具身認知理論下的物理概念教學
——以“動能、勢能、機械能”為例

葉 玲

(青劍湖學校,江蘇 蘇州 215000)

概念是反映事物本質屬性與共同特征的思維形式,物理概念是物理知識的核心．當前,新課程改革進入到深化階段,概念教學已經發生了可喜的改變: 教學中不再直接定義、機械訓練,關注到了情景鋪墊、重視概念學習中的認知過程．但是,面對培養學生核心素養的新要求,概念教學需要在具身認知理論的指引下進一步發展,才能突破瓶頸,發生根本性的轉向．

1 具身認知理論下的物理概念教學轉向

1.1 從“離身”到“具身”的理論轉向

經典的心理學研究認為，心智是一種計算性的機械裝置,而認知過程與計算機的符號加工過程類似, 是一種大腦中的信息處理過程,認知由“運算”組成．這種認知理論是建立在笛卡爾身心分離的二元論之上的,它把認知看作心理獨有的功能,認為人智慧的展現是一個單純的理性過程,剝奪了身體對認知的參與．在經典心理學的影響下,課改中的物理概念教學已經發生了很大的變化:教師避免了對概念直接進行定義、表述和灌輸,不會再用大量重復的習題去機械訓練、鞏固概念;教師能關注到學生在概念獲得中的認知過程,把物理概念的習得視為個體進行信息處理的心理過程,以感覺、知覺為基礎,以記憶、思維、想象為發展,幫助學生更好地掌握物理概念．

隨著認知領域研究的發展,“后認知主義”學派提出了具身認知理論,這給物理概念教學帶來新的轉機．具身認知理論強調身體在認知活動中的重要作用,從身體與認知的關系出發,提出身體與心智是一體化的,心智是具身的．他們認為，個體認知是大腦、身體和身體經驗的結合體,主張人的身體經驗對認知的形成和發展有著重要影響．物理概念的教學必然將接受具身認知理論的指引,從“離身”走向“具身”．

1.2 從“關注教”到“關注學”的教學轉向

在新課改眾多成功的案例中,我們發現,教學已然發生悄悄的轉向:從以往關注教師的教,現在更多的關注學生的學,物理概念教學也是如此．雖然教學中教師的引領作用是非常重要的,但學生主體地位的實現仍然需要教師的“放手”,只有在課堂上給予學生更多的機會,學生的身體才能得到解放,心智才能真正得到發展．

物理概念教學應當糾正學生的錯誤概念、實現前概念向科學概念的轉化,但教學中我們經常將所有學生的認知過程都統一化、標準化,這種去身心化的離身教學行為,便是由于過度“關注教”造成的．以具身認知的視角重新審視,物理概念教學不能停留在簡單的知識傳遞、定義表達,而應在恰當的情境中，在大腦、身體與環境的相互作用過程中建立概念，實現心智和情感發展．情境設定、腦體參與、身心共鳴,這些都是由概念學習的具身性特征所決定的．

“離身”指導下的“教”,偏向機械、預設;“具身”指引下的“學”傾向靈活、生成．這種具身的形式轉向,建構主義學者也曾做出闡釋:新經驗的獲得是建立在已有經驗基礎之上的,學生不是空著腦袋走進教室的,學生頭腦中已經有了屬于自己的、獨特的、鮮活的經驗．面對相同的物理概念,基于自身不同的經驗,一定會帶來不同認知過程,教師應該允許并尊重學生各自的理解方式、情感體驗,這也是為什么課改中會出現“先學后教”模式的原因之一．

1.3 從“要我學”到“我要學”的主體轉向

如果說從“關注教”到“關注學”只是形式上的變化,那么具身認知帶來的更深層次的變化,則是從“要我學”到“我要學”的主體轉向．從本質上來講,新課程倡導新的學習方式是以弘揚人的主體性為宗旨的,現在看來,這些學習方式都有具身認知的體驗性和參與性．

體驗,是指在實踐中認識事物、在經歷中獲得情感;參與,則更加強調身體性活動帶來的直接經驗和感情意識．物理概念的學習,不光要用腦子思考,而且要用自己的眼睛看、耳朵聽、嘴巴說、手操作,這些身體的參與,不僅是理解知識的需要,更是激發學生生命活力,促進學生生命成長的需要．基于此,課改中特別強調“實驗”、“活動”、“探究”和“實踐”．

“要我學”是教師給予學習客體間接經驗,“我要學”則是學習主體希望獲得直接經驗．教師要把直接經驗看成課程資源,更要把直接經驗的改造、豐富和發展作為重要的學習目的,才能激發起學習主體的內在需求．具身認知使學習進入生命領域,知識的學習不再是僅僅屬于認知、理性范疇,它已擴展到生理、情感和人格．從課改前的“觀察者”、“模仿者”到當前課改中的“體驗者”、“參與者”,身體的加入、語言的表達、情感的投入,這種積極主動的學習狀態,真正讓學習主體實現了徹底的具身轉向．

2 具身認知理論下的物理概念教學策略

具身認知理論對當前物理概念教學有重要的指導作用,這里以九年級“動能、勢能、機械能”(蘇教版)為例具體談談教學策略,這也是筆者參加2016年江蘇省物理優質課評比獲得一等獎的課例．

2.1 身臨其境,感知形成概念

心理學家威爾遜對具身認知的首要觀點就是:認知是情境化的,它是發生在真實世界的真實場景之中的．本節中“能量”的概念比較抽象,一般情況下教師會舉出一個實例,再直接給出概念,這樣的教學概念既不完整,感性認識也不夠充分．筆者結合初中生的認知特點,采用了下面的教學策略,創設3個與“動能、重力勢能、彈性勢能”有關的游戲情境: (1) 請學生拿起玩具水槍,噴射出的水流沖擊木塊; (2) 讓學生舉高鉛球,放手將木塊砸進了花泥上; (3) 請學生先擰緊鬧鐘發條、再放開,發條連著的繩子拉動了木塊．在這3個不同的情境中,學生找出了共同特點:木塊都運動了,物體對木塊都做了功．進一步得出，一個物體能對另一個物體做功,我們就認為這個物體具有了“能量”．

游戲情境將“能量”這一抽象的概念形象化、具體化、生動化．在動手的過程中,學生體驗并發現概念的本質特征;在實驗情境中,學生從功和能的關系去思考并歸納形成“能量”的概念．有了這樣的認知過程作為支架,學生的深層思維才能繼續,“能量”概念的內涵和外延才能得到進一步深化:“能量有大小嗎?能量的大小和做功有沒有關系呢?是不是做功越多,能量越大呢?生活中類似于以上3種形式的能量又有哪些呢?” 概念的形成需要物理情境的支撐,情境的教學功能不能停留在激發學習興趣的層面,要讓學生身臨其境、獲得感知、動手體驗、啟發思維、形成概念,實現由情景到情境教學的提升．

2.2 具身參與,探究建立概念

“身體”是具身認知理論的重要內容,它主張“身體”對主體的認知活動有重要影響．我國心理學家葉浩生認為，人的認知來源于大腦,大腦嵌于身體之中,身體又一直處于環境中．因此,認知是建立在身體與環境相互作用產生的經驗之上的,人們正是用自己的身體以合適的方式與環境互動,在互動探究的過程中獲得對事物的認識,認知是具身的．學生在形成了“能量”的概念、初步認識到3種不同形式的能量之后,教學環境中需要提供更多的實驗器材,讓學生展開猜想、親身參與、動手操作,通過探究進一步建立概念．

科學探究的前提是進行有依據猜想,在探究“動能大小的影響因素”時,教材中提供的圖片“限速牌” 缺乏具身性,不太適合作為猜想的依據．為了讓學生能展開對比性的猜想,筆者提供了大小不同的兩輛玩具車，“哪輛車的動能大?”“怎樣才能反映出動能的大小呢?”“如何運用控制變量法對實驗進行構思和設計呢?”在進行實驗時,學生一定會遇到各種問題和狀況:斜面的使用、小車的位置、木塊的擺放、怎樣觀察、測量的參照位置、怎樣用表格記錄數據,這些都需要學生充分利用各種實驗器材、綜合觀察現場．身體參與、動手操作、自主實驗、協作交流、總結歸納、得出結論,這樣的探究有具身性的特點,釋放了孩子好動的天性、滿足了學生好奇的心理,任何演示都難以達到如此的教學效果．

在探究“勢能大小的影響因素”時,學生提出猜想:重力勢能的大小與球的質量有關．但是,“小球的重力勢能一定小嗎?”恐怕沒有親身體驗是難以作出進一步猜想的．于是,筆者提供了一塊2 cm厚的玻璃和一個小梯子,請學生站在梯子的不同高度上,將小球落下．在較低的高度時,玻璃都完好無損,當學生站在一個很高的高度時,玻璃“咣”的一聲被小鐵球擊碎了．課堂中“小球砸玻璃”帶給學生的感官刺激非常震撼,這種親身參與讓人信服,比頭腦風暴式的純思維假設要更有說服力．

學生只有在感知了豐富的物理現象之后,才能抓住本質、初步形成概念;只有在深入的實驗探究之后,才能更加立體地建立概念．表面上看,通過實驗幫助學生建立概念的教學,經歷了從“演示”到“驗證”和“探究”的發展,實質上,這是一種由“側目旁觀”到“親身體驗”、“具身參與”的飛躍．

2.3 身心共鳴,情智升華概念

“動能、勢能、機械能”的概念教學,貫穿的主線是“感知現象——形成概念、實驗探究——建立概念”．其實,概念教學中還有一條承載科學方法和情感教育的“暗線”:觀察、猜想、設計、預測、分析、推理等都是科學探究必備的方法,生命意識、安全教育、情感培育、社會責任,也是物理教學培養核心素養的重要使命．

教學環境上做一些精心設計,可以幫助學生在身心共鳴中發展情智、升華概念．譬如“跳跳人”游戲:小小的跳跳人被學生壓下,松手后在自己的桌子上蹦起來有1m多高,學生的興趣瞬時被點燃,不斷嘗試、比賽，不但真切地認識到彈性形變對彈性勢能帶來的影響,孩子們的童真在游戲中被釋放、同學間的友誼在無形中聯結．用“飛速行駛的汽車”、“高空墜落的雞蛋”新聞報道,讓學生用知識解釋現象,并滲透安全教育、社會責任;用“小猴砸堅果”的視頻讓學生感知物理知識在生命世界的作用．最后,筆者巧妙地用純凈水的水桶制作了一個“大魔罐”,實現了在斜面上自動向上滾動,放大了器材、可視性更高、增強了實驗效果,克服了通常用小易拉罐做成“魔罐”的缺點,學生圍著神奇“大魔罐”一起解密,達到了學習狀態的高潮,物理概念學習中身體和情感發生了共鳴．

理論和實踐都在不斷推動著物理概念教學的發展,具身認知理論不僅僅強調身體經驗對認知形成起到的重要作用,它是將人的生理狀態、心理狀態和環境狀態關聯了起來,用身體、心理與環境3者間的交互作用取代了單純的心理表征,實現了對經典認知研究的超越．在這個持續交互作用的過程中,經驗不斷得到改造、重組、豐富和再生,感受到探究的樂趣和成功的喜悅,學習主體歷經了概念的形成、建立和升華．

參考文獻：

1 楊子舟,史雪琳,荀關玉. 從無身走向有身:具身學習探析[J]. 教育理論與實踐,2017(05):3-6.

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(04):104-114.