具身认知理论下的物理概念教学——以“动能、势能、机械能”为例

叶 玲

(青剑湖学校,江苏 苏州 215000)

概念是反映事物本质属性与共同特征的思维形式,物理概念是物理知识的核心．当前,新课程改革进入到深化阶段,概念教学已经发生了可喜的改变: 教学中不再直接定义、机械训练,关注到了情景铺垫、重视概念学习中的认知过程．但是,面对培养学生核心素养的新要求,概念教学需要在具身认知理论的指引下进一步发展,才能突破瓶颈,发生根本性的转向．

1 具身认知理论下的物理概念教学转向

1.1 从“离身”到“具身”的理论转向

经典的心理学研究认为，心智是一种计算性的机械装置,而认知过程与计算机的符号加工过程类似, 是一种大脑中的信息处理过程,认知由“运算”组成．这种认知理论是建立在笛卡尔身心分离的二元论之上的,它把认知看作心理独有的功能,认为人智慧的展现是一个单纯的理性过程,剥夺了身体对认知的参与．在经典心理学的影响下,课改中的物理概念教学已经发生了很大的变化:教师避免了对概念直接进行定义、表述和灌输,不会再用大量重复的习题去机械训练、巩固概念;教师能关注到学生在概念获得中的认知过程,把物理概念的习得视为个体进行信息处理的心理过程,以感觉、知觉为基础,以记忆、思维、想象为发展,帮助学生更好地掌握物理概念．

随着认知领域研究的发展,“后认知主义”学派提出了具身认知理论,这给物理概念教学带来新的转机．具身认知理论强调身体在认知活动中的重要作用,从身体与认知的关系出发,提出身体与心智是一体化的,心智是具身的．他们认为，个体认知是大脑、身体和身体经验的结合体,主张人的身体经验对认知的形成和发展有着重要影响．物理概念的教学必然将接受具身认知理论的指引,从“离身”走向“具身”．

1.2 从“关注教”到“关注学”的教学转向

在新课改众多成功的案例中,我们发现,教学已然发生悄悄的转向:从以往关注教师的教,现在更多的关注学生的学,物理概念教学也是如此．虽然教学中教师的引领作用是非常重要的,但学生主体地位的实现仍然需要教师的“放手”,只有在课堂上给予学生更多的机会,学生的身体才能得到解放,心智才能真正得到发展．

物理概念教学应当纠正学生的错误概念、实现前概念向科学概念的转化,但教学中我们经常将所有学生的认知过程都统一化、标准化,这种去身心化的离身教学行为,便是由于过度“关注教”造成的．以具身认知的视角重新审视,物理概念教学不能停留在简单的知识传递、定义表达,而应在恰当的情境中，在大脑、身体与环境的相互作用过程中建立概念，实现心智和情感发展．情境设定、脑体参与、身心共鸣,这些都是由概念学习的具身性特征所决定的．

“离身”指导下的“教”,偏向机械、预设;“具身”指引下的“学”倾向灵活、生成．这种具身的形式转向,建构主义学者也曾做出阐释:新经验的获得是建立在已有经验基础之上的,学生不是空着脑袋走进教室的,学生头脑中已经有了属于自己的、独特的、鲜活的经验．面对相同的物理概念,基于自身不同的经验,一定会带来不同认知过程,教师应该允许并尊重学生各自的理解方式、情感体验,这也是为什么课改中会出现“先学后教”模式的原因之一．

1.3 从“要我学”到“我要学”的主体转向

如果说从“关注教”到“关注学”只是形式上的变化,那么具身认知带来的更深层次的变化,则是从“要我学”到“我要学”的主体转向．从本质上来讲,新课程倡导新的学习方式是以弘扬人的主体性为宗旨的,现在看来,这些学习方式都有具身认知的体验性和参与性．

体验,是指在实践中认识事物、在经历中获得情感;参与,则更加强调身体性活动带来的直接经验和感情意识．物理概念的学习,不光要用脑子思考,而且要用自己的眼睛看、耳朵听、嘴巴说、手操作,这些身体的参与,不仅是理解知识的需要,更是激发学生生命活力,促进学生生命成长的需要．基于此,课改中特别强调“实验”、“活动”、“探究”和“实践”．

“要我学”是教师给予学习客体间接经验,“我要学”则是学习主体希望获得直接经验．教师要把直接经验看成课程资源,更要把直接经验的改造、丰富和发展作为重要的学习目的,才能激发起学习主体的内在需求．具身认知使学习进入生命领域,知识的学习不再是仅仅属于认知、理性范畴,它已扩展到生理、情感和人格．从课改前的“观察者”、“模仿者”到当前课改中的“体验者”、“参与者”,身体的加入、语言的表达、情感的投入,这种积极主动的学习状态,真正让学习主体实现了彻底的具身转向．

2 具身认知理论下的物理概念教学策略

具身认知理论对当前物理概念教学有重要的指导作用,这里以九年级“动能、势能、机械能”(苏教版)为例具体谈谈教学策略,这也是笔者参加2016年江苏省物理优质课评比获得一等奖的课例．

2.1 身临其境,感知形成概念

心理学家威尔逊对具身认知的首要观点就是:认知是情境化的,它是发生在真实世界的真实场景之中的．本节中“能量”的概念比较抽象,一般情况下教师会举出一个实例,再直接给出概念,这样的教学概念既不完整,感性认识也不够充分．笔者结合初中生的认知特点,采用了下面的教学策略,创设3个与“动能、重力势能、弹性势能”有关的游戏情境: (1) 请学生拿起玩具水枪,喷射出的水流冲击木块; (2) 让学生举高铅球,放手将木块砸进了花泥上; (3) 请学生先拧紧闹钟发条、再放开,发条连着的绳子拉动了木块．在这3个不同的情境中,学生找出了共同特点:木块都运动了,物体对木块都做了功．进一步得出，一个物体能对另一个物体做功,我们就认为这个物体具有了“能量”．

游戏情境将“能量”这一抽象的概念形象化、具体化、生动化．在动手的过程中,学生体验并发现概念的本质特征;在实验情境中,学生从功和能的关系去思考并归纳形成“能量”的概念．有了这样的认知过程作为支架,学生的深层思维才能继续,“能量”概念的内涵和外延才能得到进一步深化:“能量有大小吗?能量的大小和做功有没有关系呢?是不是做功越多,能量越大呢?生活中类似于以上3种形式的能量又有哪些呢?” 概念的形成需要物理情境的支撑,情境的教学功能不能停留在激发学习兴趣的层面,要让学生身临其境、获得感知、动手体验、启发思维、形成概念,实现由情景到情境教学的提升．

2.2 具身参与,探究建立概念

“身体”是具身认知理论的重要内容,它主张“身体”对主体的认知活动有重要影响．我国心理学家叶浩生认为，人的认知来源于大脑,大脑嵌于身体之中,身体又一直处于环境中．因此,认知是建立在身体与环境相互作用产生的经验之上的,人们正是用自己的身体以合适的方式与环境互动,在互动探究的过程中获得对事物的认识,认知是具身的．学生在形成了“能量”的概念、初步认识到3种不同形式的能量之后,教学环境中需要提供更多的实验器材,让学生展开猜想、亲身参与、动手操作,通过探究进一步建立概念．

科学探究的前提是进行有依据猜想,在探究“动能大小的影响因素”时,教材中提供的图片“限速牌” 缺乏具身性,不太适合作为猜想的依据．为了让学生能展开对比性的猜想,笔者提供了大小不同的两辆玩具车，“哪辆车的动能大?”“怎样才能反映出动能的大小呢?”“如何运用控制变量法对实验进行构思和设计呢?”在进行实验时,学生一定会遇到各种问题和状况:斜面的使用、小车的位置、木块的摆放、怎样观察、测量的参照位置、怎样用表格记录数据,这些都需要学生充分利用各种实验器材、综合观察现场．身体参与、动手操作、自主实验、协作交流、总结归纳、得出结论,这样的探究有具身性的特点,释放了孩子好动的天性、满足了学生好奇的心理,任何演示都难以达到如此的教学效果．

在探究“势能大小的影响因素”时,学生提出猜想:重力势能的大小与球的质量有关．但是,“小球的重力势能一定小吗?”恐怕没有亲身体验是难以作出进一步猜想的．于是,笔者提供了一块2 cm厚的玻璃和一个小梯子,请学生站在梯子的不同高度上,将小球落下．在较低的高度时,玻璃都完好无损,当学生站在一个很高的高度时,玻璃“咣”的一声被小铁球击碎了．课堂中“小球砸玻璃”带给学生的感官刺激非常震撼,这种亲身参与让人信服,比头脑风暴式的纯思维假设要更有说服力．

学生只有在感知了丰富的物理现象之后,才能抓住本质、初步形成概念;只有在深入的实验探究之后,才能更加立体地建立概念．表面上看,通过实验帮助学生建立概念的教学,经历了从“演示”到“验证”和“探究”的发展,实质上,这是一种由“侧目旁观”到“亲身体验”、“具身参与”的飞跃．

2.3 身心共鸣,情智升华概念

“动能、势能、机械能”的概念教学,贯穿的主线是“感知现象——形成概念、实验探究——建立概念”．其实,概念教学中还有一条承载科学方法和情感教育的“暗线”:观察、猜想、设计、预测、分析、推理等都是科学探究必备的方法,生命意识、安全教育、情感培育、社会责任,也是物理教学培养核心素养的重要使命．

教学环境上做一些精心设计,可以帮助学生在身心共鸣中发展情智、升华概念．譬如“跳跳人”游戏:小小的跳跳人被学生压下,松手后在自己的桌子上蹦起来有1m多高,学生的兴趣瞬时被点燃,不断尝试、比赛，不但真切地认识到弹性形变对弹性势能带来的影响,孩子们的童真在游戏中被释放、同学间的友谊在无形中联结．用“飞速行驶的汽车”、“高空坠落的鸡蛋”新闻报道,让学生用知识解释现象,并渗透安全教育、社会责任;用“小猴砸坚果”的视频让学生感知物理知识在生命世界的作用．最后,笔者巧妙地用纯净水的水桶制作了一个“大魔罐”,实现了在斜面上自动向上滚动,放大了器材、可视性更高、增强了实验效果,克服了通常用小易拉罐做成“魔罐”的缺点,学生围着神奇“大魔罐”一起解密,达到了学习状态的高潮,物理概念学习中身体和情感发生了共鸣．

理论和实践都在不断推动着物理概念教学的发展,具身认知理论不仅仅强调身体经验对认知形成起到的重要作用,它是将人的生理状态、心理状态和环境状态关联了起来,用身体、心理与环境3者间的交互作用取代了单纯的心理表征,实现了对经典认知研究的超越．在这个持续交互作用的过程中,经验不断得到改造、重组、丰富和再生,感受到探究的乐趣和成功的喜悦,学习主体历经了概念的形成、建立和升华．

参考文献：

1 杨子舟,史雪琳,荀关玉. 从无身走向有身:具身学习探析[J]. 教育理论与实践,2017(05):3-6.

2 叶浩生. 身体与学习:具身认知及其对传统教育观的挑战[J]. 教育研究,2015(04):104-114.