實驗教學相關能力分析（2）
——創(chuàng)造能力類

艾 倫

實驗教學相關能力分析（2）
——創(chuàng)造能力類

艾 倫

重點分析了中小學實驗教學相關能力中的創(chuàng)造能力類，其中涉及知識遷移能力、設計能力、方法創(chuàng)造能力以及思想實驗能力。這4種能力是創(chuàng)新能力這一復合型能力的主干與中堅。

實驗教學；知識遷移能力；設計能力；方法創(chuàng)造能力；思想實驗能力

前文討論了中小學實驗教學相關能力中的認知能力類，其中包括了4種簡單型能力：觀察能力、分析能力、綜合能力以及邏輯思維能力。本文則開始討論創(chuàng)造能力類的4種簡單型能力，它們是知識遷移能力、設計能力、方法創(chuàng)造能力以及思想實驗能力。創(chuàng)造能力類是指創(chuàng)造新事物的一般性能力。事物是復雜的，但是創(chuàng)造新事物總有一些相同而且必要的方式方法、思維規(guī)律，能夠掌握這些方法與規(guī)律可以通過培養(yǎng)相關的簡單型能力實現(xiàn)。創(chuàng)新能力是復合型能力，是由諸多簡單型能力有機構成，而創(chuàng)造能力類是其中主干性的，是中堅的部分。

一、知識遷移能力分析

將一個領域里的知識應用到另一個領域中而使其發(fā)揮新的作用，這顯然是一種創(chuàng)造性的發(fā)揮，這種能力應該屬于創(chuàng)造能力類。

1.知識遷移

知識遷移（Knowledge transfer）就是將一個領域里的知識應用到另一個領域中，或者根據(jù)知識的相似性使兩個不同領域的事物建立起相關關系，從而發(fā)現(xiàn)一些特殊規(guī)律。這是我們將要探討的知識遷移問題的本質(zhì)屬性。

關于知識遷移的定義廣泛地出現(xiàn)在各種心理學和教育心理學著作中，如：“知識的遷移指人們在一種情境中所獲得的知識，可以影響到隨后學習的另一種知識或另一種情境中技能的學習及運用。”［1］知識遷移就是“一種學習對另一種學習的影響。”［2］知識遷移是“已獲得的知識、動作技能、情感和態(tài)度等對新的學習的影響過程。”［3］這些定義存在的一個共同問題是將“知識遷移”與“學習遷移”兩者混淆了?！爸R”是名詞，“學習”是動詞，知識遷移是指不同領域知識本身的轉(zhuǎn)換，而學習遷移（Learning transfer）則應該是指對于知識的不同學習方法之間的轉(zhuǎn)換。我們在這里強調(diào)知識遷移而非提及學習遷移，是因為學習方法遷移屬于方法創(chuàng)造問題，那將在下面的方法創(chuàng)造能力問題中進行討論。

2.知識遷移率

“遷移率”原本是一個電子學概念，它反映帶電粒子在電場作用下的漂移速率。我們在這里借用這個詞匯描述知識遷移的遠近，遷移率低表示知識的近遷移，遷移率高則表示知識的遠遷移。

一些高級動物也能夠?qū)W習知識，但是它們的知識遷移率則很低，一個黑猩猩的實驗能夠很好地說明這個問題。實驗者點燃一堆篝火，再用旁邊的一桶水將火澆滅，黑猩猩看到人的動作后也模仿人的樣子提起另一只桶水將另一堆篝火澆滅，它學到了這個知識而且非常高興?，F(xiàn)在，實驗者將篝火在一條河邊上點燃，旁邊放上一只空水桶，這次黑猩猩拿起空水桶去澆篝火而沒有成功，它很是著急，但卻不知道去旁邊的河里取水，因為它對不同場景下的知識沒有遷移能力。人不同于黑猩猩，他們知道滅火的兩個基本要素：隔絕氧氣和降低溫度，于是他們可以去河里取水滅火，可以利用河邊的沙子滅火，甚至可以將水桶直接扣在火堆上滅火。人類的知識遷移率要遠高于黑猩猩。

知識遷移率高的另一個表現(xiàn)是善于將兩個不同領域的事物建立起相關關系，這類問題的一個典型例子是“星巴克分店指數(shù)”。星巴克是美國一家連鎖咖啡公司，“星巴克分店指數(shù)”是由美國《商業(yè)周刊》專欄作家丹尼爾·葛洛斯提出的理論。該理論認為一個國家星巴克連鎖分店愈多，則它受金融危機傷害的程度愈高，理論在經(jīng)濟學上起到了一定的作用。［4］“蝴蝶效應”理論也是這方面的一個實例。對兩個看來風馬牛不相及的事物進行相關性分析，建立起相關關系或發(fā)現(xiàn)因果關系，這些都是大數(shù)據(jù)時代解決復雜系統(tǒng)問題的特征，是知識遷移率高的具體體現(xiàn)。

3.知識遷移能力

對于學生的創(chuàng)造能力類來說，知識遷移能力是十分重要的，它能夠使得學生善于進行發(fā)散性思維，敢于設想，而且又可以通過尋求科學的手段對提出的設想進行分析和驗證。獲取知識的能力是重要的，知識遷移能力是更為重要的，知識遷移能力的高低表現(xiàn)在知識遷移率的高低。通過實驗教學注意加強中小學生的知識遷移率，培養(yǎng)知識遷移能力是提高他們創(chuàng)造性的有效措施。

二、設計能力分析

對于技術型創(chuàng)造活動，設計（Design）能力是不可或缺的重要人為因素與條件。

1.分析、綜合與設計

在本欄上期關于認知能力類討論的文章中，我們討論了分析能力與綜合能力，提出分析過程是歸納過程，是從特殊到一般，分析的目的是從已經(jīng)存在的事物中發(fā)現(xiàn)一般性的規(guī)律；而綜合過程是演繹過程，是從一般到特殊，綜合的目的是根據(jù)一般性的規(guī)律實現(xiàn)一系列原本不存在的事物。相對于分析過程，綜合與設計是一樣的，都是從一般到特殊的演繹過程，都是要實現(xiàn)原本不存在的事物。但是，綜合與設計又有不同，綜合是在理論上實現(xiàn)，而且具有理論支持；設計是在綜合的基礎上，在實際中具體實現(xiàn)那個待得的事物，它需要靠經(jīng)驗完成。為了更加容易理解分析、綜合與設計的異同，我們以電路課程為例進行說明。

（1）分析過程。電路分析課程研究的主要內(nèi)容是先給出一個已知的等待分析的典型電路，通常情況下是給出這個電路的電原理圖，這個電路可能是個簡單的線性電路，也可能是個復雜的非線性電路。學習者運用已經(jīng)掌握的定律（如：歐姆定律、基爾霍夫定律等）和電路知識（如：電阻、電容、電感、電子器件的電壓電流關系等）建立起反映該電路特點的電路方程（代數(shù)方程或微分方程），并求解該方程。這一過程為分析過程。

（2）綜合過程。電路綜合（或稱“網(wǎng)絡綜合”）課程研究的主要內(nèi)容是先給出一個電路方程，該方程反映了將要實現(xiàn)的那個電路所應具有的功能。學習者運用已經(jīng)掌握的理論知識（如：梅森公式［5］等）建立起滿足上述方程的電路，同時畫出該電路的電原理圖。這一過程為綜合過程。

（3）設計過程。電路設計的過程是以上述綜合出的電路為基礎，進一步計算電路參數(shù)，并規(guī)劃出電路板結(jié)構或元器件排列以及確定電路連線的布局。這部分工作往往沒有太多的理論指導，而是憑經(jīng)驗完成。例如：我們通過電路綜合得到了一個積分電路，其中積分時間常數(shù)τ =RRC C = 1 秒，于是我們可以選擇 R = 1 歐姆的電阻器和 C = 1 法拉的電容器，也可以使 R =110 03歐姆和C =110 0-3法拉，還可以選擇 R = 110 06歐姆和 C =110 0-6法拉等，總之有無窮多種組合，此時就需要根據(jù)經(jīng)驗決定選擇的數(shù)值。實際中我們選擇R = 2 ×1 10 06歐姆和 C = 0 . 5 × 110 0-6法拉，這是因為這樣阻值的電阻器和這樣容值的電容器為標準序列產(chǎn)品，市面容易購到、價格較低，而且這樣的組合使電路的功耗較小，電路容易實現(xiàn)。這一過程為設計過程中的一部分。

藝術類專業(yè)多開設有設計課程，該課程通常包含平面設計、色彩設計、立體設計3個部分，被稱為設計藝術的重要基礎理論。但是，仔細分析課程內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，這些理論中沒有使用數(shù)學表達式進行的精確描述，而只是經(jīng)驗的匯集，它反映了設計過程的特點。

2.設計能力

通過上面的對比分析，我們就會更加理解為什么要將分析能力與綜合能力歸為認知能力類，而將設計能力歸為創(chuàng)造能力類。這是因為分析與綜合過程對理論知識的依賴是十分強的，同時它們也是對事物正反兩方面正確認知的工具。中小學生的設計能力是在日常學習和生活中通過經(jīng)驗積累逐漸建立起來的，在實驗教學中注重學生設計能力的提高是培養(yǎng)創(chuàng)造能力、創(chuàng)新能力的重要方法與措施。教學中應該讓學生參與實驗過程的設計，在實驗報告的內(nèi)容中加入學生對實驗過程與方法的修改建議等，這些都是提高學生設計能力的有效途徑。當前正處于提倡創(chuàng)新的時代，更需要重視人的設計能力，在科學創(chuàng)新與技術創(chuàng)新（技術發(fā)明）中，尤其是技術創(chuàng)新對設計能力有著更高的要求。

三、方法創(chuàng)造能力分析

如果提高學生的設計能力可以讓他們更多地參與實驗過程和方法的設計，是通過不斷地進行實踐而實現(xiàn)的目標，提高方法創(chuàng)造（Method creation）能力則是一個理念提升的目標。

1.元方法

與元方法（meta-method）相似的一些常用概念有元數(shù)據(jù)（meta-data）、元科學（meta-science）、元認知（metacognition）、元標準（meta-standard）等。其中元數(shù)據(jù)就是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，元科學是研究科學的科學，元認知是對認知科學的認知。元標準是制定標準的標準，所以元方法就應該是創(chuàng)造方法的方法?！霸痹谟⑽闹袨榍熬Y“meta-”，意思是“在…之后”，最早出現(xiàn)在詞“meta-physics”（元物理學）中，這個詞在中國被稱為形而上學，在西方就是哲學的意思。古希臘哲學家亞里士多德的弟子們整理他們老師的著作，排序時將物理學放在了最前面，之后是哲學部分，但是當時因為沒有哲學這個名稱，所以稱哲學為“物理學之后”，即“metaphysics”。又由于哲學是物理學的基礎，古典物理學的發(fā)展來源于哲學思考，所以古典物理又有自然哲學之稱，即元物理學?，F(xiàn)在我們常用“元”這個字表示最根本的東西。

提出元方法的概念是希望說明，我們僅僅學會某個領域的研究方法是不夠的，應該掌握產(chǎn)生方法的基本規(guī)律，這在哲學上則屬于方法論的范疇。掌握產(chǎn)生新方法的規(guī)律是為了創(chuàng)造新方法，這要求人們能夠在思維范式上發(fā)生相應改變。同時，方法也能夠在不同領域之間進行借鑒，于是就會發(fā)生方法遷移。方法創(chuàng)造能力就是指這些方面的能力。

2.方法創(chuàng)造能力

有一個典型的教學策略，人們常用“授之以魚不若授之以漁”比喻。這句話原意是說直接給人魚吃，不如供給他捕魚的工具并教會他捕魚的方法；在教學中則是說直接教給學生知識，不如提供給他們獲取知識的工具和方法。但是，為了能夠真正培養(yǎng)學生的方法創(chuàng)造能力，更應該提倡的教學策略是“授之以漁不若由之以漁”。這句話的原意是提供給人捕魚的工具和方法，不如給他提供一定的條件讓他自己找到捕魚的工具和方法；在教學中就是說提供給學生獲取知識的工具和方法，不如提供條件讓他們自己發(fā)明工具和創(chuàng)造方法，從而獲得知識。方法創(chuàng)造能力就是在這樣的氛圍中逐漸提高的，中小學實驗教學要特別關注這方面的教學策略。

四、思想實驗能力分析

思想實驗（Thought experiment）并非一個新概念，只是在教學上，尤其是在實驗教學方面不經(jīng)常提及，也不使用，所以使得人們對它比較生疏。但思想實驗能力確實是創(chuàng)造能力類中最為核心的一種能力，我們必須對它加以充分的重視。

1.思想實驗的概念

思想實驗是人類按照科學研究的實驗過程在頭腦中進行的邏輯思維活動，是自然科學家和哲學家們經(jīng)常使用的一種十分有效的研究方法。歷史上比較著名的思想實驗有伽利略的重力實驗、愛因斯坦追逐光線的實驗、薛定鍔之貓的實驗等，這些思想實驗在科學技術的發(fā)展中起著至關重要的作用。大量史實證明，在科學技術發(fā)展的一些關鍵性時刻，都是科學家通過思想實驗的方法得到突破性進展，例如：繼文藝復興之后發(fā)展起來的西方自然科學，由伽利略通過思想實驗而得出的物體運動規(guī)律在日后經(jīng)典物理學體系的建立中起到了奠基的作用；在化學家們發(fā)現(xiàn)了大量化學元素而不能找到一般性規(guī)律的時候，門捷列夫通過思想實驗建立的元素周期表為人們發(fā)現(xiàn)更多的元素指明了方向；而當經(jīng)典物理學遇到困境時，愛因斯坦用思想實驗建立起來的相對論理論為物理學的發(fā)展開拓出新的途徑。

2.思想實驗典型案例

在諸多的思想實驗案例中，最具有代表性的應屬伽利略的重力試驗。公元前4世紀，古希臘哲學家、思想家、政治家、科學家亞里士多德（公元前384年至公元前322年）在研究物理學時宣布：自由下落的物體，其下落速度與該物體的重量成正比。這一錯誤結(jié)論一直被人們毫無懷疑地接受，而且延續(xù)了將近2000年。直到1590年，才被意大利科學家伽利略用思想實驗的方法將它推翻，并得出了正確的結(jié)論。伽利略的思想實驗是這樣進行的：設想將一重一輕兩個物體用一段繩子捆綁在一起，讓它們同時自由下落。根據(jù)亞里士多德的理論，由于重物下落速度快而輕物下落速度慢，所以兩物之間的繩子將被拉緊，于是重物向下拉輕物而使輕物速度加快，同理輕物向上拉重物而使重物速度減慢，這樣就使得兩個物體的共同速度介于兩物單獨下落時各自具有的速度之間，即應該比重物單獨下落時的速度慢，而比輕物單獨下落時的速度快。但是，當繩子將兩個物體捆綁在一起時，它們的總重量應大于原來的重物，根據(jù)亞里士多德的理論，其下落速度應該比重物單獨下落的速度還要快才對。兩個結(jié)論前后矛盾，所以只能認為自由落體的下落速度與物體的重量無關，即重物與輕物的下落速度相同。歷史上伽利略得出這個正確的物理定律完全是通過思想實驗實現(xiàn)的，他并沒有必要爬到比薩斜塔上做墜物實驗，或者說他在爬到比薩斜塔上去之前已經(jīng)將這個問題解決了，上去做實驗僅僅是驗證一下。

3.思想實驗能力

善于做思想實驗是一種能力的表現(xiàn)，善于思想實驗的能力在眾多能力中應該特別加以重視，因為它是創(chuàng)新型人才所具有的特質(zhì)，而且又是我們教育教學中所欠缺的。但正是由于人們以前很少關注和重視它在教育教學中的作用，所以相關的研究和文獻也并不多見。北京大學法學院的凌斌在其《思想實驗及其法學啟迪》一文中對思想實驗現(xiàn)象做了深入的研究，并提出思想實驗應具有的3個基本要素：工作假說、實驗場景、邏輯推理。［6］其中，提出工作假說是進行思想實驗的第一要素，而懷疑的態(tài)度與批判性思維是提出工作假說的前提。實驗場景，就是在人頭腦中建立的一個實驗環(huán)境，其中有完成實驗所具備一切設備和條件，但這個環(huán)境是虛構的、理想化的，卻又是符合實際的，在條件具備時則有可能實現(xiàn)。建立實驗場景同樣也是一個與經(jīng)驗有關的過程。一個人做過的實際實驗較多，則其在這方面積累的經(jīng)驗就越就豐富。進行邏輯推理的過程是在提出工作假說、建立實驗場景后最為關鍵的階段，能否進行合理縝密的邏輯推理正是培養(yǎng)學生進行思想實驗的核心所在。邏輯推理即使用邏輯思維的方法進行推理，邏輯思維能力已經(jīng)在認知能力類的分析中重點討論過了。

［1］彭聃齡.普通心理學［M］.北京：北京師范大學出版社，2001.

［2］邵瑞珍.教育心理學［M］.上海：上海教育出版社，1997.

［3］陳琦.當代教育心理學［M］.北京：北京師范大學出版社，1997.

［4］百度百科.星巴克分店指數(shù)［EB/OL］.http：// baike.baidu.com/view/2701438.htm.

［5］吳大正.信號與線性系統(tǒng)分析［M］.第4版.北京：高等教育出版社，2005.

［6］凌斌.思想實驗及其法學啟迪［J］.法學，2008（1）：31-46.

作者信息

艾倫，教授，本刊特約撰稿人。首都師范大學，100048

Analysis of the Related Ability of Experimental Teaching （2） :Creative Abilities

Ai Lun

This paper mainly analyzes the creative abilities of the experimental teaching of primary and middle school， which involves knowledge transfer ability， design ability， method creation ability and thought experimentability. These 4 abilities are the backbone of the innovation ability.

experiment teaching； knowledge transfer ability； design ability； method creation ability； thought experiment ability