具身认知视角下的物理教学转向

摘 要：具身认知为物理教学提供了全新的视角，以“曲线运动”一课为例，阐述物理教学向“身心融合”的具身学习转向的三种策略：从“离身”到“具身”的实践转向，从“低阶”到“高阶”的思维转向，从“浅层”到“深度”的素养转向.

关键词：具身认知;实践;思维;素养;转向

文章编号：1008-4134（2019）21-0018 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

作者简介：浦建军（1978-），男，江苏无锡人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理学科教学.

在一般的认识中，我们通常认为学习（心理学研究主要指认知）是人脑对信息的加工、存储和提取，与“身体”基本无关，即学习是“离身”的，是“脖子以上的学习”.从传统的认知理论框架看，建构主义关注认知结构而忽视身体本身，行为主义虽研究身体，但却把身体肢解化，其共同的观点是：身体为认知服务，身体是对象，身体不是主体.现代脑科学研究表明：“大脑本身并不能独立完成高级的认知功能，大脑通过身体与外部世界的互动对于高级认知过程的理解起着关键作用.”认知是通过身体的体验及活动方式而形成的，即认知的内容是身体提供的，学习是“具身性”的.学习应该是由完整的学习活动系统构成，且任何学习都与身体有关，这种身体并不是简单的物理身体的在场，而是“具身”所涉及的身体经验，身体的感知觉，身体运动系统及个体的情绪体验等多重维度.

具身认知为物理教学提供了全新的视角，“身心融合”的具身学习，要求传统的物理教学必须转向.为探索“具身认知视角下的物理教学如何转向”这一课题，笔者以高中物理“曲线运动”一课为例，与大家分享课堂教学的实践与思考.

1 从“离身”到“具身”的实践转向

具身认知强调认知基于身体，具有实践性、活动性等特征，它将“身体”置于认知实践的中心地位，强调认知是通过身体体验及其活动方式形成的，体验是一种在亲身经历和实践过程中获得的独特感受，身体力行的实践经验是学习能否成功的关键.物理学科的特点决定了物理学习是学生主动参与动手动脑的活动，通过丰富的实践体验，促进对学科知识的加工、消化、吸收，并在此基础上进行内化、转化、升华.

【教学片段1】 曲线运动速度的方向

活动1：请两位学生现场进行投掷飞镖比赛，教师用手机拍摄投掷飞镖视频，通过技术处理显示飞镖的频闪轨迹（如图1）.

设计意图：飞镖是学生感兴趣的活动，让学生动一动、比一比、看一看、想一想，激活学生的身体、刺激学生的感官和激发大脑的思考.尤其是飞镖的频闪轨迹，将不易观察的运动变得直观可视，在带给学生震撼的同时感受技术的力量，自然会联想到飞镖的速度方向是沿着轨迹中某点边沿飞出的.

活动2：利用电光花、签字笔芯、钢丝等制作旋转光圈.观察飞溅出的烟花火星的运动方向（如图2）.

活动3：学生分组实验，利用自制实验器材模拟投掷链球（如图3）.

活动4：将几段磁性封条连接成曲线轨道放在光滑薄铁板上，蘸有红色墨水的鼠标球紧贴着支架轨道滚下.改变轨道，重复实验（如图4）.

活动5：请学生利用已学知识从理论上推理论证.

活动6：请学生设计自行车的挡泥板.

设计意图：讨论曲线运动速度方向时要明确一个数学概念：曲线的切线.在初中数学里学生已经知道圆的切线，但对于一般曲线的切线含义还不了解.《普通高中物理课程标准（2017版）》中指出：物理概念的建立需要创设情境.学习是个体在与情境的互动中创生意义的过程.为促进学生对“切线”的深刻理解，活动2让学生在光与影中看到烟花火星沿着圆周的切线飞出，与原有的认知经验发生联系;活动3让学生在动手操作中体验小球沿着圆周的切线飞出，以具身的方式强化体验;活动4中，通过鼠标球的轨迹验证学生活动1中的猜想：沿着轨迹中某点边沿飞出，引出切线的概念，从特殊到一般，逐步推进认知的层次性;活动5让学生联系平均速度到瞬时速度概念建立中的极限思想，从理论上推理论证“沿着轨迹中某点边沿飞出”实质是沿着切线飞出;活动6，回归生活，将实际情境转化为解决问题的物理情境，形成把情境与知识相关联的意识和能力，达到学以致用.

六个学习活动的设计，以学生生活经验中形成的经验性常识为基础设置问题情境，在大量生活事例中唤醒身体，充分调动学生的视觉、听觉、触觉、动作等多种感官参与，学生在活动中将大脑、身体、环境充分耦合成一个复杂的动态的自组织系统，对所观察的现象重新加工，在诸多客观情境中概括出事物的共同属性和抽象事物的本质特征，完成从经验性常识向物理概念的转变，在多层次、多维度的具身认知方式中“以身体之，以心验之”，达成体悟.

2 从“低阶”到“高阶”的思维转向

让思维跃上高阶的物理教学，旨在培养学生的高阶思维.高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力，表现为问题解决、推理与决策、批判性思维、创造性思维和反思性思维等方面，它要求能够开展严谨的探究活动，深刻理解问题，采用新颖方式整合或重组已有知识，创造新的知识.华东师大钟启泉教授指出：发展高阶思维，需要高階学习活动予以支持.实践表明强调“身心合一”的具身认知理论是支持高阶学习活动的理论之一.具身认知在强调身体参与体验的同时，更强调把身体作为帮助自己思考的工具，提升思维的品质.学习需要借助身体活动，将身体经验与学习经验结合，发挥学生的能动性，促进学习的深度探究，实现思维的跨越与升级.

【教学片段2】 探究物体做曲线运动的条件

1.学生自主探究：利用乒乓球探究物体做曲线运动的条件.

学生探究方案①：将乒乓球放在水平桌面上，轻推小球，小球在桌面上运动一段距离后离开桌面，在空中做曲线运动.

学生探究方案②：将乒乓球放在水平桌面上，轻推小球，从不同方向对乒乓球吹气，使其在桌面做曲线运动.

学生探究方案③：用不同方式将乒乓球抛出，上抛、下抛、斜向上抛、斜向下抛、水平抛出等，观察乒乓球在空中的运动轨迹及经地面反弹后的运动轨迹.

学生探究方案④：让乒乓球沿倾斜的书本上滚下，用书本、铅笔等作弯曲的围挡，乒乓球沿着围挡做曲线运动.

设计意图 ： 《普通高中物理课程标准（2017版）》中指出：通过实验，了解曲线运动，知道曲线运动的条件.人教版物理教材给出的实验探究方案是用磁铁改变小铁球的运动方向，但是学生在具体操作中最大的问题是磁铁摆放位置的不当，易使小铁球被磁铁吸住，无法看到小铁球受到磁铁吸引力作用下的运动情况.学习活动的可视性不强、体验性不深，也就无法有效激活思维.为此，在实验改进中，将小铁球换成乒乓球，使其运动的方式多样化：吹、推、抛等，使其运动的空间多层次：水平面内、竖直平面内等.让学生利用乒乓球在“玩”中学.有任务情境，学生必须自觉将分析、评价、综合、创造运用到问题解决中;有问题解决，学生能根据已有经验，对外部信息进行主动选择、加工和处理，进行积极的、有意义的、双向的相互作用过程的建构.通过实验方案的设计与操作，学生的设计思维、发散思维也得到很好的锻炼.

2.交流评价

生1：给静止在桌面上的乒乓球吹气，乒乓球沿直线运动.

生2：乒乓球运动时，只要在其运动方向的两侧吹气，乒乓球就能做曲线运动.

生3：除竖直方向抛出的乒乓球做直线运动外，其余均可做曲线运动.

生4：我仿照前面的实验（教学片段1中活动4），用书本在乒乓球运动的左前方遮挡，乒乓球可以做曲线运动.

师：结合你的操作与现象，我们可以從什么角度分析物体做曲线运动的条件？

生5：从牛顿第一定律可以知道，可以从力与运动的关系分析.

师：请用简洁的物理语言表述在怎样的情况下物体做曲线运动？

生6：合力方向与运动方向不在一条直线上.

师生对不同实验方案中乒乓球的速度方向、受力情况进行分析，得出结论.

师：从以上分析中，你还有哪些新的发现？

生：┉

设计意图 ：培养高阶思维能力的教学转向需要明晰思维能力指标下的教学要求，见表1.

杜威说，思维的发生就是反思——问题与生成——探究与批判——解决问题的过程.学习的自我转化，即学生接受信息后的自我加工的过程，是实现学生由“学了”到“学会”再到“会学”的关键环节，要实现这一转化，离不开通过学生体悟过程和提升思维品质.具身性的学习活动，既要外在的身体活动，看学生实际“做”什么，“做”得怎么样;又要内在的理性活动，主体在大脑中进行的建构与思考，看学生“想”了什么，“想”得怎样，还要听学生“说”了什么，“说”得怎样.学生在多元化的观点中，有追问、有思辨、有基于自己的观点陈述和倾听、理解他人陈述后的观点表达与阐述.学生对力与运动的关系有了更深的理解与体会，从而实现概念建构与具身认知的糅合，在思维的不断深化中向高阶思维跨越.

3 从“浅层”到“深度”的素养转向

浅层学习就是学习比较低端的知识、记忆性的知识和简单的理解.深度学习是指在教师引领下，学生围绕具有挑战性的主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程.深度学习的过程是在多样化深度探究活动中层层深入的过程，在不断解决问题的过程中，实现知识技能、思考能力、综合素养三个维度的核心目标.

【教学片段3】 运动的合成与分解

教师演示并提出问题：如图5蜡块（插有适量铁丝）释放后能在注满水的玻璃管内竖直向上运动.蜡块做什么运动？依据是什么？

学生：看起来像匀速运动.可以通过测算蜡块上升的位移、时间，求解其速度大小来证明.

师生合作：教师用磁铁吸住插有铁丝的蜡块，让其在不同位置开始上升，待蜡块运动稳定后测定其时间与位移并计算速度大小.

教师：如图6，将玻璃管固定在气垫导轨的滑块上，要求滑块也做匀速运动，应该怎样操作？

学生：利用水平仪检验气垫导轨是否水平，若滑块经过两个光电门的时间相等，则滑块做匀速运动.学生进行实验演示.

教师提问：蜡块匀速上升的同时，沿水平匀速运动，蜡块实际做什么运动？

学生猜想，并合作进行实验：一位同学轻推滑块，一位同学迅速将磁铁拿走，还有一位同学用记号笔在有机玻璃板上描点记录蜡块在任意时刻的位置.

学生：将点迹连接起来，差不多是一条直线.

教师追问：真的是直线吗？

学生利用数学知识表述蜡块的轨迹方程，证明连线是一条直线，得出蜡块的实际运动是匀速直线运动.

教师提出运动的合成与分解的思想，复杂的曲线运动可以在分解中“化曲为直”.

实验验证：用细线将滑块与小砝码相连，同时释放砝码和蜡块，记录蜡块任意时刻的位置，描点连线成曲线.

设计意图 ：“运动的合成与分解”在现有的人教版教材中，并没有单独列出来，而是作为一种思想方法穿插在本节内容中.思想方法的教育，不能“浅”在表面，应该“深”在内心.物理教学中的深度学习要求学习者深入理解知识，在主动建构知识意义的基础上进行反思式学习.通过实验创新，以认知思路的可视化，让思维可视可鉴，从看、描、连、证等不同层次引发学生的深度思考和深层质疑，实现思维水平从单点结构、多点结构到关联结构，突出了学习目标的“深层”：对学习者产生长远而持久的影响——运动的合成与分解是解决后续平抛运动、斜抛运动以及更为复杂平面运动问题的一般方法;凸显了学习过程的“深入”：学习者认知、情感、实践、意志、思维等相互作用并产生“化学反应”的过程——在实践与理论结合中，“看透”蜡块的运动本质，理解运动的合成与分解思想;彰显了学习结果的“深刻”：运动的合成与分解同力的合成与分解一样，都遵循矢量的平行四边形定则，完善了学生的认识结构.

玛利亚蒙特梭利说：身体是学习过程的重要组成部分，如果你知道如何利用身体的话.具身认知视角下的物理教学转向，就是要充分发挥身体、心理、环境的持续交互作用，让学生在学习中收获真正宝贵的东西：经历、体验、感悟和状态，思维、思想、见解、眼光和境界等.

参考文献：

[1]西恩·贝洛克.具身认知——身体如何影响思维和行动[M].北京：机械工业出版社，2018.

[2]马云鹏.深度学习视域下的课堂变革[J].全球教育展望，2018（10）：52-53.

[3]余文森.核心素养导向的课堂教学[M]. 上海：上海教育出版社，2017 .

[4]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理必修2[M]. 北京：人民教育出版社，2010.

[6]邓磊，包雷.基于科学思维能力评价的美国理科主流试题类型比较及启示[J].苏物理教师，2018，39（10）：5-11.

（收稿日期：2019-08-24）