任虎虎

(江蘇省太倉高級中學(xué) 江蘇 蘇州 215411)

1 對具身認(rèn)知的認(rèn)識

基于對身心二元論的批判和反思，引發(fā)了將主體身體體驗引入認(rèn)知過程的身心一元論的第二代認(rèn)知科學(xué)產(chǎn)生，即具身認(rèn)知.鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)為具身認(rèn)知理論建構(gòu)奠定了生理基礎(chǔ).硏究表明，主體在表征、加工或運用抽象概念時，由對物體的觀察或操作而誘發(fā)的運動系統(tǒng)的激活過程，實際上就是“鏡像神經(jīng)系統(tǒng)的激活”過程.傳統(tǒng)教學(xué)三要素是教師、學(xué)生和知識，它們之間的關(guān)系如圖1所示，具身認(rèn)知認(rèn)為教學(xué)是四要素，包括教師、學(xué)生、知識和環(huán)境，它們之間是通過身體聯(lián)系在一起的，如圖2所示.

圖1 傳統(tǒng)教學(xué)三要素

圖2 教學(xué)四要素

基于具身認(rèn)知的學(xué)習(xí)過程是一種“學(xué)習(xí)中行動——行動中反思——反思中實踐——實踐中建構(gòu)”的螺旋式上升過程.學(xué)習(xí)者在特定思想、觀念的引導(dǎo)下展開對世界和人自身的多方面作用，即“學(xué)習(xí)中行動”.其間不斷對思想觀念、行動本身及其成效進(jìn)行思考和自省，即“行動中反思”.在此基礎(chǔ)上，將反思的結(jié)果轉(zhuǎn)為現(xiàn)實的行動，即“反思中實踐”.最終，在實踐中建構(gòu)出更實質(zhì)、更綜合的知識框架和行動經(jīng)驗，即“實踐中建構(gòu)”.顯然，具身學(xué)習(xí)是行動與反思協(xié)調(diào)驅(qū)動的過程.它注重身與心的統(tǒng)一，強調(diào)實踐與經(jīng)驗的互動，構(gòu)建身心合一的個體實踐性知識.

2 基于具身認(rèn)知的物理抽象概念教學(xué)

高中物理知識性強，對學(xué)生思維的要求較高，很多物理概念的理解需要學(xué)生自己內(nèi)化和反思，并且有些物理概念與生活中的現(xiàn)象相悖.初中學(xué)生主要是培養(yǎng)形象思維，而高中學(xué)生必須由形象思維上升到抽象思維，需要將具體的實物或過程抽象為理想化的模型，比如質(zhì)點、自由落體運動等.

基于具身認(rèn)知的具身學(xué)習(xí)是幫助學(xué)生深刻理解物理抽象概念本質(zhì)與意義的有效途徑，通過具身化的學(xué)習(xí)、隱喻和表達(dá)將抽象的、靜態(tài)的和符號的物理概念“還原”“激活”和“打開”，讓物理教學(xué)回歸學(xué)生的生活世界，回歸學(xué)生的經(jīng)驗，通過創(chuàng)設(shè)問題情境促進(jìn)學(xué)生多維體驗，在體驗中對話、在對話中反思、在反思中成長.

物理抽象概念之所以抽象是因為它是去情境化的，有些甚至是脫離學(xué)生的生活世界，是抽象思維的結(jié)果.教學(xué)中教師需要還原物理概念建立的過程情境，通過實驗探究、類比等方法讓學(xué)生具身體驗?zāi)Ｐ鸵徊讲綐?gòu)建的過程，深度理解物理抽象概念的內(nèi)涵，創(chuàng)設(shè)生活化的問題情境進(jìn)行應(yīng)用，活化物理抽象概念.

3 基于具身認(rèn)知 促進(jìn)物理抽象概念構(gòu)建的教學(xué)策略

3.1 創(chuàng)設(shè)實驗情境 顯化物理抽象概念

還原物理抽象概念的建立過程，通過創(chuàng)設(shè)針對性的、具體的實驗情境，外顯物理抽象概念的內(nèi)涵和本質(zhì)，讓學(xué)生切身經(jīng)歷視覺、聽覺和或觸覺的體驗，深度理解物理抽象概念.

教學(xué)案例：如圖3所示電路，引導(dǎo)學(xué)生思考兩個問題：單刀雙擲開關(guān)S→1的時候電路是什么接法？S→2時電路是怎樣的？

圖3 電容器充、放電示意圖

接下來展示筆者自制的電容器充、放電實物線路板，如圖4所示，外接電源、電流表和電壓表， 讓一名學(xué)生操作，其他學(xué)生仔細(xì)觀察電流表和電壓表的指針偏轉(zhuǎn)情況.

圖4 自制電容器充、放電實物圖

引導(dǎo)學(xué)生描述：(1)開關(guān)S→1時有什么實驗現(xiàn)象？(2)S斷開(不接1也不接2)有什么現(xiàn)象？(3)S→2時有什么實驗現(xiàn)象？

當(dāng)S→1時，具身體驗到：電流表指針向右偏轉(zhuǎn)后很快終擺回“0”刻度，電壓表指針向右擺動到某個值后不動；當(dāng)S斷開時，體驗到：電流表指針還在“0”刻度不動，電壓表指針在緩慢地向“0”刻度移動；當(dāng)S→2時，電流表指針向左偏轉(zhuǎn)后很快又?jǐn)[回“0”刻度，電壓表指針迅速擺回“0”刻度.

針對上述學(xué)生的體驗，通過問題驅(qū)動與學(xué)生深度對話幫助學(xué)生認(rèn)識電容器的作用.

師：電流是怎么形成的？

生甲：自由電荷的定向運動.

師：S→1時，流過電流表的電荷有沒有穿過電容器？為什么？

生乙：沒有，從電容器的結(jié)構(gòu)可以看出兩個極板彼此絕緣.

師：那么流過電流表的電荷去哪里了呢？

生丙：只能儲存在電容器的極板上.

師：所以電容器的作用是什么？

生?。喝菁{電荷的儀器.

師：這個過程叫電容器的充電，容納電荷后，兩極板間有電勢差，此時它有對外做功的能力，也就是它也儲存了電能.

師：S→2時，流過電流表的電流為什么和S→1時相反？

生戊：此時電容器的兩個極板被直接接在一起，電容器要放電，所以和充電過程自由電荷移動的方向相反.

要研究電容器容納電荷本領(lǐng)的大小，就得研究電容器容納的電荷量Q和兩極板電勢差U之間的關(guān)系.借助DIS實驗平臺的電流傳感器和電壓傳感器.用電流傳感器和電壓傳感器代替剛才的電流表和電壓表進(jìn)行實驗.

為了學(xué)生具身體驗實驗操作的過程，學(xué)生獨立完成這一過程，一名同學(xué)前面操作，如圖5所示.

圖5 學(xué)生具身體驗

其他學(xué)生記錄實驗數(shù)據(jù)，讓開關(guān)S→1時，記錄下電壓傳感器讀數(shù)和計算機顯示的I-t圖像，如圖6所示.

圖6 充電電流圖像

師：對于測量得到的I-t圖像，如何得到電容器的電荷量？

生己：計算圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積？

師：你是怎么想到的？

生庚：類似于v-t圖像和F-x圖像的面積.

點擊軟件“數(shù)據(jù)分析”中的“積分”選項，就可測出電容器的電荷量.電容器a測5組數(shù)據(jù)，測完后再換另一個電容器b進(jìn)行測量，將所測數(shù)據(jù)記錄在表1中.

表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表

為了形象直觀地反映出Q與U間的關(guān)系，讓學(xué)生切身做出兩個電容器的Q-U圖像，如圖7所示.

師：從圖像中能得出什么結(jié)論？

生辛：對于同一個電容器，Q與U成正比，即Q與U的比值不變，不同的電容器Q與U的比值不同.

師：這個比值越大說明什么？

圖7 Q和U的圖像關(guān)系

生壬：說明在相同電壓下，能夠容納的電荷越多.

3.2 類比相似概念 內(nèi)化物理抽象概念

一些物理抽象概念脫離了學(xué)生的生活背景，尤其電磁學(xué)中的部分概念，此時可以尋找一些相似的、學(xué)生熟悉的物理概念，采用類比的科學(xué)思想方法，增強具身效應(yīng)，喚醒學(xué)生的已有經(jīng)驗，幫助學(xué)生內(nèi)化物理抽象概念.

教學(xué)案例：在實驗探究的基礎(chǔ)上，可以通過類比的方法進(jìn)一步深化對電容器電容的理解.

類比生活中熟悉的盛水容器，如圖8所示，向兩個不同底面積的圓柱形容器中加水到相同高度，如1 cm，根據(jù)體積計算公式：V=Sh可知，底面積大的容器裝的水多，我們就說底面積大的容器容納水的本領(lǐng)強.可以將電勢差U類比高度差h，總電荷量Q類比總體積V，電容器的電容C類比盛水容器的底面積S.從而內(nèi)化電容器電容的物理意義：表示電容器容納電荷本領(lǐng)大小，電容越大，表示容納電荷的本領(lǐng)越強.

圖8 類比盛水容器

3.3 解決實際問題 活化物理抽象概念

物理與生活密切聯(lián)系，新課標(biāo)倡導(dǎo)通過學(xué)生活動體驗，認(rèn)識“科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境(STSE)”間的關(guān)系，通過設(shè)計待解決的實際學(xué)習(xí)任務(wù)或問題，拉近物理知識和生活的距離，體現(xiàn)具身性，應(yīng)用所學(xué)知識和方法，活化物理抽象概念.

教學(xué)案例：展示如圖9所示水塔照片，創(chuàng)設(shè)待解決實際問題.姜師傅是某自來水廠的水電工，他一天要檢查自來水水塔水位好幾次，由于水塔很高、腿腳不便，他想能有一個自動測定水位高度的儀器就輕松多了.你能用今天所學(xué)知識幫他設(shè)計一個嗎？

圖9 水塔

為解決這個問題，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型：將自來水視為絕緣體，當(dāng)水位下降后，上方的的空間被空氣“占領(lǐng)”，這個過程中電介質(zhì)在不斷減小.可以在水塔的外圈貼上一層錫箔，在中間插入一不銹鋼管，構(gòu)成電容器的兩個極板.當(dāng)水位下降時，電容器的電容將不斷減小，也就是電容器的電容和水位的下降情況存在對應(yīng)關(guān)系，從而可以通過測量電容來知道水位的下降情況.通過這些實際問題解決，活化對電容器電容的理解.

還可以介紹超級電容器，推薦學(xué)生課后觀看CCTV10(科教頻道)在2016年12月19日《走進(jìn)科學(xué)》播出的“超級電容”節(jié)目，了解超級電容在生活中的廣泛應(yīng)用，讓學(xué)生具身體驗到生活即物理、物理即生活.