具身認知視角下的物理教學轉向

摘?要：具身認知為物理教學提供了全新的視角，以“曲線運動”一課為例，闡述物理教學向“身心融合”的具身學習轉向的三種策略：從“離身”到“具身”的實踐轉向，從“低階”到“高階”的思維轉向，從“淺層”到“深度”的素養轉向.

關鍵詞：具身認知;實踐;思維;素養;轉向

文章編號：1008-4134（2019）21-0018?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：浦建軍（1978-），男，江蘇無錫人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理學科教學.

在一般的認識中，我們通常認為學習（心理學研究主要指認知）是人腦對信息的加工、存儲和提取，與“身體”基本無關，即學習是“離身”的，是“脖子以上的學習”.從傳統的認知理論框架看，建構主義關注認知結構而忽視身體本身，行為主義雖研究身體，但卻把身體肢解化，其共同的觀點是：身體為認知服務，身體是對象，身體不是主體.現代腦科學研究表明：“大腦本身并不能獨立完成高級的認知功能，大腦通過身體與外部世界的互動對于高級認知過程的理解起著關鍵作用.”認知是通過身體的體驗及活動方式而形成的，即認知的內容是身體提供的，學習是“具身性”的.學習應該是由完整的學習活動系統構成，且任何學習都與身體有關，這種身體并不是簡單的物理身體的在場，而是“具身”所涉及的身體經驗，身體的感知覺，身體運動系統及個體的情緒體驗等多重維度.

具身認知為物理教學提供了全新的視角，“身心融合”的具身學習，要求傳統的物理教學必須轉向.為探索“具身認知視角下的物理教學如何轉向”這一課題，筆者以高中物理“曲線運動”一課為例，與大家分享課堂教學的實踐與思考.

1?從“離身”到“具身”的實踐轉向

具身認知強調認知基于身體，具有實踐性、活動性等特征，它將“身體”置于認知實踐的中心地位，強調認知是通過身體體驗及其活動方式形成的，體驗是一種在親身經歷和實踐過程中獲得的獨特感受，身體力行的實踐經驗是學習能否成功的關鍵.物理學科的特點決定了物理學習是學生主動參與動手動腦的活動，通過豐富的實踐體驗，促進對學科知識的加工、消化、吸收，并在此基礎上進行內化、轉化、升華.

【教學片段1】?曲線運動速度的方向

活動1：請兩位學生現場進行投擲飛鏢比賽，教師用手機拍攝投擲飛鏢視頻，通過技術處理顯示飛鏢的頻閃軌跡（如圖1）.

設計意圖：飛鏢是學生感興趣的活動，讓學生動一動、比一比、看一看、想一想，激活學生的身體、刺激學生的感官和激發大腦的思考.尤其是飛鏢的頻閃軌跡，將不易觀察的運動變得直觀可視，在帶給學生震撼的同時感受技術的力量，自然會聯想到飛鏢的速度方向是沿著軌跡中某點邊沿飛出的.

活動2：利用電光花、簽字筆芯、鋼絲等制作旋轉光圈.觀察飛濺出的煙花火星的運動方向（如圖2）.

活動3：學生分組實驗，利用自制實驗器材模擬投擲鏈球（如圖3）.

活動4：將幾段磁性封條連接成曲線軌道放在光滑薄鐵板上，蘸有紅色墨水的鼠標球緊貼著支架軌道滾下.改變軌道，重復實驗（如圖4）.

活動5：請學生利用已學知識從理論上推理論證.

活動6：請學生設計自行車的擋泥板.

設計意圖：討論曲線運動速度方向時要明確一個數學概念：曲線的切線.在初中數學里學生已經知道圓的切線，但對于一般曲線的切線含義還不了解.《普通高中物理課程標準（2017版）》中指出：物理概念的建立需要創設情境.學習是個體在與情境的互動中創生意義的過程.為促進學生對“切線”的深刻理解，活動2讓學生在光與影中看到煙花火星沿著圓周的切線飛出，與原有的認知經驗發生聯系;活動3讓學生在動手操作中體驗小球沿著圓周的切線飛出，以具身的方式強化體驗;活動4中，通過鼠標球的軌跡驗證學生活動1中的猜想：沿著軌跡中某點邊沿飛出，引出切線的概念，從特殊到一般，逐步推進認知的層次性;活動5讓學生聯系平均速度到瞬時速度概念建立中的極限思想，從理論上推理論證“沿著軌跡中某點邊沿飛出”實質是沿著切線飛出;活動6，回歸生活，將實際情境轉化為解決問題的物理情境，形成把情境與知識相關聯的意識和能力，達到學以致用.

六個學習活動的設計，以學生生活經驗中形成的經驗性常識為基礎設置問題情境，在大量生活事例中喚醒身體，充分調動學生的視覺、聽覺、觸覺、動作等多種感官參與，學生在活動中將大腦、身體、環境充分耦合成一個復雜的動態的自組織系統，對所觀察的現象重新加工，在諸多客觀情境中概括出事物的共同屬性和抽象事物的本質特征，完成從經驗性常識向物理概念的轉變，在多層次、多維度的具身認知方式中“以身體之，以心驗之”，達成體悟.

2?從“低階”到“高階”的思維轉向

讓思維躍上高階的物理教學，旨在培養學生的高階思維.高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，表現為問題解決、推理與決策、批判性思維、創造性思維和反思性思維等方面，它要求能夠開展嚴謹的探究活動，深刻理解問題，采用新穎方式整合或重組已有知識，創造新的知識.華東師大鐘啟泉教授指出：發展高階思維，需要高階學習活動予以支持.實踐表明強調“身心合一”的具身認知理論是支持高階學習活動的理論之一.具身認知在強調身體參與體驗的同時，更強調把身體作為幫助自己思考的工具，提升思維的品質.學習需要借助身體活動，將身體經驗與學習經驗結合，發揮學生的能動性，促進學習的深度探究，實現思維的跨越與升級.

【教學片段2】?探究物體做曲線運動的條件

1.學生自主探究：利用乒乓球探究物體做曲線運動的條件.

學生探究方案①：將乒乓球放在水平桌面上，輕推小球，小球在桌面上運動一段距離后離開桌面，在空中做曲線運動.

學生探究方案②：將乒乓球放在水平桌面上，輕推小球，從不同方向對乒乓球吹氣，使其在桌面做曲線運動.

學生探究方案③：用不同方式將乒乓球拋出，上拋、下拋、斜向上拋、斜向下拋、水平拋出等，觀察乒乓球在空中的運動軌跡及經地面反彈后的運動軌跡.

學生探究方案④：讓乒乓球沿傾斜的書本上滾下，用書本、鉛筆等作彎曲的圍擋，乒乓球沿著圍擋做曲線運動.

設計意圖 ： 《普通高中物理課程標準（2017版）》中指出：通過實驗，了解曲線運動，知道曲線運動的條件.人教版物理教材給出的實驗探究方案是用磁鐵改變小鐵球的運動方向，但是學生在具體操作中最大的問題是磁鐵擺放位置的不當，易使小鐵球被磁鐵吸住，無法看到小鐵球受到磁鐵吸引力作用下的運動情況.學習活動的可視性不強、體驗性不深，也就無法有效激活思維.為此，在實驗改進中，將小鐵球換成乒乓球，使其運動的方式多樣化：吹、推、拋等，使其運動的空間多層次：水平面內、豎直平面內等.讓學生利用乒乓球在“玩”中學.有任務情境，學生必須自覺將分析、評價、綜合、創造運用到問題解決中;有問題解決，學生能根據已有經驗，對外部信息進行主動選擇、加工和處理，進行積極的、有意義的、雙向的相互作用過程的建構.通過實驗方案的設計與操作，學生的設計思維、發散思維也得到很好的鍛煉.

2.交流評價

生1：給靜止在桌面上的乒乓球吹氣，乒乓球沿直線運動.

生2：乒乓球運動時，只要在其運動方向的兩側吹氣，乒乓球就能做曲線運動.

生3：除豎直方向拋出的乒乓球做直線運動外，其余均可做曲線運動.

生4：我仿照前面的實驗（教學片段1中活動4），用書本在乒乓球運動的左前方遮擋，乒乓球可以做曲線運動.

師：結合你的操作與現象，我們可以從什么角度分析物體做曲線運動的條件？

生5：從牛頓第一定律可以知道，可以從力與運動的關系分析.

師：請用簡潔的物理語言表述在怎樣的情況下物體做曲線運動？

生6：合力方向與運動方向不在一條直線上.

師生對不同實驗方案中乒乓球的速度方向、受力情況進行分析，得出結論.

師：從以上分析中，你還有哪些新的發現？

生：┉

設計意圖 ：培養高階思維能力的教學轉向需要明晰思維能力指標下的教學要求，見表1.

杜威說，思維的發生就是反思——問題與生成——探究與批判——解決問題的過程.學習的自我轉化，即學生接受信息后的自我加工的過程，是實現學生由“學了”到“學會”再到“會學”的關鍵環節，要實現這一轉化，離不開通過學生體悟過程和提升思維品質.具身性的學習活動，既要外在的身體活動，看學生實際“做”什么，“做”得怎么樣;又要內在的理性活動，主體在大腦中進行的建構與思考，看學生“想”了什么，“想”得怎樣，還要聽學生“說”了什么，“說”得怎樣.學生在多元化的觀點中，有追問、有思辨、有基于自己的觀點陳述和傾聽、理解他人陳述后的觀點表達與闡述.學生對力與運動的關系有了更深的理解與體會，從而實現概念建構與具身認知的糅合，在思維的不斷深化中向高階思維跨越.

3?從“淺層”到“深度”的素養轉向

淺層學習就是學習比較低端的知識、記憶性的知識和簡單的理解.深度學習是指在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程.深度學習的過程是在多樣化深度探究活動中層層深入的過程，在不斷解決問題的過程中，實現知識技能、思考能力、綜合素養三個維度的核心目標.

【教學片段3】?運動的合成與分解

教師演示并提出問題：如圖5蠟塊（插有適量鐵絲）釋放后能在注滿水的玻璃管內豎直向上運動.蠟塊做什么運動？依據是什么？

學生：看起來像勻速運動.可以通過測算蠟塊上升的位移、時間，求解其速度大小來證明.

師生合作：教師用磁鐵吸住插有鐵絲的蠟塊，讓其在不同位置開始上升，待蠟塊運動穩定后測定其時間與位移并計算速度大小.

教師：如圖6，將玻璃管固定在氣墊導軌的滑塊上，要求滑塊也做勻速運動，應該怎樣操作？

學生：利用水平儀檢驗氣墊導軌是否水平，若滑塊經過兩個光電門的時間相等，則滑塊做勻速運動.學生進行實驗演示.

教師提問：蠟塊勻速上升的同時，沿水平勻速運動，蠟塊實際做什么運動？

學生猜想，并合作進行實驗：一位同學輕推滑塊，一位同學迅速將磁鐵拿走，還有一位同學用記號筆在有機玻璃板上描點記錄蠟塊在任意時刻的位置.

學生：將點跡連接起來，差不多是一條直線.

教師追問：真的是直線嗎？

學生利用數學知識表述蠟塊的軌跡方程，證明連線是一條直線，得出蠟塊的實際運動是勻速直線運動.

教師提出運動的合成與分解的思想，復雜的曲線運動可以在分解中“化曲為直”.

實驗驗證：用細線將滑塊與小砝碼相連，同時釋放砝碼和蠟塊，記錄蠟塊任意時刻的位置，描點連線成曲線.

設計意圖 ：“運動的合成與分解”在現有的人教版教材中，并沒有單獨列出來，而是作為一種思想方法穿插在本節內容中.思想方法的教育，不能“淺”在表面，應該“深”在內心.物理教學中的深度學習要求學習者深入理解知識，在主動建構知識意義的基礎上進行反思式學習.通過實驗創新，以認知思路的可視化，讓思維可視可鑒，從看、描、連、證等不同層次引發學生的深度思考和深層質疑，實現思維水平從單點結構、多點結構到關聯結構，突出了學習目標的“深層”：對學習者產生長遠而持久的影響——運動的合成與分解是解決后續平拋運動、斜拋運動以及更為復雜平面運動問題的一般方法;凸顯了學習過程的“深入”：學習者認知、情感、實踐、意志、思維等相互作用并產生“化學反應”的過程——在實踐與理論結合中，“看透”蠟塊的運動本質，理解運動的合成與分解思想;彰顯了學習結果的“深刻”：運動的合成與分解同力的合成與分解一樣，都遵循矢量的平行四邊形定則，完善了學生的認識結構.

瑪利亞蒙特梭利說：身體是學習過程的重要組成部分，如果你知道如何利用身體的話.具身認知視角下的物理教學轉向，就是要充分發揮身體、心理、環境的持續交互作用，讓學生在學習中收獲真正寶貴的東西：經歷、體驗、感悟和狀態，思維、思想、見解、眼光和境界等.

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（收稿日期：2019-08-24）