具身認知理論下小學數學量感可視化教學策略研究

黃秋霞

(南寧師范大學初等教育學院,廣西南寧,530299)

量感是一種感性認知,是對“量”的一種敏感度,在不依靠任何工具手段下能夠大致把握“量”的大小,對數量有直觀的感知能力等。[1]量感可視化教學是將抽象的數學概念、數量關系和運算過程具體化和可視化,使學生對“量”有深刻的理解、直觀的把握,它強調學生在學習過程中的實踐和體驗,促進學生估測能力的發展。[2]具身認知理論與量感可視化教學聯系密切。本文基于具身認知理論及其主要觀點,分析小學數學量感可視化教學的具身性特點,以及具身認知理論引入量感可視化教學的意義,探討具身認知理論下小學數學量感可視化教學策略。

一、具身認知理論及其主要觀點

具身認知理論源于對傳統認知科學的反思與批判,逐漸嶄露頭角,成為一種新興的認知科學理論。它強調身體、環境及情境在認知過程中的重要性,對心理學、教育學、神經科學等多個領域產生了深遠的影響。

隨著研究推進,具身認知理論建立了自己的框架和觀點。其一,身體在認知過程中起著核心作用。具身認知理論主張身體與認知緊密相聯,身體的狀態、動作、感覺等直接影響個體的認知活動。例如,身體的姿勢、動作和情緒狀態可以影響個體的思維、決策和記憶。因此,身體的參與對認知過程而言至關重要。其二,身體嵌于環境等外部世界之中。具身認知理論認為,人的認知活動與人的生存空間息息相關,且在具體情境中發生人的學習,通過利用和優化周圍情境,以促使個體認知、行為等全面發展。[3]其三,身體及其與環境的交互塑造了認知內容。具身認知理論強調,個體的認知并非完全由大腦獨立生成,而是通過與外部世界的交互作用及身體的感知和運動活動逐步構建起來的。其四,認知是身體、心智和環境三者交織而成的結果。具身認知理論強調,個體的認知過程是一個身心一體的活動,身體、心智和環境相互作用,共同構建我們的認知體驗。[4]

總之,具身認知理論突出了身體、環境和情境在認知過程中的核心地位,為深化個體對認知過程的理解提供了新的視角和啟示。

二、小學數學量感可視化教學的具身性特點

(一)教學觀念秉持身心統一,彰顯具身性

量感可視化教學的教學觀念不僅秉持身心統一的理念,還體現具身認知理論的具身性特點。傳統身心二元論下的離身教學割裂了身與心,忽視了學生的主體地位。而量感可視化教學摒棄了傳統身心分離的教學模式,力圖通過一系列可視化教學手段促進學生多感官參與,講究在真實情境中發展學生的量感,并且關注到學生的情感變化和情感需求。在身心一體的量感可視化教學中,學生能夠高效地參與具身認知活動,體驗情緒意志,展現出情境化的行為反應,從而促進身心全面發展。可見,量感可視化教學的教學觀念深刻體現了具身認知理論的核心要義,具有明顯的具身性特點。

(二)教學內容呈現生活樣態,體現具身性

小學數學量感可視化的教學內容緊密結合實際生活,這是其具身性特點的集中體現。具身認知理論認為,人的身體與認知始終根植于真實情境中,與之相互作用并不斷發展。為了增強學生與情境的交互效果,教師需要依托學生的實際生活,積累生活素材,并以此為載體,讓學生在熟悉的生活場景中感知和理解知識。在量感可視化教學中,教師格外重視尋找生活中的素材作為教學內容,力圖在學生熟悉的環境中激活學生已有的量感經驗,引導學生通過解決生活中“量”的問題逐漸形成量的感知能力,促進量感的具身學習。可見,量感可視化教學講究在生活情境中發展學生的認知,具有明顯的具身性特點。

(三)教學方法強調“在做中學”,突出具身性

“在做中學”是一種以實踐為主導的教學方法,強調學生通過親身實踐學習和掌握知識,具有明顯的具身性特點。具身認知理論尤其強調了身體體驗和身體感受在認知過程中的作用,主張在教學中采用“在做中學”的教學方法,關注學生的體驗感受。在量感可視化教學中,教師使用具身教學方法,通過情境模擬、動手操作、實際感知豐富學生的量感學習體驗,在實際操作如摸、量、掂中感受量,在思考、總結中內化知識,從而形成理性的量感。因此,量感可視化教學與具身認知理論具有密切的內在聯系,二者在教學方法的主張上相得益彰。

三、具身認知理論引入量感可視化教學的意義

(一)情境互動中增強學生“量”的創造力

在具身認知指導下的教學中,教師可以通過設計特定的教學情境,啟發學生的思考或激發學生對知識的探索欲望。具身認知理論強調認知環境的嵌入性,因此具身認知理論下的量感可視化教學非常注重教學情境的創設。通過情境體驗,教師可以引導學生思考現實生活中“量”的問題,如怎樣測量物體的長度、如何估測物品的重量等。這樣不僅可以幫助學生進行角色代入,在情境中豐富學生“量”的體驗,而且能發展學生的思維能力與問題解決能力,在情境互動中逐漸增強“量”的創造力。

(二)操作體驗中提升學生“量”的實踐力

具身認知理論非常注重身體參與在認知過程中的作用。因此,在量感可視化教學中,教師通過設計各種操作活動切實讓學生實現“在做中學”,從而有效提升學生“量”的實踐能力。[5]例如,為了幫助學生區分時間單位“分”和“秒”,教師可以設計“一分鐘能做些什么?”“一秒鐘能做什么?”的活動,讓學生在活動中直觀感知時間長度,從而加深對時間單位概念的印象。因此,教師在教學過程中精心設計豐富多樣的教學活動,可以幫助學生在親身操作體驗中增強對“量”的感知,進而提升學生的實踐能力。

(三)身心融合間發展學生“量”的思維力

身心融合是指身體認知和頭腦思考相互融合,實現身心統一,即實現“做”與“思”的有機結合。[6]在身心融合期間,學生能促進對量感的全面認知和有效運用,發展“量”的思維力。在具身認知理論框架下,身體和心靈是相互依存、相互影響的整體。身體的狀態和體驗可以影響個體的思維、情感和認知過程,而思維、情感和認知也可以通過身體的表現和行動體現出來。因此,在量感可視化教學中,教師不僅關心學生的知識掌握情況,還關注他們情感和態度的發展。教師從情感層面引導學生全身心地投入量感學習,可以幫助學生形成量感思維,并有意識地運用量感思維解決生活中的問題。

(四)多感官通道豐富學生“量”的感知力

通過多感官通道的具身體驗和感知,學生可以更好地理解和掌握數學中的“量”,從而豐富“量”的感知力。具身認知尤其注重學生的感知,不僅是眼睛觀察,還包括身體接觸、耳朵傾聽、嘴巴表達等。在小學數學量感可視化教學中,學生的學習融合了諸多感知覺活動,教師不僅可以通過語言描述幫助學生理解,還可以通過觸摸實物、鼓勵學生親身體驗等方式引導學生直觀感知“量”。此外,教師還可以借助多媒體技術,從感覺、視覺、聽覺等多感官通道豐富學生“量”的感知力,幫助他們更全面、深入地理解量的概念。

四、具身認知理論下小學數學量感可視化教學策略

在小學數學量感可視化教學中,學生的身體參與和感知經驗對理解抽象概念至關重要。通過創設具體的情境、設計操作活動,教師可以引導學生獲得關于量感的具身體驗,在想象、反思中將量感知識內化為自己的認知。

(一)實境具身,在可視化場景中激發量感

具身認知理論認為,知識是在特定的情境活動中產生的認知產物,只有將其置于特定的情境中,才能真正發揮其意義和價值。通過利用外部條件創造出一種真實環境的沉浸感,讓學生在可視化場景中產生身臨其境的具身效應。

1.立足于生活實際創設真實情境

在量感可視化教學時,教師應結合生活實際創設真實情境,增強學生代入感,使其在生活化場景中自然培養量感。例如,在教授“認識周長”這一課時,教師可以創設一個“設計班級菜園”的情境,要求學生結合勞動課所積累的生活經驗合理規劃菜園的大小,然后提出“如何使用最少的圍欄圍起更大的菜園呢?”等數學問題。在解決如何用最少的圍欄材料圍繞菜園的問題時,學生不僅需要準確理解和運用“圍欄的長度就是菜園的周長”這一知識點,還需要通過比較不同形狀的菜園,找出節省圍欄材料的最佳方案。這種教學方式不僅可以激發學生的學習興趣和主動性,還可以引導學生在具體的、與現實生活緊密聯系的問題中深入理解周長,感悟周長大小與形狀之間的關系,從而培養量感。

2.運用多媒體技術創建模擬情境

運用信息技術構建一個具身化、交互性強且虛實結合的學習場景,不僅能夠有效呈現學習內容,還能增強學生的學習體驗,促進學生多感官參與。[7]在量感學習中,并非所有“量”都能被學生直接感知,遠離學生生活經驗的“大量”不容易被學生感知。例如,在教授“1億有多大”時,因學生無法直觀感受“1億”,所以教師可以先借助多媒體技術向學生展示9萬多名觀眾在鳥巢體育場觀看演唱會的情境,然后告知學生“1億”個人大約是1111個鳥巢里的人數。教師利用視覺上的沖擊,可以幫助學生更加直觀地感受和理解“1億”。信息技術的融入充實了課堂教學內容,教師則需要靈活借助信息技術增加“量”的感受性和體驗性,在此基礎上實現學生量感的萌生。

(二)實感具身,在可視化操作中體驗量感

具身認知理論強調認知過程與身體感知、動作和體驗的緊密聯系。教師在教學中應重視學生的實感具身,通過操作、實驗、模擬、體驗等可視化方式,引導學生親身參與,實際感知,從而獲得對量感的直觀體驗。

1.實物操作活動中精準量感

具身認知理論認為,身體的感知和活動對內化量感知識非常重要,因此,教師要注重開展實物教學。通過對真實物體的接觸,學生可以更直觀地理解“量”的概念,提高對數量和量級的感知和理解能力。例如,在教學中,教師可以引導學生通過觸摸1米的直尺,形成對1米的直觀認知;通過掂量1包500克的鹽,感受500克的重量;通過使用秒表,感受1分鐘的時長……在觸覺、感覺、視覺等多感官作用下,學生對長度、重量、時長形成了初步的認知。借助實物輔助量感可視化教學,可以有效幫助學生精準把握“量”,積累學習經驗。

2.數學實驗活動中建立量感

通過開展數學實驗,能夠幫助學生在多次估測中感受量感的建立和發展,從實驗的角度增強對“量”的感受,逐漸建立并精準量感。在“厘米”一課的教學中,教師可以開展數學實驗操作活動,通過設計一個測量桌面長度的數學微實驗,引導學生先根據已有量感經驗進行實驗探索。實驗時,學生暫時不用尺子進行測量,而是運用原有的量感認知進行估測和對比,例如用“一拃”估測、用數學書估測、用鉛筆估測等,最后再用尺子測量實際大小,看誰估測的數據誤差最小。在這一實驗中,學生可以更加深刻地把握“厘米”的概念,在操作中建立量感。

3.角色扮演活動中夯實量感

在量感教學中,通過開展角色扮演活動,學生不僅可以感受數學學習的趣味性,還可以在實際活動中感受量的概念,夯實他們的量感。比如,在教授“貨幣的數量關系”時,教師可以模擬一個購物場景,讓學生扮演買家和賣家的角色,通過實際的交易活動理解貨幣的數量關系。在模擬購物過程中,學生不僅需要根據目標拿取一定數量的物品,還需要確認所購物品的總價。學生在活動中直觀感受了重量,理解了貨幣的數量關系,培養了他們的量感意識和解決實際問題的能力,在操作活動中夯實了量感,發展了量感。

4.跨學科教學活動中充實量感

在具身認知理論指導下,跨學科教學活動可以更深入地充實量感。量感作為數學和科學等學科的基本概念,可以通過身體的感知和活動加深理解和體驗。例如,在教授時間單位“秒”時,教師可以開展一些室外教學活動,設置一個簡單的斜坡滑行實驗,先讓學生估測小球從斜坡上滑下的時間,再讓學生使用秒表記錄真實的時間,進一步感受速度的量感,或者讓學生估測規定秒數內小球劃過的距離,最后通過卷尺驗證結果,促進距離量感的培養。通過開展數學與科學的跨學科教學活動,學生在實際操作中充實量感,理解量在運動學中的應用,意識到數學和科學在生活中的應用價值。

(三)離線具身,在可視化描述中重構量感

離線具身指個體在不受身體和環境限制時,借助經驗、語言描述或心理想象產生具身效應,以理解和感知知識。[8]離線具身教學鼓勵學生發揮想象力,脫離實物進行深入思考,因此,在量感可視化教學中,教師可以開展描述式學習,回歸學生個人經驗,在可視化描述中為學生提供豐富想象、推理的機會,幫助學生間接獲得學習體驗。

1.借助情感化語言展開想象

教師可以巧妙地運用多媒體技術并結合飽含情感的語言描述為學生構建一個想象空間,引導學生自由地展開想象,進而產生強烈的離線具身效應。例如,在教授重量單位時,教師可以利用多媒體展示不同物品的重量對比,如輕飄飄的羽毛和沉甸甸的石頭等。教師輔以情感化的語言描述:“同學們,你們感受到了嗎?在我們的生活中,每個物品都有它獨特的重量。重量就像是一種魔法,讓物品有了不同的質感和手感。請大家閉眼想象一下橡皮、汽車、大象的重量……”在這個想象的過程中,學生結合已有經驗進一步形成對物體重量的初步感知,從而奠定了教學基礎。

2.巧用描述性提問展開想象

教師可以通過描述性提問的方式故意留下一些疑惑并追加一些思考性的問題,鼓勵學生主動展開想象,進而自覺地形成離線具身效應。例如,教師可以引導學生閉眼想象:“現在,請閉上眼睛,想象你手里有一個完整的披薩,你要怎么把它平均分給四個朋友呢?你能感受到手中的披薩被分成了幾份嗎?”學生在問題情境中展開想象,逐步加深對分數概念的理解。教師在教學中運用可視化的語言描述幫助學生對量感進行遷移與重構,提升了學習效果。

(四)反思具身,在可視化評價中發展量感

為了將感性的認識上升為理性的思考,學生還需要在具身體驗的基礎上反思。這就需要教師幫助學生梳理體驗過程中的感受、發現和問題,從而將具身體驗轉化為對“量”的深刻理解。

1.關注身體,開展表現性評價

學生身體的參與情況能夠切實反映學生的學習成效,教師在教學中要關注身體,開展表現性評價。教師可以制作一個評價量表,分別從學生的身體參與情況、課堂積極性等方面展開等級評價,通過收集學生的學習痕跡、作品、反思日記等多元化的資料,利用圖表、圖像等可視化工具,將學生的學習過程和成果以直觀的方式呈現出來,幫助學生更清晰地認識自己的學習狀況和進步。

2.多元考核,設計個性化作業

為了檢驗學生的量感培養情況,教師不應該局限于書面作業的布置,而是要注重實踐類作業的設計,對學生進行多元考核。例如,教師布置與生活實際緊密相關的量感作業,要求學生從家中自由選擇五件物品,先向父母描述物品的大致重量,再借助電子秤來驗證估測的結果。親身估測活動既激發了學生的興趣,又幫助學生直觀地了解自身掌握知識的情況。此外,教師還可以靈活運用自評、同伴互評、任課教師評等方法綜合考核學生的學習過程和成果,幫助學生在多元評價中發展量感。

綜上所述,具身認知理論提供了一種全新的教育理念和方法,將具身認知理論引入小學數學量感可視化教學,不僅可以了解量感可視化教學的具身性特點,還可以發現具身學習對學生“量”的創造力、實踐力、思維力和感知力的培養意義,更好地理解學生量感培養的認知過程和身心發展狀態。通過實境具身、實感具身、離線具身、反思具身的方式,在可視化場景、可視化操作、可視化描述、可視化評價等可視化實踐活動中激發、體驗、重構、發展量感,以此促進學生的成長和發展。