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(jīng)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(chuàng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)驗，參與感官越多，獲得的信息就越豐富，與環(huán)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(huán)”一節(jié)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(jié)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(huán)過程的重要作用。對于“蒸騰作用”這一概念，大多數(shù)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(huán)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(tài)形式散發(fā)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(fā)的過程不可見，需要讓學生體會水分從植物體內散發(fā)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(huán)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(tài)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)蒸騰作用的現(xiàn)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(fā)生的移動。學生根據(jù)出現(xiàn)的實驗現(xiàn)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(shù)量對植物生存的意義。該實驗能夠激發(fā)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(tài)”“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(xù)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(xiàn)象。學生會自然地想到：每組實驗現(xiàn)象的不同是由于單一變量造成的。于是，通過實驗現(xiàn)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(shù)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(shù)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(xiàn)出來。以上教學環(huán)節(jié)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(tài)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(fā)生的變化，并結合宏觀和微觀層面觀察到的現(xiàn)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(tài)，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(tài)。學生發(fā)現(xiàn)在高滲溶液中的鴨跖草變軟，清水中的鴨跖草硬挺，聯(lián)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(wèi)細胞結構，學生觀察到保衛(wèi)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(wèi)細胞在吸水、失水過程中，細胞形態(tài)發(fā)生的不規(guī)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(wèi)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(jù)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(wèi)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(tài)，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(wèi)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(fā)展促成長

3.1 知識與經(jīng)驗的動態(tài)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(jù)學生的認知規(guī)律和概念層級設計實驗。從“植物拔河比賽”的裝置介紹出發(fā)，引發(fā)學生的直觀感受，后續(xù)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(fā)展規(guī)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(fā)揮學生的主體性，給學生創(chuàng)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(fā)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(xù)知識的學習和思維能力的培養(yǎng)。

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(tǒng)教育觀的挑戰(zhàn)［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.