指向具身学习的高中物理“沉浸式体验”教学策略

摘要：教育部颁布的《普通高中物理课程标准（2017年版）》，明确了物理学科核心素养的核心目标地位，如何在课堂教学中培育物理学科核心素养？是摆在广大一线物理教师面前的重要课题.基于具身认知理论的“沉浸式体验”教学是落实学科核心素养的有效路径.“沉浸式体验”教学倡导生动的问题情景、交互的具身体验、意义的自主整合、批判的自我反思和真实的问题解决.

关键词：具身认知；具身学习；具身体验；沉浸式体验；物理学科核心素养

基金项目：苏州市教育科学“十三五”立项课题“学习科学理论视阈下，培育高中生物理学科核心素养的‘思维型课堂的实践研究”（项目编号：16012041）.

作者简介：任虎虎（1989-），男，江苏太仓人，教育硕士，中学二级教师，研究方向：物理课程与教学.

1具身认知与具身学习的内涵

基于對身心二元论的批判和反思，引发了将主体身体体验引入认知过程的身心一元论的第二代认知科学产生，即具身认知.“第二代认知科学”的概念源自美国知名认知语言学家拉考夫（G.Lakoff）和约翰森（M.Johnson）的经典著作《肉身的哲学：具身心智及其对西方思想的挑战》.第二代认知科学最重要的特征就是心智的具身性，

指的是心智、理性能力有赖于身体的生理、神经结构及活动体验，根植于人的身体以及身体与世界的相互作用中.这为教学设计提供了全新的视角，基于具身认知的具身学习与传统学习方式截然不同，传统认知认为学习过程仅是在大脑内进行的，有人称这种学习为 “脖子以上的学习”，而具身认知认为学习是全身心参与的过程，新知识是心智、身体和环境三者相互作用的结果，它们的关系如图1所示.具身学习具有涉身性、体验性和情景性三大主要特征，其中体验性是核心特征.

2高中物理“沉浸式体验”教学的内涵

物理学科以实验为基础、以理性思维为中心，相应的注重体验探究过程和发展高阶思维能力.高中物理“沉浸式体验”教学是通过对各种情境的亲身体验，引发深度思考，促进高阶思维发展的有意义学习过程.其倡导生动的问题情景、交互的具身体验、意义的自主整合、批判的自我反思和真实的问题解决.即教学中创设生动、逼真的问题情景，让学生获得与环境交互的具身体验，通过问题驱动促进学生深度沉浸思考、自主整合建构新知识的意义，引导学生对新知识形成的过程进行批判性的自我反思，把握知识背后蕴含的科学思想方法和科学精神，然后灵活迁移新知识、新方法解决复杂的实际问题，从而实现知识、自我和环境的整合建构，落实物理学科核心素养.

3高中物理“沉浸式体验”教学策略与实践

31生动的问题情境

问题情境是认知不可缺少的条件，根据具身认知理论：认知的内容、认知的过程、认知的方式都与主体身体紧密相关，而身体是处于环境中的身体.问题情境越生动、越逼真就越能引发个体的身体体验，特别是在学习抽象概念时或者学生缺乏已有感性经验时，情境的再造与渲染至关重要.高中物理可以借助实验创设真实的问题情境，也可以借助其它手段对现实情境再现，如视频、图片、语言或文字描述等.

教学案例：在“磁场对通电导线的作用力”的教学中，磁场和电流都是看不见、摸不着，为了帮助学生获得具身效应，可以设置“旋转的磁钢”趣味实验情境，小组内体验探究.磁钢的磁性和条形磁铁差不多.实验装置如图2所示，当电路连通后铁钉和磁钢会转动起来（由于短路，导线和磁钢接触的时间不宜过长）.

引出问题：（1）磁钢和铁钉为什么会旋转起来？（2）请通过尝试和体验判断磁钢和铁钉的旋转方向与哪些因素有关系？

32交互的具身体验

由于课时的限制，目前一些课堂教学教师代替或缩短了学生对知识感悟、体验的过程，从具身认知角度而言，学生体验的方式、内容、结果的不同造成不同的认知方式、认知内容与认知结果，即主体的认知结构由主体与外界的互动具身体验所左右.这一特征给教学很大的启发：即教师应根据教学内容，创设多种能引发具身效应产生的情境，大大增强或者延长感受、体验的环节，使学生能够产生身心融入的具身学习.

案例1在自感教学中断电自感现象可作为一个“有惊无险”的具身体验案例，让学生用身体参与体验和学习，引发学生深度学习.

实验装置：组成如图3所示电路，电感线圈用日光灯中的镇流器，引出两导线，让几位同学“串联”在电路中，供电电源只须1节干电池即可.

体验过程：闭合开关S前，学生谈体验——“无感觉”；闭合开关后，学生再谈体验——“无感觉”；在断开开关S瞬间，同学突然受到电击——“迅速收回双手”.换一批学生重复实验，最好让所有学生都有所体验.学生自己会提出问题：一节干电池何以能使这么多同学同时受到电击？从而引发学生深度思考、深度学习.

33意义的自主整合

在具身体验的基础上，引导学生将自已的感知、体验与自己的生活背景或已有的经验建立联系，促进学生自主地、能动地整合建构新知识，把握知识背后的思想方法、逻辑、意义和价值.新知识建立的过程也是新意义生成的过程，只有生成新意义的学习才是有价值的学习.

教学案例：在学习了匀变速直线运动的内容后，可以设置依存学生生活背景的问题情境：一汽车质量为m，行驶速度为v0，汽车安装有防抱死刹车系统（ABS），制动力恒为f，设驾驶员的反应时间为t0，从驾驶员发现情况到安全停车共经过多少距离？

不难解出行驶距离为：S=mv20/2f+v0t0，引导学生回答：公共交通安全有“三禁”，大家能不能根据刚才得到的这个结论概括出来？

根据结论：质量m越大、v0越大、t0越大都会导致刹车的距离越长，越容易发生交通事故，所以对应的“三禁”是：禁超载、禁超速、禁酒后驾驶.

课堂教学应联系学生的生活背景，丰富意义系统，实现知识的意义建构，同时进行生命安全教育，提升公民素养.

34批判的自我反思

在“沉浸式体验”教学中引导学生对自己体验的方式、内容和结果进行总结、反思、评价和批判，不仅能增强具身效应，而且能促进学生理清知识的内在结构和逻辑，更好地把握学科思想方法，并且批判性的自我反思也是提升高阶思维能力和思维品质的有效途径.

案例2磁感应强度是电磁学中的重要概念，同时也是一个抽象的概念，在教学中可以通过下面几个环节进行批判性的反思帮助学生深度理解其本质.

问题1：大家回顾一下刚才经历了哪些关键步骤才得出磁感应强度这一概念的？这些步骤在以前的学习过程中有没有经历过？

设计意图：引导学生反思，理清自己的学习过程和认知过程，把握思维的关键点.

问题2：磁感应强度是采用什么方法定义的？还有哪些物理量的定义也采用这种方法？

设计意图：帮助学生进一步理解“比值定义法”这一物理科学方法.

问题3：大家可能已经发现“磁感应强度”和“电场强度”有很多相似的地方，请自己设计表格并进行比较.

35真实的问题解决

创设待解决有挑战性的真实物理情景，将学生置于实际问题情境中去体验、去学习是具身认知的基本要求.物理学与生活息息相关，生活中许多复杂的实际问题都可以作为教学材料，引導和鼓励学生在体验和理解的基础上，综合运用多种知识和方法解决问题，是提升学生应用跨学科知识解决问题能力的主要途径.

案例3在学习了新课标的“电路及其应用”后，可以引导学生灵活迁移解决实际问题，布置这样有挑战性的学习任务：请同学们查看自己家的电器设施，根据用电器的功率和自己家的用电情况，估算自己家里电路中所需导线的规格，与实际所用导线比较，检查是否存在安全隐患，要求每人就此问题撰写一份研究报告.

参考文献：

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[4]杨南昌，刘晓艳.具身学习设计：教学设计研究新取向[J].电化教育研究，2014（7）：24-28.

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