摘? ?要：知識(shí)與實(shí)踐的雙向融合是形成物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，素養(yǎng)是在理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐創(chuàng)新理論的過(guò)程中螺旋上升。模塊化的科學(xué)探究設(shè)計(jì)要求學(xué)生自主經(jīng)歷探究的全過(guò)程，學(xué)生提出與生產(chǎn)生活實(shí)際相聯(lián)系的探究主題，在完成項(xiàng)目的過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行輸入、編碼、記憶、輸出，隨學(xué)隨用，動(dòng)態(tài)建構(gòu)，即時(shí)檢驗(yàn)，通過(guò)探究自主構(gòu)建出熟練操作實(shí)驗(yàn)的程序性知識(shí)及描述實(shí)驗(yàn)問(wèn)題、假設(shè)、原理、方案、步驟、數(shù)據(jù)、模型、結(jié)論、誤差等的陳述性知識(shí)，最后以書(shū)面研究報(bào)告的形式將記憶表征外顯化，由此構(gòu)建物理觀念、形成科學(xué)思維、感悟科學(xué)家作研究的態(tài)度與精神，形成具有專(zhuān)業(yè)特征的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);信息加工;探究實(shí)驗(yàn);長(zhǎng)時(shí)記憶

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）11-0001-5

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[1]?？茖W(xué)探究是物理核心素養(yǎng)的一個(gè)組成部分，也是一項(xiàng)學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過(guò)有效的科學(xué)探究活動(dòng)能夠讓學(xué)生在探究過(guò)程中建構(gòu)物理知識(shí)、形成物理思維、認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，并形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，科學(xué)素養(yǎng)在探究活動(dòng)中動(dòng)態(tài)提升。但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究不是按照課程標(biāo)準(zhǔn)中的幾個(gè)步驟的八股式探究，認(rèn)識(shí)到解決同一個(gè)問(wèn)題的方法不是唯一的，而是多種多樣的，任何科學(xué)知識(shí)都不是一成不變的，而是基于證據(jù)發(fā)生變化的，知識(shí)系統(tǒng)是在實(shí)踐中不斷完善的。

物理核心素養(yǎng)最關(guān)鍵的是物理觀念的形成。物理觀念的學(xué)習(xí)目的是為了學(xué)習(xí)者能夠用相關(guān)知識(shí)去解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題。物理觀念總體而言是一種物理的自然觀，是在物理知識(shí)基礎(chǔ)上的提煉和升華[2]。因此，物理觀念的形成需要將知識(shí)學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題、具體實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)的整合統(tǒng)一。對(duì)于物理學(xué)科來(lái)說(shuō)，物理探究實(shí)驗(yàn)是一個(gè)非常好的學(xué)習(xí)方式。實(shí)驗(yàn)過(guò)程是一個(gè)不斷利用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)的每一步都是基于物理科學(xué)原理的操作，需要經(jīng)歷提取記憶、操作感知、編碼存儲(chǔ)、提取應(yīng)用的動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程。

1? ? 動(dòng)態(tài)信息加工模型

當(dāng)代認(rèn)知心理學(xué)把人看作是一個(gè)積極的、具有主觀能動(dòng)性的信息加工者。人的信息加工過(guò)程類(lèi)似電腦的工作，需要將輸入的信息編碼為電腦操作系統(tǒng)能夠識(shí)別的符號(hào)（二進(jìn)制），電腦操作系統(tǒng)再經(jīng)過(guò)符號(hào)指令集對(duì)輸入信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、輸出。符號(hào)是泛指代表、表示或意指他物的一切東西。這里的符號(hào)既可以是書(shū)籍中的符號(hào)，如教材中的文字、字母、圖示等;也可以是人腦中抽象的符號(hào)，如言語(yǔ)、表象等。符號(hào)操作系統(tǒng)把人類(lèi)所具有的觀念、能力以及腦內(nèi)加工的過(guò)程看作是一系列符號(hào)及其運(yùn)作的事件。

基于信息加工模型的符號(hào)操作系統(tǒng)具有以下六種功能：（1）輸入符號(hào)（輸入）。人能夠通過(guò)眼睛看、耳朵聽(tīng)、手觸摸或手寫(xiě)字來(lái)輸入符號(hào)。（2）存儲(chǔ)符號(hào)（儲(chǔ)藏）。人類(lèi)把輸入的信息保存在頭腦中（記憶系統(tǒng)）。（3）建立符號(hào)結(jié)構(gòu)。人類(lèi)通過(guò)自己所接收到的信息對(duì)符號(hào)進(jìn)行不同的組合，得出新的關(guān)系，整合成新的符號(hào)系統(tǒng)。（4）條件性遷移（條件傳遞）。條件性遷移是指某個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)根據(jù)原來(lái)存儲(chǔ)的信息和當(dāng)前輸入的信息而進(jìn)行整合的一系列活動(dòng)，它依賴(lài)于已經(jīng)掌握的符號(hào)系統(tǒng)。條件性遷移的假設(shè)是：如果滿足了某種條件，即如果有了條件A就去執(zhí)行活動(dòng)B。計(jì)算機(jī)完全按照這個(gè)程序指令一步一步完成條件性遷移。這也就像人類(lèi)的心智活動(dòng)的操作任務(wù)。（5）復(fù)制符號(hào)（復(fù)制）。認(rèn)出符號(hào)并能把它原封不動(dòng)地復(fù)制出來(lái)，存儲(chǔ)到某個(gè)地方。（6）輸出符號(hào)（輸出）。輸出時(shí)把運(yùn)算、控制、存儲(chǔ)裝置中的運(yùn)送結(jié)果或信息、符號(hào)顯示出來(lái)或者記錄下來(lái)的過(guò)程。人說(shuō)話、寫(xiě)字、走路等動(dòng)作都是輸出[3]。

但人與電腦信息加工系統(tǒng)也是不同的，電腦接收信息是被動(dòng)接受，而人的信息加工系統(tǒng)可以控制主動(dòng)接收信息。當(dāng)人們解決自己感興趣的問(wèn)題時(shí)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)記憶中的知識(shí)無(wú)法滿足解決問(wèn)題的需求時(shí)就會(huì)進(jìn)行執(zhí)行控制，要求主動(dòng)輸入新信息（知識(shí)），再進(jìn)行編碼記憶，與原有認(rèn)知產(chǎn)生同化或順應(yīng)，在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)驅(qū)使下大腦控制系統(tǒng)會(huì)不斷進(jìn)行加工，判斷解決問(wèn)題的知識(shí)是否滿足，不滿足該如何再進(jìn)行輸入、編碼、記憶、輸出，周而復(fù)始，直至最終問(wèn)題得到解決并以各種形式輸出。這樣的動(dòng)態(tài)信息加工過(guò)程是知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)過(guò)程。當(dāng)然，如果沒(méi)有解決問(wèn)題的興趣和動(dòng)機(jī)，即使有輸入信息，大腦也會(huì)拒絕編碼記憶。

2? ? 實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中的動(dòng)態(tài)編碼記憶

2.1? ? 實(shí)驗(yàn)的感知輸入

語(yǔ)義記憶是指一般知識(shí)的長(zhǎng)時(shí)記憶，是人們不知什么時(shí)候就已獲得的知識(shí);情景記憶是指保存了個(gè)人經(jīng)歷或者情節(jié)的長(zhǎng)時(shí)記憶[4]。中學(xué)生的認(rèn)知中已經(jīng)存儲(chǔ)了一定量的物理語(yǔ)義記憶和情景記憶。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中情景和語(yǔ)義同時(shí)輸入：操作真實(shí)儀器屬于情景輸入，與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的原理屬于語(yǔ)義輸入。兩種輸入并行有利于編碼存儲(chǔ)形成進(jìn)一步的語(yǔ)義記憶和情景記憶。

2.1.1? ? 情景輸入與情景記憶

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是主動(dòng)意義建構(gòu)知識(shí)的前提，實(shí)驗(yàn)的最大特征就是輸入真實(shí)情景，讓學(xué)生親自操作。一方面激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，另一方面可以訓(xùn)練感覺(jué)、培養(yǎng)直覺(jué)、發(fā)展創(chuàng)造力。

學(xué)生站在實(shí)驗(yàn)臺(tái)前映入眼簾的是儀器，這些儀器也許有的是已經(jīng)熟悉的情景記憶，如學(xué)生電源、電流表、電壓表、變阻器等。但有的卻是第一次見(jiàn)到，如變壓器、真空泵、發(fā)波水槽、傳感器等，需要補(bǔ)充到長(zhǎng)時(shí)記憶中。

感知實(shí)踐包括感知實(shí)驗(yàn)的挫敗感。目前，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器瑣碎，質(zhì)量良莠不齊，元件容易損耗，設(shè)備也容易出故障。如一些電學(xué)實(shí)驗(yàn)按照線路圖連接電路時(shí)發(fā)現(xiàn)用電器不工作或儀表指針不動(dòng)，學(xué)生自己得找到原因進(jìn)行解決，有時(shí)候也許一節(jié)課也調(diào)不出一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。讓學(xué)生真正感知科學(xué)家做實(shí)驗(yàn)的艱辛，這種難忘的情景輸入有利于學(xué)生形成情景記憶。

2.1.2? ? 語(yǔ)義輸入與語(yǔ)義記憶

物理實(shí)驗(yàn)的原理是指用儀器完成某一特定實(shí)驗(yàn)而遵循的一般原理。但物理儀器的構(gòu)造原理比實(shí)驗(yàn)原理更復(fù)雜，每一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)儀器都是一個(gè)工程產(chǎn)品，它們是工程師經(jīng)歷了設(shè)計(jì)、研發(fā)，而最終形成的產(chǎn)品，是多種知識(shí)的組合應(yīng)用。如研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)儀，其基本實(shí)驗(yàn)原理是兩個(gè)相互垂直方向上的運(yùn)動(dòng)合成。但目前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器有很多種，不同實(shí)驗(yàn)儀器的構(gòu)造原理不一樣，有的用斜面控制小球初速度，有的用碰撞控制，還有的用電磁鐵控制，這就包括了斜面、碰撞、電磁的原理。很多儀器構(gòu)造暗含的理論會(huì)高于實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)本身。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)儀器的構(gòu)造原理都不是獨(dú)立的，制造儀器包含著多方面的原理和技術(shù)，因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要不斷輸入和再學(xué)習(xí)與之相關(guān)的理論意義，在實(shí)踐中進(jìn)行編碼記憶形成知識(shí)的語(yǔ)義記憶屬于深度學(xué)習(xí)，比純書(shū)本學(xué)習(xí)理解得更深刻。做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，語(yǔ)義記憶和情景記憶相互促進(jìn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和儀器構(gòu)造原理的理解會(huì)幫助學(xué)生診斷實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的故障，尋找解決問(wèn)題的辦法，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器;也能夠幫助理解真實(shí)產(chǎn)品的構(gòu)造原理，如對(duì)偏振實(shí)驗(yàn)原理的理解幫助學(xué)生理解偏光太陽(yáng)鏡和立體電影的原理。對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)原理的解釋都屬于語(yǔ)義記憶，與學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)不一樣的是這種語(yǔ)義記憶是在真實(shí)情景感知的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。由儀器誘導(dǎo)出的思考，也許就是學(xué)生的創(chuàng)新之源。

2.1.3? ? 情景、語(yǔ)義的不斷輸入動(dòng)態(tài)形成陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)

做實(shí)驗(yàn)既需要陳述性知識(shí)，也需要程序性知識(shí)。陳述性知識(shí)包括存儲(chǔ)于語(yǔ)義記憶和情景記憶中事實(shí)的意義，是人們能夠用語(yǔ)言描述事物“是什么”和“怎么樣”的知識(shí);程序性知識(shí)是一套辦事的操作步驟，是關(guān)于“怎么辦”的知識(shí)。

做實(shí)驗(yàn)最終會(huì)形成程序性知識(shí)，即熟練操作儀器，知道做實(shí)驗(yàn)的每個(gè)步驟。形成程序性知識(shí)的一種方法就是熟能生巧，我國(guó)很多學(xué)校對(duì)于中考要考的實(shí)驗(yàn)就采用這樣的辦法，反復(fù)訓(xùn)練，熟練掌握幾個(gè)固定實(shí)驗(yàn)的操作步驟，但卻忽略了實(shí)驗(yàn)的意義，變成了動(dòng)手不動(dòng)腦的過(guò)程，這樣也沒(méi)有達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)的目的。物理實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)物理實(shí)驗(yàn)研究的方法，由實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)理論。因此，做物理實(shí)驗(yàn)不但需要操作實(shí)驗(yàn)的程序性知識(shí)，也應(yīng)該能用陳述性知識(shí)解釋整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。即一方面能夠熟練操作一些實(shí)驗(yàn)儀器，另一方面也能用書(shū)面語(yǔ)言編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程、描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、解釋實(shí)驗(yàn)原理、處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。

按照實(shí)驗(yàn)常規(guī)，實(shí)驗(yàn)前需要通過(guò)各種方式為學(xué)生輸入實(shí)驗(yàn)原理的語(yǔ)義信息。教師講解實(shí)驗(yàn)原理是比較快捷的途徑。但我們提倡教師提供與實(shí)驗(yàn)原理相關(guān)的資料，讓學(xué)生邊感知實(shí)驗(yàn)情景邊輸入原理意義信息，讓原理指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。這時(shí)候的學(xué)習(xí)屬于發(fā)現(xiàn)式的有意義學(xué)習(xí)。如在學(xué)習(xí)聲音的傳播實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以讓學(xué)生先進(jìn)行真空罩實(shí)驗(yàn)，感知隨著空氣的抽出聲音逐漸變小，推理得出聲音的傳播是需要介質(zhì)的結(jié)論，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室儀器無(wú)法達(dá)到完全不傳聲的效果，學(xué)生會(huì)尋找原因，如真空度不夠，儀器構(gòu)造的某些部件（如放鬧鈴的底座）仍能作為介質(zhì)傳播聲音，因此想辦法測(cè)量真空罩中的氣壓并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[5]。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生邊實(shí)驗(yàn)邊發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，同時(shí)不斷輸入理論解釋現(xiàn)象，學(xué)會(huì)控制變量法、理想實(shí)驗(yàn)法、推理法等科學(xué)方法，體驗(yàn)理論與實(shí)踐的差距。

超出既定目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)誘導(dǎo)出新的實(shí)驗(yàn)原理。感知現(xiàn)象的同時(shí)必須回憶大腦中儲(chǔ)存的物理原理，如果記憶中的知識(shí)與現(xiàn)象不匹配，就要重新輸入新的物理原理。如楞次定律演示儀是需要驗(yàn)證通過(guò)閉合鋁環(huán)回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)遵循來(lái)拒去留的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。學(xué)生進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果在條形磁鐵上再吸附一塊強(qiáng)磁鐵，插入非閉合鋁環(huán)，鋁環(huán)也會(huì)運(yùn)動(dòng)。為了解釋這個(gè)現(xiàn)象，就需要輸入渦流的理論[6]，學(xué)習(xí)在不經(jīng)意中就自然發(fā)生了。因此，做實(shí)驗(yàn)希望學(xué)生能夠刨根問(wèn)底、探究原理、發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題、學(xué)習(xí)新知識(shí)、激發(fā)進(jìn)一步學(xué)習(xí)的熱情。學(xué)生感知實(shí)驗(yàn)過(guò)程是任何人或媒體都無(wú)法替代的，學(xué)生在感知實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷進(jìn)行同化順應(yīng)，動(dòng)態(tài)構(gòu)建自己的陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)。

2.2? ? 探究學(xué)習(xí)過(guò)程的雙重編碼記憶

陳述性知識(shí)有兩種表征方式：類(lèi)比表征和符號(hào)表征。類(lèi)比表征也叫心理表象，保留原始刺激物或事件的大部分特征，在頭腦中形成曾看到物體或事件的心理圖畫(huà);符號(hào)表征是指依賴(lài)于人的主觀符號(hào)的陳述性記憶。語(yǔ)義記憶和情景記憶都可以通過(guò)類(lèi)比（心理表象）和符號(hào)（心理命題）的形式進(jìn)行表征。雙重編碼理論認(rèn)為，人們既可以通過(guò)心理表象也可以通過(guò)心理命題的方式表征信息。要讓學(xué)生更好地記住信息就要圖文并茂[4]。

按照支架式學(xué)習(xí)理論，實(shí)驗(yàn)情景屬于搭支架，是協(xié)助建構(gòu)知識(shí)的，最終支架撤去后存儲(chǔ)在記憶中的是表征為表象和命題的圖式結(jié)構(gòu)。就像蓋房子，只有支架沒(méi)有砌磚，那只是個(gè)空架子，砌的磚如果不牢固，也會(huì)坍塌。只操作實(shí)驗(yàn)沒(méi)有對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、方法、數(shù)據(jù)、結(jié)論進(jìn)行編碼記憶，那就是一個(gè)空架子;對(duì)上述過(guò)程編碼但不成體系說(shuō)明知識(shí)是離散的，就不可能形成物理核心素養(yǎng)。

對(duì)輸入的信息必須進(jìn)行編碼、記憶、輸出，學(xué)習(xí)才能發(fā)生。無(wú)論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還是實(shí)驗(yàn)原理，感官輸入后必須要被主體有意識(shí)地編碼記憶。僅看到現(xiàn)象而沒(méi)轉(zhuǎn)換為物理術(shù)語(yǔ)的編碼記憶，實(shí)驗(yàn)就是看熱鬧，看到儀器不會(huì)調(diào)用大腦中的表象及命題表征對(duì)其進(jìn)行再次編碼，原理和實(shí)踐就是兩張皮。

但目前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)也有一個(gè)誤區(qū)，老師展示精彩的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生興趣盎然地觀察現(xiàn)象，但等到需要對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行編碼記憶時(shí)，就變成老師講解，學(xué)生被動(dòng)機(jī)械記憶。因此，我們不能讓實(shí)驗(yàn)成為活躍感知、惰性編碼狀態(tài)的課程。

對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的編碼是物理學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以編碼表征為表象和命題。如編碼為物理示意圖等屬于表象，編碼為原理定律等屬于命題或命題網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)物理概念原理可以表示為圖形、圖示、文字、符號(hào)、公式，因此需要表象及命題的雙重表征方式。

科學(xué)的陳述性知識(shí)有別于一般自然語(yǔ)言，科學(xué)學(xué)習(xí)的最終目的是希望學(xué)習(xí)者能夠以書(shū)面語(yǔ)言的形式輸出。無(wú)論是回答考試問(wèn)題還是設(shè)計(jì)一個(gè)方案，都需要用專(zhuān)業(yè)的科學(xué)術(shù)語(yǔ)、符號(hào)、圖示等展現(xiàn)出來(lái)，即利用大腦長(zhǎng)時(shí)記憶中的陳述性知識(shí)描述出來(lái)。因此，描述的水平直接取決于大腦中對(duì)各類(lèi)問(wèn)題表征的準(zhǔn)確性，輸出的書(shū)面語(yǔ)言表征也能即時(shí)檢驗(yàn)記憶中欠缺的知識(shí)，再進(jìn)行補(bǔ)充?，F(xiàn)在很多學(xué)生喜歡做實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象，但不喜歡寫(xiě)書(shū)面的研究報(bào)告，或者不能用規(guī)范的科學(xué)語(yǔ)言符號(hào)描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及原理，說(shuō)明學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)情景并沒(méi)有進(jìn)行有效的編碼記憶或者記憶表征不夠準(zhǔn)確。

物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情景方便學(xué)生將現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為記憶中準(zhǔn)確的表象表征。如學(xué)生看到圖1（a）中磁鐵周?chē)¤F屑或小磁針的分布，很容易由圖1（a）建立起磁感應(yīng)線的表象[圖1（b）][7]。表象建立起來(lái)后，也很容易對(duì)表象進(jìn)行語(yǔ)義編碼。用物理學(xué)術(shù)語(yǔ)言描述或者概述出來(lái)，形成命題。

通過(guò)磁感應(yīng)的表象促進(jìn)形成磁場(chǎng)分布一系列命題描述：磁感應(yīng)線是在磁場(chǎng)中畫(huà)一組由N極出發(fā)、S極結(jié)束的曲線來(lái)描述磁場(chǎng)分布的一種圖示方法，曲線上任何一點(diǎn)的切線方向都跟這一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，磁感應(yīng)線的疏密程度代表磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，條形磁鐵兩極磁性最強(qiáng)、中間最弱等。經(jīng)歷了觀察、編碼、記憶、表征四個(gè)環(huán)節(jié)，加工層次越來(lái)越深。由實(shí)驗(yàn)情景到表象表征要讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何忽略真實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的一些次要因素，提煉出主要特征，用類(lèi)比和符號(hào)雙重表征出物理模型。

科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的編碼從一開(kāi)始就已經(jīng)發(fā)生，提出并定義問(wèn)題、形成假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)表格、操作實(shí)驗(yàn)、讀取數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、討論結(jié)果等環(huán)節(jié)都對(duì)應(yīng)著不同的編碼形式?，F(xiàn)在很多實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)、表格設(shè)計(jì)、結(jié)果分析都由教師包辦，操作也是教師演示一遍，學(xué)生依葫蘆畫(huà)瓢，缺失了這些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的自我編碼記憶，這對(duì)學(xué)生科學(xué)思維及科學(xué)探究核心素養(yǎng)的形成非常不利。若學(xué)生不是主動(dòng)進(jìn)行自我編碼記憶，那么知識(shí)就是記住的，不是理解的[8]。

因此，我們希望探究一開(kāi)始就由學(xué)生完成，每一個(gè)環(huán)節(jié)都由學(xué)生自覺(jué)地輸入信息、編碼記憶、輸出探究實(shí)驗(yàn)報(bào)告。語(yǔ)言是思維的載體，一份探究實(shí)驗(yàn)報(bào)告能反饋出學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)時(shí)記憶表征形式，判斷陳述性知識(shí)在長(zhǎng)時(shí)記憶中的類(lèi)比表征和符號(hào)表征的程度。科學(xué)家的研究論文和研究報(bào)告事實(shí)上也是陳述性知識(shí)表征的外顯形式。

3? ? 基于工程實(shí)踐的中學(xué)模塊化物理探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是為學(xué)生搭建一個(gè)學(xué)習(xí)的平臺(tái)，不是為了做實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，而是為了學(xué)習(xí)一種實(shí)驗(yàn)研究方法，思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，意義建構(gòu)知識(shí)。著名物理學(xué)家盧瑟福的觀點(diǎn)就是“實(shí)驗(yàn)很重要，但用腦思考更關(guān)鍵”。

學(xué)生自主探究需要?jiǎng)邮植僮?、?dòng)腦思考。探究的各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)由學(xué)生完成，但也不是把學(xué)生放在實(shí)驗(yàn)室就撒手不管。做實(shí)驗(yàn)也需要學(xué)生大腦中有一些與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的情景記憶和語(yǔ)義記憶。如果沒(méi)有實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)學(xué)生會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器產(chǎn)生操作焦慮，不敢動(dòng)手。因此，提倡模塊化探究，即將探究實(shí)驗(yàn)放在一個(gè)模塊或者一個(gè)單元正常學(xué)完之后，學(xué)生在這個(gè)模塊的學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)歷了教材中安排的所有實(shí)驗(yàn)，對(duì)一些設(shè)備都已經(jīng)熟悉。模塊探究就是把與本學(xué)習(xí)模塊相關(guān)的各類(lèi)實(shí)驗(yàn)儀器都擺放在實(shí)驗(yàn)桌上，讓學(xué)生對(duì)照這些儀器提出一個(gè)探究問(wèn)題，這個(gè)探究問(wèn)題可以是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的組合，也可以是對(duì)比實(shí)驗(yàn)，還可以是與生活、生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)拓展。

例如，電學(xué)模塊可以提供一些學(xué)生電源、電阻、小燈泡、電流表、電壓表、電容器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等，學(xué)生可以在提出“探究家庭燈光的電路設(shè)計(jì)”或“探究圣誕樹(shù)彩燈設(shè)計(jì)”等研究問(wèn)題后自己開(kāi)始查閱資料弄清原理、形成假設(shè)、進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、選擇儀器、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果、形成結(jié)論或模型、撰寫(xiě)研究報(bào)告進(jìn)行交流等，最終也可以提出家庭燈光或圣誕樹(shù)布線的工程設(shè)計(jì)方案。教師可以將這些環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)為探究實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，并提出一些要求，如在選擇儀器時(shí)要求學(xué)生拍攝儀器照片并進(jìn)行功能標(biāo)注，分析數(shù)據(jù)要求有誤差分析等。要求學(xué)生邊做實(shí)驗(yàn)邊完成指導(dǎo)書(shū)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后提交報(bào)告。這類(lèi)模塊化探究可以安排三次課：第一次課學(xué)生主要是摸索儀器，提出問(wèn)題，試著操作，課后設(shè)計(jì)方案;第二次課是開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的相關(guān)內(nèi)容，課后繼續(xù)完善指導(dǎo)書(shū);第三次課進(jìn)行匯報(bào)交流，以視頻或?qū)嵨镄问秸故緦?shí)驗(yàn)作品。學(xué)生學(xué)完電磁學(xué)模塊后，利用線圈和磁鐵等開(kāi)發(fā)的集成化的電磁演示實(shí)驗(yàn)（圖2），可以展示磁生電、電生磁及相互作用的多種實(shí)驗(yàn)。如圖3所示，是學(xué)生設(shè)計(jì)的手搖手電筒模型。這種完全探究根據(jù)具體情況一學(xué)期可以進(jìn)行一次，或者以課外學(xué)習(xí)小組的形式開(kāi)展，幫助學(xué)生獲得科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的真實(shí)體驗(yàn)，從中獲得成就感。

經(jīng)過(guò)一個(gè)模塊的學(xué)習(xí)可以積淀一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，再經(jīng)歷一個(gè)模塊化的探究項(xiàng)目可將知識(shí)與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，由真實(shí)場(chǎng)景激活記憶中的知識(shí)元。動(dòng)腦設(shè)計(jì)、動(dòng)手制作加工，在這個(gè)過(guò)程中攻克一道道難關(guān)，最終當(dāng)看到解決問(wèn)題后輸出的作品時(shí)，就會(huì)體驗(yàn)到解決問(wèn)題的成就感。在不斷解決問(wèn)題的過(guò)程中使得原有知識(shí)、思維、態(tài)度得到進(jìn)一步升華，培養(yǎng)一種潛在科學(xué)家或者工程師的素質(zhì)。

4? ? 小? 結(jié)

基于動(dòng)態(tài)信息加工理論的探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行輸入、編碼、記憶、輸出，隨學(xué)隨用，動(dòng)態(tài)建構(gòu)，即時(shí)檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將深?yuàn)W的儀器原理、有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、靈活的動(dòng)手能力、外顯化的物理知識(shí)和操作相互融合，使得學(xué)習(xí)者知識(shí)、能力、方法多維度發(fā)展。通過(guò)循環(huán)，記憶的加工水平逐漸加深，知識(shí)理解得更透徹。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)不像那些高尖端的集成實(shí)驗(yàn)，其精確度不高，實(shí)驗(yàn)過(guò)程狀況百出，是最接近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的原始實(shí)驗(yàn)。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材中幾乎所有實(shí)驗(yàn)都需要實(shí)驗(yàn)者將多個(gè)元件、設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)組裝或者搭建，如光的折射需要玻璃磚、激光筆、量角器等;電路的串并聯(lián)需要導(dǎo)線、電壓表、電流表、電源、燈泡。每個(gè)元件又有各自的特性和操作規(guī)范，實(shí)驗(yàn)者從這些儀器本身就能學(xué)習(xí)到很多物理學(xué)的知識(shí)。在儀器組裝過(guò)程中也許會(huì)遇到很多不確定因素，出現(xiàn)各類(lèi)故障，在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)者需要查原理、理思路、找原因，這也是一個(gè)非常好的學(xué)習(xí)過(guò)程，如燈泡不亮，就學(xué)會(huì)檢查電路，檢查接法;靜電感應(yīng)現(xiàn)象不明顯是不是還要考慮周?chē)h(huán)境及天氣的影響，跨學(xué)科知識(shí)也在實(shí)踐中自然而然地滲透進(jìn)來(lái)。

基于工程實(shí)踐的科學(xué)探究就是把現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)問(wèn)題與物理實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，滲透工程思維和設(shè)計(jì)思想，條件容許時(shí)進(jìn)行工程實(shí)踐。物理實(shí)驗(yàn)為工程實(shí)踐構(gòu)建了理論模型和樣本模型，但工程實(shí)踐時(shí)還得考慮很多因素，如時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本、施工難易度等，除此之外還得考慮很多標(biāo)準(zhǔn)，如環(huán)保、安全、美學(xué)等。因此，工程實(shí)踐也可以讓學(xué)生先設(shè)計(jì)一個(gè)方案，在條件容許時(shí)再進(jìn)行具體實(shí)踐。讓學(xué)生在滲透工程實(shí)踐的科學(xué)探究中感悟?yàn)槭裁匆薪K生學(xué)習(xí)的理念，知道知識(shí)是在解決問(wèn)題的過(guò)程中動(dòng)態(tài)形成的，對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)輸出的渴望激發(fā)其不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)輸入的動(dòng)機(jī)，領(lǐng)悟?yàn)槭裁瓷a(chǎn)實(shí)踐和科研領(lǐng)域有那么多的技術(shù)難題和科技難關(guān)需要攻克，逐漸形成為解決我國(guó)“卡脖子”問(wèn)題作貢獻(xiàn)的雄心壯志。

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（欄目編輯? ? 廖伯琴）

【專(zhuān)家介紹】

張軼炳（1964-），女，寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師。1985年畢業(yè)于寧夏大學(xué)，2004年獲北京師范大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位，2009—2010年于美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者。2013年獲鐘瀚德基金會(huì)的全國(guó)明德教師獎(jiǎng)，2017年獲寧夏回族自治區(qū)“十三五”普通高校第二批教學(xué)名師。曾主持完成國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及其他各類(lèi)課題十余項(xiàng)，發(fā)表各類(lèi)論文七十余篇。