指向核心素養(yǎng)的具身化學(xué)科實(shí)踐
——以“轉(zhuǎn)彎問題”專題教學(xué)為例

浦建軍

(無錫市錫山區(qū)教師發(fā)展中心,江蘇 無錫 214100)

“何為素養(yǎng)?素養(yǎng)就是運(yùn)用知識解決問題的能力.”[1]素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂應(yīng)該讓學(xué)生有真切的感受、深度的體驗(yàn)、思維的碰撞和情智的發(fā)展.基于具身學(xué)習(xí)的具身化學(xué)科實(shí)踐,強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者要用身體卷入知識的原生產(chǎn)過程中去,在情境具身、物理具身、想象具身等多種具身方式中構(gòu)建起“心智-身體-環(huán)境”3者相互交融的動態(tài)過程,有效提升學(xué)生的核心素養(yǎng).本文以“轉(zhuǎn)彎問題”專題教學(xué)為例,基于具身學(xué)習(xí)視角,談?wù)劸呱砘瘜W(xué)科實(shí)踐的探索.

1 “轉(zhuǎn)彎問題”教學(xué)內(nèi)容的背景分析

從專題選擇看,“轉(zhuǎn)彎問題”源自人教版高中物理教材必修2第6章第4節(jié)“生活中的圓周運(yùn)動”.筆者認(rèn)為,“轉(zhuǎn)彎問題”不僅是本章內(nèi)容的一次“小綜合”,而且是后續(xù)天體運(yùn)動、帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動、單擺等問題“大綜合”的基礎(chǔ).作為一節(jié)理論應(yīng)用課,應(yīng)該將學(xué)科知識和真實(shí)問題緊密相連,體現(xiàn)科學(xué)方法的顯化、科學(xué)思維的深化和學(xué)科知識的應(yīng)用價(jià)值.生活中的圓周運(yùn)動,更多體現(xiàn)在生活中的各種“轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象”,如火車、汽車、自行車等在彎道行駛和飛機(jī)在空中盤旋等現(xiàn)象,如體育競技運(yùn)動中場地自行車賽、速度滑冰、雪上空中技巧等,如游樂場旋轉(zhuǎn)木馬、海盜船、過山車等游樂項(xiàng)目,如雜技表演的“飛車”“水流星”等.從教材中的幾種典型現(xiàn)象如火車轉(zhuǎn)彎、汽車過拱橋等拓展至生活中的眾多“轉(zhuǎn)彎問題”,可以更好體現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向生活”的理念,更能培養(yǎng)學(xué)生的扎實(shí)學(xué)力和學(xué)科素養(yǎng).

從認(rèn)知結(jié)構(gòu)看,學(xué)生通過認(rèn)識圓周運(yùn)動,拓展了對機(jī)械運(yùn)動的類型、描述方式的認(rèn)識.通過認(rèn)識物體做圓周運(yùn)動的條件,豐富了對運(yùn)動和力的關(guān)系的理解.聚焦生活情境中各種“轉(zhuǎn)彎問題”,以具身學(xué)習(xí)的方式強(qiáng)化學(xué)科實(shí)踐,對生活中的典型圓周運(yùn)動實(shí)例進(jìn)行分析、概括和抽象,形成質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動的理想化模型來發(fā)展學(xué)生的模型建構(gòu)能力、科學(xué)論證能力和質(zhì)疑創(chuàng)新能力,促進(jìn)所學(xué)知識的融會貫通,形成解決問題的認(rèn)知策略.

2 “轉(zhuǎn)彎問題”專題教學(xué)的具身化學(xué)科實(shí)踐

學(xué)科實(shí)踐注重學(xué)習(xí)者的身體參與和親身經(jīng)歷,倡導(dǎo)基于真實(shí)情境的問題、任務(wù)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí).具身認(rèn)知視角下的教學(xué)設(shè)計(jì)突出“通過整合‘身體動作和經(jīng)驗(yàn)’將學(xué)生置于投入性的學(xué)習(xí)活動中(包括系列和系統(tǒng)的身體運(yùn)動、想象和探索活動),以便在正式教學(xué)場景中利用行動和感知來發(fā)展學(xué)生對概念(抽象或具體)的理解”.[2]“轉(zhuǎn)彎問題”專題教學(xué)的具身化學(xué)科實(shí)踐,從“情境具身,問題情境中解決問題”“物理具身,真實(shí)體驗(yàn)中深度探究”“想象具身,聯(lián)系遷移中提升能力”3個(gè)方面進(jìn)行具身化學(xué)科實(shí)踐設(shè)計(jì),如表1所示,進(jìn)而讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中深度體驗(yàn)、深刻思維、深層發(fā)展.

表1 基于具身化學(xué)科實(shí)踐的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 情境具身,問題情境中解決問題

情境是學(xué)生從經(jīng)驗(yàn)向知識轉(zhuǎn)化的橋梁,更是促進(jìn)學(xué)生從知識掌握向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的抓手.知識情境化是知識活化并轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的必經(jīng)途徑.[3]從教學(xué)的角度講,教師通過創(chuàng)設(shè)有意義、有啟發(fā)、有關(guān)聯(lián)的問題情境,讓學(xué)生參與其中,激活感官,經(jīng)歷知識發(fā)現(xiàn)過程的“重演”,以此實(shí)現(xiàn)知識的情境化.情境具身是知識情境化的一種有效方式,通過呈現(xiàn)知識產(chǎn)生的熟悉場景,建立起生活、經(jīng)驗(yàn)和知識3者之間的深度聯(lián)系,使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生感同身受的具身效應(yīng),在做思結(jié)合的具身學(xué)習(xí)中感受知識的原始形式,在去情境化的過程中綜合性調(diào)動思維解決問題.其教學(xué)流程如圖1所示.

圖1 教學(xué)流程

以探究汽車轉(zhuǎn)彎為例的情境具身可作如下設(shè)計(jì).

圖2 汽車在水平公路彎道上行駛

壓彎或者吊彎,是一項(xiàng)膽量、技術(shù)完美融合的冒險(xiǎn)運(yùn)動.通常在高速通過彎道時(shí)出現(xiàn).如圖2所示為汽車在水平公路彎道上行駛的照片.

任務(wù)1.學(xué)生模擬汽車過彎道時(shí)身體做出的應(yīng)對.

任務(wù)2.若汽車過彎時(shí)不發(fā)生側(cè)滑,試定性分析汽車的安全速度多大?

任務(wù)3.若汽車受到的最大靜摩擦力等于車重的0.7倍,已知圖2中雙向四車道總寬度約為15 m,試分析汽車轉(zhuǎn)彎的最大速度能否超過25 m/s?[4]

任務(wù)4.若要增大汽車過彎時(shí)的安全速度,可以從哪些方面作出改進(jìn)?

圖3 汽車在彎道處行駛

任務(wù)5.如圖3所示,若3輛車過彎道時(shí)均不發(fā)生側(cè)滑,哪輛車的安全速度最大?

設(shè)計(jì)意圖：探秘“壓彎”問題情境,充分利用學(xué)生敢于冒險(xiǎn)、尋求刺激的心理,通過看、談、做等多種具身方式,讓學(xué)生充分融入情境,不斷反芻已有經(jīng)驗(yàn),有效激發(fā)高品質(zhì)的思維活動,深刻理解向心力與速度之間的物理關(guān)聯(lián).任務(wù)1和2讓學(xué)生在模擬“壓彎”活動中,從身體感知到理性思維,以做思結(jié)合的方式構(gòu)建勻速圓周運(yùn)動的模型,探尋向心力的來源,深化學(xué)生運(yùn)動與相互作用的物理觀念.任務(wù)3是一個(gè)具備問題劣構(gòu)性的原始物理問題,注重思維的靈活性和綜合性,在真實(shí)學(xué)力的培養(yǎng)上體現(xiàn)獨(dú)特的教育價(jià)值.問題4以開放性提問探討提升安全速度的不同方式,培養(yǎng)學(xué)生的思維開放性和靈活性.任務(wù)5圍繞真實(shí)問題解決,對斜面上的汽車進(jìn)行受力分析、質(zhì)疑、探究循證、理論推導(dǎo),形成新的認(rèn)知：“傾斜的方式”可以巧妙獲取更大的向心力,保障較大的安全速度.

2.2 物理具身,真實(shí)體驗(yàn)中深度探究

“具身性和直接性”強(qiáng)調(diào)認(rèn)知過程要擺脫過多的普遍抽象的概念化知識和符號的傳輸,更多地讓認(rèn)知者自身去直接體驗(yàn)和經(jīng)歷……[5]物理具身的實(shí)質(zhì)就是具身操作,抓住物理實(shí)驗(yàn)是手腦并用的實(shí)踐活動的特征,精心設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn),透過現(xiàn)象看本質(zhì),動作與思維相結(jié)合,以“做”“思”“議”的方式,在多樣化“做”中促進(jìn)具身體驗(yàn),在多視角“思”中促進(jìn)思維體驗(yàn),在多維度“議”中促進(jìn)認(rèn)知體驗(yàn).通過深度體驗(yàn),讓學(xué)生像科學(xué)家那樣“獨(dú)立”嘗試用各種方法研究問題,評價(jià)、質(zhì)疑、 論證、創(chuàng)新,實(shí)證意識與批判思維能力得到加強(qiáng).基于物理具身的體驗(yàn)性活動設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖4所示.

圖4 體驗(yàn)性活動設(shè)計(jì)架構(gòu)

以探究火車轉(zhuǎn)彎為例的物理具身可作如下設(shè)計(jì)：

復(fù)興號高速列車的最高時(shí)速可達(dá)350 km,其又是如何安全通過鐵路彎道的?

圖5 有機(jī)玻璃制作的轉(zhuǎn)彎軌道

活動1.如圖5所示,用有機(jī)玻璃制成轉(zhuǎn)彎軌道,嵌入木板固定,直軌道一端適當(dāng)抬起,下面加可移動的楔形木塊,以調(diào)節(jié)軌道高度,控制小車轉(zhuǎn)彎速度.小車以較小和較大速度通過水平彎道,請學(xué)生觀察與思考,看到了什么?說明了什么?(實(shí)驗(yàn)過程現(xiàn)場攝像,慢動作播放)

活動2.學(xué)生仔細(xì)觀察火車軌道、車輪的結(jié)構(gòu)圖片,教師展示自制模型,請學(xué)生嘗試?yán)门ｎD第二運(yùn)動定律解釋火車轉(zhuǎn)彎.

活動3.如圖6所示,學(xué)生首先用教師提供的自制圓柱形車輪+軌道模型模擬火車轉(zhuǎn)彎,車輪從軌道上滑落;學(xué)生用兩個(gè)一次性紙杯做成的簡易車輪再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn),車輪沒有從軌道上滑落.學(xué)生解釋原因.

圖6 自制彎道

活動 4.如圖7所示為車輪+軌道的3種設(shè)計(jì)方案,請學(xué)生討論哪種方案最合理.

圖7 3種設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)意圖：該設(shè)計(jì)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)化3方面體驗(yàn),突出素養(yǎng)導(dǎo)向.一是加強(qiáng)具身體驗(yàn),3次對比實(shí)驗(yàn)從“做實(shí)驗(yàn)”走向“做中學(xué)”：水平彎道與傾斜彎道對比,為“傾斜方式提供向心力”提供事實(shí)證據(jù);圓柱形車輪和圓錐形車輪對比,打破傳統(tǒng)認(rèn)知,引導(dǎo)學(xué)生從彎道的傾斜設(shè)計(jì)向車輪的設(shè)計(jì)深入;同軸連接的內(nèi)外車輪行駛路徑對比,以可視化的方式為圓柱形車輪的不合理性尋找理據(jù).二是加強(qiáng)思維體驗(yàn),從“淺層學(xué)”走向“深度學(xué)”：綜合應(yīng)用受力分析、坐標(biāo)系建立、矢量分解、物理規(guī)律選用等知識和方法,理論上深入剖析火車轉(zhuǎn)彎原理;構(gòu)建圓周運(yùn)動同軸轉(zhuǎn)動模型,明晰內(nèi)外輪相同時(shí)間內(nèi)走過的路程不同,圓柱形車輪必然導(dǎo)致外輪從鐵軌滑落.三是加強(qiáng)認(rèn)知體驗(yàn),從“學(xué)中議”到“用中學(xué)”：結(jié)合圓錐形車輪的運(yùn)動、受力特點(diǎn),探討鐵軌的擺放、枕木的設(shè)計(jì)等問題,從課內(nèi)向課外延伸,從課本到學(xué)以致用.

2.3 想象具身,聯(lián)系遷移中能力提升

具身學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的“具身性”不僅指身體的參與,認(rèn)知者的思維也具有“具身性”,即學(xué)生可以在思維、聯(lián)想的過程中進(jìn)行情境模擬和體驗(yàn).根據(jù)Black提出的具身活動類型,在學(xué)習(xí)活動中可以讓學(xué)生通過“看”和“做”(物理具身)獲得直接經(jīng)驗(yàn),然后通過“想”( 想象具身)將新舊經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來,最后產(chǎn)生能促進(jìn)所學(xué)內(nèi)容遷移發(fā)生的任務(wù),達(dá)成“看”“做”“想”的相輔相成、三位一體,從而促進(jìn)知識的理解、遷移、應(yīng)用.教師通過問題連接經(jīng)驗(yàn),指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行充分的想象或者構(gòu)思,獲得具身感受和經(jīng)驗(yàn),喚醒思維,促進(jìn)深層次的信息加工,經(jīng)歷回憶和提取、想象和推理、論證和概括等系列化思維過程,以想象具身的方式調(diào)用相應(yīng)的物理概念、模型和規(guī)律,將所學(xué)知識和方法合理遷移至新的問題情境,分析解決相關(guān)問題,并能發(fā)現(xiàn)問題或質(zhì)疑,實(shí)現(xiàn)既關(guān)注外部活動(“看”或“做”),也重視內(nèi)隱的認(rèn)知、建構(gòu)、領(lǐng)悟、遷移(“想”).想象具身視角下以遷移能力為核心的設(shè)計(jì)流程如圖8所示.

圖8 流程圖

以探究飛機(jī)空中轉(zhuǎn)彎為例的想象具身可作如下設(shè)計(jì)：

飛機(jī)在空中的盤旋、翻滾、俯沖等各種機(jī)動飛行動作,均是“轉(zhuǎn)彎”的表現(xiàn)形式,也是體現(xiàn)飛機(jī)的優(yōu)越機(jī)動性能的重要標(biāo)準(zhǔn).

問題1.學(xué)生張開雙臂充當(dāng)飛機(jī)機(jī)翼,模擬飛機(jī)在空中水平轉(zhuǎn)彎的情形,交流自己的觀點(diǎn).

問題2.如圖9所示,學(xué)生分析飛機(jī)空中水平轉(zhuǎn)彎和豎直平面內(nèi)俯沖時(shí)的向心力來源.

圖9 飛機(jī)飛行圖

圖10 不同情境中的共同物理本質(zhì)

問題3.直升飛機(jī)沒有機(jī)翼,它是如何實(shí)現(xiàn)空中轉(zhuǎn)彎的?請自主查閱資料學(xué)習(xí)并交流.

設(shè)計(jì)意圖：飛機(jī)轉(zhuǎn)彎相比于汽車、火車轉(zhuǎn)彎,直接體驗(yàn)的機(jī)會較少,受力情況也比較復(fù)雜.問題1讓學(xué)生張開雙臂模擬飛機(jī)轉(zhuǎn)彎,在身體操作中自主連接經(jīng)驗(yàn),基于想象推理,找到類似于公路、鐵路、自行車賽道的實(shí)際支持面對物體產(chǎn)生的支持力,即機(jī)翼上下表面因壓強(qiáng)差產(chǎn)生的作用力,在受力分析中發(fā)現(xiàn)不同情境中的共同物理本質(zhì)(如圖10所示).進(jìn)而設(shè)置新情境問題,讓學(xué)生自主根據(jù)聯(lián)想和經(jīng)驗(yàn)性直覺把握好分析解決“轉(zhuǎn)彎”問題的本質(zhì)——從圓周運(yùn)動的模型建構(gòu)和向心力的來源入手,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐、遷移創(chuàng)新的學(xué)科能力提升.

3 結(jié)語

杜威曾經(jīng)說過“思維和知識都來源于經(jīng)驗(yàn)”,但具身哲學(xué)則強(qiáng)調(diào),這種經(jīng)驗(yàn)不是“意識的經(jīng)驗(yàn)”,而是“身體的經(jīng)驗(yàn)”.心理學(xué)家Margaret Wilson在《具身認(rèn)知的六個(gè)觀點(diǎn)》中指出：認(rèn)知需要發(fā)生在具體的生活環(huán)境中;認(rèn)知是為了實(shí)踐,只停留在認(rèn)知層面是難以為繼的.生活的學(xué)科意義就是要構(gòu)建學(xué)科與生活、觀念與經(jīng)驗(yàn)的雙向融合,讓教學(xué)變成學(xué)科實(shí)踐.教師需要深研教材、聯(lián)系生活、關(guān)注學(xué)情,創(chuàng)造性地使用教材,用具身化的方式開展學(xué)科實(shí)踐,體現(xiàn)學(xué)習(xí)的意義和學(xué)科的價(jià)值,提升學(xué)生的核心素養(yǎng).