感知觉与科学观察：基于逻辑的小学科学教学设计

一、感觉和知觉

感觉是客观事物作用于感觉器官而引起的对该事物的个别属性的直接反映。任何一个具体事物都有许多个别属性，如形状、气味、软硬等。这些个别属性直接作用于人所对应的感觉器官，如眼、耳、鼻、舌、皮肤等，就会在大脑中产生视觉、听觉、嗅觉、味觉和肤觉。知觉是客观事物直接作用于感官而在头脑中产生的对事物整体的认识。知觉是以感觉为基础的，但不是感觉信息的叠加，而是对感觉信息的建构。如某物视觉上呈现的是球状的、黄色的，触觉上呈现的是软硬适中的，闻起来有香甜味。虽然感觉到的是各种个别属性，但认识到此物是橘子，这就是知觉。知觉反映的是事物的各种属性或各部分之间的联系或关系，即事物的整体；而感觉是对客观事物的个别属性的孤立反映。知觉会利用头脑中储存的信息去加工外部输入的信息。对于同一个事物，不同的人由于知识经验不同，知觉到的映像会有差别。因此，知觉总带有一定的主观性。

感觉从接受外部世界的刺激还是接受机体内部的刺激的角度，分为外部感觉和内部感觉。外部感觉对应眼、耳、鼻、舌、皮肤等感觉器官，分为视觉、听觉、嗅觉、味觉、肤觉，肤觉又可细分为触觉、压觉、冷觉、温觉、痛觉等。内部感觉的感受器位于身体内部，是一种反映机体内部状态和内部变化的感觉，包括运动觉、平衡觉、内脏感觉等。运动觉是反映身体各部分之间位置的相对变动以及肌肉紧张程度的感觉，其感受器存在于肌肉组织、韧带和关节中。平衡觉是由人体和头部的重力方向、运动速度变化引起的感觉，对身体倒置、弯曲、移动和晃动的判断都是依靠平衡觉。内脏觉是反映内脏各器官活动状况的感觉，内脏觉的感受器分布于各脏器的内壁。它们把内脏的活动及其变化信息传入中枢，产生饥渴、饱胀、恶心、疼痛等感觉。

知觉从对应的感觉分析器角度可分为视知觉、听知觉和触摸觉。视知觉包括对实体事物的形象视觉和对文字的语言视觉。听知觉包括有意义编码的语言听觉、由曲调构成的音乐听觉和其他的声音听觉。由知觉的对象不同，可分为对自然世界及其变化的知觉和对人的知觉。其中对自然世界及其变化的知觉分为空间知觉、时间知觉和运动知觉。空间知觉是人脑对客观事物空间特性的反映，包括形状知觉、大小知觉、深度知觉和方位知觉等。它是通过视觉、触摸觉和运动觉协同活动而产生的，也是人在后天的学习和实践中逐渐形成的。时间知觉是人脑对客观现象发生发展变化的延续性、顺序性和周期性的反映，也是后天学习和训练的结果。运动知觉是人脑对物体空间位置移动的反映，是在视觉、运动觉和平衡觉协同作用下形成的。

感觉有如下特点：一是感觉适应，是在外界刺激持续作用下感受性发生变化的现象，如明暗环境变化产生的视觉适应、环境中的气味变化产生的嗅觉适应等。二是感觉后象，是外界刺激停止作用后，还能短暂保留一段时间的感觉形象，如旋转的扇叶似圆盘的视觉后象、“余音绕梁”的听觉后象等。三是感觉对比，是不同刺激作用于同一感觉器官，使感受性发生变化的现象，如先喝蜜再吃糖，糖的甜度下降很多。四是联觉，是一个刺激不仅引起一种感觉，同时还引起另一种感觉的现象，如呈现粪便的图片，应该是产生视觉，但会恶心，说明还产生了内脏觉。

知觉有如下特性：一是选择性，知觉的选择性在于把一些具有强刺激的对象（或对象的一些特性、标志、性质）优先地区分出来。所谓强刺激，包括对感觉器官较大强度的刺激，也包括新异刺激和对比刺激等，如用粗体或红色呈现重点词语、展示奇特的实验现象等。二是整体性，人在知觉客观对象时，总是把相隔靠近的部分或具有结构性联系特征的部分作为一个整体来反映。尽管对象本身不完整或有缺陷，但知觉系统倾向于把它们完整起来或完善起来，使它们变得简单和稳定。三是理解性，知觉的理解性表现为人在感知事物时，总是根据过去的知识经验来解释它、判断它，把它归入一定的事物系统之中，从而能够更深刻地感知它。四是恒常性，知觉的恒常性是指当知觉的条件在一定范围内发生改变时，知觉的映像仍然保持相对不变，包括亮度恒常性、大小恒常性、形状恒常性、声音恒常性和颜色恒常性。

由于感觉很快被人脑加工而形成知觉，所以感觉和知觉往往是联结在一起的，常常称为感知觉。

二、科学观察

观察是人类有目的、有计划地认识客观事物的活动。“观察”由“观”和“察”组成，“观”专指眼睛产生的视觉和视知觉，“察”代表了各种感觉器官产生的感觉和知觉。“观察”既表示了各种感觉器官产生的感知觉，也强调了视觉的重要性。观察也就可以表述为人类有目的、有计划地感知客观世界的活动。所谓科学观察，就是将观察范围界定为客观自然事物，是对自然世界的认识或感知。

观察有很多情况，按观察是否采用技术手段，分为直接观察和间接观察。直接观察指通过感官（眼、耳、鼻、舌、身）在现场对客体的观察，如观察花的结构、观察岩石、观察水中鱼的行为等。间接观察，其一指感官通过某些仪器对客体进行的观察，如用放大镜、显微镜的观察等；其二指对事发后留下的痕迹（如照片、录像、录音）进行的观察，是非现场的观察，如观察图片中的植物、图片中的星体、视频中的动物活动等。随着科学向更广阔和更精细的方向发展，很多科学现象都无法直接观察，大量存在的是间接观察，特别是第二种情况的间接观察。在科学研究中可以进行的直接观察，如野外考察植物、动物和环境等，在科学课堂上也往往采用第二种情况的间接观察。因此，在现在的科学学习中，间接观察起到更重要的作用。(www.chuimin.cn)

按照是否干预和控制科学事物在发生发展过程中的某些因素而进行的观察，分为自然观察和实验观察。科学事物变化过程中涉及的因素称为变量。自然观察就是对这些变量在自然状态下发生发展的观察，如观察兔子的生活习性、通过显微镜观察洋葱表皮细胞等。前者是直接观察，后者是间接观察。实验观察是对这些变量进行控制来考察变化结果的观察，如单摆摆长对摆动周期大小影响的观察。将摆角、摆球保持不变，控制摆长长短变化，考察摆动周期的变化，就是实验观察。自然观察和实验观察都是观察，但习惯上取“自然观察”的“观察”和“实验观察”的“实验”，合在一起，称为观察实验。因此，观察实验是自然观察和实验观察的统称。

观察活动质量的优劣，表现在观察品质上。观察品质包括观察的目的性、观察的全面性、观察的精确性和观察的判断力。观察的目的性，是指集中注意使观察服从于规定的目的或任务要求，是观察活动首先要强调的。观察是人类有意识的活动，具有指向性。科学观察更要指向清晰和具体，如观察“热胀冷缩”现象，观察的目的就是看物体被加热和冷却时体积如何变化。在观察前，首先需要明确这个目的。明确的观察目的也是观察全面性和精确性设计或设想的前提。观察的全面性一方面指对一个事物各个层面或各种属性的综合观察，以获得对事物的整体认识。如我们看苹果的外观、闻苹果的气味、品尝苹果的滋味，这时多种感官参与感知，会获得对苹果这种水果的认识。再如从下到上观察一棵植物，有根、茎、叶，开花植物成熟后还会开花结果，获得对植株的全面认识。观察的全面性的另一方面指对一类事物属性的系统观察，以获得对这类事物共同特征的认识。如有的物体导电，有的物体不导电，铜、铝都是金属，通过观察铜、铝导电，再考察其他属于金属系统的物体，发现它们都导电，获得金属具有的一种共同的导电属性。观察的全面性往往体现在观察的顺序性和系统性上。观察的精确性指对科学事物细节感知的清晰性和确定性，是观察全面性的深入。如经常使用的放大法，使观察对象的细节可以更清晰地被感知。再如测量，也是观察精确化的常用方法。观察的精确性使得对客观事物的认识更为深刻。以明确的观察目的为前提，在观察的全面性和精确性方面获得对事物的整体认识和深刻理解，会形成对客观事物发生或发展的解释与预测能力，这种判断能力，就是观察的判断力。因此，观察的判断力指对所观察事物作出整体概括的能力，表现为有意义的特征分辨力、判断力和系统化能力。如闭上眼睛吃一口“苹果”，可以判断出它是苹果。再如火烤铁球，虽未看出其体积增大，也可判断其体积膨胀。又如拿一根“铅丝”判断其可以导电，等等。

三、感知觉和观察的关系

感知觉是人脑对客观世界的反映。观察是有目的、有计划认识客观世界的活动。观察这种认识活动依赖于感知觉对世界的反映，观察力的发展须在感知觉的综合发展的基础之上。反过来，观察同时促进感知觉的发展。但感知觉是人类进化的本能，而观察是人类认知世界的需求，也就是说，感知觉是人的内在属性，而观察是认识世界的外在要求，这是最本质的区别。感知觉可以通过对应的感觉器官——眼、耳、鼻、皮肤……感觉通道获得多种信息，而观察可能从一个，也可能从多个感觉器官获得信息，如观察苹果，需要用到多种感知觉，而观察月亮主要用到视觉。

感觉存在阈限，感觉能力是有局限的，观察仪器扩展人的感觉阈限和增强人的感受性。感觉是由刺激物直接作用于某种器官引起的，但是，人的感官只对一定范围内的刺激作出反应。只有在这个范围内的刺激，才能使人产生感觉。这个刺激范围及其相应的感觉能力分别称为感觉阈限和感受性。由于人80%以上的信息来自于视觉，10%以上的信息来自于听觉^[1]，我们主要讨论视觉和听觉的阈限和感受性。视觉是接受光波的刺激，其能产生反应的刺激是波长为380～780纳米的可见光波。可见光的光谱是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，此光谱外侧就是红外线和紫外线。红外线、紫外线不能被人眼感觉，但可以用仪器测量，就扩展了视觉阈值。人的视觉能力称为视力，也称视敏度，是眼对物体两点间最小距离的精细辨别能力。显然，很微小的物体，人眼是看不清楚甚至看不到的。放大镜、显微镜、望远镜这些观察仪器在某种程度上增强了人的视觉能力。听觉是接受声波的刺激，其能产生反应的刺激范围是频率为16～20000赫兹的声波。在这个范围以外的声波，人耳不能产生听觉。低于16赫兹的声波称为次声波，高于20000赫兹的声波称为超声波。次声波和超声波可以通过仪器测知，这些次声波、超声波测量仪的功能就扩展了听觉阈限。声音的三个特征是音高、音响和音色。音响是声音的强度，当音响很低时，人耳会听不清甚至听不到，而听诊器、扩音器等就放大了人的听觉能力。

知觉特性的影响观察品质的培养，观察品质的培养促进知觉的发展。知觉选择性的特点是明显刺激、新异刺激、对比刺激会被优先选择。观察目的性的特点是感知指向目的要求的科学事物或科学现象。在教学中，如果使观察的目的物或现象具有强刺激，就可以激发学生学习兴趣，减轻意志努力，顺利展开科学活动，这也是教师在教学设计时努力追求的。但如果观察目的物不具有强刺激性，就要求教师用文字提示或语言强调，指导或要求观察者将注意力指向目的物或现象。语言符号促使观察者注意到刺激的关键性和区别性的特征，使观察者更加注意到以前不曾注意到的信息。这种情况必定会增强学生的意志努力，但也是经常使用的，因为必须保持观察的目的性。

知觉整体性的特点是对一个事物的各个侧面或属性作综合概括；对相近或相似的多个事物作整体感知。观察全面性的特点是按某种顺序进行系统观察以达到对事物的整体认识。其教学方法意义是作观察方法指导，即按顺序观察、全面认识事物，指导学生进行归纳概括的思维加工，获得对事物的整体认识。

知觉理解性的特点是将已有经验带入感知过程，并努力将感知结果纳入或深化到自己的经验系统。观察精确性的特点是对事物或现象的关键细节的客观感知。关键细节是指体现事物质的特征或现象变化的节点，如“水的沸腾”，水沸腾时的现象特征；“凸透镜成像特点”，一倍焦距处是虚像变实像的节点，二倍焦距处是实像从放大像变缩小像的节点。其教学方法意义是一方面利用已有经验使观察深化，如学生知道“水开了”有热气，就是水沸腾了，这是已有经验。对于水沸腾时的温度特点、气泡行为表现等，都在观察过程中有了更精细的感知，这时对“水的沸腾”就有了更深刻的理解。另一方面，采用实验手段反映事物的关键细节，理解事物变化的节点存在特殊性，如“凸透镜成像特点”。一倍焦距处找不到像，二倍焦距处所成像与物等大。

知觉恒常性的特点是知觉映像的主观不变性，是知觉整体性和知觉理解性的综合体现，是人长期感知觉所积累的经验。观察判断力的特点是在对事物整体知觉的基础上形成可对事物及其相关事物进行认识、识别、区分的能力，是长期观察训练所形成的能力。其教学意义是有效利用知觉特性，培养学生的观察品质。