指向具身學習的高中物理“沉浸式體驗”教學策略

摘要：教育部頒布的《普通高中物理課程標準（2017年版）》，明確了物理學科核心素養的核心目標地位，如何在課堂教學中培育物理學科核心素養？是擺在廣大一線物理教師面前的重要課題.基于具身認知理論的“沉浸式體驗”教學是落實學科核心素養的有效路徑.“沉浸式體驗”教學倡導生動的問題情景、交互的具身體驗、意義的自主整合、批判的自我反思和真實的問題解決.

關鍵詞：具身認知；具身學習；具身體驗；沉浸式體驗；物理學科核心素養

基金項目：蘇州市教育科學“十三五”立項課題“學習科學理論視閾下，培育高中生物理學科核心素養的‘思維型課堂的實踐研究”（項目編號：16012041）.

作者簡介：任虎虎（1989-），男，江蘇太倉人，教育碩士，中學二級教師，研究方向：物理課程與教學.

1具身認知與具身學習的內涵

基于對身心二元論的批判和反思，引發了將主體身體體驗引入認知過程的身心一元論的第二代認知科學產生，即具身認知.“第二代認知科學”的概念源自美國知名認知語言學家拉考夫（G.Lakoff）和約翰森（M.Johnson）的經典著作《肉身的哲學：具身心智及其對西方思想的挑戰》.第二代認知科學最重要的特征就是心智的具身性，

指的是心智、理性能力有賴于身體的生理、神經結構及活動體驗，根植于人的身體以及身體與世界的相互作用中.這為教學設計提供了全新的視角，基于具身認知的具身學習與傳統學習方式截然不同，傳統認知認為學習過程僅是在大腦內進行的，有人稱這種學習為 “脖子以上的學習”，而具身認知認為學習是全身心參與的過程，新知識是心智、身體和環境三者相互作用的結果，它們的關系如圖1所示.具身學習具有涉身性、體驗性和情景性三大主要特征，其中體驗性是核心特征.

2高中物理“沉浸式體驗”教學的內涵

物理學科以實驗為基礎、以理性思維為中心，相應的注重體驗探究過程和發展高階思維能力.高中物理“沉浸式體驗”教學是通過對各種情境的親身體驗，引發深度思考，促進高階思維發展的有意義學習過程.其倡導生動的問題情景、交互的具身體驗、意義的自主整合、批判的自我反思和真實的問題解決.即教學中創設生動、逼真的問題情景，讓學生獲得與環境交互的具身體驗，通過問題驅動促進學生深度沉浸思考、自主整合建構新知識的意義，引導學生對新知識形成的過程進行批判性的自我反思，把握知識背后蘊含的科學思想方法和科學精神，然后靈活遷移新知識、新方法解決復雜的實際問題，從而實現知識、自我和環境的整合建構，落實物理學科核心素養.

3高中物理“沉浸式體驗”教學策略與實踐

31生動的問題情境

問題情境是認知不可缺少的條件，根據具身認知理論：認知的內容、認知的過程、認知的方式都與主體身體緊密相關，而身體是處于環境中的身體.問題情境越生動、越逼真就越能引發個體的身體體驗，特別是在學習抽象概念時或者學生缺乏已有感性經驗時，情境的再造與渲染至關重要.高中物理可以借助實驗創設真實的問題情境，也可以借助其它手段對現實情境再現，如視頻、圖片、語言或文字描述等.

教學案例：在“磁場對通電導線的作用力”的教學中，磁場和電流都是看不見、摸不著，為了幫助學生獲得具身效應，可以設置“旋轉的磁鋼”趣味實驗情境，小組內體驗探究.磁鋼的磁性和條形磁鐵差不多.實驗裝置如圖2所示，當電路連通后鐵釘和磁鋼會轉動起來（由于短路，導線和磁鋼接觸的時間不宜過長）.

引出問題：（1）磁鋼和鐵釘為什么會旋轉起來？（2）請通過嘗試和體驗判斷磁鋼和鐵釘的旋轉方向與哪些因素有關系？

32交互的具身體驗

由于課時的限制，目前一些課堂教學教師代替或縮短了學生對知識感悟、體驗的過程，從具身認知角度而言，學生體驗的方式、內容、結果的不同造成不同的認知方式、認知內容與認知結果，即主體的認知結構由主體與外界的互動具身體驗所左右.這一特征給教學很大的啟發：即教師應根據教學內容，創設多種能引發具身效應產生的情境，大大增強或者延長感受、體驗的環節，使學生能夠產生身心融入的具身學習.

案例1在自感教學中斷電自感現象可作為一個“有驚無險”的具身體驗案例，讓學生用身體參與體驗和學習，引發學生深度學習.

實驗裝置：組成如圖3所示電路，電感線圈用日光燈中的鎮流器，引出兩導線，讓幾位同學“串聯”在電路中，供電電源只須1節干電池即可.

體驗過程：閉合開關S前，學生談體驗——“無感覺”；閉合開關后，學生再談體驗——“無感覺”；在斷開開關S瞬間，同學突然受到電擊——“迅速收回雙手”.換一批學生重復實驗，最好讓所有學生都有所體驗.學生自己會提出問題：一節干電池何以能使這么多同學同時受到電擊？從而引發學生深度思考、深度學習.

33意義的自主整合

在具身體驗的基礎上，引導學生將自已的感知、體驗與自己的生活背景或已有的經驗建立聯系，促進學生自主地、能動地整合建構新知識，把握知識背后的思想方法、邏輯、意義和價值.新知識建立的過程也是新意義生成的過程，只有生成新意義的學習才是有價值的學習.

教學案例：在學習了勻變速直線運動的內容后，可以設置依存學生生活背景的問題情境：一汽車質量為m，行駛速度為v0，汽車安裝有防抱死剎車系統（ABS），制動力恒為f，設駕駛員的反應時間為t0，從駕駛員發現情況到安全停車共經過多少距離？

不難解出行駛距離為：S=mv20/2f+v0t0，引導學生回答：公共交通安全有“三禁”，大家能不能根據剛才得到的這個結論概括出來？

根據結論：質量m越大、v0越大、t0越大都會導致剎車的距離越長，越容易發生交通事故，所以對應的“三禁”是：禁超載、禁超速、禁酒后駕駛.

課堂教學應聯系學生的生活背景，豐富意義系統，實現知識的意義建構，同時進行生命安全教育，提升公民素養.

34批判的自我反思

在“沉浸式體驗”教學中引導學生對自己體驗的方式、內容和結果進行總結、反思、評價和批判，不僅能增強具身效應，而且能促進學生理清知識的內在結構和邏輯，更好地把握學科思想方法，并且批判性的自我反思也是提升高階思維能力和思維品質的有效途徑.

案例2磁感應強度是電磁學中的重要概念，同時也是一個抽象的概念，在教學中可以通過下面幾個環節進行批判性的反思幫助學生深度理解其本質.

問題1：大家回顧一下剛才經歷了哪些關鍵步驟才得出磁感應強度這一概念的？這些步驟在以前的學習過程中有沒有經歷過？

設計意圖：引導學生反思，理清自己的學習過程和認知過程，把握思維的關鍵點.

問題2：磁感應強度是采用什么方法定義的？還有哪些物理量的定義也采用這種方法？

設計意圖：幫助學生進一步理解“比值定義法”這一物理科學方法.

問題3：大家可能已經發現“磁感應強度”和“電場強度”有很多相似的地方，請自己設計表格并進行比較.

35真實的問題解決

創設待解決有挑戰性的真實物理情景，將學生置于實際問題情境中去體驗、去學習是具身認知的基本要求.物理學與生活息息相關，生活中許多復雜的實際問題都可以作為教學材料，引導和鼓勵學生在體驗和理解的基礎上，綜合運用多種知識和方法解決問題，是提升學生應用跨學科知識解決問題能力的主要途徑.

案例3在學習了新課標的“電路及其應用”后，可以引導學生靈活遷移解決實際問題，布置這樣有挑戰性的學習任務：請同學們查看自己家的電器設施，根據用電器的功率和自己家的用電情況，估算自己家里電路中所需導線的規格，與實際所用導線比較，檢查是否存在安全隱患，要求每人就此問題撰寫一份研究報告.

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