01课程教学目标の【参考阅读1】补充@《信息技术教育导论》

以下是布鲁纳论述学科结构 的原文 ，参见：[美]布鲁纳著，邵瑞珍译：《教育过程》，《布鲁纳教育论著选》，人民教育出版社2018年版，第20～41页 ：

一 引论··20

……

学科的结构是什么意思，需要在这里稍为详细地解释一下，因为在后文中我们将常有机会再回到这个概念上来。从生物学、从数学和从语言的学习中举三个简单的例子，来把这个概念解释得更清楚些。先取对尺蠖在爬行的观察为例。江南坐标纸贴在平板上，让尺蠖在坐标纸上爬行。当平板的位置是水平时，这个动物沿垂直线前进。当我们把平板向上倾斜30度，可以看到，这个动物不是向

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上直走而是沿着与垂直线成45度角的方向前进。然后，我们再把平板倾斜到60度，这个动物会沿着与垂直线成什么角度的方向行进呢?比如说，它沿着与垂直线成75度角的路线行进。根据这两个测定，我们可以推断，尺蠖如果不得不向上爬的话，它“情愿”沿15度的倾斜面行进。我们在生物学上，已经发现了“向性”这个东西，实在就是向地性。这不是个孤立的事实。我们能够继续证明，在低级生物中，这种遵照固定的准则来调整运动的现象是一个规律。低级生物趋向于某种喜爱的光度、喜爱的咸度、喜爱的温度等。学生一旦领悟了这个介于外界刺激与行动之间的基本关系，他就很好地走在处理许许多多看来似乎生疏但实际密切关联的知识的道路上了。蝗虫的成群飞行的时候，它们飞行的密度是由温度的。在不同海拔山区各种昆虫物种的保存，是由于每种昆虫只在它所喜爱的氧气区域飞行的倾向阻碍了它们间的杂交。这些现象以及许多其他生物学的现象，都能根据向性来理解。掌握事物的结构，就是以允许很多别的东西与它有意义地联系起来的方式去理解它。简单地说，学习结构就是学习事物是怎样相互关联的。

可以更扼要地从数学中举一个例子。代数学就是把已知数同未知数用方程式连接起来，使得未知数成为可知的一种方法。解这些方程式所包含的三个基本法则，是交换律、分配律和结合律。学生一旦掌握这三个基本法则所体现的思想，他就能够认识，要求解的“新”方程式完全不是新的，它不过是一个熟悉的题目的变形罢了。就迁移来说，一个学生是否知道这些运算法的正式名称，比起他是否能够应用它们来，是次要的。

学习结构经常是无意识的。这个性质，也许能在人们学习本族语中得到最好的说明。儿童在掌握了一句话的微妙结构之后，他就根据这个句型，很快地学会说出许多其他语句，虽然在内容上与原来所学语句不同。再者，儿童弄懂了变换一些句型而不改变它们

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的意义——“狗咬人”与“人被狗咬”——的规则之后，他就能更广泛地变换他的语句了。但是，儿童尽管有使用英语结构规则的能力，他们肯定还不能说出这些规则是什么。

制订物理学和数学课程的科学家们已经非常留意教授这些学科的结构问题，他们早期的成功，可能就是由于对结构的强调。他们强调结构，刺激了研究学习过程的人。读者将发现在后文中多次反映了对学科结构的强调。

无疑地，人们先要正视一般的问题，然后才能考虑课程、顺序等特殊问题。任何人只要一开始问到关于各专门课程的价值问题，他就是在问关于教育的目标问题。课程建设是在这样一个世界中进行的，那里，变动着的社会、文化和政治情况不断地改变着学校和学生的周围环境和它们的目标。我们关心为美国人，为他们在复杂世界上的生活方式和需要而设计的课程。美国人是变动着的人民；他们在地理上的流动性，迫切需要在中学和小学里有一定程度的一致性。可是，美国社会和美国生活的多样性，大体说来，又同样迫切需要课程具有一定程度的多样性。同时，不管多样性和一致性的要求给教育规定什么限度，还要满足产量的要求：我们是否生产了足够的学者、科学家、诗人、法官来满足我们时代的需要?再者，如果学校要履行它们为民主社会的生活和良好的家庭生活做准备的教育职能的话，它们还得致力于儿童的社会的和情感的发展。如果说后面着重讨论的主要是智育方面，这并不意味着教育的其他目标不那么重要。

我们也许可以把培养优异成绩作为教育的一般的目标；但是，应该弄清楚追求优异成绩这个说法指的是什么意思。它在这里指的，不仅要教育成绩优良的学生，而且也要帮助每个学生获得最好的智力发展。强调学科结构的良好教学，对能力较差的学生比起对有天才的学生来，可能更为宝贵，因为最容易被质量差的教学抛弃的，正是前者而不是后者。这并不是说所有学生需要同样的课程

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内容或步调——虽然，正象一位参加会议的成员指出的，“当你教得好时，总好象有百分之七十五的学生超过中数似的”。仔细的调查研究会告诉我们，在什么地方应该区别对待。有一件事情是清楚的：如果促使所有的学生充分利用他们的智力，就将使我们这个处于工艺和社会异常复杂的时代的民主国家，有更好的生存的机会。

后面各章将使人感到，它们或多或少是在专门叙述数学和自然科学以及怎样把这些学科教得最好。不应该把这当作偏重自然科学和数学训练。说得更恰当一些，它是近十余年来历史发展的一桩偶然事件：仅仅因为有较多的机会来考察这些领域里的进步，因为正是在这些领域内曾经编出了大部分实验性课程。至于在社会学科、人文学科和语言教学诸方面，加倍的努力是不可缺少的。对一个新时代的人来说，通过历史和文学的研究所形成的悲剧和胜利的感受，同通过物理学的研究所获得的物质结构的感受相比较，确是同样重要的。如果人文学科、社会学科以及自然科学都能够对教育新生一代作出它们自己的贡献，它们就都同样地需要富有想象的努力，这一点该是再清楚也没有了。

公立学校里成绩最好的四分之一学生，我们要从中选拔为下一代知识界领导，这些学生恐怕是直到最近还是最被我们学校忽视的一群人。自然科学和数学教学的改善，可能使已观察得出的天才生、中等生和迟钝生这三类学生在这些学科方面的差距更加扩大。即使象现在所存在的差距，已经惹出困难问题来了。大家明了，一般来说，自然科学和数学的能力倾向，跟其他的智能相比，能够较早予以发现。按照理想，学校应准许学生在各门学科中尽快地向前进。可是，一旦要使这样的安排成为可能，行政上所产生的问题显然超出学校可用以处理这些问题的财力、物力之外。问题的答案或许在于：适当改变或废除某些学科(特别是数学)的分年级制度，同时充实其他学科的课程内容。关于为天才生充实课程内容和特殊处理的问题，无疑将说服比较开明、比较富裕的学校去改变当前的

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做法。可是，我们作为一个国家，当然不能允许由于地方财力的不足而压抑了生在比较穷困的市镇或地区的儿童的发展。

下面数章将分述四个题目。第一个题目，已经有所介绍：结构在学习中的作用以及它怎样才能成为教学的中心。这方面的探索是有实际意义的。学生对所学材料的接受，必然是有限的。怎么能使这种接受在他们以后一生的思想中有价值?对这个问题的回答，在已经从事新课程的准备和教学的人们中间，占优势的观点是：不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构。这是在运用知识方面的最低要求，这样才有助于学生解决在课堂外所遇到的问题和事件，或者在日后课堂训练中所遇到的问题。经典的迁移问题的中心，与其说是单纯地掌握事实和技巧，不如说是教授和学习结构。有很多事情属于这类学习，其中不少是对使人有可能主动地运用他所理解的材料的习惯和技能的支持。如果先前的学习使往后的学习更为容易的话，那就得提供一个一般的图景，按照这个图景，把先前与往后所遇到的事物之间的关系尽可能弄得清楚。

虽然这个题目很重要，但关于如何有效地教授基本结构或者如何提供形成基本结构的学习条件等问题，还是知道得太少。在专门研究这个题目的那一章里，许多地方讨论如何达成这样的教和学的手段和方法，以及如何进行所需的那些研究工作，以帮助编制强调结构的课程。

第二个题目是关于学习的准备。过去十多年的经验指出这个事实：我们的学校也许以过分困难为理由，把许多重要学科的教学推迟，从而浪费了宝贵的岁月。读者将发现，在专门研究这个题目的那一章里，一开始就提出了这样的命题：任何学科的基本原理都可以用某种形式教给任何年龄的任何人。虽然这一命题最初似乎颇令人吃惊，但其意图则是要强调一下在设计课程时常被忽视的一个重点。这就是，处于一切自然科学和数学的中心的基本观念以及赋予生命和文学以形式的基本课题，它们是简单的，又是强有力

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的。要统率这些基本观念，并有效地运用这些观念，就需不断地加深对它们的理解；而这种理解是通过在愈益复杂的形式中学习运用它们而获得的。只有当这些基本观念是用形式化的术语，如方程式或精心制作的言语性概念来表达时，它们才超越儿童力所能及的范围，倘若他事先从未直觉地理解过这些观念，也没有机会亲自尝试过它们的话。自然科学、数学、社会学科和文学的早期教学，应该在教学中做到所教的知识和所用的教学方法是经过慎重选择的、正确的，同时要强调观念的直觉理解以及这些基本观念的运用。一门课程在它的教学过程中，应反复地回到这些基本观念，以这些观念为基础，直至学生掌握了与这些观念相适应的一整套体系为止。四年级儿童能够玩受拓扑学和集合论原理指导的引人入胜的游戏，甚至会发现新的定理。他们能掌握悲剧的观念和神话里描绘的基本的人间困境。但是，他们不能象成人一样，用正式的词语表达这些观念或运用这些观念。关于循环往复到达较高水平的“螺旋式课程”(spiral curriculum)，很多情况有待查明，仍待回答的许多问题将在第三章里进行讨论。

第三个题目涉及直觉的本质——研究不通过分析步骤而达到似乎是真实的但却是试验性的公式的智力技巧，而这种公式要借助分析步骤才会发现其结论是否正确。直觉思维，即预感的训练，是正式的学术学科(formal academic discipline)和日常生活中创造性思维常被忽视而又重要的特征。敏锐的预测、丰富的假设和大胆迅速地作出的试验性结论，这些是从事任何一项工作的思想家极其珍贵的财富。我们能引导学生掌握这种天赋吗?

前面提到的三个题目，都是以一个中心理念为前提，这个中心理念就是：无论在哪里，在知识的尖端也好，在三年级的教室里也好，智力的活动都一样的。一位科学家在他的书桌上或实验室里所做的，一位文学评论家在读一首诗时所做的，正象从事类似活动而想要获得理解的任何其他人所做的一样，都是属于同一类的活动。

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其间的差别，仅在程度而不在性质。学习物理学的小学生就是个物理学家嘛，而且对他来说，象物理学家那样来学习物理学，比起做别的什么来，较为容易。所谓“别的什么”(something else)，通常指的是掌握伍兹霍尔会议上称做“中间语言”(middle language)，即掌握谈论某一知识领域的结论的课堂讨论和教科书，而不是集中于探求知识本身。要是用那样的方法来进行，那么中学物理学往往看来很不象物理学了，社会学科就远离通常所讨论的生活和社会问题了；还有，中小学的数学也常常失去同该学科的核心——次序的观念——的联系了。

第四个题目讲到学习的欲望以及怎样才可以刺激这个欲望。按照理想，学习的最好刺激，乃是对所学材料的兴趣，而不是诸如等级或往后的竞争便利等外来目标。认为竞争的压力能有效地被消除，或者认为设法消除这些压力是明智的，这种设想肯定是不现实的；然而，怎样能激起对学习本身的兴趣，这个问题却是值得考虑的。在伍兹霍尔会议上，还有许多关于怎样能够改善中小学学习气氛的讨论，范围遍及如此不同的课题，诸如师资训练、学校考试的性质和课程质量的讨论。第五章就是专门讨论这一组问题的。

在伍兹霍尔会议上，相当多地讨论了教学装置：影片、电视、视昕辅助器、教学机器以及教师在教学中可以采用的其他装置，可是，在这个问题上意见不完全一致。所有参加会议的人实际上都同意，教学的主要者是教师，而不是教学装置。不过，在怎么样去帮助教师这一点上，存在着意见的分歧。这里的分歧也许能够用比较重视教师本人，还是比较重视教师所能采用的教学辅助工具这句话来概括，尽管这种概括未免过于简单。这种相反的意见，说得夸大一点，便是：第一种意见认为，在如何讲述某一学科以及采用何种装置的问题上，教师必须是唯一的和最后的主宰者；第二种意见认为，教师应该是讲解员和注释者，去讲解和注释通过影片、电视和教学机器等装置而准备好的材料。前一种意见的含义在于：应该尽

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全力培养教师深刻地掌握他所教学科的知识，从而他能据此尽量搞好工作，与此同时，应该提供最好的资料，以便教师进行选择，编出符合教学大纲要求的讲义。后一种意见则是指：要作大力准备影片、电视节目和教学机器等，并教会教师如何凭借他所掌握的有关学科的知识来使用这些装置。这场辩论是够激烈的，对教育哲学的含义也是很重大的，所以最后一章准备专门讨论这个问题。

总起来说，我们将集中于四个题目和一个设想：结构、准备、直觉和兴趣四个题目，以及在教学工作中怎样最好地帮助教师这个设想。

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二 结构的重要性··31

任何学习行为的首要目的，在于它在将来为我们服务，而不在于它可能带来的乐趣。学习不但应该把我们带往某处，而且还应该让我们日后再继续前进时更为容易。学习为将来服务有两种方式。一种方式是通过它对某些工作（这些工作同原先学习去做的工作十分相似）的特定适用性。心理学家把这种现象称为训练的特殊迁移；也许应该把这种现象称做习惯或联想的延伸。它的效用好象大致限于我们通常所讲的技能。已经学会怎样钉钉子，往后我们就更易学好钉平头钉或削木片。毫无疑问，学校里的学习使学生掌握了某种技能，这种技能可以迁移到以后无论在校内还是离校后所遇到的活动上去。先前学习使日后工作更为有效的第二种方式，则是通过所谓非特殊迁移，或者，说得更确切些，原理和态度的迁移。这种迁移，从本质上说，一开始不是学习技能，而是学习一个一般观念，然后这个一般观念可以作为认识后继问题的基础，这些后继问题开始所掌握的观念的特例。这种类型的迁移应该是教育过程的核心——用基本的和一般的观念来不断扩大和加深知识。

由第二种类型的迁移即原理的迁移所产生的学习连续性，有赖于精通前一章所讲的教材的结构。这就是说，一个人为了能够认识某一观念对新情境的适用性或不适用性，从而拓展他的学识，他对他所研究的对象的一般本质必须心中有数。他学到的观念越是基本，几乎归结为定义，则这些观念对新问题的适用性就越宽广。真的，这几乎是同义反复，因为“基本的”这个词，从这个意义上来理解恰恰就是一个观念具有既广泛而又强有力的适用性。学校课程和教学方法应该同所教学科里基本观念的教学密切地结合起来，当然，这样说明是够简单的。但是随着这样的说明而来的问题却不

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少，其中多数只能靠大量的进一步的研究工作去解决。我们现在转而讨论这方面的一些问题。

首要的和最明显的问题是怎样编制课程，使它既能由普通的教师教给普通的学生，同时又能清楚地反映各学术领域的基本原理。这个问题是双重的：第一，怎样改革基础课和修改基础课的教材，给予那些和基础课有关的普遍的和强有力的观念和态度以中心地位。第二，怎样把这些教材分成不同的水平，使之同学校里不同年级、不同水平的学生的能力配合起来。

关于忠实于教材基本结构的课程的设计问题，过去几年来的经验至少已使我们得出一个重要的教训，这个教训就是：必须使各学科的最优秀的人才参与到课程设计的工作中来。决定美国史这门学科应该给小学生教些什么或算术这门学科应该给他们教些什么，这种决断要靠各该学术领域里有着远见卓识和非凡能力的人士的帮助才能作出。要断定代数的基本观念是以交换律、分配律和结合律的原理为基础的，他必须是个能够评价并通晓数学原理的数学家。当学龄儿童还不能分清美国历史的事实和趋势时，是不是要求他们理解象弗雷德里克·杰克逊·特纳①弗雷德里克·杰克逊·特纳(Frederick Jackson Turner，1861－1982)，美国历史学家，著有《美国历史上的边疆》等书。——译者注①的关于边疆在美国史上的作用的观念这又是一个决断，它同样需要对美国历史有深刻理解的学者的帮助。在设计课程时，只有起用我们最优秀的人士，才能把学识和智慧的果实带给刚开始学习的学生。

这样，问题就来了：“在设计小学和中学课程时怎样取得我们能力最卓越的学者和科学家的帮助?”答复早已知道；至少已经部分地知道。中小学数学研究小组、伊利诺斯大学的数学设计中心、物理科学研究委员会和生物科学课程研究小组确实已经取得各方面知名人士的帮助：他们通过暑期规划，增聘一部分休假长达一年的

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某些有关的重要人物来进行这项工作。在这种规划工作中，他们还得到优秀的中小学教师的帮助，为了特殊的目的，还得到职业作家、电影制片者、设计师以及这一复杂事业所需要的其他人士的协助。

即使按照前面指出的方向进行大规模的课程改革，至少还有一件重要问题需要解决。掌握某一学术领域的基本观念，不但包括掌握一般原理，而且还包括培养对待学习和调查研究、对待推测和预感、对待独立解决难题的可能性的态度。正象物理学家对于自然界的基本秩序抱着确定的态度并深信这种秩序能够被发现那样，年轻的物理学学生，如果想把他的学习组织好，以至于所学到的东西在他思想上有用和有意义，也需要具备一些关于这些态度的正确见解。要在教学中培养这些态度，就要求比单纯地提出基本观念有更多的东西。靠什么来完成这样的教学任务呢？这需要做大量研究工作才能知道。一个重要因素是对于发现(discovery)的兴奋感(sense of excitement)，即由于发现观念间的以前未曾认识的关系和相似性的规律产生的对本身能力的自信感。曾经从事于自然科学和数学课程设计工作的各方面人士，都极力主张在提出一个学科的基本结构时，可以保留一些令人兴奋的部分，引导学生自己去发现它。

特别是伊利诺斯大学的中小学数学委员会和算术设计中心已经强调发现的重要性，把它作为教学的一种辅助手段。他们积极地在设计方法，以便让学生自己去发现蕴藏在某种特殊的数学运算中的通则。他们还将这种发现法同“断言和证明法”(method of assertion and proof)相对比。所谓“断言和证明法”，就是先由教师讲述，然后由学生加以证明，这样来找出通则。伊利诺斯小组也曾经指出：由于发现法需要向学生提示他们必须学习的数学的全部内容，因而消耗的时间可能太多。如何在两者之间恰当的平衡不是完全清楚的，正在进行研究来阐明这个问题，尽管需

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要做作更多的研究。归纳法对原理的教学是一种比较好的技巧吗?它对学生的态度有良好的效果吗?

哈佛认知设计(Harvard Cognition Project)就社会学科所进行的一些实验说明，发现法不只限于象数学和物理学这种高度形式化的学科中使用。一个已经学习了东南各州的社会和经济地理这个传统单元的六年级实验班，开始学习北方中央地区，学生要在一幅绘着自然特征和天然资源但没有地名的地图上找出这个地区主要城市的位置。最后课堂讨论中，学生很快地提出许多有关城市建设要求的似乎合理的理论：一个是水运理论，把芝加哥放在三个湖的汇合处；一个是矿藏资源理论，把芝加哥放在默萨比山脉附近；一个是食品供应理论，把一个大城市放在艾奥瓦的肥沃土地上；等等。实验班在兴趣浓厚程度和概念的完善程度方面都远远超过控制班。然而，最显著的则是儿童的态度。对他们来说，城市的位置第一次成了一个问题，并且是能够经过思考发现答案的问题。不仅在研究一个问题时会使人感到愉快和兴奋，而且，至少对于过去想当然地看待城市现象的市区儿童来说，这种发现是有价值的。

我们怎样安排基础知识才符合儿童的兴趣和能力呢?这个题目我们将在以后回过头来叙述。这里只需简单谈一下。要在揭示自然现象或任何其他现象时，做到既是令人激动的、正确的，又且是有益的、可以理解的，这就需要把深刻的理解同样详细正确的陈述结合起来。例如，我们查阅了物理学的某些教材，发现在陈述时虽然非常详细而正确，但因为作者对他们所介绍的学科缺乏足够深入的理解，所以结果对于零。

通常，在解释潮汐性质的尝试中，可以发现一个恰当的例证。要大多数中学生解释潮汐现象，他们会说出月亮对地球表面的引力以及引力如何把海水拉向月亮一边，以致海水上涨出现涨潮。现在，问他们为什么在地球背对着月亮那一面也有小潮，他们几乎不

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能说出令人满意的答案。或者问他们，就地球和月亮的相对位置来看，什么地方出现大潮?他们的回答常常是：在最接近月亮的地球表面某一点上。如果学生知道有迟潮，他通常不懂得为什么会这样。这两种情况下的失败，起因予对引力如何作用于自由转动的弹性物体描述得不恰当，同时，没有把惯性观念和引力作用的观念联系起来。总之，在解释潮汐现象时缺乏一股由于领会了牛顿对万有引力及其作用方式的伟大发现而产生的兴奋感。正确而有启发性的说明，并不比部分正确因而过于复杂和过于约束的解释更难理解，而是往往更加容易理解。实际上，所有一直在从事课程设计的人们都同意，教材编得有趣味和材料介绍得可靠决不矛盾；其实，一个正确的概括说明常常是最有兴趣的。在前面讨论中，至少有四个有助于教授学科基本结构的一般论点，这些论点需要进行详细的研究。

第一点，是懂得基本原理使得学科更容易理解。我们在物理学和数学中，曾扼要地说明了这个道理。不仅物理学和数学中是这样，而且社会学科和文学中也完全是这样。一个民族为了生存，必须进行贸易。只要抓住了这个基本观念，那么美洲殖民地三角贸易这个似乎特殊的现象就更容易理解：它不单纯是在违犯英国贸易规定的气氛下进行糖浆、甘蔗、甜酒和奴隶的贸易业。只有引导学生领会梅尔维尔①赫尔曼·梅尔维尔(Herman Melville，1819－1891)，美国作家，《白鲸》(又译《莫贝·迪克》)是他最有名的一部小说，副题“鲸鱼”。——译者注①的小说是突出地以罪恶和追踪这条“要命的鲸鱼”的人的困境为主题的著作，才能使阅读《白鲸》的中学生更深入地理解这部小说。如果再进一步引导学生懂得小说所写的人间困境是相对少数，他对文学的理解就会更好。

第二点，要涉及人类的记忆。关于人类记忆，经过一个世纪的充分研究，我们能够说的最基本的东西也许就是，除非把一件件事

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情放进构造得好的模式里面，否则就会忘记。详细的资料是靠简化的表达方式保存在记忆里的。这些简化的表达方式，具有一种特性，可以叫做“再生的”(regenerative)特性。长期记忆所具有的这个再生的特性，能够在自然科学中找到好的例子。科学家不去记忆落体在不同的重力场中不同的阶段时间内所通过的距离，而是记住一个公式，这个公式使他能够在不同的准确度上，再生比较容易记得的公式所依据的细节。他谙记s=1／2gt2这个公式，而不去熟记关于距离、时间和重力加速度的手册。同样的例子，《吉姆爷》①《吉姆爷》(Lord Jim)是英国作家约瑟夫·康拉德(Joseph Conrad，1857－1924)的一部小说。——译者注①中评论员马洛所说的关于主人公困境的话，人们未必会去确切地记住它，而是只记住他是个沉着的旁观者，是个试图理解而不能判断是什么曾把吉姆爷引入他所在的海峡的人。我们记忆公式，记忆那对事件具有的意义的生动情节，记忆那代表一系列事件的平均数，记忆那保持本质的素描或图景——所有这一切都是简约和表达的技巧。学习普遍或基本原理的目的，就在于保证记忆的丧失不是全部丧失，而遗留下来的东西将使我们在需要的时候得以把一件件事情重新构思起来。高明的理论不仅是现在用以理解现象的工具，而且是明天用以回忆那个现象的工具。

第三，正如早些时候所指出的，领会基本的原理和观念，看来是通向适当的“训练迁移”的大道。把事物作为更普遍的事情的特例去理解——理解更基本的原理或结构的意义就在于此——就是不但必须学习特定的事物，而且必须学习一个模式，这个模式有助于理解可能遇见的其他类似事物。如果学生完全能够从人性的角度领悟百年战争结束时欧洲的厌倦，能够领会签订那个可以实行但在意识形态上并不完美的威斯特伐利亚条约的背景是怎样的，他也许更能理解东方和西方之间意识形态的斗争——虽然这种比较决不

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是确切的。一种仔细地形成的理解同样也应该使他能认识概括的限度。把“原理”与“概念”作为迁移的基础这个观点并不是新的。非常需要更多的专门研究，以提供怎样在不同年级中最好地进行不同学科的教学的详尽知识。

经常反复检查中小学教材的基本特性，能够缩小“高级”知识和“初级”知识之间的差距。这是要在教学中强调结构和原理的第四个论点。现在由小学经中学以至大学的进程中所存在的部分困难，不是由于早期所学材料过时，就是由于它落后于该学科领域的发展太远而把人引入迷途。这个缺陷，可以依靠在前面讨论中所提出的在教学中强调结构和原理的办法来弥补。

现在，研究一下在伍兹霍尔会议上讨论相当多的几个特殊问题。这些问题之一涉及“科学通论”(general science)这个麻烦的题目。实际上，在各门自然科学中都有某种反复出现的观念。如果在一门学科中把这些观念概括地学好了，就会使得在别的学科中以不同的形式再来学习它们时容易得多。各方面的教师和科学家提出了这样的疑问：是否应该不使这些基本观念“孤立”起来，而更明确地用使它们脱离特定的科学范围的方式来教。典型观念是容易加以具体说明的，例如：分类法和它的用途，测量单位和它的发展，自然科学知识的间接性和观念下操作性定义的必要性，等等。就最后一个例子来说，我们不直接看见压力或化学键，只是凭一些测量去间接推断它。量体温是这样，体会别人的忧虑也是这样。能不能在低年级就用各种具体实例把这些以及类似的观念有效地揭示出来，以便为学生后来在各种专门学科的学习中领会这些观念奠定较好的基础?把这样的“科学通论”当作高年级严密的科学入门来教是不是明智?为了以后比较容易学习，应该怎样教他们，我们又能合理地期望些什么?在这个有前途的课题上，需要进行许多研究工作，不仅要研究这样一种学习途径的用处，而且还要研究可能要教的普通科学观念的类别。

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的确，很可能有某些对自然科学或文学的一般态度或学习途径可以在低年级教，而且与后来的学习有很大的关系。事物是互相联系的而不是孤立的这个看法就是一个适当的例子。人们确实能够在设计一些幼儿园游戏的时候，有意使儿童更加主动地察觉事物怎样互相影响或互相联系——这是对自然界和社会中事件多重决定论这个观念的一种入门学习。任何一个有成效的科学家通常都能谈些思想方法或态度，那是他的职业的一部分。历史学家在他们自己的学科领域，相当广泛地论述了这个题目。文学家甚至发展一类写作，谈论有助于提高文学情趣和活力的感受性的形式。在数学中，这个题目有个正式名称，叫作“启发”，用以说明解决较难问题的途径。有人很可能会主张，就像那些很来自不同学科的人们在伍兹霍尔会议主张过的一样：应估量什么样的态度或启发的方法最具普遍性和最有用；应该作一番努力，把初步的态度和启发的方法传授给学生，这种态度和启发的方法随着他们在学校的成长可能进一步提高。再者，读者将会意识到，主张这样一种学习途径有个前提，那就是假定一个学者在他的学科的最尖端所做的工作与儿童初次接触这个学科时所做的工作之间是有连续性的。这不是说这个任务是简单的，只是说它值得慎重地考虑和研究。

有人反对教一般原理和一般态度。持这种观点的人，其主要论点也许是：第一，通过特殊来研究一般，比较好些；第二，使工作态度保持内隐比使它外显要好些。例如，生物学中关于有机的主要概念之一，是一再提出的这样一个问题：“这个东西有什么功用?”这个问题是以凡是有机体中的东西都有某种功用，否则它大概不会继续存在这个假定为前提的。其他的一般观念都同这个问题有联系。生物学学得好的学生，知道把这个问题提得越来越细，并把越来越多的事物同它联系起来。下一步他就要问，某一特殊结构或过程根据有机体整体作用的需要，起着什么功用?他为了弄清楚功用的一般观念，进行测量和分类。然后，他可能进一步依据更加广

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泛的功用的观念来组织他的知识，而注意到细胞结构或系谱比较。要学习一般概念的实用意义，可能需用某一特殊学科的思想方式做背景；所以，给“功用”的意义作个一般的介绍，可能比在生物学的范围内教它的效果还要差。

谈到“态度”教学，甚至谈到数学的启发教学，现有的议论是，如果学生过分注意自己的态度或学习途径，他就可能在工作中变得呆板，反之则就会耍花招。还没有证据证明这一点，在采取这个方法来教学以前，先须进行研究。伊利诺伊，人们正在训练儿童，使之有更高的效能来提出一些关于物理现象的问题，可是需要更多得多的知识，这个问题才能弄明白。

人们时常听说“行”与“知”之间的差别。例如，一个大抵懂得了某一数学概念的学生，可不知道在计算中怎样运用它，就是这样的差别。尽管这个差别可能是个假象——因为，除了看到学生做什么之外，怎么能知道他懂得什么呢？——但说明在教和学中所强调的方面是很不同的。这样，在关于解决难题的心理学的某些经典书籍中(如马克斯·韦特默尔的《创造性思维》)中，在“机械练习”同“理解”之间就划了一条鸿沟。事实上，练习并不一定须是机械的，而强调理解却可能引导学生巧于舌辩。中小学数学研究小组成员的经验指出，计算的实践可能是达到理解数学中概念的必要步骤。同样，让中学生读不同作家的作品以资对比，可能把文体的知识教给他，但是要他能够彻底通晓文体，只能靠他自己亲手用不同的文体动笔写作。实践能帮助人更好地理解，这句话是上实验课的根本前提。在伍兹霍尔会议上，一位心理学家的发言中有句名言：“在我还没有意识到我要做什么之前，我怎知道我想什么呢?”这句话有一定真理。无论如何，这个差别对我们并没有很大帮助，更加中肯的问题是，在某一特定的领域里，哪种练习方法最可能给予学生精通教材的感觉。在数学各分支中，什么是能应用得最有成效

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的计算习题?努力模仿亨利·詹姆斯①亨利·詹姆斯(Henry James，1848－1916)，美国小说家。——译者注①的文体来写作，会使人特别通晓那个作家的文体吗?要理解这些情，也许须从研究教学成功的教师所用过的方法开始。依据所汇集的资料，肯定能对教学技术问题，或者说对一般地教授复杂知识的技术提出大量值得进行的实验研究项目。

最后，关于考试，需要说几句话。显然，考试强调的是学科的琐碎方面，那就不好。这样的考试会鼓励无连贯性的教授和机械式的学习。然而，往往被忽略的是，考试也能成为改进课程和教学的斗争中的同盟军。不论考试是属于包含多题任选的“客观”(objective)形式，还是属于论文形式，都能够设计得着重于理解该学科的一般原理。的确，即使考差琐细的知识，也能按照要求学生理解具体事实之间的联系的那样方式去做。国家的考试组织，如教育测验服务处内部，目前正在进行共同的努力，去设计那些着强调理解基本原理的考试。这样的努力能够有很大用处。还可以给地方学校系统提供另外的帮助：给他们编写一本合用的手册，手册中叙述了设计各式各样考试的方法。探索性的考试是不容易设计的，如果编写一本关于这个题目的考虑周到的手册，是会受到欢迎的。

下面扼要地重述一下，这一章的主题是，一门学科的课程应该决定于对能达到的、给那门学科以结构的根本原理的最基本的理解。教授专门的课题或技能而没有把它们在知识领域更广博的基本结构中的脉络弄清楚，这在几个深远的意义上来说，是不经济的。第一，这样的教学，要使学生从已学得的知识推广到他后来将碰到的问题，将非常困难。第二，不能达到掌握一般原理的学习，从激发智慧角度来说，不大有效果。使学生对一个学科有兴趣的最好办法，是使这个学科值得学习，也就是使获得的知识能在超越原来学习情境的思维中运用。第三，获得的知识，如果

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没有完满的结构把它连在一起，那是一种多半会被遗忘的知识。一串不连贯的论据在记忆中仅有短促得可怜的寿命。根据可借以推断出论据的那些原理和观念来组织论据，是降低人类记忆丧失速率的唯一的已知方法。

按照反映知识领域基础结构的方式来设计课程，需要对那个领域有极其根本的理解。没有最干练的学者和科学家的积极参与，这一任务是不能完成的。过去几年的经验表明，这样的学者和科学家同有经验的教师以及研究儿童发育的学者一道工作，就能准备出我们曾经考虑的那种课程。如果要使我们教育实践中的改革足以应付我们现在生活中所经历的科学和社会革命的挑战，需要在课程资料的实际准备、师资训练和支持研究工作等方面作出更多的努力。

怎样依照既有成效且有趣味的方式去教一般原理，问题很多。几个主要问题已经评论过了。非常清楚的是，还要做很多工作去考察当前有效的教育实践，编制可以在实验基础上试行的课程，以及完成几种能够支持并指导改善教学的一般努力的研究工作。

我们讨论中的那种课程，怎样可以适合于不同年龄儿童的智力?下一章，我们转而论述这个问题。

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小发明大世界！上海交大机械与动力工程学院秋季课程项目成果展

肩周炎康复神器、知冷暖的贴心智能座椅、轻松自如的手指鼠标、多足机器搭档Alpha-run和β狗、用于定制精美礼物的巧克力先生、具有美妙歌喉的旋转木马音乐盒……1月14日，机械与动力工程学院举办“由工导思 以智造物”2016年秋季学期课程项目成果展，展出了近700名本科生完成的139项课程项目成果。学生们在工程训练中发散思维，用智慧制造精美作品，让前来参展的企业嘉宾、校内外师生、家长尽享创意盛宴。此次展出的项目涵盖了《工程学导论》、《设计与制造II》两门专业课程设计项目，选题设计均来自于指导教师研究课题以及学生自选发明等，全方位展示了交大学子的创意好点子和扎实工程实践能力。

康复神器、旋转木马音乐盒引领智造风潮

肩关节辅助康复训练臂

肩周炎是许多办公族的“痛点”，机械与动力工程学院学生宋郭晨浩团队设计的肩关节辅助康复训练臂给肩周炎患者带来了福音。团队通过建模、仿真，结合手机APP，使用蓝牙遥控选择装置执行的动作，确定动作的幅度、频率和运动量，在实际设计时，增加移动副、移动板、内外旋，提高了产品的舒适性并赋予产品更多的功能，通过项目制作实现机电产品涉及的机械原理、机械零件、驱动传感、能源动力等设计知识的运用。

旋转木马音乐盒

“一闪一闪亮晶晶……”，这是闫鸿捷团队的旋转木马音乐盒，这个音乐盒可以根据用户喜好变换曲目，为项目展增添了一份文艺清新风。

小空间取物&清洁多功能机器人

2016级新生赵宗越团队利用所学工程基本概念、知识和方法，针对工程问题提出解决方案，设计出兼具美观和实用、能拖地能取物的小车，通过车前方摄像头将图像实时传回手机端，采取遥控模式或自动行走模式，轻松取到桌下、床下、衣柜底的物件，取物的同时完成地面清洁工作，省心省力，是名副其实的智能家居好帮手。

高空电缆除冰机器人

崎岖地貌巡逻小车

自2012年起，学院已成功举办了六届项目成果展，越来越多的企业为项目展提供支持。此次项目展吸引了西门子、上汽大众、振华重工、联合汽车电子、马勒技术投资、振华重工等企业和浙江大学、同济大学、华东理工大学、上海理工大学等高校前来观展。来自企业和高校的代表与学院领导、课程负责教授、项目指导教师一起进行了广泛和深入的研讨。企业代表对项目成果展取得的成果表示赞赏，反馈了企业人才培养需求，探讨了在毕业设计、科研合作、就业实习等方面的合作。

近年来，学院依托产学合作平台，将设计与制造系列课程进一步推广到本科毕业设计改革，形成了不同层次的项目式教学课程体系，并辐射到热-流体系列和信息与控制系列两大系列课程，实现了企业解决实际工程问题，提高了学生的工程实践能力，让教师了解了企业实际需求，并持续更新自己的研究领域，达到了“三赢”效果。

附一：优秀项目一等奖

1、基于三角测距的手指鼠标

小组成员： 林一伟 马天嵘 杨超 李超凡 毛伟 宋图乾

指导老师： 方俊华

内容简介： 传统的鼠标存在移动范围的限制，该项目通过一个紧贴桌面的红外激光器发射激光，照射按在桌子上的手指，然后由摄像头采集画面，传入计算机中进行图像处理，将其转换为鼠标的移动信息。项目采用激光三角测距的原理测出手指坐标，转换为鼠标移动，摆脱了鼠标垫的限制，减轻鼠标对手腕造成的伤害。

巧克力先生

2、巧克力先生

小组成员： 洪家隽 欧阳崛 任子文 冯天时 孙力平

指导老师： 盛鑫军

内容简介： 这是一款基于Arduino平台的智能模拟巧克力作画设备，可制作出精美而独一无二的3D打印巧克力制品，满足个性化礼物定制要求。项目采用了三轴平台整体的架构，可操作性强；设计美观，极具实用价值；符合食品加工需求，安全卫生；制作成品精度较高，符合市场需要。

多足智能玩具

3、多足智能玩具

小组成员： 马诗晗 胡盈嘉 刘路 潘宣霖 蒋君庭 冯元

指导老师： 韦宝琛

内容简介： 该项目将智能技术与玩具相结合，让儿童在组装、拼接、与智能玩具交互过程中学习知识。项目运用机械结构课程中四连杆机构，合理设计杆长获得理想的足部运动曲线；将多组机械腿并联，通过曲轴使各组腿之间有固定的运动相差，从而制造一个能平稳运动的机械腿结构；电控方面，利用超声波传感器、语音模块以及蓝牙实现对机械腿3个实时模式的控制，完成智能玩具前进、后退等功能。

4、肩关节辅助康复训练臂

小组成员： 宋郭晨浩 夏鹏程 蔡熙阳 张靖坤 张昊东

指导老师： 林艳萍

内容简介：

本项目旨在开发一款小型家用的肩部康复装置，便于固定在座椅上进行康复训练。项目采用球坐标系的方法，降低了对大扭矩电机的需求。设计过程中为支撑手臂的内筒加了一个移动副，让人的手臂在抬升和展收时处于较舒适的位置，并加了一个可以移动的板，让轴的位置自动调整，增加舒适性。

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附二：获奖名单

1、优秀项目二等奖

A-1 小空间取物&清洁多功能机器人

A-3 可折叠式3D打印机

A-26 学生宿舍的初步智能化改装

A-29 可自行发电的辅助自行车定位装置

B-9 无人机自适应平稳下落支脚

B-14 旋转木马音乐盒

B-34 自升降电动窗帘

B-38 轮履复合式越障避障机器人

B-47 高空电缆除冰机器人

B-59 爬楼机器人设计

B-62 Assistive Wheelchair

B-69 Mechanical Foot for Boot Testing

2、优秀项目三等奖

A-10 反馈智能座椅

A-16 芝麻关灯

A-17 逐日太阳能

A-21 复频超声波清洗机

A-38 依据车流量动态调整的红绿灯

A-40 电子门禁锁

A-41 寝室司令

A-45 车门报警器

A-50 爬楼行李箱

A-53 擦窗安全机械臂

B-1 可拆卸自行车电动装置

B-5 电动助步器

B-7 吸尘鞋

B-23 个人智能小助手

B-26 手指康复训练器

B-32 雨伞自动装袋器

B-43 写字机械臂

B-50 机械手掌设计及其握力研究

B-54 基于RFID的智能图书分拣装置设计

B-63 Bionics-flapping Seagull Aircraft

B-73 多模式肘关节康复仪

B-78 自动剥蛋器

B-79 智能清洁机器人

B-82 老年人电动代步工具

3、最具创意奖

A-11 洗晾收一体化洗衣机

A-30 玻璃幕墙清扫小车

A-35 一种快速干燥雨伞的机器

A-37 智能家具窗

A-46 自动锁

A-49 轻松上楼旅行箱

A-55 智能雨伞夹持装置

B-16 叠衣、卷衣一体化的衣服整理系统

B-35 自动网球捡球机

B-36 自动化水面污染物收集装置

B-40 自动水果削皮机

B-51 自动叠衣机

B-67 Automatic Pancake Flipper

B-71 An interesting sweeping robot

B-77 便携式皮影机器箱

4、最受学生欢迎奖

A-1 小空间取物&清洁多功能机器人

A-3 可折叠式3D打印机

A-17 逐日太阳能

A-24 基于激光三角测距的手指鼠标

A-28 无尘湿除黑板擦

A-29 可自行发电的辅助自行车定位装置

B-1 可拆卸自行车电动装置

B-18 Monsieur Bonbon巧克力先生

B-25 肩关节辅助康复训练臂

B-31 自动叠衣板

来源： 上海交大机械动力学院

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