研究目的

按照知识的层次的概念，人类学习最关键的方式是上下左右贯通（概念形成、概念生成、概念同化），人类学习的目标是掌握高层知识生成器，从而能够提出和解决问题，创造和创造性使用知识，或者至少可以欣赏知识的创造和创造性使用。其中最最基础的知识的层次是第零层，前知识——经验和体验。这个“促进理解高层知识的实验设计”旨在给学习者准备第零层前知识，并且尽可能地把这个第零层和高层知识生成器联系起来，帮助学习者将来更容易学会学科大图景，尤其是其中的学科典型思维方式，以及一般性人类思维，甚至教和习的方法。

此外，从科学学习的角度，实验永远是第一位（实验启发）和最后一位（实验检验）的，因此，从实验开始做更好的科学教育，是必经之路。

顺便，这还有一个额外的好处：最近，越来越多的学生把学习和生活以及思考、对世界的认知分离开来，认为学习就是为了应付考试的，学习到的东西和自己在思考、对世界的认知、现实世界中的行为没有任何关系；从实验开始，到实验结束，可以很好地改变这样的学习态度和学习境界。这个境界必须提升才能真正发现和帮助到创造性人才。

怎么做

通过梳理相应学科的最重要的学科概念和学科大图景被提炼出来创造出来的过程，提炼出来相应的场景，变成可操作的对象。例如，见神一样的实验设计‎。当然，神一样的实验设计‎主要关注在学科概念的创造和体会上，而在本项目中，我们更加关注学科大图景等更高层的知识。

举例子

例如，罐铅的骰子和普通的骰子，内部掏空了的装了钢珠的小球（空间稍大于钢珠）和实心小球，做成可以打开的。然后，让学习者自己滚动骰子或者钢珠，尽可能地区分加馅的和普通的。通过这个实验，学习者首先能够学会观察现象，然后从现象提出猜想，猜想本身可能还得联系一些生活经验或者物理原理（转动惯量，不均匀性，如果事先已经学习过物理概念的话），最后，可以通过打开实验装置来检验猜想。这样，基本上，学习者体验到了物理研究的典型流程和方法，并且还可以体会到分解的思想，或者分解和综合的思想。不断地分解，把分解出来的东西再整合起来，是物理学以及更一般地科学的典型思维方式之一。

例如，通过虚拟实验来产生天体运行的数据，或者简化版的圆形轨道的天体运行的数据，然后，重复地心说、日心说、开普勒三定律、牛顿运动定律和牛顿引力定律、微分方程的被创造出来的过程。通过这个实验，学习者可以领会到：第一、观测数据和理论模型要相符的科学精神；第二、人类对世界的理解需要通过构建理论模型；第三、力学的世界观——物体的状态描述、状态的变化、变化的原因——在物理学乃至科学中的重要性；第四、数学建模在物理学中的重要性；第五、从现象描述到机制建模的重要性。

例如，设计一套帮助学习者认识到地壳漂移学说的实验仪器（不同洲的外形有匹配性），帮助学习者在一定的启发下重新提出来地壳漂移学说。接着，设计一套帮助学习者重新提出来或者看懂达尔文提出来进化论的实验仪器（不同地区的生物具有相似性，这个地区可能和上面的“相邻”洲可能还有联系），在一定的思维的启发下能够重新提出来进化论或者很好地理解其提出来的过程。

例如，基于手机的测量速度加速度的仪器——实际上就是一个刻度尺加上手机定时间隔拍照功能。通过这个仪器可以测量出来重力加速度，意识到重力加速度不等于零这个事实。基于这个仪器和事实，还可以配上一堆不同质地和质量、形状的物块，让它们下落，对比时间和落点，从而开始反思直觉经验，也就是重物下落更快，和测量结果以及理性思考的结果的关系。在物理学乃至科学中，朴素直觉的抛弃，理性直觉的重新建立，是非常重要的事情。

平台架构

梳理完成这些实验之后，一方面，先让学习者在虚拟实验平台上玩这些实验仪器，另一方面，学习者可以下单，直接把相应的实际实验仪器送到家里，或者城市实验中心（或者租用学校），开展线下真实的实验检验和实验启发。

此外，这些虚拟实验可以联系到相应的人类知识高速公路的概念或者连词上。