”特征20 2，符合实验活动的真实情况。随着具身认知能力的发展，人可以获得无需借助表征计算的身体技能，且部分认知负荷转移到环境中分布9 626，从而以认知发展规律解释学习者实验技能的习得过程，回应实验室认知的时间压力问题。(一)实验学习的“手”之隐喻具身认知的“4E”特征以及具身认知能力的发展过程，能够很好地解释实验教育中学习者从手忙脚乱到流畅自如的变化，感官隐喻可以为这一认知发展过程提供清晰的“视窗”21。我们以实验中“手”的隐喻为例进行说明。受访学生(2021Chem08)围绕手描述了自身实验学习从初学到娴熟的过程和体验。在她的描述中，初学阶段中烧瓶、连接管、回流管、用于密封的生料带或凡士林、反应需要的各种试剂等实验用具摆在那里，实验任务涉及对它们密集的操作，导致“手不够用”:(一开始)搭装置时真的感觉手不够用。具体的我也不知道该怎么说，反正就是搭的时候就会遇到，一手拿瓶另一手拿管，好不容易给它拧上了，就是给它搭好了以后，你又要去拿另外一个东西，但这个反应还在(搭建中)，你的这整套装置还在你手上托着，另一只手就够不到，很乱那种感觉。(2021Chem08)这一困难最初是通过请其他同学帮忙来解决的。随着实验技能的提高，该同学用夹子实现了独立搭建装置并由此进入实验技能的娴熟阶段:先用夹子固定一下你的装置，然后腾出手来再去做一些其他的。关于这个装置上面先做熟了，可能心里面就知道你每一个步骤要做什么，然后提前要准备好，搭的时候就不会那么乱。我之前搭的一个反应可能得有半个多小时一个小时那样子，就很乱。现在没问题了。(2021Chem08)离身认知理论将实验初学者的以上困境解释为对装置和流程不熟悉，但是，初学者即使有足够的401李丽萍卢晓东:实验教育中面向创新的具身认知发展价值时间熟记更为详尽的程序，其也难以仅凭大脑的“熟悉”流畅来指挥身体完成任务，这凸显出离身认知理论解释实验活动中认知发展过程的局限性。自如地完成实验流程除了抽象的认知表征，还涉及知觉运动系统及其适应性行为。实证研究表明，在实验活动的真实情境中学生所有的身体感官都参与工作22 1771。具身认知理论对这一过程具有更强的解释力。初学者面对的任务情境涵盖思维、空间、知觉、运动等一系列认知活动，无形的复杂任务在学习者“手不够用”的体验中转化为有形的身体隐喻，印证了实验学习者的认知体验基于身体且嵌入环境。起初的认知中用具只是身体之外的物，调用用具有时需要更多的手，先通过借用其他同学的手实现，最终实验室中的夹子充当额外的“手”，用具(夹子)成为手所维系的身体功能的拓展和延伸。手的隐喻基于抓握功能的相似性可以推广到试管夹、烧瓶夹、仪器上的机械手等实验用具，还可以通过身体的复杂功能进一步泛化为其他复杂的用具功能。例如，液相色谱的自动进样器相当于执行手的定位、抓握、搬运、吸取样品、注射进样等一系列功能。实验学习的认知发展成果包括将大量实验用具变为自己能自如调用的助手，甚至相当于自如活动的手。一位受访学生给出了切近的描述:如果说我现在突然去了物理实验室，我会很手足无措;感觉现在(化学实验室)的试管和这些溶液，像我的助手一样，我跟它们很亲近，但在那边就不是。一些工具就好像助手，我也不知道怎么形容它们变成了自己的手。我随时可用那种感觉，而不是说拿上来要先要琢磨一下这是什么，然后我该怎么处理它。这可能就是一些同学为什么会比较慢，他每一步都得想一想。(2021Chem16)(二)实验学习中的身体环境交互在具身认知发展过程中，实验用具不仅能成为“手”，还能成为“眼”。例如，受访者(2021Chem08)提到，在需要氮气保护的反应装置中通常包含一个用于平衡气压的气球，实验者通过气球形状的变化能够看见装置内的气压变化。类似地，库恩(Thomas S.Kuhn)也指出物理学家能够通过安培表感知到电流，并在特定的电路背景中“看”到常人看不到的东西，此时安培表成了物理学家的眼睛。23 165学习者将实验用具的处理转化为娴熟的身体技能之后，实验活动不再大量依赖大脑表征，而是在身体环境的动态交互之中，通过感知和行动自如流畅地持续推进，形成接连不断而难以觉察的海量实验细节。例如，化学实验室里一位实验者时而取用自来水，时而取用蒸馏水，时而取用超纯水;有机化学实验室里一位实验者忽然拿出生料带缠住正在进行氮气保护的有机反应装置的一处接口。假如你上前询问，他们或许会停下来解释原因，但在当时实验者的行动是不假思索的。实验者在拿起比色管之后就走向蒸馏水阀，打开原子吸收光谱仪后立即走向超纯水装置;有机实验者看见装置联通的气球缩小之际立刻拿出生料带。显然，实验者丰富的身体反应已然嵌入动态的环境之中。具身认知理论以身体技能摆脱大脑表征依赖的解释也得到了神经科学和脑科学的证据支持，某些视觉输入在没有具体任务的情况下也可以激发运动神经元的活动9 631。实验者的操作反应起初需要，但并不一直需要大脑基于规则的计算。这种将用具处理转化为身体技能的过程解释了实验初学者和娴熟者的表现差异:初学者“每一步都得想一想”(2021Chem16)，而娴熟者跳过了大脑表征计算的步骤。随着具身认知能力的发展，学习者所获得的身体技能不仅能够帮助其更好地看、感知和行动，还可以通过身体环境互动将大脑对复杂任务的认知负荷分散在环境之中，只需在最小工作记忆策略下执行当下环节24，而无需在复杂实验时于脑海中预先装载所有细节，从而突破大脑工作记忆的限制，进一步解决离身认知的表征瓶颈难题。例如，实验者通常难以脱机描述使用某一大型仪器的所有具体细节，但是，身处仪器室打开工作站后他依然可能流畅地完成操作，这意味着在设备关联、工作站界面乃至实验室空间布置中，持续唤醒和提取着特定的认知内容。由此可见，发展具身认知能力的背后是构建一个庞大的基于广泛资源阵列形成的拓展认知系统25，环境中的用具是这一认知系统的重要组成部分。这一认知系统超越了人体手、眼、脑的天然限制:看见原本人眼看不见的事物，做到原本人手难以完成的操作，解决原本人脑无法承载的认知负荷。实验者胜任实验活动需要良好的具身认知能力，而发展具身认知能力又依赖于实验活动，这种“做中学”的学习路径与杜威(John Dewey)的功能主义思想殊途同归20 1。501李丽萍卢晓东:实验教育中面向创新的具身认知发展价值二、寻视的规范和拓展的视界在具身认知理论的哲学基础中，海德格尔是主要贡献者之一，其“上手”和“寻视”等概念可以为实验活动中的具身认知发展提供基本的哲学阐释10 103。因循海德格尔的表述10 101，实验学习中涉及的仪器和材料(试剂、耗材等)可统称为实验用具，实验活动即人与实验用具打交道的过程。(一)实验活动中的“上手”和“上手状态”“上手”强调对用具的认知基于存在结构而非属性，“手”暗示认知的身体性，用具的存在结构将认知与环境联系起来。用具的存在结构包括嵌入环境的何所用、何所是，因此，只有上手与用具打交道之际其方能得以揭示。例如，锤子在钉钉子的时候是劳动工具，在击打他人的时候是凶器，特定情境中的“所用”揭示其“所是”。学习者对实验用具的认知也基于其存在结构。例如，在化学实验室中，甲基橙在中和反应中是酸碱指示剂，在氧化还原反应中是消色指示剂;在生物实验室中，甲基橙可能是细胞浆质指示剂或组织学对比染色剂;在纺织工艺实验室中，甲基橙通常是印染颜料;在实验室垃圾分类时，甲基橙则是有害垃圾。除了嵌入实践情境的何所用、何所是，用具的存在结构中还隐含着“何所来”(质料、制造者)以及使用者的指引 10 104，从而将用具嵌入更广泛的环境，建立更丰富的认知。例如，甲基橙的“所来”可以经由对氨基苯磺酸等原料追溯到煤化工和石油化工产业，最终溯源于自然资源;关于甲基橙制造者和使用者的认知可以指向化工工人、印染工人、技术员、科研工作者、学生，以及背后的车间、实验室、工坊等“场”所。概言之，人上手的用具不是一个孤零零的物，而是一个由何所用、何所是、何所来、使用者等存在结构决定的用具整体，其存在结构中附带着不可见的、如场中力线般的诸多指向性关系，海德格尔称之为“指引”。基于各种各样的实验用具构建形形色色的指引，实验者可以通达实验室背后的化学世界以及背后所关联的广域世界。实验者越是领会用具存在结构的整体性，就越能积累更加丰富的指引，也意味着越发拓宽的个人“视界”。同样以甲基橙为例，当学习者仅在中和滴定实验中接触甲基橙，其认知局限于甲基橙是酸碱指示剂;在氧化还原滴定实验中再次接触甲基橙，其认知拓展为甲基橙可以是酸碱指示剂和氧化还原消色指示剂。甲基橙没有变，但是，学习者看待甲基橙的视野已变，其本质是围绕甲基橙积累了更加丰富的指引性关联，扩展了个体认知系统。“上手”通过用具的存在结构体现实践活动中认知的身体参与和身体环境交互，“上手状态”则描述了习得身体技能后的娴熟状态。海德格尔的“上手状态”指用具用得越发得心应手，以至于用具与人的意识仿佛融为一体。借鉴波兰尼(Mi-chael Polanyi)的视角，上手状态中用具如同人的辅助意识，成为身体知觉的延伸8 107。用具处于上手状态时是处于完全的存在状态，但是，实验者却似乎感知不到具体的实验用具，而只能感知正在关注的现象。例如，前文中学习者感觉实验室中的用具最终“变成自己的手”。2002 年，诺贝尔化学奖得主田中耕一经过大量实验发现，“当时感觉自己简直就与介质和质谱仪融为一体了”26。(二)实验活动中的“寻视”“上手”和“上手状态”呼应了前文中实验者具身认知发展过程的“手”之隐喻，即实验者通过上手的实验活动获得具身认知发展，将用具的处理转化为身体技能。海德格尔“寻视”的概念则更系统地揭示了手、脑、眼如何协同处理处于动态变化的实验活动，以突破离身认知对复杂实践活动的表征瓶颈。寻视是海德格尔提出的实践活动的自身规范，是和用具打交道的过程中真实的“视之方式”10 103。参与寻视的是包括眼、脑和手在内的整个身体，将观察、操作、感知和快速判断融合于无需表征计算的身体技能之中。寻视依靠带有方向的形形色色的指引，解决了面对复杂任务时大脑工作记忆容量有限的问题，实践者依靠这些指引“顺应于事”地自主引导着操作10 103。持续寻视即娴熟实验者的工作状态:自如地取用和操作各种实验用具，仿佛环境中一种东西自然指向另一种东西，某个现象自然指向某个行动。因此，实现寻视的实验者可进入一种流畅而持续的工作状态。在受访者(2021Chem14、2021Chem16、2021Chem20)的表达中，这种状态意味着一切现象的出现和一切现象的处理都成为常识、感觉和习惯，直到某一指引中断。在受访者(2021Chem19)提供的案例中，实验者正在搭建有机反应实验装置，某环节指引其取用一个三通，但恰巧手边找不601李丽萍卢晓东:实验教育中面向创新的具身认知发展价值到三通而导致寻视中断。两位实验者有不同的决策。一位停下来计算可能的选择，即找器材库房领取，找同学借用、采购，等等;另一位领会了“说白了三通就是三个口”，他用双口瓶、分水器和带阀抽头加以组装，替代了三通的功能。由此可见，实验过程中寻视中断反而可能成为完善指引的学习机会。若非三通缺失，实验者不会停下来思考为什么该装置需要三通、三通的本质是什么、有无办法替代。寻视中断帮助实验者勾连起双口瓶、分水器和带阀抽头这一组合与三通的本质。真实的实验过程充满无数个诸如取水、缠生料带、找三通这样看似简单的细节，如果每个细节都需要大脑经过计算再决策，实验过程就会缓慢且混乱，这就是初学者手忙脚乱的非寻视状态。因此，寻视的规范是实验教育需要达成的重要目标。海德格尔认为，寻视只能通过充分上手方能实现，因为实践活动源始地与理论活动不同，“上手的东西根本不是从理论上来把握的”10 104，这从哲学层面明确了实验教育不可替代的价值。最新的实证研究也指出，动手实验活动之所以无法由理论教学替代，是因为动手为认知发展提供了时间结构和因果结构22 1771，这些结构恰恰蕴含在寻视的指引之中:基于时间序列的指引，某个现象导向某个操作的指引，等等。因此，海德格尔的哲学观点与具身认知理论对实验活动的分析高度一致。上手状态的本质是将某一用具的处理转化为娴熟的身体技能;实验者实现寻视的规范，其本质是通过上手实验室多种用具发展具身认知能力;寻视所依赖的形形色色的指引，使“最小工作记忆策略”的身体环境交互得以实现;拓宽个体视界的本质是积累各种指引关系，即实验者通过发展具身认知能力实现认知系统中资源阵列的扩增。三、具身认知与科学创新综合具身认知理论和海德格尔相关哲学概念的分析可知，实验教育之所以不可替代，是因为具身认知能力的发展必须通过实验活动，在上手与用具(仪器和材料)打交道的过程中逐步实现。具身认知能力发展的成果集中表现为寻视的规范和拓宽的视界(见图 1)。在实践层面，前者意味着基于手、眼、脑协同的，能够进行快速感知判断的实验技能，而后者意味着发展中的个体认知系统。对科学研究活动而言，寻视的规范有利于用具和现象层面的创新，而拓宽的视界是科学直觉的基础，有利于创新性想法的生成。寻视着的实验活动材料仪器人实验室实验用具用具整体性所关联的真实世界视界（认知系统）图 1实验室具身认知能力发展示意图(一)具身认知与用具层面的科学创新科学史上新用具的诞生或原有用具的创新性应用经常引发重大的科学发现。例如，伦琴(Wil-helm C.ntgen)发现 X 射线后，X 射线管、X 射线波谱仪、X 射线能谱仪等多种新用具陆续诞生，这些用具被创新性地应用于物理学、化学和生理学等领域，先后用于“看见”晶体、维生素、青霉素、蛋白质和脱氧核糖核酸的微观结构27，相关发现累计关联多项诺贝尔奖。具身认知视角已经揭示用具创新导致科学发现的根本原因:上手的用具能够帮助人类突破手、眼、脑之身体限制。寻视的规范促进用具层面的创新体现在如下方面。实验者通过充分上手已经领会用具的存在结构，建立起更完备的用具整体性理解，这是正确选择用具甚至做出创新性应用的基础;实验活动中用具不合用可导致寻视中断，引发实验者对用具进行改进、改造，甚至创新、创造的需求28。(二)具身认知与现象层面的科学创新在真实的研究情境中，实验者每天面对动态生成的各种现象，需要借助寻视的规范接连不断地做出现象是惯常、反常还是偶然的快速判断。寻视的能力既促进了实验活动的高效推进，又有利于敏锐地识别和捕捉重要的科学现象，包括可能与范式跃迁(paradigm shift)密切相关的反常现象，从而导向创新。有研究指出，2001 年至 2005 年的自然科学论文标题中，“令人惊讶”和“意想不到”两个701李丽萍卢晓东:实验教育中面向创新的具身认知发展价值词的相对出现率是 1900 年至 1955 年的 11 倍29，这证明现代科学创新越来越频繁地与意外现象相联系，而通过实验教育促进寻视，建立对现象的基本感知能力是开展研究活动的基础。(三)具身认知与创新性想法的生成科学直觉通过无意识的线索整合，能够面对复杂问题快速生成结论和方案，是生成创新性想法的重要方式8 20。优秀的科学直觉需要庞大的记忆库提供足够丰富的线索，还需要关联访问系统克服工作记忆的有限容量，以实现多项目的快速并行处理12 396。具身认知能力的发展为科学直觉的发挥提供了基础。实验者通过上手用具的实验活动积累了丰富的指引，用具及指引形成了记忆库的关联访问系统和快速处理能力，通过丰富个体视界扩增了认知系统中的可用线索。由于创新性想法的本质是现有要素的新颖组合，30 个体视界越是宽广，认知系统中的资源阵列越丰富，就越能够为复杂事物中涌现创新组合关系提供可能性14 417。实证研究为科学直觉和具身认知的联系提供了佐证。在 1970 年至 1986 年的物理学、化学和医学诺贝尔奖得主的发言中，每年都会强调科学直觉，其共识是科学直觉根本不是有意识的逻辑推理过程，而更接近执行层面的寻找通路，依赖于感官的知觉、感觉甚至是审美;伟大的科学直觉与研究对象的广泛性和研究经验的多样性有关，31 应将科学直觉的基础与研究者的个人视界相联系。值得注意，这些获奖得主大多来自实验科学领域，手脑并用和实践丰富是实验科学家的常见素质特征32。对科学直觉的重视并不意味着对大脑理性思维活动的否定或轻视，而是强调人类的无意识能力确实可以促进科学发现。创造力与直觉相联系已经是心理学、管理学等领域的共识33，完成创新活动需要直觉与非直觉的理性思维能力协作，科学创新过程也不例外。波兰尼认为，科学研究活动正是在科学直觉和批判性程序规范之间的调节中推进的34;库恩认为，科学家首先进行基于直觉的“感知”之后才进行基于逻辑推理的诠释，且因为不同研究人员在经验和训练的性质和数量的差异，才导致他们“感知”到什么存在差异23 166。然而，中国科学教育对直觉思维能力的重视远远不及理性思维能力。自然学科面向创新能力培养应该进一步明确，如何做的科学实践之中不仅包含科学的思维方式，也包含全身心感知科学的能力2 174;对用具存在结构的整体理解、对实验现象的敏锐感知以及强大的科学直觉是科学家创新的核心能力，而通过实验教育发展具身认知是获得这些能力的重要途径。四、总结和启示离身认知理论将实验能力分割为单独的操作能力、观察能力和理论能力，从根本上阻碍了对实验活动的全面理解，实验教育的价值容易被窄化为训练操作技能和辅助理论学习，其面向创新的认知发展价值被低估。在离身认知理论的束缚下，实验教育促进创新能力发展的方向难以澄明，实验教育对创新能力培养的潜力尚未得以充分挖掘。为突破上述局限，本研究在具身认知理论和海德格尔“上手”与“寻视”的视角下，将实验活动鲜明地呈现为学习者身体与环境的互动过程，呈现为学习者上手用具并与用具打交道的过程，呈现为具身认知能力发展的过程。具身认知发展的成果集中表现为寻视的规范和拓宽的视界，即优秀的实验技能和丰富的认知系统。具身认知能力的发展使得实验者有潜力成为用具的使用者、选择者、改造者和创造者，敏锐地直面和把握有价值的科学现象，发展更强大的科学直觉，从而有利于实现科学创新。实验室具身认知能力的发展通过充分上手的实验活动才能实现，实验教育因而成为自然科学学科培养创新能力的重要途径。未来的实验教学改革方向应基于具身认知的新视角，重新审视实验教学的目标、评价、内容、方式和课时安排。第一，寻视的规范和拓宽的视界是具身认知能力发展成果的集中体现，应成为教学目标和学习评价的核心。中国高校的化学35 和物理36 等学科面向创新人才培养的实验教学体系已初步形成不同的层次，大体分为基础、综合和研究三个阶段37。在具身认知理论的指导下，高校应设置不同阶段的教学目标和对应评价:基础阶段旨在实现初步寻视，学习评价应关注寻视中断的处理方式，引导学生将寻视中断作为学习机会;综合阶段旨在实现娴熟寻视并持续拓宽视界，学习评价需要兼顾寻视中断的次数(实验用时可作为简化指标)和寻视中断的处理方式;研究阶段更关注基于个体视界的创新潜力，对实验用具及现象的系统性认识反映了认801李丽萍卢晓东:实验教育中面向创新的具身认知发展价值知系统的丰富程度，应作为最重要的评价指标。第二，实验课程内容的设置应聚焦具身认知能力的发展，尽可能系统地体现用具的存在结构。例如，课程内容设计可以围绕某一实验用具的起源、演进、设计、制造、使用和应用场景，或者基于不同实验用具组合完成的同一实验任务，以及同一实验用具在不同实验任务中的使用，以助学习者在上手中建立用具存在结构中何所是、何所用、何所来的丰富指引。第三，实验教学需要摆脱对理论教学习惯的依赖，形成以充分上手为特征的教学方式。在国内主流的教学方式中，实验教师通常以理论讲解的方式描述实验原理和流程，辅以设备观摩，这些环节对发展具身认知能力相对低效。学生通常面对的是准备好的实验材料和调试好的仪器，以既定的方式呈现用具不利于学生围绕用具积累丰富的指引性关联。未来的实验教学应谨慎设计和控制非上手教学环节，在有限的课时中尽可能保障学生的上手时间;不同学习阶段应融入用具的不同准备状态，使学生逐渐具备从原材料库和原始设备展开实验活动的能力38，通过充分上手更完整地领会用具的存在结构，进而发展更丰富的认知系统。第四，实验课程的课时安排应以保障上手、促进寻视为基本原则。最恰当的课时安排应该是在特定类型的实验室中初步实现寻视的最小课时，由此对实验教育的经济和时间成本问题进行回应。显然，最恰当的课时安排不仅受到课程内容和教学方式的影响，还必须重视学习者的个体差异;个性化的实验选课系统39 以及灵活的实验免修制度是可行的解决方案。第五，实践活动与理论活动的不同10 103，科学教育者需要重新审视实验课程和理论课程的关系，并对科学直觉和理性思维能力予以同等重视。目前，大多数学科的实验课程建设依然主要因循理论课程的框架，实验教育的核心价值应指向具身认知能力发展和创新能力培养，而非辅助理论学习。未来的自然科学学科的实验教育需要逐步形成适度独立于理论课程的课程体系，这是新的方向和道路。参考文献 1 Kirschner，P A，Meester，M A M The Laboratory inHigher Science Education:Problems，Premises and Objec-tives J Higher Education，1988(1)2 eid，N，Shah，I The ole of Laboratory Work in Uni-versity ChemistryJ Chemistry Education esearch Practice，2007(2)3 张树永，张剑荣，陈六平 大学化学实验教学改革的基本问题和措施初探 J 大学化学，2009(4):264Phillips，MEarly History of Physics Laboratories forStudents at the College LevelJ American Journal ofPhysics，1981(6):526 5 Charles，L The Illusion of the Instructional Biology La-boratoryJ The American Biology Teacher，1996(3):142 6Miles，P The Teaching Laboratory through HistoryJ Journal of Chemical Education，1993(9):700 7 叶浩生 身体与学习:具身认知及其对传统教育观的挑战 J 教育研究，2015(4):107 8 波兰尼，M 科学、信仰与社会M 2版 王靖华，译南京:南京大学出版社，2020 9Wilson，M Six Views of Embodied CognitionJ Psy-chonomic Bulletin eview，2002(4)10 海德格尔，M 存在与时间(中文修订第二版)M 陈嘉映，王庆节，译 北京:商务印书馆，2016 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