基于具身認知理論的地理演示教具開發探究

田樂同 黃茜雯 賈雨鑫 譚嫩 萬敏 張利敏

摘 要：以具身認知理論為引領，探究地理演示教具的合理開發，有利于發揮地理教具在教學中的重要作用。基于具身認知理論，以地理演示教具“地球運動解構儀”的開發和演示為例，探討具身認知理論指導下地理演示教具的制作原則、設計制作過程、教學演示及評價標準，為合理開發地理演示教具，更好地服務于地理課堂教學提供參考。

關鍵詞：教具開發；具身認知理論；地理演示教具

中圖分類號：G633.55? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1005-5207（2023）07-0030-06

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）中指出，地方和學校應注重地理教具的開發，以完善地理課程資源建設［1］。地理演示教具是開展模擬實驗教學的恰適工具［2］，強調通過感性認知培養學生的核心素養。但目前用于教學實踐的多數實體教具制作未考慮身體、環境與認知三要素的綜合作用，難以充分體現教具的交互性，且由于操作對象單一、教學成效有限等問題，實體教具未能在課堂中得到廣泛使用。具身認知理論的關注點聚焦于身體感受與情境交互［3］，運用具身認知理論開發地理演示教具，有利于在課堂教學中實現學生的“身境交互”，更好地落實地理實踐力等地理核心素養。筆者以具身認知理論下地理演示教具的開發為研究方向，針對“地球的運動”課題設計了地理演示教具——“地球運動解構儀”，以期通過創設具身學習環境，深化學生地理核心素養，落實立德樹人根本任務。

一、具身認知理論與地理演示教具

“具身認知”一詞源于英文“embodied cognition”，主張認知根植于身體、環境及二者的互動之中［4］，身體在認知過程中發揮著關鍵作用，認知是通過身體的體驗及其活動方式而形成的。“具身”是一種新視角，不同于傳統認識中的“身體”只是將心智帶到課堂的“容器”，它以一種全新的方式看待學生怎樣學習、教師怎樣教學、學校怎樣組織。具身認知理論對教育領域產生了深遠影響，在教具開發領域已有一定影響力。

教具在《中國大百科全書》中的定義是：為學生提供感知材料的實物、模型、圖表等教學用具［5］。綜合多種相關概念界定，筆者認為地理演示教具即教師或學生運用于地理教學中以展開地理學習情境、傳遞地理知識的地理教學工具，具有支持操作、方便演示等特點，在教學應用中能夠把抽象知識形象化、具體化，使學生比較容易領會和掌握教學中的重難點，形成對相關地理知識的正確認知。

具身認知理論強調身體、環境和認知三者的交互作用，相關研究也表明，具有交互特征的教具能夠幫助學生有效進行認知投入，從而提高學習成效［6］，因此，具身認知理論指導下的地理演示教具開發具有一定的實踐意義。

二、基于具身認知理論的地理演示教具制作原則

以具身認知理論對地理演示教具的制作加以實踐指導，有利于制作出符合地理教學需求的新時代教具，更有利于引導學生通過使用教具，與外部世界交互，實現深度學習。對具身認知三要素，即認知、身體和環境的綜合作用進行分析（圖1）可知，基于具身認知理論的地理演示教具制作實踐應符合主體性、涉身性、生成性和情境性原則。

具體而言，主體性主要體現在學生是教具的使用主體；涉身性主要體現在教具的使用需多感官參與，主體性與涉身性搭建了身體與認知的橋梁，因此，教具的制作應充分考慮學生的身心發展特征，根據其認知水平與身體活動需要設計教具的功能與配套的學習活動；生成性主要體現在“探究—認知”過程中有充足的空間，因此，制作的教具不能太死板，要保證學生擁有自主探究的空間，才能連接認知與環境，實現“預設—生成”的良性循環。情境性主要體現在教具能夠協助使用者解決情境問題，使其身體與環境產生交互，教學在情境中自然發生，因此，制作的教具應能夠模擬地理過程、解決情境問題。

基于具身認知理論制作地理演示教具，有利于使用者實現認知、身體、環境三要素的平衡與交互，但要制作出符合地理教學需求的教具，還需要在此基礎上把握地理教具制作的基本原則，即科學性、教育性、直觀性和經濟性（圖2）。

科學性的核心在于教具需要準確揭示地理原理，以免使用者形成錯誤認知；教育性的關鍵在于響應課標內容要求，契合教學使用需求；直觀性的重心在于教具呈現直觀、易于觀察；經濟性則主要體現在教具的制作成本低廉。

在保證具身認知原則（以下稱為“具身原則”）引領性的基礎上，把握地理教具制作的基本原則，綜合二者進行教具制作，有利于使教具從傳統的觀看式教具轉變為注重體驗的操作式教具，讓學生擁有更多操作空間，化“被動觀察”為“主動探究”，更好地提升其地理核心素養。

三、基于具身認知理論的地理演示教具制作過程——以“地球運動解構儀”為例

1.教具對制作原則的落實途徑

基于具身認知理論的制作原則為地理演示教具的制作提供了宏觀引領，但還需聚焦于特定教具的功能，構建相應教具落實制作原則的具體途徑（以下簡稱“落實途徑”）。以制作原則為高位引領，以落實途徑為實踐指南，針對“地球的運動”教學板塊，筆者設計了地理演示教具——地球運動解構儀，用以揭示地球自轉與公轉的地理意義。該教具具備以下功能：模擬晝夜交替、輔助時間計算、演示正午太陽高度變化、驗證晝夜長短變化等，此設計決定了該教具對制作原則的落實途徑（表1）。

[原則屬性 制作原則 落實途徑 具身原則 主體性 主要使用對象為學生 涉身性 支持學生手動操作 生成性 共4大部件、7大功能，探索空間大 情境性 能夠模擬地理過程以解決情境問題 基本原則 科學性 以天球模型、時區、太陽直射示意為理論支撐 教育性 響應課標要求“結合實例，說明地球運動的地理意義” 直觀性 演示結果瞬時呈現 經濟性 制作原料便宜易得 ][表1 “地球運動解構儀”教具對制作原則的落實途徑]

2.教具的制作流程

通過“地球運動解構儀”教具的制作，梳理“地球運動解構儀”的具體制作流程（表2）并輔以主要制作環節照片（圖3～圖6）。“地球運動解構儀”教具成體如圖7所示。

四、“地球運動解構儀”教學演示分析

1.教具功能與教材相對應

“地球運動解構儀”能夠準確反映地理教材中“地球的運動”相關知識，并輔助創設具身學習環境，學生可在操作教具的過程中解決情境問題，提升地理實踐力、綜合思維等地理核心素養。以湘教版（2019）高中地理選擇性必修1為例，梳理出教具部件及功能與教材第一章“地球的運動”中知識的對應關系（表3）。

2.教具輔助的教學活動設計

“地球的運動”教學內容對應的課標要求為：結合實例，說明地球運動的地理意義。

在湘教版高中地理選擇性必修1中，時間計算、

[部件 功能 教材知識鏈接 晝夜交替部件 模擬晝夜交替現象 第一節：晝夜交替現象部分 演示晝夜長短的變化 第二節：晝夜長短變化部分 時間計算部件 輔助計算區時、地方時、新舊一天等問題 第一節：時差部分 太陽視運動部件 演示正午太陽高度的變化 第二節：正午太陽高度的變化部分 演示晝夜長短的變化 第二節：晝夜長短變化部分 演示不同緯度、不同日期的太陽周日視運動 以“地球的運動”全章知識為基礎 太陽直射部件 將太陽光照圖立體化，演示二分二至日太陽直射情況 第二節：晝夜長短變化部分 ][表3 教具部件及功能與教材知識對應情況]晝夜長短變化和正午太陽高度變化對學生來說難度較大，同時也是教學重點。以課標要求為導向，為突出教學重點、突破教學難點，借助“地球運動解構儀”進行以下教學活動設計。

（1）活動一：新舊一天問題的探究

【教師活動】講授地球自轉產生時差的相關基礎知識，引出探究問題：為何北京冬奧會開幕式要在北京時間20∶00舉行。將學生分為若干小組，每組配備一個教具，引導學生借助教具解決問題。

【學生活動】小組合作，使用“地球運動解構儀”探究問題、尋求答案。通過旋轉時間計算部件，發現在北京時間20∶00，理論日界線與0點經線重合（圖8），說明此時全球為同一天，因此，北京冬奧會開幕式選擇在20∶00舉行。

【設計意圖】以北京冬奧會開幕式為背景，創設真實問題情境，激發學生探究熱情。通過教具實操解決開幕式時間問題，符合具身認知理念，有助于深化學生地理實踐力，提升運用理論知識解決實際問題的能力，學習對生活有用的地理。

（2）活動二：晝夜長短的變化演示

【教師活動】將學生分為若干小組，引導每小組自行選擇南北半球地點各一個，使用教具探究該地點一年中晝夜長短的變化規律，并填寫圖9。

【學生活動】小組合作，選擇模擬緯度，將“天軸”上端指向刻度盤左上部該緯度，由下至上（模擬冬至到次年夏至）和由上至下（模擬夏至到冬至）旋轉太陽轉動桿，觀察晝弧、夜弧的比例關系變化，模擬該緯度的晝夜變化情況（圖9），進而總結出晝夜長短變化規律，完成圖4的晝夜長短變化規律總結。

【設計意圖】在使用教具探究不同緯度的晝夜長短變化規律的過程中，學生通過視覺、觸覺等感官獲取感性信息，并進一步形成理性認知，提升地理實踐力與時空綜合思維。

（3）活動三：正午太陽高度角的變化規律驗證

【教師活動】將學生分為4大組，分別對應北回歸線以北、北回歸線與赤道之間、赤道與南回歸線之間、南回歸線以南四個區間，大組內4人為1小組。要求學生在各自緯度區間內任選兩個不同緯度地點，利用教具探究相應地點正午太陽高度最高與最低的對應日期，進而總結正午太陽高度的變化規律。

【學生活動】小組合作，選擇模擬緯度，將“天軸”上端指向刻度盤左上部該緯度，旋轉太陽轉動桿，觀察太陽所指示數的變化，獲知正午太陽高度極大值和極小值對應的日期（圖10），完成圖10中正午太陽高度變化規律示意部分的填寫，進而總結正午太陽高度的變化規律。

【設計意圖】小組合作利用教具解決問題，提升地理實踐力，增強合作能力。探究過程符合具身認知理念，使學生更好地內化相關知識。

五、地理演示教具開發評價

教具制作完成后，為得到教具使用效果反饋，以進一步完善教具性能，筆者依據具身認知理論下地理演示教具制作原則設計了三級評價指標，構建了教具開發評價體系。為保證多角度評價，教具的評價由教具使用者，即學生與教師共同完成，師生評分各占教具總得分的50%。具體評分標準如表4所示。

在全國范圍內，不同學校的學生存在較大的學情差異，因而會形成對教具功能與特性的不同需求。教師在制作并運用“地球運動解構儀”開展教學活動后，可根據實際學情對該教具進行“二次開發”，以獲得最佳教學輔助效果。

除“地球運動解構儀”外，該評價體系可廣泛用于基于具身認知理論自制的地理演示教具的評價。教師依據教具總得分宏觀評判教具的優劣，并具體分析各項三級指標的師生評分，完善教具的“短板”，以提升教具的教學輔助性能，優化學生學習效果，深化落實學生核心素養。

六、總結與展望

1.總結

“地球運動解構儀”教具的開發與應用，透射出具身認知理論統攝下地理演示教具開發的優勢。在具身認知理論的引領下，地理演示教具在制作上更注重學生的可操作性，有助于學生通過教具使用實現“身境交互”，進而更好地內化相關知識。基于具身認知理論的地理演示教具使用也更加注重學生的主體性，變傳統教具教學的“師授生看”為“生研師引”，使學生在運用教具進行實驗探究與問題解決的過程中提升地理實踐力與綜合思維，讓立德樹人的教育價值在學生身上真正彰顯。

2.展望

為更好地深化具身認知理論的引領，賦能地理演示教具的開發應用，在未來研發中應加強教具與學生的多感官交互，在視覺、觸覺基礎上，適當融入嗅覺、聽覺等元素，使教具更為生動形象地反映地理事象特征；在教具制作方面，可引導學生參與制作過程，使其在視覺與觸覺同時參與下初步構建知識框架；在教具應用方面，可鼓勵小組合作運用教具解決情境問題，在情境中實現“生—具”“生—生”和“師—生”的交互，在交互中形成更深的具身體驗，賦予傳統自制地理教具更加多元的教育意義，從而與新興技術在地理課堂中協同并進，共同豐富地理課程資源，協力創設交互性學習環境，助力學生全面發展，煥發傳統地理教具的時代價值。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］ 王瑋，強曉紅.DIY地理教具培養地理實踐力［J］.地理教學，2018（10）：38-40，37.

［3］ 趙欣.具身認知視角下的課堂活動設計——以“水循環”為例［J］.地理教育，2021（12）：23-25.

［4］ 翟賢亮.從具身認知的基本屬性到邊界條件：祛魅與新立［D］.長春：吉林大學，2018.

［5］ 中國大百科全書總編委會.中國大百科全書［M］.北京：中國大百科全書出版社，2009.

［6］ PLASS J L，HOMER B D，HAYWARD E O.Design factors for educationally effective animations and simulations［J］.Journal of computing in higher education，2009，21（1）：31-61.

通信作者：張利敏