具身認(rèn)知理論框架下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)

陳穎 陸玫琳 桑芝芳

摘 要：心理學(xué)的眾多實(shí)驗(yàn)證明人的認(rèn)知是具身的，從而發(fā)展出具身認(rèn)知的理論框架，強(qiáng)調(diào)身體不僅僅是接收器和響應(yīng)器，同時(shí)也是認(rèn)知的一部分。本文嘗試將具身認(rèn)知的理論框架應(yīng)用到物理教學(xué)中，并以“超重與失重”為例進(jìn)行基于具身認(rèn)知的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：具身認(rèn)知；物理教學(xué)；超重與失重；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）11-0034-3

1 具身認(rèn)知理論框架簡述

具身認(rèn)知（Embodied cognition）理論框架與傳統(tǒng)認(rèn)知理論相比，它們的共同點(diǎn)是都承認(rèn)大腦對信息的處理、加工、存儲(chǔ)和提取功能，即對于大腦的認(rèn)知過程不存在異議。而兩者對于身體的作用則有不同的見解。傳統(tǒng)認(rèn)知理論認(rèn)為大腦的認(rèn)知過程是獨(dú)立于身體存在的，簡單來說就是認(rèn)知者的身體活動(dòng)，如動(dòng)作、姿勢、語言、表情等不會(huì)影響大腦對信息的認(rèn)知；而具身認(rèn)知?jiǎng)t認(rèn)為認(rèn)知者的身體活動(dòng)對認(rèn)知有著不可忽視的重要作用。大腦存在于身體，而認(rèn)知存在于大腦。與此同時(shí)，認(rèn)知者的思維也具有“具身性”，即認(rèn)知主體可以在思維中進(jìn)行情境模擬和體驗(yàn)。

從具身認(rèn)知的內(nèi)涵出發(fā)，認(rèn)知的具身性不是局限于身體參與，而是強(qiáng)調(diào)認(rèn)知主體——學(xué)生在認(rèn)知過程的參與性和主動(dòng)體驗(yàn)。在這個(gè)過程中，真正有意義的不僅是身體參與，更是思維的“具身性”[1]，也就是學(xué)生能充分調(diào)動(dòng)自己的經(jīng)驗(yàn)來解決任務(wù)。由于思維的具身性，學(xué)生可以通過假想情境，在思維中應(yīng)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)解決問題。因此，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)要注重學(xué)生的參與性和體驗(yàn)性，注重教學(xué)過程的情境性和互動(dòng)性，讓學(xué)生在體驗(yàn)和實(shí)踐中對知識(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，同時(shí)給學(xué)生創(chuàng)造調(diào)取體驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行思維模擬的機(jī)會(huì)。

參考Wilson M.的《Six views of embodied cognition》一文，筆者把具身認(rèn)知在教學(xué)中的應(yīng)用分為以下幾類：

第一，離線具身認(rèn)知活動(dòng)，即學(xué)生調(diào)取過去已有的經(jīng)驗(yàn)、體驗(yàn)、知識(shí)來解決當(dāng)前任務(wù)。

第二，在線具身認(rèn)知活動(dòng)，即學(xué)生借助當(dāng)前的情境、體驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用新習(xí)得的知識(shí)來解決當(dāng)前任務(wù)。

第三，思維模擬活動(dòng)，即學(xué)生借助過去的或當(dāng)前的經(jīng)驗(yàn)、體驗(yàn)、知識(shí)來解決設(shè)想的問題及未來可能出現(xiàn)的問題。

2 基于具身認(rèn)知理論框架的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)

以高中物理“超重與失重”這部分內(nèi)容為例，分別從課前、課上、課后三個(gè)階段以及上述三類應(yīng)用入手，探討這節(jié)課的教學(xué)，期望能夠使課堂具有完整性和體驗(yàn)性。

2.1 課前準(zhǔn)備

學(xué)生活動(dòng)：“你到底有多重？”要求學(xué)生測量自己在不同情境下的體重，記錄數(shù)據(jù)以及身體感受，分別是：（1）靜止站立在體重秤上；（2）站在體重秤上迅速下蹲；（3）站在體重秤上迅速站起；（4）站在體重秤上緩慢下蹲；（5）站在體重秤上緩慢站起。

具身分析：目的在于增加學(xué)生對超重、失重的即時(shí)體驗(yàn)，讓學(xué)生有準(zhǔn)確的經(jīng)驗(yàn)以供調(diào)取。

2.2 課堂教學(xué)

2.2.1 問題情境引入

要求學(xué)生分析運(yùn)動(dòng)過程。

給出問題：某運(yùn)動(dòng)員做蹦極運(yùn)動(dòng)（如圖1甲所示），從高處O點(diǎn)開始下落，A點(diǎn)是彈性繩的自由長度，在B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)員所受的彈力恰好等于重力，C點(diǎn)是第一次下落到達(dá)的最低點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員所受彈性繩彈力F的大小隨時(shí)間t變化的情況如圖1乙所示（蹦極運(yùn)動(dòng)視為豎直方向的運(yùn)動(dòng)）。試分析運(yùn)動(dòng)員從開始下落到最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程。

分析結(jié)果如表1所示。

具身分析：這是離線的具身認(rèn)知活動(dòng)。以問題引入，不僅能讓學(xué)生有一定的挑戰(zhàn)欲望，同時(shí)強(qiáng)制學(xué)生調(diào)取前面剛學(xué)過的牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行鞏固和應(yīng)用，使這部分內(nèi)容的教學(xué)形成整體。學(xué)生也可以充分利用初中的知識(shí)，給初高中的銜接和過渡提供鏈接。另外，初中的題目難度較低，能夠減輕學(xué)生的畏難感，同時(shí)可能會(huì)帶給學(xué)生一定的親切感，調(diào)動(dòng)課堂氣氛。

2.2.2 探究情境深入

結(jié)合學(xué)生課前準(zhǔn)備活動(dòng)所得的數(shù)據(jù)、“蹦極”問題的理論分析，指導(dǎo)學(xué)生對超重、失重的條件以及超重、失重與加速度的關(guān)系進(jìn)行探究和推理。

教師：若已知上述A—B的過程是失重，B—C的過程為超重，請同學(xué)們猜一猜什么情況下物體超重，什么情況下物體失重？

學(xué)生猜想1：當(dāng)T

學(xué)生猜想2：當(dāng)加速度a向下時(shí)，物體失重，反之超重。

教師：同學(xué)們的第一個(gè)猜想是正確的，當(dāng)物體所受的拉力或支持力的大小大于自身的重力時(shí)超重，反之失重。如果我們進(jìn)行受力分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)拉力大于重力時(shí)，加速度方向向上；拉力小于重力時(shí)，加速度方向向下，這么說來，猜想2也是正確的嗎？我們來看這樣一個(gè)例子。

問題：第4代戰(zhàn)斗機(jī)的加速度已達(dá)到7g（g為重力加速度），若這樣的戰(zhàn)斗機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)在豎直方向上以此加速度運(yùn)動(dòng)，試對被安全帶系在座位上質(zhì)量為m的飛行員進(jìn)行受力分析。

解答：對座椅上的飛行員進(jìn)行受力分析，受到豎直向下的重力以及座位給他向上的支持力，取向上為正，則N-G=ma；

當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)加速上升（或減速下降）時(shí)，a=7g，代入得到N=8mg，方向向上；

當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)加速下降（或減速上升）時(shí)，a=-7g，代入得到N=-6mg，方向向下。

根據(jù)超重、失重的定義，戰(zhàn)斗機(jī)以7g的加速度在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，它都處于超重狀態(tài)。所以猜想2是錯(cuò)誤的。

教師：那么超重、失重和加速度有沒有關(guān)系呢？有什么樣的關(guān)系呢？我們來看最常見的電梯的情境，請大家一起來分析在電梯里的貨物處于超重或失重狀態(tài)時(shí)電梯的加速度（觀看放有貨物的體重計(jì)在電梯中示數(shù)的變化視頻）。

結(jié)論：只有當(dāng)加速度向下且小于2g時(shí)，物體才處于失重狀態(tài)，其他都處于超重狀態(tài)。

教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧、總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，并強(qiáng)調(diào)超重、失重不是物體本身的重力發(fā)生變化，而是物體所處的一種狀態(tài)，該狀態(tài)下物體的支持力或拉力的大小稱為視重。

具身分析：這是在線的具身認(rèn)知活動(dòng)。讓學(xué)生經(jīng)歷探究過程，指導(dǎo)學(xué)生利用當(dāng)前的情境和知識(shí)，分析解決當(dāng)前的問題，也就是在線的具身認(rèn)知。通過學(xué)生自己的體驗(yàn)，形成探究性的思維，培養(yǎng)其探究能力。結(jié)合課前預(yù)習(xí)的數(shù)據(jù)結(jié)果，讓學(xué)生的即時(shí)體驗(yàn)得到理論支持，加深印象，同時(shí)方便學(xué)生把超重、失重的知識(shí)存儲(chǔ)在體重測量這樣的情境中，與生活實(shí)際聯(lián)系緊密。

2.2.3 應(yīng)用情境鞏固

情境1：回顧課前準(zhǔn)備的活動(dòng)過程，分析得到這些數(shù)據(jù)的原因，回答“你到底有多重”這一問題；

情境2：思考“如何才能用一只手把掛在彈簧測力計(jì)上的紙帶拉斷？”

情境3：觀看離心機(jī)在地球表面模擬加速度大于g時(shí)的超重、失重視頻。

具身分析：這是思維模擬的具身認(rèn)知活動(dòng)?；仡?、總結(jié)知識(shí)，給出實(shí)際可操作的情境，或可在腦海中進(jìn)行模擬的情境，邀請學(xué)生進(jìn)行分析，給學(xué)生反饋知識(shí)獲取情況的表現(xiàn)機(jī)會(huì)。

2.3 課后練習(xí)

2.3.1 習(xí)題鞏固

習(xí)題：如圖2所示，是電梯上升的v-t圖，若電梯的質(zhì)量為100 kg，則承受電梯的鋼繩受到的拉力在0～2 s之間、2～6 s之間、6～9 s之間分別為多大？（g取10 m/s2）

具身分析：布置與課堂探究情景過程相似的習(xí)題，幫助學(xué)生回顧課堂體驗(yàn)，強(qiáng)化記憶。

2.3.2 拓展體驗(yàn)

體驗(yàn)1：電梯上行、下行過程，尤其是剛啟動(dòng)時(shí)的身體感受；

體驗(yàn)2：體會(huì)汽車快速通過橋面下坡瞬間身體的垂墜感；

具身分析：提供學(xué)生調(diào)用已有知識(shí)解決生活問題的機(jī)會(huì)，提供新的體驗(yàn)機(jī)會(huì)，提供學(xué)生深入生活、深入思考的機(jī)會(huì)。

2.4 解答疑惑

在下一次課正式上課前，組織學(xué)生簡要討論拓展體驗(yàn)中的活動(dòng)心得，并解決學(xué)生提出的問題，保證教學(xué)的完整性。

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（欄目編輯 鄧 磊）