中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2025）7-0025-5

具身化學(xué)科實(shí)踐理論基于對(duì)傳統(tǒng)知識(shí)二維探究模式的批判性重構(gòu)，其本質(zhì)在于將學(xué)科概念的理解過程還原為知識(shí)創(chuàng)生的真實(shí)情境。物理概念理解不應(yīng)停留于條件記憶與公式套用，而應(yīng)根植于學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)的認(rèn)知活動(dòng)中[1]。當(dāng)學(xué)習(xí)者置身真實(shí)問題解決場(chǎng)域時(shí)，概念不再是被灌輸?shù)撵o態(tài)結(jié)論，而是隨著實(shí)踐探索逐漸生成的動(dòng)態(tài)認(rèn)知產(chǎn)物。以“二力平衡\"教學(xué)為例，通過設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)“搭建一個(gè)符合要求的平衡裝置”，驅(qū)動(dòng)學(xué)生親歷搭建傾斜結(jié)構(gòu)并遭遇連續(xù)失敗的過程，復(fù)現(xiàn)科學(xué)史上平衡條件的發(fā)現(xiàn)邏輯，即教材中簡(jiǎn)潔的二力平衡條件，實(shí)則是無數(shù)實(shí)踐試錯(cuò)中提煉出的經(jīng)驗(yàn)結(jié)晶。

1 概念教學(xué)的現(xiàn)實(shí)困境

當(dāng)前物理概念教學(xué)中的“人知分離\"現(xiàn)象，即未將知識(shí)與學(xué)生發(fā)展的意義聯(lián)結(jié)的現(xiàn)象[2，其本質(zhì)反映出知識(shí)傳授過程中主體性建構(gòu)的缺失，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者與物理概念之間始終存在無法彌合的距離感，使概念體系如同懸浮在認(rèn)知表層的符號(hào)標(biāo)記，不能真正融人學(xué)習(xí)者的思維圖式。根源在于過度追求概念的條件化與結(jié)論化，將原本動(dòng)態(tài)的科學(xué)認(rèn)知過程簡(jiǎn)化為靜態(tài)的知識(shí)識(shí)記。例如，在教學(xué)“二力平衡\"時(shí)，教師簡(jiǎn)單演示實(shí)驗(yàn)后將二力平衡條件歸納為記憶口訣，沒有創(chuàng)設(shè)概念生成所需的問題情境，使物理規(guī)律建構(gòu)簡(jiǎn)化為缺乏認(rèn)知根基的形式化結(jié)論。盡管學(xué)生能記憶二力平衡“等大\"“反向\"“共線”三個(gè)條件，但在真實(shí)問題解決中常陷入認(rèn)知迷思，無法運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋特定現(xiàn)象。這種去情境化的教學(xué)阻斷了學(xué)習(xí)者通過具身實(shí)踐重構(gòu)概念意義的可能，導(dǎo)致認(rèn)知結(jié)構(gòu)的雙重割裂，既割裂了科學(xué)概念與生活經(jīng)驗(yàn)的自然聯(lián)系，也割裂了知識(shí)掌握與思維發(fā)展的共生關(guān)系，最終使概念理解淪為脫離學(xué)生思維的機(jī)械訓(xùn)練。

2 重構(gòu)認(rèn)知路徑的具身化學(xué)科實(shí)踐

具身化學(xué)科實(shí)踐通過認(rèn)知沖突情境設(shè)計(jì)與具身化的項(xiàng)目任務(wù)設(shè)計(jì)，重構(gòu)了概念理解的認(rèn)知路徑。具身化學(xué)科實(shí)踐根植于杜威“做中學(xué)”維果茨基社會(huì)文化理論和具身認(rèn)知理論，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知沖突的催化劑作用，當(dāng)學(xué)生用既有經(jīng)驗(yàn)解釋現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象產(chǎn)生矛盾時(shí)，這種認(rèn)知失衡狀態(tài)會(huì)激發(fā)強(qiáng)烈的探究動(dòng)機(jī)。在教學(xué)“二力平衡\"時(shí)，通過演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生觀察傾斜的可樂罐意外穩(wěn)定的現(xiàn)象，讓學(xué)生原本“物體直立才能平衡”的前概念受到?jīng)_擊，引導(dǎo)學(xué)生判斷裝有不同質(zhì)量液體的可樂罐的重心變化。在用吸管和回形針搭建一個(gè)符合要求的平衡裝置項(xiàng)目實(shí)踐中，學(xué)生通過調(diào)試吸管形狀，不斷修改重心位置，其本質(zhì)上就是在實(shí)踐中驗(yàn)證并內(nèi)化重力作用線必須通過支撐面的抽象概念。

具身化學(xué)科實(shí)踐強(qiáng)調(diào)具身認(rèn)知與概念建構(gòu)是一個(gè)螺旋上升的過程。當(dāng)學(xué)生身體介入實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，肌肉記憶與空間感知會(huì)形成獨(dú)特的認(rèn)知印記。學(xué)生調(diào)整吸管裝置配重時(shí)，通過手指尖感受重心的微妙變化，使共線條件轉(zhuǎn)化為具體可感的物理概念。這種身體經(jīng)驗(yàn)與思維抽象的雙向互動(dòng)，遠(yuǎn)比單純背誦更能形成持久認(rèn)知。具身化學(xué)科實(shí)踐與傳統(tǒng)探究式學(xué)習(xí)的差異如表1所示。

表1具身化學(xué)科實(shí)踐與傳統(tǒng)探究式學(xué)習(xí)的差異

具身化學(xué)科實(shí)踐最終指向核心素養(yǎng)的整體培育。教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生分析意大利比薩斜塔等非常規(guī)建筑的受力情況，需要綜合運(yùn)用平衡原理、材料特性、結(jié)構(gòu)工程等多維度知識(shí)，這種跨學(xué)科思維正是未來社會(huì)所需的關(guān)鍵能力。項(xiàng)目實(shí)踐中，學(xué)生努力使自己搭建的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定時(shí)，不僅是在驗(yàn)證物理規(guī)律，更是在體驗(yàn)工程師將理論轉(zhuǎn)化為技術(shù)的創(chuàng)造性過程。融合科學(xué)探究與工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，本質(zhì)上是在復(fù)現(xiàn)人類認(rèn)知世界的根本方式，即通過實(shí)踐生成知識(shí)，再用知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐，形成有價(jià)值的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

3 具身化學(xué)科實(shí)踐的教學(xué)探索

基于具身化學(xué)科實(shí)踐的物理概念教學(xué)四階模型，包含四個(gè)有機(jī)銜接的實(shí)踐階段（表2），即通過具身實(shí)驗(yàn)引發(fā)認(rèn)知沖突，通過建?；顒?dòng)實(shí)現(xiàn)概念建構(gòu)，借助項(xiàng)目實(shí)踐促進(jìn)知識(shí)的遷移運(yùn)用。該模型以問題鏈驅(qū)動(dòng)學(xué)科實(shí)踐，將抽象概念轉(zhuǎn)化為可操作的探究活動(dòng)，使學(xué)生在“做物理\"的過程中自然建構(gòu)知識(shí)體系，形成貫通理論與實(shí)踐的深層理解能力。這里以“二力平衡\"教學(xué)為例進(jìn)行具體闡釋。

表2基于具身化學(xué)科實(shí)踐的物理概念教學(xué)的四個(gè)實(shí)踐階段

3.1 具身感知：創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的實(shí)踐情境

具身感知階段通過設(shè)計(jì)有針對(duì)性的情境任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐體驗(yàn)，引發(fā)認(rèn)知沖突，瓦解前概念，激發(fā)對(duì)問題本質(zhì)的追問，為后續(xù)概念重構(gòu)奠定認(rèn)知基礎(chǔ)。

教學(xué)二力平衡時(shí)，教師設(shè)計(jì)了一個(gè)平衡挑戰(zhàn)活動(dòng)引入課堂教學(xué)，先將可樂罐（非滿罐）傾斜放置，罐身能保持平衡（圖1），瓦解了學(xué)生“物體直立才能穩(wěn)定\"的前概念。再要求各小組嘗試像老師那樣擺放課前發(fā)放的滿罐可樂。學(xué)生發(fā)現(xiàn)根本無法完成挑戰(zhàn)，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)對(duì)二力平衡條件的深度追問。教師適時(shí)布置項(xiàng)目任務(wù)：應(yīng)用所學(xué)知識(shí)搭建一個(gè)符合要求的平衡裝置。

圖1傾斜放置并保持平衡的可樂罐

3.2 概念建構(gòu)：探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維進(jìn)階

模型建構(gòu)階段通過階梯式實(shí)驗(yàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行概念建構(gòu)。學(xué)生在操控變量、解析異常現(xiàn)象的過程中，逐步提煉生活現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律，完成從現(xiàn)象描述到理論建模的認(rèn)知轉(zhuǎn)變。

（1）科學(xué)猜想階段的迷思與啟迪

實(shí)踐表明，學(xué)生進(jìn)行二力平衡的共線條件猜想時(shí)存在明顯的不平衡性。在未進(jìn)行預(yù)習(xí)指導(dǎo)的情況下，筆者所帶三個(gè)班（147名學(xué)生）僅6人能自主提出二力平衡的共線猜想，遠(yuǎn)低于等大、反向等其他平衡條件七成以上的提出率。這緣于日常生活中力的作用線無法直接觀察，導(dǎo)致學(xué)生形成了“對(duì)稱即平衡”的迷思概念。

針對(duì)這一情況，筆者在教學(xué)時(shí)設(shè)計(jì)構(gòu)建了三階認(rèn)知支架強(qiáng)化共線條件的建構(gòu)：第一階，運(yùn)用磁吸式方向線標(biāo)記裝置，將抽象的作用線轉(zhuǎn)化為可觸摸、可調(diào)節(jié)的實(shí)體；第二階，創(chuàng)設(shè)非共線非平衡情境，引發(fā)認(rèn)知沖突；第三階，設(shè)置工程項(xiàng)目任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中自發(fā)應(yīng)用共線條件。該策略通過可視化工具消解認(rèn)知盲區(qū)，借助實(shí)驗(yàn)重構(gòu)概念體系，最終達(dá)成知識(shí)向工程思維的有效遷移。

（2）實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)化選擇蘇科版教材中選擇輕質(zhì)小卡片替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的木塊或小車是經(jīng)過深思熟慮的。木塊與小車受力情況較為復(fù)雜，在水平面上拉動(dòng)木塊，木塊受5個(gè)力的作用，即2個(gè)水平方向的拉力，豎直方向的重力和支持力，水平方向的摩擦力；在水平面上拉動(dòng)小車，摩擦力可以忽略，小車還受4個(gè)力的作用。初中生正處于從具象思維向抽象思維的過渡階段，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需盡量避免復(fù)雜的受力因素干擾核心概念建構(gòu)。輕質(zhì)小卡片受到的微小重力可忽略不計(jì)，將它對(duì)角分別系一根細(xì)線，并將細(xì)線跨過支架上的滑輪，然后在線的兩端分別掛上鉤碼3（圖2）。此時(shí)，可以認(rèn)為它僅受2個(gè)水平方向的拉力作用，這種“純凈”的力學(xué)系統(tǒng)能讓學(xué)生排除摩擦力、支持力等干擾，聚焦對(duì)“等大”“反向”“共線\"等關(guān)鍵條件的觀察和探究。教學(xué)實(shí)踐表明，使用輕質(zhì)小卡片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的班級(jí)，在對(duì)二力平衡概念檢測(cè)中正確率明顯高于采用傳統(tǒng)木塊實(shí)驗(yàn)的班級(jí)，特別是對(duì)共線條件的理解準(zhǔn)確度顯著提升。這種實(shí)驗(yàn)器材優(yōu)化選擇策略，既減輕了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，又保障了科學(xué)探究的效度。

圖2二力平衡實(shí)驗(yàn)裝置

（3）動(dòng)態(tài)生成契機(jī)下的思維進(jìn)階

驗(yàn)證共線條件時(shí)，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)，如果將輕質(zhì)卡片旋轉(zhuǎn) 180^° （圖3），從數(shù)學(xué)的角度看兩個(gè)拉力也共線了，但實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻是松手后輕質(zhì)小卡片并不能保持平衡。這一非預(yù)期的結(jié)果，正是突破認(rèn)知瓶頸、理解平衡本質(zhì)的黃金契機(jī)。

圖3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

此時(shí)，需設(shè)計(jì)具身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建構(gòu)兩個(gè)概念，即物體保持平衡的能力取決于兩種狀態(tài)，穩(wěn)定平衡狀態(tài)與不穩(wěn)定平衡狀態(tài)：推倒不倒翁，松手后自動(dòng)擺正，這是穩(wěn)定平衡狀態(tài)；用筆尖豎直放在手上的鉛筆，松手后會(huì)倒下，這是不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過觸摸感知不倒翁底部沉重，鉛筆頭重腳輕，發(fā)現(xiàn)平衡狀態(tài)與物體重心位置密切相關(guān)。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生討論并生成小卡片旋轉(zhuǎn)后失衡現(xiàn)象的解析：

當(dāng)卡片在二力作用下靜止時(shí)，拉力的作用線穿過卡片中心，且滿足“共線”“等大”“反向\"的二力平衡條件，此時(shí)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，微小的變動(dòng)也會(huì)因兩側(cè)拉力使小卡片重回初始平衡狀態(tài)；旋轉(zhuǎn) 180^° 后，兩個(gè)水平拉力的作用線雖過中心，且滿足“共線\"條件，但即使最輕微的變動(dòng)也會(huì)使拉力作用線不再穿過卡片中心，平衡被破壞，直到在兩側(cè)拉力作用下恢復(fù)初始平衡狀態(tài)。

3.3 項(xiàng)目實(shí)踐：平衡裝置的設(shè)計(jì)迭代

工程實(shí)踐階段通過工程類項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)知識(shí)遷移，當(dāng)學(xué)生用有限材料搭建傾斜結(jié)構(gòu)一次次失敗時(shí)，失敗的經(jīng)驗(yàn)迫使他們主動(dòng)嘗試?yán)盟鶎W(xué)知識(shí)找出問題原因，這時(shí)抽象的平衡條件就會(huì)具象化為各種具體操作。學(xué)生在配重調(diào)整與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的反復(fù)嘗試中，實(shí)現(xiàn)了從理論認(rèn)知到技術(shù)決策的能力躍遷。具體項(xiàng)目任務(wù)如下：

利用所給材料搭建一個(gè)平衡裝置。項(xiàng)目要求是： ① 整個(gè)裝置豎直高度不小于 65cm ② 裝置主體與豎直方向的夾角不小于 10^° ③ 裝置需保持靜止?fàn)顟B(tài)不少于 10s ④ 裝置頂部需至少能掛1枚回形針； ⑤ 最多提供8根吸管（單根塑料吸管的長(zhǎng)度為 20cm ）15枚回形針，不得使用其他材料。

（1）任務(wù)設(shè)計(jì)中的共線條件顯性化

限定傾斜角大于等于 10^° 的結(jié)構(gòu)建造要求，來自工程學(xué)中“臨界傾斜角\"概念，其設(shè)計(jì)本質(zhì)是創(chuàng)設(shè)力的非共線可能情境。學(xué)生嘗試用吸管搭建傾斜塔時(shí)，必須確保支持力與重力方向形成特定位置關(guān)系。在初始設(shè)計(jì)中，失敗的原因大多是不清楚重力的方向，導(dǎo)致其與支撐面偏離，可引導(dǎo)學(xué)生通過懸掛彩色棉線的方式標(biāo)記受力方向，直觀呈現(xiàn)重力作用線的位置。

（2）共線條件探究的具體實(shí)踐過程

初始搭建裝置時(shí)，多數(shù)小組只用很短的拉直的回形針制作底部支撐（圖4），連簡(jiǎn)單的豎直放置都難以完成。學(xué)生進(jìn)一步嘗試發(fā)現(xiàn)，單根吸管為均勻材料，重心在材料中間，可依此來判斷整個(gè)裝置的重力作用線是否經(jīng)過底部支撐面，反復(fù)校準(zhǔn)后發(fā)現(xiàn)回形針形成的底部支撐面明顯過小，無法滿足需求，于是改用吸管來制作支撐面（圖5），使支持力與重力形成共線關(guān)系。當(dāng)在裝置頂懸掛回形針配重時(shí)，因材料特性會(huì)使裝置主體傾斜角加大，重力作用線發(fā)生偏移，學(xué)生嘗試調(diào)整回形針數(shù)量及材料連接方式，使重力作用線重新穿過底部支撐面。上述過程實(shí)質(zhì)是二力平衡共線條件的空間校準(zhǔn)過程。

圖4用回形針制作裝置的底部支撐

圖5用吸管制作支撐面

（3）概念理解的實(shí)踐證據(jù)鏈

指導(dǎo)學(xué)生通過三項(xiàng)測(cè)試驗(yàn)證共線條件：一是棉線交會(huì)法，裝置主體重心處懸掛棉線，與桌面交會(huì)點(diǎn)落入基底投影區(qū)域則達(dá)標(biāo)；二是傾斜增量測(cè)試，每增加 2^° 傾斜角時(shí)，觀察棉線與桌面交會(huì)點(diǎn)是否偏移；三是擾動(dòng)恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，輕推裝置后，觀察棉線與桌面交會(huì)點(diǎn)是否自動(dòng)回歸安全區(qū)。經(jīng)過多輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化，共線條件的應(yīng)用率顯著提升，表明工程實(shí)踐使物理概念真正轉(zhuǎn)化為可操作的工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

這里要說明的是，吸管斜塔項(xiàng)目是課時(shí)內(nèi)完成的項(xiàng)目，限定了材料選用范圍，如回形針、吸管，方案中材料數(shù)量的限制是考慮了工程成本要素。在課后實(shí)踐過程中，可提供替代方案，避免過多限制知識(shí)的遷移。如增加“易獲取材料替代指南”，用竹簽或雪糕棍替代吸管；橡皮泥或牙簽等替代回形針；同時(shí)要求學(xué)生說明不同材料對(duì)共線條件驗(yàn)證的影響，如吸管可彎曲調(diào)整角度，竹簽需增加連接節(jié)點(diǎn)等，擴(kuò)大工程實(shí)踐任務(wù)的可推廣性。

3.4 遷移創(chuàng)新：從實(shí)驗(yàn)室到真實(shí)世界的概念轉(zhuǎn)化

遷移創(chuàng)新階段意在打通理論認(rèn)知與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的認(rèn)知鴻溝，將內(nèi)化的知識(shí)應(yīng)用到陌生情境中以解決復(fù)雜問題[4]。當(dāng)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)室總結(jié)的二力平衡條件遷移應(yīng)用于分析異形建筑時(shí)，抽象力學(xué)模型在真實(shí)工程情境中獲得了具體意義，這種跨越學(xué)科邊界的概念轉(zhuǎn)化不僅驗(yàn)證了物理規(guī)律的普適性，更培育出在復(fù)雜系統(tǒng)中識(shí)別核心要素的工程思維，使知識(shí)真正轉(zhuǎn)化為解決現(xiàn)實(shí)問題的實(shí)踐智慧。

筆者在教學(xué)中，以意大利比薩斜塔為原型，引導(dǎo)學(xué)生分析其塔體傾斜卻屹立千年的奧秘。通過模型分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)塔體重心投影始終位于加厚基座范圍內(nèi)，塔身圓柱形結(jié)構(gòu)使重力作用線自然垂直穿過圓心。通過分析幫助學(xué)生理解，實(shí)驗(yàn)室中吸管斜塔調(diào)整重心的原理與真實(shí)建筑的地基處理策略本質(zhì)相通。教學(xué)中還以機(jī)器人為例，解析其平衡算法實(shí)現(xiàn)的原理，其靜態(tài)單腿站立時(shí)，機(jī)器會(huì)計(jì)算關(guān)節(jié)并調(diào)整重心，使重力作用線穿過支撐足的投影區(qū)；運(yùn)動(dòng)起來也是這樣，只不過數(shù)據(jù)會(huì)動(dòng)態(tài)處理。引人這樣的案例，為學(xué)生架起了課堂認(rèn)知與前沿科技的思維通道。學(xué)生能對(duì)案例進(jìn)行深入分析，也標(biāo)志著其概念理解已完成從實(shí)驗(yàn)室到真實(shí)世界的認(rèn)知躍遷。

4結(jié)語(yǔ)

具身化的學(xué)科實(shí)踐為初中物理概念教學(xué)開辟了新的實(shí)踐路徑。學(xué)生經(jīng)歷從觀察異常到重構(gòu)認(rèn)知再到實(shí)踐驗(yàn)證的完整過程，抽象的平衡概念轉(zhuǎn)化為可操作的工程思維。這種概念教學(xué)實(shí)踐不僅促進(jìn)了概念理解，更培育了批判創(chuàng)新的科學(xué)精神，引領(lǐng)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，像工程師一樣做事，為發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了實(shí)踐范式。

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（欄目編輯 劉榮）