基于具身認知的高中物理學(xué)科教室建設(shè)

羅 成

(浙江省桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級中學(xué)，浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

新高考改革背景下,學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)科目的同時,走班選課教學(xué)大力推進,為保障課改的有效進行,學(xué)科教室建設(shè)成為高中學(xué)校的新任務(wù)．作為深化普通高中課改先行的浙江省,僅2017年,省教育廳就投入省級專項經(jīng)費1000萬元,資助全省公辦普通高中建設(shè)400個學(xué)科教室,加上地市及學(xué)校配套經(jīng)費,學(xué)科教室的建設(shè)可以說是浙江省保障高中課改的一項大投入．大投入如何取得大產(chǎn)出,必然要求站在教育教學(xué)的需要來建設(shè)學(xué)科教室．

1 具身認知與學(xué)科教室建設(shè)的關(guān)系

1.1 學(xué)科教室有利于學(xué)生的真實情境學(xué)習(xí)

學(xué)科教室是選課走班制度下,以服務(wù)師生學(xué)科教學(xué)為宗旨,促進學(xué)生在內(nèi)生動力驅(qū)使下主動學(xué)習(xí)的學(xué)科環(huán)境和學(xué)科資源的有效配置．學(xué)科教室的建設(shè)不單是教育投入與硬件升級的問題,更是新課改對教學(xué)組織和育人方式的變革提出的需要．學(xué)科教室建設(shè)要以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為邏輯起點,在學(xué)科教室建設(shè)與使用過程中促進學(xué)校學(xué)科體系建設(shè)和推動以學(xué)生為中心的教學(xué)方式提升．教育的發(fā)展不再是簡單的以知識為全部內(nèi)容的教育體系,新的學(xué)習(xí)方式更加強調(diào)真實的任務(wù)、真實的情境,強調(diào)跨學(xué)科,體驗性和實踐性．學(xué)科教室通過構(gòu)建學(xué)科情境,配置豐富的學(xué)科資源,在真實的情境中提升學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)動力,促成學(xué)生的深度學(xué)習(xí)和模型有的效建構(gòu)．

1.2 具身教育為學(xué)科教室建設(shè)提供了理論基礎(chǔ)

具身認知是心理學(xué)中一個新興的研究領(lǐng)域,具身認知理論主要指生理體驗與心理狀態(tài)之間有著強烈的聯(lián)系．具身認知的思想家主張思維和認知在很大程度上是依賴和發(fā)端于身體的,身體的構(gòu)造、神經(jīng)的結(jié)構(gòu)、感官和運動系統(tǒng)的活動方式?jīng)Q定了我們怎樣認識世界,決定了我們的思維風(fēng)格,塑造了我們看世界的方式．在具身認知理念下的具身學(xué)習(xí)十分重視環(huán)境的作用,關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的不同物理空間環(huán)境以及所含的各種要素和文化,在情境中把情感和認知學(xué)習(xí)結(jié)合在一起,實現(xiàn)心靈、身體、環(huán)境的相互激蕩,在情境中實現(xiàn)學(xué)生的真實體驗和思考．在具身課堂上,學(xué)習(xí)不再是單純的認知活動,情感已伴隨其中,相互觸動、相互補充．

《創(chuàng)設(shè)聯(lián)結(jié):教學(xué)與人腦》一書認為,人作為一個完整的生命系統(tǒng),在學(xué)習(xí)過程中身心各方面不是單一的而是聯(lián)結(jié)在一起的,包括認知、情感等都會整體地發(fā)展．作為服從人的發(fā)展需要的學(xué)科教室,不但需要適合學(xué)生學(xué)習(xí)方式變革的要求,要體現(xiàn)物理學(xué)科的教學(xué)特點,更要充分考慮學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程中的身心發(fā)展需要．

具身理念下的物理學(xué)科教室建設(shè),可以構(gòu)建與創(chuàng)設(shè)更為真實的體驗情境,為調(diào)動學(xué)生多種感知覺參與課堂活動提供條件,以引導(dǎo)學(xué)生以體認的方式認識世界,形成經(jīng)驗,促進學(xué)生物理問題的生成,幫助學(xué)生物理問題的探究解決．

2 具身理念下物理學(xué)科教室建設(shè)

物理學(xué)科教室建設(shè)要綜合考慮物理學(xué)科實驗為基礎(chǔ),建模為發(fā)展,探究與問題解決為教學(xué)特點的要求,以實現(xiàn)物理課堂的情境性、體驗性、參與性與交互性．在具身理念的指導(dǎo)下,可以從以下幾個方面進行綜合考慮．

2.1 擴大活動空間,為具身體驗提供充足的場地,將學(xué)生身體帶入學(xué)習(xí)探究過程

普通教室的布置以學(xué)生桌椅、講臺與黑板為主,現(xiàn)代的教室還配置交互式電子白板或一體機等,在普通教室適合講授式或?qū)υ捊虒W(xué)．但物理教學(xué)過程中,普通教室對物理實驗的可視性及學(xué)生實驗的體驗參與會有一定的影響．因此,在物理學(xué)科教室的設(shè)計中,要考慮學(xué)生對實驗參與的需要,這種需要不同于物理實驗室給學(xué)生提供實驗操作臺,而是需要創(chuàng)造一個大空間給學(xué)生具身參與運動體驗．更需要學(xué)生全身的參與和學(xué)生群體的加入．

有一個結(jié)合新實驗器材使用的創(chuàng)新體驗實驗,利用數(shù)字電容表可以測量出較小的電容,因此,我們可以構(gòu)建一個人體電容器,兩組學(xué)生并排對列作為電容器的兩個極板(圖1),各組一個學(xué)生接觸數(shù)字電容器的測試筆,改變兩列學(xué)生間面對面的距離來模擬改變電容器兩極板間距離d,改變兩隊人數(shù)或改變學(xué)生站立或下蹲的姿勢來模擬電容器兩極板正對面積的大小,數(shù)字電容器在學(xué)生的各種改變中顯示出不同的電容大?。@個實驗中,參與人數(shù)不受限制,而且參與的人越多,電容的變化范圍越大,局限性則是參加人員受活動空間影響,大空間的物理學(xué)科教室相比普通教室就有了明顯的優(yōu)勢．

麻省理工學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)物理課程中,我們看到教授用長近10 m,重十幾公斤的擺球做單擺實驗.在這個實驗中學(xué)生上臺做標記驗證單擺的等幅振動、教授自己又站在球上以增加擺球質(zhì)量驗證單擺振動周期與擺球質(zhì)量無關(guān).在震撼的表演中給學(xué)生心理的振動與視聽及運動的感受,用身體測量擺球的振幅與運動時間,其教學(xué)效果遠勝于我們在講臺上用鐵架臺與小擺球的演示．反觀有些學(xué)校的物理學(xué)科教室,為了美觀,將層高4.8 m的教室加個吊頂,變成3.8 m的標準辦公層高,使物理實驗在空間受限．大空間的營造不但能讓學(xué)生具身參與單擺、碰撞等真實過程,也可以架設(shè)高長的滑梯體驗力的分解與超重失重等,用身體測量運動過程中所受支持力的大小變化．

具身認知要求學(xué)生用身體器官參與課堂,促成學(xué)生全身心的參與課堂,在豐富的感知覺中獲得更多的物理信息．而學(xué)生群體的共同參與,更能促進學(xué)生的全身心參與．這就需要在物理學(xué)科教室的設(shè)計過程中,將學(xué)生桌椅相對集中,留出更多的活動空間讓學(xué)生參與活動體驗．

2.2 提供更多的具身刺激,為概念學(xué)習(xí)喚醒感官體驗,讓學(xué)生以豐富的知覺參與學(xué)習(xí)

普通的物理實驗室都會配置一定的實驗器材,可以滿足一般課堂教學(xué)演示實驗或分組實驗需要．但普通實驗或器材有時不能完全調(diào)動學(xué)生觸、聽、嗅、視、動等知覺系統(tǒng),作為物理學(xué)科教室應(yīng)該有比普通教室或?qū)嶒炇腋S富的體驗提供,而豐富的感官體驗不可能憑空想象,需要結(jié)合物理學(xué)習(xí)的需要給學(xué)習(xí)者實實在在的感官接觸與體味．物理學(xué)中較少涉及嗅覺的使用,因此,在物理學(xué)科教室的建設(shè)中,可從視聽與運動體驗來做具體設(shè)計．

圖2 提升自己

一是為學(xué)生肢體體驗提供條件,將不可見的物理概念轉(zhuǎn)化為對身體的刺激．例如,在電感和電容的教學(xué)中,有一個“人陣”實驗,可以讓全班成員牽手一起參加,一起感受電感線圈放電時產(chǎn)生的瞬間高壓,當強電流短時間通過人體的時候,“麻”的感覺就是“電流強度”、“電壓”等概念間建立起了更直接的聯(lián)系．再如圖2中“提升自己”的活動,通過兩組不同滑輪組的體驗,學(xué)生用雙手感受拉力的大小后進行滑輪的力學(xué)分析,在明確的結(jié)論導(dǎo)向下可以更好地進行受力分析．這些體驗,物理學(xué)科教室有著比普通教室更好的條件．

二是給學(xué)生光與影的觀察,用視覺刺激豐富學(xué)生的物理體驗．在物理學(xué)科教室中,光的色散與干涉等都因呈現(xiàn)精美的圖像而深受學(xué)生喜愛,從而降低了物理光學(xué)的學(xué)習(xí)困擾,普通的物理實驗中,通過平面鏡及棱鏡等進行光學(xué)實驗,學(xué)生雖然可以觀察到一般的光學(xué)現(xiàn)象,而在物理學(xué)科教室中,通過設(shè)置大型的棱鏡與平面鏡組,做成一個較大的“萬花筒”,學(xué)生自己作為成像對象進行觀察,可以獲得更好的實驗體驗(圖3)．而天體物理與原子物理等內(nèi)容的學(xué)習(xí)中,或因我們生活的空間相對太小無法感受宇宙的運動,或是研究對象過于微觀而在普通生活中無法觀察,以至于學(xué)生在這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)中困難重重．在物理學(xué)科教室,可以引入VR體驗設(shè)施,通過VR體驗星際航行、感受原子聚變與裂變的情況,讓物理現(xiàn)象從遙不可能變得直觀真實(圖4)．

圖3 體驗萬花筒

圖4 VR體驗

三是給學(xué)生觸覺體驗,把不能觀察的轉(zhuǎn)化為具身的感覺．較于傳統(tǒng)的“聽說”課堂,調(diào)動學(xué)生的觸覺體驗無疑是學(xué)科教室的一大優(yōu)勢．例如對于大氣質(zhì)量及壓強的概念,傳統(tǒng)的教學(xué)中除了理論與現(xiàn)象的分析,也會輔以一定的實驗,如用直尺撬動給一張鋪在桌面的報紙,以顯示大氣的真實存在．而在學(xué)科教室中,則可以制作一個密集的“釘床”,讓學(xué)生踩踏或椅靠,每一個釘子對皮膚的刺激相當于一個氣體分子撞擊容器壁的產(chǎn)生的力量,從而讓學(xué)生對氣體壓強的產(chǎn)生形成更為形象的認識．

2.3 展示科技生活史料,為興趣激發(fā)營造標識化科學(xué)環(huán)境,在沉浸式感染中促進學(xué)習(xí)者投入

具身認知理論認為學(xué)習(xí)資源在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機的激發(fā)和維持,以及指導(dǎo)學(xué)習(xí)者高效學(xué)習(xí)有較強的作用．教師的新型教學(xué)策略的設(shè)計也會需要更多的場景與器件,現(xiàn)代的物理教學(xué),不一定非要實驗室的標準化器材才能完成相關(guān)的實驗或演示．因此物理學(xué)科教室的布置,也可以引入生活中的科技史料,讓學(xué)科教室更具時代感與“物理味”．

一是時代感的生活體驗．我們可以將老式縫紉機與自行車放進物理學(xué)科教室,讓學(xué)生感受上世紀80年代生活的時同時,能更多的在動手體驗中了解圓周運動中的各種傳動關(guān)系;通過“家庭電器歷史展”,比較老式收音機,黑白電視機與現(xiàn)代電子產(chǎn)品的區(qū)別,也可以用老電視的顯像管做電子偏轉(zhuǎn)實驗,更真實地探究電與磁的世界．失之交臂的東西對一般的人來說更具有吸引力,上世紀的生活場景總能激發(fā)21世紀學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．擺弄上世紀80年代“三大件”與電子產(chǎn)品,在激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣的同時,這些“史料”更接近高中物理知識的工作原理,為學(xué)生的具身學(xué)習(xí)創(chuàng)造了機會．

二是標識化的物理學(xué)習(xí)環(huán)境．沉浸式的環(huán)境,以其“帶入感”促進學(xué)生的知覺體驗．物理學(xué)科教室的建設(shè),可以讓天花板、墻壁、地板、桌椅等都成為物理學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的載體．裝飾成“八星繞日”的天花板與吊頂,噴繪上偉大物理實驗的窗簾,物理學(xué)家的靜態(tài)雕塑與掛圖,在軟裝上可以凸顯物理的味道;放置老式電話、打字機、收音機、電視機的展示架,擺放物理學(xué)習(xí)資料與科技書刊的圖書柜,硬件的豐富為物理教室增添科技的元素．

2.4 可變的空間布局,靈動師生位置,實現(xiàn)教與學(xué)的立體交互

由于抽象概念不能從外部世界的知覺狀態(tài)中直接獲得, 所以我們不能通過“看”或者“聽”直接得到抽象概念,語言工具理論(Language tool theory, Borghi & Cimatti, 2010)認為語言學(xué)習(xí)、人際交流才是抽象概念獲得的基礎(chǔ)．當然,學(xué)生的具身體驗也包括語言的輸入與輸出．能讓學(xué)生更好地進行人際語言體驗,也應(yīng)該是物理學(xué)科教室建設(shè)需要考慮的問題．物理學(xué)科教室應(yīng)該為師生對話交流創(chuàng)造更有效的師生共享的空間,讓師生進行合作交流．

開放式教師座席,為師生對話打開時空限制．如圖5所示，我們在學(xué)科教室的黑板側(cè)方設(shè)置教師開放式座席區(qū),席后放置學(xué)科參考資料、常用教學(xué)儀器與電子白板．除了教師辦公備課與個別輔導(dǎo),更方便師生及時對話互動與交流．在對重點問題的討論過程中,教師可以及時借助電子白板或物理實驗儀器進行演示,也可以讓學(xué)生自己通過實驗或探究尋找正確的答案．

(a)

(b)

聽做分區(qū),保證聽課的交流與實驗的近距指導(dǎo)．在教室整體空間布局上,將實驗操作區(qū)與學(xué)生聽課區(qū)相對分開,學(xué)生聽課區(qū)采用可移動的一體式聽課椅,保證師生間合適的距離,同時避免普通實驗室中教師講課時學(xué)生擺弄實驗器材帶來的干擾．必要時,可以通過講學(xué)區(qū)的課椅的移動實現(xiàn)大空間布局,以方便更多學(xué)生參與的具身體驗．在實驗區(qū),教師也能擴大觀察面,及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗操作過程中的問題,并近距離提供指導(dǎo)．

“BBS”留言與互動．在教室墻壁的處理上,留下一個學(xué)生學(xué)習(xí)成果討論與展示板,讓學(xué)生可以用便簽紙將自己學(xué)習(xí)中遇到的問題公布出來,讓其他學(xué)生進行BBS式交互解答,或?qū)W(xué)習(xí)過程中的照片張貼出來,從而真正構(gòu)建教與學(xué)的雙向互動情境,增強學(xué)生對物理學(xué)科學(xué)習(xí)的熱愛．

學(xué)科教室是新的教學(xué)改革背景下的新產(chǎn)物,更齊全的學(xué)習(xí)場景、更靈活的交互空間,更豐富的具身體驗.這些都將在學(xué)生物理觀念學(xué)習(xí),科學(xué)思維培養(yǎng)、科學(xué)探究方法等方面產(chǎn)生更大的作用．