基于具身認知理論的初中物理教學探討
——以“運動的相對性”教學為例

徐 果

(江蘇省蘇州工業園區青劍湖學校,江蘇 蘇州 215122)

以笛卡爾的“身心二元論”為基礎的認知心理學認為：認知活動是離身的,是大腦進行信息的接收、加工與輸出，且知識是確定、統一的。[1]因此，基于上述理念的課堂教學以教師為主,更注重“教”，注重知識的灌輸。

隨著認知科學的發展,一種新的認知理論——具身理論逐漸興起,同離身觀點相反,具身認知主張“身心一體”,認為心智嵌入在身體中,而身體嵌入在環境中,強調心智、身體、環境的一體性,將學習看作心智、身體、環境三者之間建立的一個動態平衡過程,為教學實踐提供了一個全新的視角,當今的物理教學應接受具身認知理論的指引,實現情境化、生成化、動態化和體感化。[2]

利用具身認知可使物理概念變得可感知化、形象化。“運動的相對性”作為轉變學生運動觀的重要課題,一直以來，大部分老師的教學設計都是列舉大量實例，定性了解運動的絕對性和相對性,往往忽視通過具身認知去幫助學生形成運動觀,這樣的概念教學既不完整,也使學生的感性認識不充分,沒有經過深度思考,理性思維能力得不到提升。現以具身認知理論為指導，設計并實施“運動的相對性”的教學活動。

1 具身認知視域下的教學設計

基于具身認知理論的“運動的相對性”教學設計如表1所示。

表1

2 具身認知視域下的教學實施

2.1 具身經驗,聯系生活,感知概念

杜威指出：“知識是經驗的不斷積累。”學生在日常生活中的具身經驗中構建了他們的認知結構,教師將物理新知識與學生原有的認知結構建立起有意義的聯系,從而生成知識,這種生成也使學生樸素的生活經驗得以升華。

在“運動絕對性”的教學環節,“一切物體都是運動的”與學生“我身邊的很多東西就是靜止的”原認知相沖突。可以基于學生的生活經驗提出問題:“課桌上的課本是靜止的嗎?靜止是真的不動嗎?”通過與學生朝夕相處的課本激發認知沖突,使學生認識到：課本是隨著地球一起繞太陽在轉動,太陽也在繞銀河系在轉動,靜止只是相對靜止,并不是絕對不動,進而得出結論：一切物體都在運動,學生對運動的相對性就有了一定的感知。

在“運動和靜止”的教學環節，設計在教室拉窗簾的活動,學生把窗簾拉上去,教師提問：“窗簾運動了嗎?你判斷窗簾運動的根據是什么?”通過具身情境體驗和問題引導學生去觀察和思考,認識到：要判斷物體是否運動,需要選取另外一個物體作為標準,這個選來判斷一個物體是否運動的物體就叫做參照物。

課本靜止、窗簾運動這些都是學生的日常生活經驗,通過創設情境將它們引入到課堂中,通過活動將運動、靜止、參照物這些抽象的概念直觀化、具體化、生動化,聯系生活經驗,在活動中學生感悟、概括概念的特征,并從位置關系歸納總結出運動、靜止的概念,有了這樣的認知作為支架,學生才能實現深度學習。

在“運動相對性”的教學環節，進一步挖掘概念的內涵和外延，教師提問：“運動相對性的本質是什么?相對靜止和相對運動的條件是什么?它們在生活中有哪些應用?”概念的形成需要情境的支撐,但情境創設不能僅僅讓學生獲得一種簡單的興趣滿足,要通過情境讓學生的生活經驗得到升華,并從中獲得感知,提升科學思維能力。

2.2 具身參與,活動探究,建構概念

心理學家E.Thelen指出:“認知源于身體與環境的相互作用”,具身認知理論認為學習是一種嵌入身體和環境的活動,它注重學習過程中的體驗性與參與性,鼓勵學生在與環境的交互中進行學習、發展高階思維。[3]通過具身參與有意義的探究活動,進一步概括出本質特征，建構概念,并最終獲得情感的認同和觀念升華。

在學生形成運動、靜止的概念后,應該進一步創設情境,激發學生的深層思維,讓學生在活動中探究運動相對性的本質,建構完整的概念。

在對運動、靜止的概念進行初步感知后,有學生會產生這樣的困惑:一個物體要么靜止,要么運動,它不可能既運動又靜止。為打破這種認知困惑,筆者設計了如下探究活動:讓一學生坐在凳子上，凳子有輪子、可滑動,問該生：你是靜止的還是運動的?推動凳子使該生坐在凳子上從教室前面滑動到后面,再問該生：此時你是靜止的還是運動的?第一個情境中以地面為參照物,學生是靜止的,而第二個情境中則以地面為參照物,學生是運動的,以凳子為參照物,學生又是靜止的。兩種情境的創設從簡單到復雜,層層遞進,一步步讓學生通過具身參與體會到：由于選取的參照物不同,對運動情況的判斷也可能是不同的。接下來引導學生繼續進行探究：凳子上的學生在前行的過程中,教室里的其他同學處于什么樣的運動狀態呢?接著讓在凳子上的同學手拿手機,打開攝像頭對準教室里的其他同學,利用希沃白板投屏軟件將拍到的畫面投映到屏幕上。有了前面的鋪墊,部分學生對第一個問題已經有了答案,但相對凳子上的同學來說,其他同學是運動的,這一概念仍然比較抽象,理解起來仍然有些困難,而手拿手機投屏活動的設計,則將這一難點徹底破解了,通過投影非常直觀地看到其他同學在運動,這種撲面而來的感官刺激比純思維活動更具有說服力,通過親身參與，會讓學生更加信服，更深地感悟到運動相對性的本質，原來選取的參照物不同,對運動的描述也有可能不同。

基于生活經驗的情境再現,可以讓學生對概念有所感知,但只有深入的實驗探究才能激發學生的思維,學生通過具身參與,將抽象的概念重新建構并內化吸收,這一過程不僅提升了學生的思維品質,也培養了學生的核心素養。

2.3 具身思維,身心共鳴,升華概念

具身性不僅僅是指身體的參與,參與者的思維也具有具身性,它是指學生可以在思維活動中進行情境模擬和體驗。[4]運動相對性的概念教學中貫穿的主線是具身經驗，感知概念；具身參與,建構概念。其實在概念教學中還有一條滲透科學方法和情感教育的暗線:觀察、猜想、設計等是科學研究方法,安全教育、生命教育、愛國意識、責任意識等則是物理中的情感教育,它們同樣是培養學生核心素養的重要方面。

學生在構建出運動相對性的概念后,進一步設計教學,分析其在生活中的應用,在應用中完成本節課的情感培育和概念的升華。比如,時值嫦娥五號探測器登月采集樣品這一重大事件發生之際,本課題就可以聯系時事熱點,通過科普漫畫,普及嫦娥五號采集月壤過程中的“深空之吻”,讓學生通過具身思維，形成感知，原來所謂的“深空之吻”就是嫦娥五號軌道器和返回器完美的對接,并借此讓學生運用所學知識解釋現象,知道要想實現完美的對接，需要軌道器和返回器保持相對靜止。所學知識竟有如此大的用途,對學生來說知識不再只是枯燥的題目,而是可以與科技、生活相緊密聯系,可激發學生學習物理的熱情。隨后向學生介紹我國航天事業的發展,進一步激發其愛國熱情與責任感。緊接著在學生對嫦娥五號的具身思維基礎上,設計一個小游戲:利用普通礦泉水瓶再現“空中之吻”的場景,準備一只礦泉水瓶,一位同學手持瓶身向前走動,另一位同學手持瓶蓋,請同學們想辦法擰上瓶蓋,比一比哪組同學用時最短,并分析、總結成功的原因。在這個游戲中,同學們的興趣頓時高漲起來,不斷討論、嘗試,游戲中同學們切身領悟到要再現“空中之吻”,瓶身和瓶蓋就要保持相對靜止,且相對靜止的條件是兩個物體同向、同速運動。在相對靜止的學習之后,繼續讓學生體驗情境:兩人為一組,設計并展示兩人相對運動的情況,學生在親歷了相對靜止的探究過程后,設計出4種相對運動的情境:(1) 一人靜止、一人運動;(2) 兩人同向運動,但一快一慢;(3) 兩人反向運動;(4) 兩人相向運動。在學生具身游戲體驗的基礎上,相對運動的條件這個難點得到突破,緊接著結合生活情境,學生能自主解決接力賽中交接棒、飛鳥撞毀飛機等問題。

運動的相對性的教學設計從具身思維出發,通過情境創設,將抽象的知識情境化,學生的思維和探究欲被激發，在具身體驗中經歷知識生成的過程,身體和心智產生共鳴,對物理概念的認識得到升華。

3 具身認知視域下的教學啟示

在具身認知理論的指導下進行教學設計,課堂上應給予學生更多的機會,教師適當“放手”,教學從“關注教”轉向“關注學”,學生的身體得到解放,心智得以真正發展,且通過體驗與參與,促進了認知及學習行為的變化,學生主體也發生了從“要我學”轉向為“我要學”的改變。除此之外,基于具身認知理論設計的教學情境,往往沒有現成的資源或者器材可用,它需要教育者關注生活、合理利用并整合各種生活資源,如本課題設計中出現的課本、教室里的窗簾、礦泉水瓶、甚至是學生的身體等,踐行了物理教育大師朱正元先生所倡導的“瓶瓶罐罐當儀器,拼拼湊湊做實驗”的教學理念。[5]基于具身認知理論進行的教學優化設計,不僅擺脫了直接定義、機械訓練的傳統模式,轉向關注學習主體對過程的體驗以及思維品質的提升,而且讓學生親歷了概念的形成、建構以及升華過程,促成其進行深度學習，達到知、情、意的統一。