基于具身认知理论的初中物理教学探讨——以“运动的相对性”教学为例

徐 果

(江苏省苏州工业园区青剑湖学校,江苏 苏州 215122)

以笛卡尔的“身心二元论”为基础的认知心理学认为：认知活动是离身的,是大脑进行信息的接收、加工与输出，且知识是确定、统一的。[1]因此，基于上述理念的课堂教学以教师为主,更注重“教”，注重知识的灌输。

随着认知科学的发展,一种新的认知理论——具身理论逐渐兴起,同离身观点相反,具身认知主张“身心一体”,认为心智嵌入在身体中,而身体嵌入在环境中,强调心智、身体、环境的一体性,将学习看作心智、身体、环境三者之间建立的一个动态平衡过程,为教学实践提供了一个全新的视角,当今的物理教学应接受具身认知理论的指引,实现情境化、生成化、动态化和体感化。[2]

利用具身认知可使物理概念变得可感知化、形象化。“运动的相对性”作为转变学生运动观的重要课题,一直以来，大部分老师的教学设计都是列举大量实例，定性了解运动的绝对性和相对性,往往忽视通过具身认知去帮助学生形成运动观,这样的概念教学既不完整,也使学生的感性认识不充分,没有经过深度思考,理性思维能力得不到提升。现以具身认知理论为指导，设计并实施“运动的相对性”的教学活动。

1 具身认知视域下的教学设计

基于具身认知理论的“运动的相对性”教学设计如表1所示。

表1

2 具身认知视域下的教学实施

2.1 具身经验,联系生活,感知概念

杜威指出：“知识是经验的不断积累。”学生在日常生活中的具身经验中构建了他们的认知结构,教师将物理新知识与学生原有的认知结构建立起有意义的联系,从而生成知识,这种生成也使学生朴素的生活经验得以升华。

在“运动绝对性”的教学环节,“一切物体都是运动的”与学生“我身边的很多东西就是静止的”原认知相冲突。可以基于学生的生活经验提出问题:“课桌上的课本是静止的吗?静止是真的不动吗?”通过与学生朝夕相处的课本激发认知冲突,使学生认识到：课本是随着地球一起绕太阳在转动,太阳也在绕银河系在转动,静止只是相对静止,并不是绝对不动,进而得出结论：一切物体都在运动,学生对运动的相对性就有了一定的感知。

在“运动和静止”的教学环节，设计在教室拉窗帘的活动,学生把窗帘拉上去,教师提问：“窗帘运动了吗?你判断窗帘运动的根据是什么?”通过具身情境体验和问题引导学生去观察和思考,认识到：要判断物体是否运动,需要选取另外一个物体作为标准,这个选来判断一个物体是否运动的物体就叫做参照物。

课本静止、窗帘运动这些都是学生的日常生活经验,通过创设情境将它们引入到课堂中,通过活动将运动、静止、参照物这些抽象的概念直观化、具体化、生动化,联系生活经验,在活动中学生感悟、概括概念的特征,并从位置关系归纳总结出运动、静止的概念,有了这样的认知作为支架,学生才能实现深度学习。

在“运动相对性”的教学环节，进一步挖掘概念的内涵和外延，教师提问：“运动相对性的本质是什么?相对静止和相对运动的条件是什么?它们在生活中有哪些应用?”概念的形成需要情境的支撑,但情境创设不能仅仅让学生获得一种简单的兴趣满足,要通过情境让学生的生活经验得到升华,并从中获得感知,提升科学思维能力。

2.2 具身参与,活动探究,建构概念

心理学家E.Thelen指出:“认知源于身体与环境的相互作用”,具身认知理论认为学习是一种嵌入身体和环境的活动,它注重学习过程中的体验性与参与性,鼓励学生在与环境的交互中进行学习、发展高阶思维。[3]通过具身参与有意义的探究活动,进一步概括出本质特征，建构概念,并最终获得情感的认同和观念升华。

在学生形成运动、静止的概念后,应该进一步创设情境,激发学生的深层思维,让学生在活动中探究运动相对性的本质,建构完整的概念。

在对运动、静止的概念进行初步感知后,有学生会产生这样的困惑:一个物体要么静止,要么运动,它不可能既运动又静止。为打破这种认知困惑,笔者设计了如下探究活动:让一学生坐在凳子上，凳子有轮子、可滑动,问该生：你是静止的还是运动的?推动凳子使该生坐在凳子上从教室前面滑动到后面,再问该生：此时你是静止的还是运动的?第一个情境中以地面为参照物,学生是静止的,而第二个情境中则以地面为参照物,学生是运动的,以凳子为参照物,学生又是静止的。两种情境的创设从简单到复杂,层层递进,一步步让学生通过具身参与体会到：由于选取的参照物不同,对运动情况的判断也可能是不同的。接下来引导学生继续进行探究：凳子上的学生在前行的过程中,教室里的其他同学处于什么样的运动状态呢?接着让在凳子上的同学手拿手机,打开摄像头对准教室里的其他同学,利用希沃白板投屏软件将拍到的画面投映到屏幕上。有了前面的铺垫,部分学生对第一个问题已经有了答案,但相对凳子上的同学来说,其他同学是运动的,这一概念仍然比较抽象,理解起来仍然有些困难,而手拿手机投屏活动的设计,则将这一难点彻底破解了,通过投影非常直观地看到其他同学在运动,这种扑面而来的感官刺激比纯思维活动更具有说服力,通过亲身参与，会让学生更加信服，更深地感悟到运动相对性的本质，原来选取的参照物不同,对运动的描述也有可能不同。

基于生活经验的情境再现,可以让学生对概念有所感知,但只有深入的实验探究才能激发学生的思维,学生通过具身参与,将抽象的概念重新建构并内化吸收,这一过程不仅提升了学生的思维品质,也培养了学生的核心素养。

2.3 具身思维,身心共鸣,升华概念

具身性不仅仅是指身体的参与,参与者的思维也具有具身性,它是指学生可以在思维活动中进行情境模拟和体验。[4]运动相对性的概念教学中贯穿的主线是具身经验，感知概念；具身参与,建构概念。其实在概念教学中还有一条渗透科学方法和情感教育的暗线:观察、猜想、设计等是科学研究方法,安全教育、生命教育、爱国意识、责任意识等则是物理中的情感教育,它们同样是培养学生核心素养的重要方面。

学生在构建出运动相对性的概念后,进一步设计教学,分析其在生活中的应用,在应用中完成本节课的情感培育和概念的升华。比如,时值嫦娥五号探测器登月采集样品这一重大事件发生之际,本课题就可以联系时事热点,通过科普漫画,普及嫦娥五号采集月壤过程中的“深空之吻”,让学生通过具身思维，形成感知，原来所谓的“深空之吻”就是嫦娥五号轨道器和返回器完美的对接,并借此让学生运用所学知识解释现象,知道要想实现完美的对接，需要轨道器和返回器保持相对静止。所学知识竟有如此大的用途,对学生来说知识不再只是枯燥的题目,而是可以与科技、生活相紧密联系,可激发学生学习物理的热情。随后向学生介绍我国航天事业的发展,进一步激发其爱国热情与责任感。紧接着在学生对嫦娥五号的具身思维基础上,设计一个小游戏:利用普通矿泉水瓶再现“空中之吻”的场景,准备一只矿泉水瓶,一位同学手持瓶身向前走动,另一位同学手持瓶盖,请同学们想办法拧上瓶盖,比一比哪组同学用时最短,并分析、总结成功的原因。在这个游戏中,同学们的兴趣顿时高涨起来,不断讨论、尝试,游戏中同学们切身领悟到要再现“空中之吻”,瓶身和瓶盖就要保持相对静止,且相对静止的条件是两个物体同向、同速运动。在相对静止的学习之后,继续让学生体验情境:两人为一组,设计并展示两人相对运动的情况,学生在亲历了相对静止的探究过程后,设计出4种相对运动的情境:(1) 一人静止、一人运动;(2) 两人同向运动,但一快一慢;(3) 两人反向运动;(4) 两人相向运动。在学生具身游戏体验的基础上,相对运动的条件这个难点得到突破,紧接着结合生活情境,学生能自主解决接力赛中交接棒、飞鸟撞毁飞机等问题。

运动的相对性的教学设计从具身思维出发,通过情境创设,将抽象的知识情境化,学生的思维和探究欲被激发，在具身体验中经历知识生成的过程,身体和心智产生共鸣,对物理概念的认识得到升华。

3 具身认知视域下的教学启示

在具身认知理论的指导下进行教学设计,课堂上应给予学生更多的机会,教师适当“放手”,教学从“关注教”转向“关注学”,学生的身体得到解放,心智得以真正发展,且通过体验与参与,促进了认知及学习行为的变化,学生主体也发生了从“要我学”转向为“我要学”的改变。除此之外,基于具身认知理论设计的教学情境,往往没有现成的资源或者器材可用,它需要教育者关注生活、合理利用并整合各种生活资源,如本课题设计中出现的课本、教室里的窗帘、矿泉水瓶、甚至是学生的身体等,践行了物理教育大师朱正元先生所倡导的“瓶瓶罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”的教学理念。[5]基于具身认知理论进行的教学优化设计,不仅摆脱了直接定义、机械训练的传统模式,转向关注学习主体对过程的体验以及思维品质的提升,而且让学生亲历了概念的形成、建构以及升华过程,促成其进行深度学习，达到知、情、意的统一。