基于具身認知理論構筑生物學概念的教學實踐

摘 要：具身認知理論強調感官經驗的重要性以及感官的解放和回歸，有利于將學生從課堂的被動地位中解放出來，讓其主動體驗學習的過程。本文立足于具身認知理論，創設具身情境，引導學生通過一系列實踐體驗來獲得具身認知，進而更好地掌握生物學知識并指導生產生活。

關鍵詞：具身認知理論；生物學概念；蒸騰作用

文章編號：1003-7586（2024）06-0011-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

具身認知理論認為，認知是基于身體，通過各種感知和運動經驗所獲得的復雜體驗，身體是認知的載體，也是與世界互動和溝通的媒介。^［1］具身認知理論應讓教育者關注到感官經驗對于教學的重要性，通過感官的解放和回歸，將學生從課堂的被動地位中解放出來，讓其主動體驗學習。學生通過身體感官獲得經驗，參與感官越多，獲得的信息就越豐富，與環境互動越多，掌握的知識就越扎實。

“綠色植物與生物圈的水循環”一節是蘇科版義務教育教科書《生物學·八年級·上冊》（以下簡稱“教材”）第六單元中的內容。通過本節課的學習，學生能夠描述綠色植物的蒸騰作用及綠色植物對生物圈水循環過程的重要作用。對于“蒸騰作用”這一概念，大多數教師會以直接講授的形式進行教學，但是過程中缺少學生的參與和討論，導致學生的記憶并不深刻，教學效果并不理想。具身認知理論認為，認知、身體和環境是一體的，對于改變學生“離身”的被動學習模式有重要的指導意義，為一線教學提供了新的啟示。^［2］

1 基于具身認知理論的教學設計思路：關注概念構建的關鍵點

蒸騰作用是指植物體內的水分以氣態形式散發到植物體外的過程，但學生對這一概念的理解并不深入。針對這一概念的學習有幾個需要關注的關鍵點：①水蒸氣從葉片中散發的過程不可見，需要讓學生體會水分從植物體內散發到體外的過程。②如何讓學生觀察到葉片中與蒸騰作用相關的生理結構？③葉片中氣孔開閉的原理是什么？這些問題實際上都可以通過基于具身認識的活動設計幫助學生理解。因此，教師在教學設計時應該注重學生體會、觀察和參與學習的過程，將學生從封閉、單一且離身化的“灌輸式學習”中解放出來，把課程內容轉移到學生感官和其所處環境的對話與活動中。

2 具身認知理論下的課程實踐過程：體會概念構建的動態生成

八年級學生具有相對較強的理解抽象概念和動手實踐能力，但其對于植物的蒸騰作用這一知識點相對陌生，對于產生蒸騰作用的原因也缺乏認知。本節課基于具身認知理論，選取貼近生活的真實情境，通過對多組實驗的觀察和現象歸因，引導學生探究活動，構建具象化模型，進而幫助學生構建核心概念。

2.1 具身情境：引入“蒸騰作用”概念

在具身認知理論的指導下，教師通過實驗裝置展現蒸騰作用的現象，從而引導學生形成真實的、有實感的認知。

課前教師搭建“植物拔河比賽”裝置（見圖1）。將同種植物的枝段置于試管中，內部裝有清水，并用導管和乳膠管連接兩根試管，且密封整個裝置（見圖2）。乳膠管兩端用止水夾固定，中段注入少量碘液，并將此裝置放于陽光下。學生在課堂導入階段先觀察裝置結構，當教師同時打開兩端的止水夾，觀察碘液發生的移動。學生根據出現的實驗現象得出結論：葉片多的植物產生的“拉力”更大。

學生通過對“植物拔河實驗”的觀察，初步體會葉片數量對植物生存的意義。該實驗能夠激發學生學習興趣，為蒸騰作用的學習作鋪墊。

2.2 具身認知：構筑“蒸騰作用”概念

學生對“蒸騰作用”這一概念的理解需要把握“植物葉片”“氣體狀態”“植物內外”等關鍵詞。因此筆者對教材中的實驗進行了改進，準備了四組實驗裝置（見圖3），實驗過程如下：首先選取容量相同的四個錐形瓶，分別標記為A、B、C、D，選取三枝粗細相近的同種植物枝條，去掉其中一枝的葉片，分別插入裝水的錐形瓶中，并保持液面高度相同，加入少量食用油后在瓶上標記初始液面的高度。再將兩個枝條（一個有葉片，一個沒有葉片）露出瓶外的部分用塑料袋罩住，袋口扎緊（A裝置：無植物，套袋；B裝置：有植物，套袋；C裝置：有植物，不套袋；D裝置：無葉片的植物，套袋）。最后將四組實驗裝置放在陽光下持續2～3 h。

在蒸騰作用概念的教學過程中，教師要引導學生找出符合單一變量原則、能形成對照的實驗組合，并分別觀察每組實驗的不同現象。學生會自然地想到：每組實驗現象的不同是由于單一變量造成的。于是，通過實驗現象與單一變量的對應關系得出結論（見表1）。

學生通過對四組對照實驗的觀察和結果分析，體會植物的蒸騰作用并構建蒸騰作用的概念。

2.3 具身體驗：尋找植物中的“孔洞”

葉片上的氣孔是微觀結構，在實際操作中學生可以對植物結構進行探索和觀察，并通過具身的體驗進一步思考。

學生將葉片浸入熱水，觀察到葉片的上、下表皮產生許多小氣泡，并且下表皮產生的氣泡數量明顯多于上表皮。學生認為產生氣泡的原因是由于葉片表面存在許多小孔，但對于上下表皮氣泡數量上的差異仍存在疑惑。為了觀察到小孔的結構，學生在教師指導下利用鴨跖草、吊竹梅等植物的葉片制作上下表皮臨時裝片，嘗試找到表皮上的孔洞，過程中教師將學生觀察到的顯微畫面通過多媒體實時呈現出來。以上教學環節讓學生通過具身體驗，觀察實驗照片中孔洞的位置并關注形態特征，進而了解氣孔的結構組成和功能。

學生通過對熱水實驗的觀察，具身體會葉片氣孔的存在；通過對鴨跖草等植物葉下表皮臨時裝片的制作，具身體會尋找氣孔的過程；通過對不同植物葉片下表皮臨時裝片的圖像分析，獲得具身認知，認同植物體中氣孔存在的普遍性（見圖4）。

2.4 具身模型：揭秘氣孔開閉的原理

當學生在顯微鏡下觀察到氣孔的結構，自然產生疑問：“為什么氣孔具有這樣的結構？該結構有什么功能？”教師引導學生通過具身認知的過程，用觸摸的方式親身感受鴨跖草葉片在不同濃度溶液中發生的變化，并結合宏觀和微觀層面觀察到的現象，得出有意義的結論。

教師展示鴨跖草下表皮臨時裝片在不同滲透壓溶液中的氣孔狀態，引導學生分析氣孔開閉的原因。讓學生用手感受鴨跖草浸泡在不同濃度溶液中的生理狀態。學生發現在高滲溶液中的鴨跖草變軟，清水中的鴨跖草硬挺，聯想七年級的知識點“細胞的吸水和失水”，學生推斷在清水中葉片細胞通過吸水導致氣孔張開，在高滲溶液中植物細胞失水導致氣孔關閉。教師展示構成氣孔的保衛細胞結構，學生觀察到保衛細胞的細胞壁兩側厚度不同，內側細胞壁較厚。學生推測這可能是因為保衛細胞在吸水、失水過程中，細胞形態發生的不規則變化導致氣孔的開閉。

教師選用鴨跖草的莖作為模擬保衛細胞的材料，莖的一側去皮，中間對折但不折斷，另外一側固定。學生指出模型中分別對應氣孔的各結構，同時加深對模型的了解。學生根據模型設計實驗，將模型材料分別放入清水和濃鹽水中，觀察到氣孔模型在不同溶液中的變化（見圖5、圖6）。學生通過具身模型的制作和觀察得出結論：氣孔開閉與保衛細胞的吸水和失水有關。

學生通過對同種植物臨時裝片進行觀察，了解氣孔開閉的狀態，思考氣孔開閉的原因。教師應用科學的研究方法模擬實驗，讓學生觀察到保衛細胞的開閉過程，通過模擬裝置的制作，了解模擬實驗的一般操作方法和采用模擬實驗解決問題的方法。

2.5 情境貫穿，學以致用

教師最后在課堂中給學生的思維“留白”，鼓勵學生走出課堂，在生活中尋找還有哪些植物適合作為觀察葉片氣孔的材料，讓他們在生活中主動尋求問題的答案。對于影響氣孔開閉的因素，教師沒有局限于水分這一單一因素的影響，而是給學生留出了猜想和求證的空間。

3 具身認知理論指導下的教學反思：多元發展促成長

3.1 知識與經驗的動態生成——概念構建層層遞進

在具身認知理念指導的教學模式下，教師需要根據學生的認知規律和概念層級設計實驗。從“植物拔河比賽”的裝置介紹出發，引發學生的直觀感受，后續在實驗探究中逐步引導學生設計與分析對照實驗，之后觀察分析顯微鏡下的氣孔結構，最后通過具身模型進行科學探究，依照一定的層次和階段進行課程設計。^［3］每個探究活動都為學生深入理解蒸騰作用的概念提供了基礎，這樣的教學設計不僅遵循了學生的認知發展規律，也使得學生對于概念的掌握更加牢固和深入。

3.2 基于情境的具身學習——學生主體的體驗解放

以具身認知理論為核心的課堂應注重學生在實驗探究中的體驗，但講解實驗不等于學生不參與實驗。教師要充分發揮學生的主體性，給學生創造參與學習過程的機會。盡管真實課堂中的時間安排較為緊湊，但教師可以提前準備好實驗材料和模型，通過小組合作的方式讓每一位學生參與課堂體驗，分工完成教學目標，提高學生相應的實驗探究能力，并在分享中提升科學表達能力。

3.3 認知與身體的整合——科學素質發展的路徑

在具身認知理論中，知識的獲得與身體的活動是分不開的。在設計學生活動的同時，緊密結合課堂教學的目標要求，有助于學生后續知識的學習和思維能力的培養。

參考文獻

［1］ 殷明，劉電芝.身心融合學習：具身認知及其教育意蘊［J］.課程.教材.教法，2015，35（7）：57-65.

［2］ 葉浩生.身體與學習：具身認知及其對傳統教育觀的挑戰［J］.教育研究，2015，36（4）：104-114.

［3］ 胡桂平.具身認知理論對生物學科教育的啟示［J］.生物學教學，2013，38（6）：9-11.