基于具身认知理论的初中科学概念教学

周利君 虞夏骏

[摘 要]概念是科学核心素养知识维度的重要组成部分。初中科学概念具有抽象性的特征，是初中课堂教学中的难点问题。具身认知理论强调身体的经验以及身体在环境中的活动感知，对个体思维和认知的作用。基于该理论的概念教学，重视概念的生成方式、学生的生活环境和学生已有经验，通过创设情境让学生获得多维感知和身心参与，让学生获得实践体悟和互动交流，促进情智升华的方式来实现概念的生成，为解决初中科学概念教学中的难点问题提供新思路。

[关键词]  初中科学;具身认知;概念教学

概念是构成知识的基本单位，也是科学核心素养知识维度的重要组成部分。然而，初中科学概念中很多都是看不见摸不着的抽象概念，是初中课堂教学中的难点问题。在以往的课堂教学中，为了应对这个难点，往往会采用“讲解——练习——再讲解——再练习”的方式进行教学。研究表明，这种教学方式下，学生在解题过程中虽然能逐渐表现出较高的正确率，但通过用二段式诊断测验测试学生思维过程发现，学生对于科学中的很多概念仍然不甚了解，只是“知其然”而“不知其所以然”。具身认知理论视角下的科学概念教学，可以突破当前科学概念教学中用概念解释概念，用抽象的语词符号对新概念界定的困境，也将成为培养学生科学核心素养的重要手段。

一、具身认知的内涵与发展

具身认知（embodied cognition）又译为涉身认知，指认知主要是被身体的动作和形式所决定的，并强调身体在认知活动中的核心作用。具身认知理论认为：观念、思维、概念形成、分类和判断等各种类型的认知活动，都受到身体和身体感觉运动图式的制约和塑造。

具身认知理论有着思想渊源。在我国古代《老子》《庄子》《论语》《孟子》等典籍中均有身心關系的论及，明代王阳明提出的“知行合一”则是具身认知思想的集中体现。在西方哲学中，德国哲学家海德格尔提出的“存在”概念，是具身认知理论中有关“认知、身体、环境一体化”论述的重要思想来源;梅洛·庞蒂提出的“具身的主体性”概念，为具身认知提供了重要的理论基础;詹姆斯的情绪理论、皮亚杰的发生认识论以及维果斯基的内化理论，均强调了身体活动感知内化对思维和认知的作用，进一步促进了具身认知理论的形成。根据知网的文献计量可视化分析，教育领域对具身认知理论的关注起始于本世纪初，并在近三年得到了迅速发展。随着具身认知理论的影响日益扩大，其对教育教学的意义也日渐明显。

二、具身认知视域下概念形成的应有之义

具身认知理论揭示了大脑与身体、环境的关系，在科学概念教学中，可以构建大脑与身体活动——情境体验的通道，促进学生科学概念形成。

（一）概念形成的具身性

传统认知理论把认知过程看成是计算机符号加工过程，从而引发了将知识与师生经验的疏离，使学生成为了知识接受的容器，而教师则成为了知识的搬运工。教学方式的“离身”，势必导致灌输主义、接受主义教学观的出现。

具身认知理论认为：认知并不只是局限在头脑之中，而是依赖于个体身体的物理性，依赖于个体的各种经验。认知的发生不仅涉及到身体构造、感官和运动系统等的参与，还涉及到身体的感受、经历等经验层面的嵌入。例如，我们通常用“冷漠”与“热情”来形容人际关系，就是来源于身体的物理属性对认知内容的塑造。而认知过程进行的方式，同样也受到身体物理属性的影响。研究表明：握着热饮的人比握着冷饮的人表现得更为热情，身处在温暖的屋子中的人，会更注意自己的语言来促进人际关系。因此，基于具身认知理论的概念教学重视教学过程中身体的参与，将认知、身体和环境视为一体，关注身体经验对认知形成的影响，实现概念学习从“离身”到“具身”的转向。

（二）概念生成的情境性

具身认知理论认为，认知并不是独立于情境的认知操作与信息加工，情境是保证认知的不可缺少的条件，而身体是处于情境中的身体，因此，概念是由认知者与其所处的环境相互作用而生成的。具身认知理论影响下的教学，更关注学生在情境中的学习，注重学生的主体地位，在教学过程中解放学生的身体，让学生全身心地参与到整个课堂环境中去，获得对原有认知的转变，使其心智在身体与环境的相互影响下得到发展，从而促进概念的生成。

三、具身认知视角下科学概念的生成路径

具身认知理论指导下的概念教学，重视概念的生成方式、学生的生活环境、学生的已有经验，通过创设情境让学生获得多维感知和身心参与，获得实践体悟和互动交流，促进情智升华来实现概念获得。

（一）创设情境，身临其境，感知生成概念

1.智慧课堂让学生身临其境

认知是情境化的，最容易发生在真实世界的真实场景之中。智慧课堂中的各种设施能打破时空限制，展现宏大与细微，使教学内容中涉及的事物、环境、过程、方法、细节等活起来，动起来，调动学生的视觉、听觉等感觉器官感知各种知识。如在《地壳变动和火山地震》一课中，学生通过VR感受地震带来的危害，激发学生探究地震产生的原因的好奇心;接着通过动画展示，让学生观察感知地震是怎么发生的，从而引出震源、震中、震源深度、震中距等概念。VR把学生带入了虚拟现实中，使学生的身体处于虚拟现实环境中，实现了虚拟现实环境的认知生成，从而使学生能用身体的各个器官，去感知生成震源、震中、震源深度、震中距等抽象概念。

2.设计活动让生活情境再现

在科学课堂中，教师根据授课内容设计一些活动，可以让生活情境在课堂中再现，促进概念的生成。如在《大气的压强》的教学中，教师可以设计活动“吸不出来的饮料”，让生活情境再现。教师在课前准备一瓶玻璃瓶装的饮料，将瓶盖换成插有吸管的软木塞（为了保证瓶盖与瓶子、吸管与瓶盖之间的密封性良好），上课时请学生推荐班中力气最大的同学上来喝饮料。班中学生对这位同学喝不到饮料产生了各种猜测，这时，教师可以展示两幅医院里挂盐水的图片。一幅是用玻璃瓶装的盐水，一幅是袋装的盐水，让学生玩“大家来找茬”，旨在让同学们发现关键的不同点。通过设计活动让生活情境再现，关注了学生原有的生活经验。情境激活了学生的大脑和身体，也回应了学生的猜测，使“大气压强”的概念在情境中生成。

（二）身心参与，实践体悟，探究建构概念

1.设计改编教材相关实验，让学生在参与实验中体悟

由学生亲自参与的实验更有利于活动认知。实验按开展的形式可分为课内演示实验、课堂分组实验和课外生活小实验等。课堂分组实验和课外生活小实验的难度不高，不涉及危险性，都可以在教师指导下由学生亲自动手设计完成。演示实验一般难度较高，有些在操作不当时还有具有一定的危险性，因此一般都由教师演示完成。改编或者设计一些由学生参与的演示实验，可以让学生对某些抽象概念有进一步的体悟。

如，在《物质的导电性与电阻》一课中，可以设计“人体电池”实验让学生参与体验。具体设计如下：先配置6%的氯化钠溶液100mL。取大小相同的锌片、铁片、铜片和石墨片，用导线与灵敏电流计连接组成如图1所示的“人体电池”装置。在演示时，先用砂纸去除金属片表面的氧化膜，并用镊子夹取蘸有氯化钠溶液的脱脂棉涂抹电极板表面，让上来参与实验的学生左手触摸锌片，右手分别触摸铁片、铜片和石墨片，并请观看的同学记录数据。接着让两位同学手拉手一起完成实验，一同学左手触摸锌片，另一同学右手分别触摸铁片、铜片和石墨片，并请观看的同学记录数据。

改编后的演示实验，可以使更多同学的头脑和身体都参与到该实验中，通过对亲身体悟和由身体参与测得的数据进行分析，能帮助学生建构起导体的概念，清楚地认识到不同的材料的导电能力大小不同。教师对此实验的进一步分析，可以让学生更深刻地理解人体是导体，同时，体悟安全电压和用电安全的概念。

2.开展角色扮演游戏，让学生在活动中体悟建构概念

具身认知理论认为“身体”对主体的认知活动有重要影响，认知是具体的个体在实时（real time）的环境中产生的。在有些科学概念教学中，可以设计角色扮演游戏活动，让身体参与概念学习。如“消化系统”的概念学习，可以设计以下游戏活动来完成：首先，在课前先让学生阅读课本相关知识，选择自己喜欢扮演的两至三个器官，动手做好头套（或模型），编好台词，设计好动作。其次，在上课时根据学生选择扮演的器官情况分组组成消化系统。然后教师分别出示如苹果等食物，交给扮演消化系统起始器官——口腔的同学，做表演汇报，接着传给下一位同学表演和汇报。最后，让观看的同学评出表演最形象、同学们最记得住的“器官”。

在此过程中，学生沉浸于“消化系统”这个环境中，不仅动脑，身体的各个部位也都参与了学习，通过手势以及身体的各种动作，实现了认识、身体、环境的一体。身心在具体环境中得到体悟，从而帮助概念的建构。

（三）互动交流，情智升华，转变已有概念

1.在师生交流中引发认知冲突转变迷思概念

学生在成长过程中，对其生活环境的认知是基于自身的观察和实践而建立的，因此，学生学习科学概念的时候，都会受到原有概念或已有知识的影响，但他们原有的这些概念，可能反而会影响学生科学概念的学习，成为“迷思概念（misconception）”。在讲到酸碱指示剂时，几乎全班同学都知道紫色石蕊试液遇酸变红遇碱变蓝，无色酚酞遇碱变红。但由于受已有经验的影响，很多同学会误认为，紫色石蕊加入稀盐酸中是稀盐酸变红了，而无色酚酞加入氢氧化钠溶液是氢氧化钠溶液变红了。此时，就需要通过师生的交流，让学生产生认知冲突而转变学生原有的概念。如教师可以用简单的关系式（水解反应是高中化学的内容，用关系式表示是为了引发学生的认知冲突。）和学生讨论“紫色石蕊试液遇酸为什么变红？”“溶液变红是石蕊变红还是盐酸”等问题。通过用“HIn（红色）?H++In-（蓝色）”表示石蕊在水中的电离情况，并告诉学生影响弱电解质电离的因素;追问如果是稀盐酸加入石蕊中，又会发生怎么样的变化来引发学生认知冲突。

由于石蕊和酚酞是指示剂，是用来检测未知溶液的酸碱性的，所以往往是指示剂滴入溶液中，再加上学生已有的经验，从而容易产生出“紫色石蕊加入稀盐酸中是稀盐酸变红了，而无色酚酞加入氢氧化钠溶液是氢氧化钠溶液变红了”的迷思概念。师生的互动交流，不仅让教师发现了学生迷思概念的存在，也帮助学生转变了迷思概念。

2.生生共享隐喻经验助力学生转变已有概念

在学习“物质的三态变化”这部分内容时，不少同学对物质状态变化过程中的吸放热容易混淆。但在学习小组交流过程中发现，用改编后三态变化循环示意圖，更容易让小组同学掌握三态变化的相关概念，如图2所示。

由A图转换为B图是学生学习三态变化的概念时对具身认知理论中的概念隐喻。隐喻是指在一种事物的暗示下谈论另一种事物。如“父爱如山”，高山是个熟悉的具体事物，而父爱是个抽象的名词。有研究发现，人们在早期经历中，就不断重复体验着某种具体体验和抽象概念的联结，这是隐喻产生的生理基础。正是因为隐喻这样的映射作用，使得人们能够以感觉运动经验为基础，对抽象事物进行表征和思维。根据学生的生活经验，通常情况下（水在4℃时密度最大）物质在固态时的密度大于其液态时的密度，其液态的密度大于其气态时的密度。人们总将“密度大”与“重”产生联结，根据学生的经验，重的物质总是沉在下面，所以B图中的固态、液态、气态位置布局符合学生的认知经验。而固态物质受热后会熔化、汽化、升华的经验，正好符合了图中箭头指向向上的物态变化都是吸热的。由此，在学生已有经验的基础上，生生之间的经验共享，加以教师的引导，可以帮助学生转变已有的不恰当的认知。

基于具身认知理论的概念教学，为学生创设了具体情境，使学生身体处于具体的情境中，通过身体的感受和经历，使抽象概念的构建在身心共同参与中完成，为解决初中科学概念教学中的难点问题提供了新思路。

[参 考 文 献]

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（责任编辑：赵晓梅）