具身学习视域下化学教学情境设计研究

刘 硕，刘 翠

(1.江苏师范大学 化学与材料科学学院，江苏 徐州 221116；2.江苏师范大学 教师教育学院，江苏 徐州 221116)

1 具身学习

教学设计理论研究是建立在心理学对于人类认知、学习研究的基础之上，心理学对于教学实践有着重要影响。在对脑与心理关系的研究上，20世纪50～70年代第一代传统认知科学的符号范式和联接主义范式，由于受制于自然式与分析式认识论的偏见，忽略了所有人类参与的即时现实和特有的鲜活经验，因而不可避免地陷入离身心智的局限与困境[1-2]。到20世纪80年代，以具身性和情境性为重要特征的第二代认知科学开始兴起，认知科学研究的第三代范式——“具身范式或生成论(Enactivism)”应运而生[3]。对于具身学习，学界目前还没有一个标准的定义。但是以下几个主题一直贯穿于具身学习的思潮之中。

首先，具身认知强调“认知根植于身体行动”，认知不是独立于身体而存在的抽象符号运算。其次，具身学习视身体和心智为一个整体，在人与环境的互动中发挥着统一的作用[4]。最后，认知学习的活动需要以一定情境为介质，将周围信息加工处理内化到自身知识结构网中。

2 化学教学情境的创设

在教学情境的创设过程中可以融入以下几点主题：生动真实的问题情境、交互的具身体验、意义的主体整合、批判的自我反思和真实的问题解决[5]。即通过“沉浸式”教学情境的创设使学生进入到真实情景中，在身体—情境—认知的有机整体中获得交互式具身体验，问题驱动引发学生深度思考，自主整合旧知实现意义学习，在知识建构的过程中及时反思，将知识有效迁移学以致用，培养学生解决实际问题的能力。

2.1 生动真实的问题情境

具身学习认为，认知是情景化的，它发生在现实世界的真实场景中[6]。在教学过程中，化学教师可以借助多种手段进行情境创设，力求问题情境生动、真实。

【教学情境】《化学反应中的质量变化》

教师：17世纪初，科学家们一直被一个问题所困扰：化学变化中物质的质量是否发生变化？

投影展示波义尔和拉瓦锡的相关实验内容。

教师：你支持哪一位科学家的结论？现在分组模拟辩论赛，支持波义耳的同学为正方，支持拉瓦锡的为反方，其他同学为观众，通过模拟辩论来探究化学反应中质量变化的情况(详见表1)。

表1 模拟辩论概况

结论：参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。

[学生活动]正反双方有三分钟的陈述时间，之后双方小组讨论，阐述设计思路和实验步骤，正反双方派代表上台讲演。

本节课创设了一个模拟辩论赛的课堂情境，学生在辩论中尝试以科学家的角度探究质量变化的秘密，在头脑风暴后将脑海中的想法通过身体表达出来，在模拟情境中获得具身体验。

2.2 交互的具身体验

从具身学习的视角来看，学生参与课堂的活动方式、内容会直接影响着认知方式、认知内容的不同。在完整的实验探究环节中，师生互动是十分必要的，教师适时的引导、反馈是推动学生继续思考的助力，应及时强化师生间的交互性，给予学生具身体验的空间和时间。

[教学情境]以生活中常见的物质——牙膏入手，组织学生进行科学的实验探究，帮助学生掌握科学探究的方法和思路。

[实验探究]牙膏成分的探究。

教师：阅读表格中牙膏的主要成分并找出你熟悉的物质(展示牙膏主要成分表)。

教师：你是否能从牙膏中检验出你熟悉的成分呢？

[学生活动]检验牙膏中的水和碳酸钙。(详见表2)。

表2 检验牙膏中的水和碳酸钙

思考：牙膏中的碳酸钙可以用普通的石灰石研磨而成吗？牙膏中碳酸钙应有什么要求？假如你要生产牙膏，需要考虑哪些因素？(留下疑问，引发学生继续探究的欲望。)出于对生活中常见物质——牙膏的探究欲望，学生在任务的驱动下协作讨论、设计实验、动手操作，在教学情境中领会科学的研究方法和思路，促进学生思维的发展。

2.3 意义的主体整合

新知识的建构离不开对旧知识的意义整合，在具身学习的基础上，学生在自己的知识网络中搜寻相关经验，初步建立起其与具身体验的桥梁。通过自主整合、知识建构，把握新知识背后蕴含的逻辑、方法、思想，将具身的体验不断内化到自己的知识结构中去。由此帮助学生进行知识建构，促进有意义学习的产生。

【教学情境】在《氧化还原反应》复习课的教学时，上课开始教师拿出一瓶水，说道“课前老师从学校周围的河中取来了水样，请同学们静距离观察，你眼中的水样是怎样的？”

学生A：水里面好多黑的东西，水的味道比较腥臭。

教师：据你观察这个水有没有受污染？

学生A:受污染了。

教师：污水一般分为四大类：生活污水、农业污水、工业废水、雨水。大家推测它属于哪一种？

学生A：工业废水。

学生B：学校周围好像没有工厂，更多的是生活废水，因为这边住宅比较多。

教师：你们知道这里面的主要污染物是什么吗？课前老师将水样寄到了水质检测公司，并且出具了一份水质监测报告。

实物结合投影，展示水质检测报告。

教师：大家可以看到水质监测项目中有一项是关于溶解氧的测定。为什么要测定溶解氧？在用化学方法测定溶解氧的过程中可能会用到什么性质的物质？

投影展示涉及到的化学反应类型。

教师：这三个反应属于什么反应类型？

学生：氧化还原反应。

教师：让我们运用氧化还原反应的有关知识来解释溶解氧的测定方法。

本节课以身边河水作为情境创设的素材，学生一边从脑海中提取氧化还原反应的相关知识，一边努力将旧知与现实问题联系，在教师的引导下层层递进不断朝着新的问题靠近，在整合旧知的同时建构了新的知识体系，促进了有意义学习的发生。

2.4 批判的自我反思

自我反思是一种有效的纠错改正，在具身学习的环节中引导学生对情境体验的方式、内容和结果进行总结、反思、改进，这本身就是一种具身体验的过程，不仅能使学生深入理解知识的内在逻辑加强记忆，还有助于学生的批判性思维能力的发展。

【教学情境】在《人工合成有机化合物》教学时，以屠呦呦荣获2015年诺贝尔生理或医学为背景奖创设情境。

教师：屠呦呦从青蒿中发现青蒿素可有效降低疟疾的死亡率，并人工合成了青蒿素。但是，自然条件的限制天然有机物很有限，那么我们如何用化学方法来合成有机化合物呢？

[方案设计]C2H4→CH3COOC2H5

[学生活动]交流讨论，设计合成路线，如图1所示。

图1 设计合成路线

[教师活动]布置任务设计合成路线，在此基础上引导学生思考其他可能的合成路线并注意反应条件等细节，使合成路线趋向完整化、结构化、网络化。

通过学生自己设计实验、阐述设计思路，引导学生设计并反思自己的设计过程，有助于多角度把握有机合成的一般思路，促进学生实验设计能力、批判性思维的提升。

2.5 真实的问题解决

创设有待挑战的真实化学学习情境，将学生置于真实的问题情境中去探究解决问题的方法，有助于知识的迁移应用。从日常生活中寻找创设情境的素材，引导学生在“平凡”中发现“不平凡”，在体验和理解的基础上运用多种方法解决问题。

【教学情境】在《二氧化硫的性质和作用》教学时，教师以酸雨的危害、产生及防治为明线，以二氧化硫的性质为暗线，进行教学设计。

[投影]展示遭受酸雨腐蚀地区的森林、建筑物、雕塑等图片，以及近年酸雨的分布情况。

教师：酸雨的危害十分严重，它可以使水质酸化、毒害水生动植，可以使土壤酸化、破坏农田、损害农作物、森林，酸雨还会使建筑物、金属制品、名胜古迹等遭受损坏。

教师：你们知道酸雨从何而来吗？

学生：大气污染物中的二氧化硫。[教学活动]酸雨的形成及二氧化硫的性质教学。教师：我们可以从哪些方面来防治酸雨呢？

[学生活动]分组讨论，完成学案并交流分享。学案展示如图2所示。

图2 学案展示

将我们生活中具有挑战性、亟待解决的问题作为真实的化学情境，引导鼓励学生在体验理解的基础上整合多学科知识和多种问题解决方法，尝试合作探究解决实际问题，从而提升自身解决实际问题的能力。

3 讨论

教学研究，尤其是基于具身认知教学研究的持续进步不断推动着教学环境观念的变迁与发展。这种基于具身学习的课堂导入将机械、静态的课堂学习环境转变为有机动态的系统。将“具身性”融入课堂导入中对于化学教师而言也有更高的要求，教师在课堂中的一举一动都是情境中的一部分，如手势、体态动作、面部表情和教学语言等等，在追求为学生创设“具身性”学习情景的同时，也应强调化学教师教学过程的“具身性”，使得“教”与“学”相互配合，营造出一种“交响乐”般的化学课堂。