基于“具身認知”理論的微項目學習范式探索

基金項目：本文系江蘇省科學“十三五”規劃重點自籌課題“基于教師高階反思的高中物理學科單元有效教學設計與實施研究”（課題編號：B-b/2020/02/160）的階段性研究成果。

摘" 要：本文以“運動的合成與分解”［1］的教學為例，探索基于“具身認知”理論的微項目學習范式。即以具身體驗的微項目情境為中心，創建多模態互動的探究活動，引導學生進行深度學習，以促進學生高階思維的發展；通過引入生活情境中的有關問題及其解決，以達到提升學生核心素養的目的。

關鍵詞：具身認知；微項目學習；高階思維

“三新”（新課程、新教材、新高考）背景下的高中物理教學強調發展學生的核心素養，［2］“以學生為中心”的要求被提升到了前所未有的高度。此背景下，項目化學習（PBL）成為熱點，項目化學習對于學生高階思維的發展、綜合能力的提升有著重要的意義。但項目化學習往往需要更加完善的設計、更長時間的準備、更多課時的支撐，所以在真實課堂中難以真正落地。本文通過微項目學習范式的研究和嘗試，探索解決這些矛盾的有效途徑。

認知理論的發展為研究學生的學習行為和思維發展提供了科學依據。其中“具身認知”在近些年越來越多地出現在教育工作者的視野中。鑒于目前教學普遍存在教師單向輸出，忽略學生身體參與的情況，這一認知概念發展了“做中學”的教學理念。該認知理論指導下的教學更加強調基于學生視角來設計教學環節，圍繞學生實際的身體體驗來開展學習活動。

本文以人教版物理必修第二冊第五章“拋體運動”的第二節“運動的合成與分解”教學為例，探索基于“具身認知”理論的微項目學習范式。

1" 概念辨析

1.1" 具身認知

具身認知緣起于哲學界對“身心二元論”的批判反思，指通過身體作用于世界的活動來參與和發展認知，并影響思維、判斷、態度和情緒等心智。該理論提出認知的基本單元是大腦—身體—環境的動態

耦合體，說明了認知主體如何參與不同情境，以何種方式與環境進行積極主動的交互，指出有機體的多模態感知活動在認知活動中占有核心地位。［3］通過有效設置符合具身認知理論的教學環境、教學場景，運用合理的教學手段、教學方式，可以促使學生具身學習的有效發生，促進學生在感知、交互和體驗中，進行深度學習，發展高階思維，提升核心素養。［4］

1.2" 微項目學習

不同于宏觀的項目化學習，微項目學習立足于但不僅僅局限于某個知識點、某種科學方法、某個教學場景，依托于但不僅僅局限于課堂教學片段、學生探究活動、學生實踐體驗，是基于微觀視角、立足于小而精，結合學生發展需求，所創設的符合學生認知規律的教學活動。本文所討論的微項目學習則是根據某一課時的學習目標，以適合的情境或項目為中心，圍繞其設計一系列的學習活動。

2" 基于“具身認知”理論的微項目學習范式

2.1" 合理設置，創設促進具身體驗的微項目情境

根據“具身認知”理論，有效的學習應當基于學生的身體感知，并逐步深入，直至影響認知發展，設置適切的具身型微項目學習活動，能夠讓學生進行真實的具身體驗，觸發有效的具身學習，從而發展深度的具身認知。［5］有效的、符合“具身認知”理論的微項目學習活動應當具有以下特征：

（1）具備具身特性，注重學生真實體驗；

（2）提升學生學習熱情和興趣，調動學習積極性；

（3）促進學生模型建構能力的發展；

（4）便于作為中心任務進行進一步的深度分析；

（5）便于從教師教學視角轉化為學生的研究視角，踐行“學習即研究”的理念。

2.2" 多元呈現，創建多模態互動的探究活動

利用更多的實驗手段以及信息技術方法引導學生進行更為科學的深入探究，同時通過視頻播放、學生參與、引導輸出等方式，調動學生觸覺、聽覺、視覺等多感官參與，創建多模態的互動環境，有效地提升學生的直觀感受，推動學生探究能力的發展。

2.3" 問題驅動，引導學生深度學習，促進高階思維的發展

圍繞微項目學習活動，設置適合且符合學生認知邏輯的驅動型問題串或問題鏈，促進學生圍繞著具身體驗開展有效地深度學習，培養學生的科學思維，通過基本問題到提升問題的設置，進一步促進學生高階思維的發展。

2.4" 學以致用，展現生活場景，解決實際問題

將圍繞微項目學習活動所獲取的相關知識進行適當延伸，培養學生用所學知識解決實際問題的能力，培養學生“物理源自于生活”的基本認識，教會學生用科學的眼光看待生活中的各種現象，并逐步能夠應用科學原理來理解并解釋生活現象。

2.5" 主題升華，有效提升學生核心素養和價值認知

教學的目的是學生的發展，學生發展的核心最終要落實到素養的提升。其中，物理觀念、科學思維、科學探究到科學態度和責任這些核心的培養都需要教師在整個教學過程中潛移默化地進行。基于具身認知的微項目學習讓學生有機會在各種真實的體驗活動中發展自我，再加以有效引導，促使學生逐步發展核心素養，樹立正確的科學態度，進而提升積極的價值認知。

3" 具身認知視域下的微項目學習案例分析

3.1" “運動的合成與分解”課時目標

會根據研究問題的需要建立合適的平面直角坐標系，并用函數描述直線運動；理解合運動和分運動的概念，能對簡單平面運動進行合成與分解；通過運動的合成與分解，初步體會把復雜運動分解為簡單運動的物理思想，并能運用該思想解決類似的簡單問題。

3.2" 基于課本的傳統教學模式

基于課本內容結構的傳統教學模式通常以小船渡河問題作為導入，再利用“觀察紅蠟塊的運動”實驗引出合運動和分運動的概念；通過對紅蠟塊運動的分析引導學生理解坐標系的建立，通過對紅蠟塊軌跡的分析使學生逐步認識和理解運動的合成與分解。這種方式基于真實情境，圍繞學生已有的坐標系、函數關系等數學知識進行推導，包括了“情景體驗→實驗探究→理論分析”，通過逐步推進來引導學生實現運動的合成與分解的知識建構。

3.3" 具身認知視域下的微項目學習設計——以“運動的合成與分解”為例

課堂活動具體環節設計意圖

促進具身體驗的微項目活動騎平衡車射箭

（1）學生騎著平衡車勻速通過；

（2）學生靜止在原地發射玩具弓箭擊中目標；

（3）學生騎著平衡車勻速通過的同時，在原發射點沿垂直平衡車運動方向發射玩具弓箭，觀察是否能擊中目標。

多模態互動的

探究活動

多模態互動活動1：尺筆配合模擬射箭活動中箭身的運動

（1）兩位同學配合，一位同學向上移動直尺，另一位同學用鉛筆緊貼直尺水平畫線；

（2）兩位同學盡量都保持勻速運動，分析畫出的線的特點；

（3）移動直尺的同學盡量保持勻速向上，

另一位同學水平加速畫線。

通過兩位同學的配合，直觀再現了騎平衡車射箭活動中箭身的運動過程，讓學生有了真實的具身體驗；通過模擬不同的運動，使學生感受到兩個方向不同的運動合成的各種情況，同時也培養了學生的合作意識。另外，通過模擬一個方向勻速、另一個方向加速的合運動，使學生逐步意識到可以利用運動的合成與分解來研究曲線運動。

多模態互動活動2：追蹤紅蠟塊的運動軌跡

（1）展示紅蠟塊在豎直方向上的勻速上升運動；

（2）展示玻璃管在水平方向的運動；

（3）紅蠟塊勻速上升的同時水平移動玻璃管；

（4）讓學生在黑板上用粉筆追蹤紅蠟塊的運動軌跡并留下印記。

以經典的“觀察紅蠟塊的運動”實驗來模擬騎平衡車射箭活動中箭身的運動場景，讓學生進行追蹤，強化學生對合運動和分運動獨立關系的理解。

多模態互動活動3：利用合成分解演示儀進行運動的合成與分解的演示

發展高階思維的

深度學習基本問題

問1：如圖8所示，如果要準確擊中目標P點，則大致應該在哪個位置發射？

答1：應提前發射（例如在A點），其位置應保證v1和v2的合矢量方向剛好指向P點。

問2：如果僅增大v1，其余條件不變，則應該怎樣調整發射位置？

答2：應進一步提前發射（例如在B點），保證v1和v2的合矢量方向剛好指向P點。

問3：如果僅增大v2，其余條件不變，則應該怎樣調整發射位置？

答3：弓箭運動到P點的時間變短，所以應該晚一些發射（例如在C點），依然保證v1和v2的合矢量方向剛好指向P點。

問4：如果要在D點發射，應怎樣調整發射條件？

答4：此時v1和v2不再相互垂直，但也要保證v1和v2的合矢量方向剛好指向P點。

提升問題

問1：如果由于空氣阻力的影響，導致箭在沿箭身方向上的速度逐漸變小，那么箭在空中的軌跡大致如何？

答1：應該是一條曲線。

問2：如果考慮重力對實驗的影響，但忽略空氣阻力，預計目標點又有何變化？

答2：除了水平面內的運動，箭身還有豎直方向上的下降運動，所以目標點會下降。

問3：軌跡大致又如何？原因是什么？

答3：應該是一條曲線，因為豎直方向上箭在加速向下運動。

通過提升問題，讓學生深入思考空氣阻力以及重力對于箭身運動的影響。一方面讓學生通過思考，逐步掌握兩個不共線的變速運動合成的情況，從兩個勻速直線運動的合成過渡到變速運動的合成情況，再通過更深入的引導，進一步將學生的思維從二維空間拓展到三維空間，促進學生高階思維的發展。

展現生活場景，

解決實際問題小船渡河問題

問1：如何使渡河時間最短？

答1：船頭垂直于河岸。

問2：如何使渡河位移最短？

答2：應使合位移方向垂直于河岸。

問3：要使合位移方向垂直于河岸，是否需要滿足什么要求？

答3：需要使船速大于水速。

課后思考：如果水速大于船速，是否存在最小位移呢？如果存在，最小位移又是多少？

小船渡河問題是運動的合成與分解的經典問題，讓學生在掌握運動的合成與分解的思想方法后進行基于真實問題的應用。

展現生活場景，

解決實際問題

噴泉的運動

問1：如何研究噴泉的運動？

答1：可以分解為水平方向和豎直方向兩個方向的運動。

問2：這兩個方向分別是什么運動？

答2：水平方向是勻速直線運動，豎直方向先向上做勻減速運動，再向下做勻加速運動。

學生通過討論來研究噴泉的運動，發展了學生的合作和表達能力，同時強化了把復雜運動分解為簡單運動來進行研究的觀念和意識。

提升科學態度的主題升華教學片段1

在學生騎平衡車射箭的活動之后，教師適時提出問題。

問1：箭身在運動過程中受到哪些因素的影響？

答1：重力和空氣阻力等。

問2：如果想要研究箭身在水平方向上的運動應該怎么辦？

答2：從上往下看（即俯視）箭身的運動。

問3：箭身沿水平方向的運動是否受到空氣阻力的影響？

答3：有影響，但是影響很小，可以忽略不計。

教師總結：所以，為了研究箭身在水平方向的運動，從上往下看，就可以消除重力的影響，箭身在水平方向上的運動是這節課研究的中心任務；另外，空氣阻力的影響很小，可以忽略不計，我們在研究過程中需要抓住主要矛盾，忽略次要矛盾。

教學片段2

教師課末總結：這節課我們學習了運動的合成與分解，從一維的直線運動進入了二維的平面運動的世界。有了這個方法，我們甚至還可以研究更為復雜的三維空間中的運動，只需要把這些復雜運動看作幾個方向的直線運動的合運動。生活中還有很多事物都可以利用類似的思想，即將復雜問題簡單化，今后我們遇到了復雜的問題，要學會思考如何將其分解成簡單的問題來處理。一方面，教師在這里需要適時地抓住機會引導學生進行有效的模型建構，在便于開展下一步研究的同時，有意識地發展學生模型建構的基本意識和能力。另一方面，引導學生學會在研究過程中突出主要矛盾忽略次要矛盾，也是培養學生科學態度的重要方面。

課堂中，適時跳出物理知識學習的局限，升華主題，培養學生的核心素養，著眼于學生的未來發展。

4" 結語

基于“具身認知”理論的微項目學習，是基于“具身認知”這一科學認知規律的嘗試，也是目前熱門的項目化學習在課時教學中有效落實的嘗試。筆者嘗試通過對其范式的實踐和研究，探索出促進學生深度學習、發展高階思維、提升核心素養的有效方案。遺憾之處在于未能通過實證研究進一步論證其對于學生所產生的影響。筆者相信隨著更多教育工作者的研究和嘗試，相關實踐和研究必定能夠得到更好的推動。

參考文獻

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［5］宋耀武，崔佳.具身認知與具身學習設計［J］.教育發展研究，2021，41（24）：74-81．