具身认知理论下小学数学量感可视化教学策略研究

黄秋霞

(南宁师范大学初等教育学院,广西南宁,530299)

量感是一种感性认知,是对“量”的一种敏感度,在不依靠任何工具手段下能够大致把握“量”的大小,对数量有直观的感知能力等。[1]量感可视化教学是将抽象的数学概念、数量关系和运算过程具体化和可视化,使学生对“量”有深刻的理解、直观的把握,它强调学生在学习过程中的实践和体验,促进学生估测能力的发展。[2]具身认知理论与量感可视化教学联系密切。本文基于具身认知理论及其主要观点,分析小学数学量感可视化教学的具身性特点,以及具身认知理论引入量感可视化教学的意义,探讨具身认知理论下小学数学量感可视化教学策略。

一、具身认知理论及其主要观点

具身认知理论源于对传统认知科学的反思与批判,逐渐崭露头角,成为一种新兴的认知科学理论。它强调身体、环境及情境在认知过程中的重要性,对心理学、教育学、神经科学等多个领域产生了深远的影响。

随着研究推进,具身认知理论建立了自己的框架和观点。其一,身体在认知过程中起着核心作用。具身认知理论主张身体与认知紧密相联,身体的状态、动作、感觉等直接影响个体的认知活动。例如,身体的姿势、动作和情绪状态可以影响个体的思维、决策和记忆。因此,身体的参与对认知过程而言至关重要。其二,身体嵌于环境等外部世界之中。具身认知理论认为,人的认知活动与人的生存空间息息相关,且在具体情境中发生人的学习,通过利用和优化周围情境,以促使个体认知、行为等全面发展。[3]其三,身体及其与环境的交互塑造了认知内容。具身认知理论强调,个体的认知并非完全由大脑独立生成,而是通过与外部世界的交互作用及身体的感知和运动活动逐步构建起来的。其四,认知是身体、心智和环境三者交织而成的结果。具身认知理论强调,个体的认知过程是一个身心一体的活动,身体、心智和环境相互作用,共同构建我们的认知体验。[4]

总之,具身认知理论突出了身体、环境和情境在认知过程中的核心地位,为深化个体对认知过程的理解提供了新的视角和启示。

二、小学数学量感可视化教学的具身性特点

(一)教学观念秉持身心统一,彰显具身性

量感可视化教学的教学观念不仅秉持身心统一的理念,还体现具身认知理论的具身性特点。传统身心二元论下的离身教学割裂了身与心,忽视了学生的主体地位。而量感可视化教学摒弃了传统身心分离的教学模式,力图通过一系列可视化教学手段促进学生多感官参与,讲究在真实情境中发展学生的量感,并且关注到学生的情感变化和情感需求。在身心一体的量感可视化教学中,学生能够高效地参与具身认知活动,体验情绪意志,展现出情境化的行为反应,从而促进身心全面发展。可见,量感可视化教学的教学观念深刻体现了具身认知理论的核心要义,具有明显的具身性特点。

(二)教学内容呈现生活样态,体现具身性

小学数学量感可视化的教学内容紧密结合实际生活,这是其具身性特点的集中体现。具身认知理论认为,人的身体与认知始终根植于真实情境中,与之相互作用并不断发展。为了增强学生与情境的交互效果,教师需要依托学生的实际生活,积累生活素材,并以此为载体,让学生在熟悉的生活场景中感知和理解知识。在量感可视化教学中,教师格外重视寻找生活中的素材作为教学内容,力图在学生熟悉的环境中激活学生已有的量感经验,引导学生通过解决生活中“量”的问题逐渐形成量的感知能力,促进量感的具身学习。可见,量感可视化教学讲究在生活情境中发展学生的认知,具有明显的具身性特点。

(三)教学方法强调“在做中学”,突出具身性

“在做中学”是一种以实践为主导的教学方法,强调学生通过亲身实践学习和掌握知识,具有明显的具身性特点。具身认知理论尤其强调了身体体验和身体感受在认知过程中的作用,主张在教学中采用“在做中学”的教学方法,关注学生的体验感受。在量感可视化教学中,教师使用具身教学方法,通过情境模拟、动手操作、实际感知丰富学生的量感学习体验,在实际操作如摸、量、掂中感受量,在思考、总结中内化知识,从而形成理性的量感。因此,量感可视化教学与具身认知理论具有密切的内在联系,二者在教学方法的主张上相得益彰。

三、具身认知理论引入量感可视化教学的意义

(一)情境互动中增强学生“量”的创造力

在具身认知指导下的教学中,教师可以通过设计特定的教学情境,启发学生的思考或激发学生对知识的探索欲望。具身认知理论强调认知环境的嵌入性,因此具身认知理论下的量感可视化教学非常注重教学情境的创设。通过情境体验,教师可以引导学生思考现实生活中“量”的问题,如怎样测量物体的长度、如何估测物品的重量等。这样不仅可以帮助学生进行角色代入,在情境中丰富学生“量”的体验,而且能发展学生的思维能力与问题解决能力,在情境互动中逐渐增强“量”的创造力。

(二)操作体验中提升学生“量”的实践力

具身认知理论非常注重身体参与在认知过程中的作用。因此,在量感可视化教学中,教师通过设计各种操作活动切实让学生实现“在做中学”,从而有效提升学生“量”的实践能力。[5]例如,为了帮助学生区分时间单位“分”和“秒”,教师可以设计“一分钟能做些什么?”“一秒钟能做什么?”的活动,让学生在活动中直观感知时间长度,从而加深对时间单位概念的印象。因此,教师在教学过程中精心设计丰富多样的教学活动,可以帮助学生在亲身操作体验中增强对“量”的感知,进而提升学生的实践能力。

(三)身心融合间发展学生“量”的思维力

身心融合是指身体认知和头脑思考相互融合,实现身心统一,即实现“做”与“思”的有机结合。[6]在身心融合期间,学生能促进对量感的全面认知和有效运用,发展“量”的思维力。在具身认知理论框架下,身体和心灵是相互依存、相互影响的整体。身体的状态和体验可以影响个体的思维、情感和认知过程,而思维、情感和认知也可以通过身体的表现和行动体现出来。因此,在量感可视化教学中,教师不仅关心学生的知识掌握情况,还关注他们情感和态度的发展。教师从情感层面引导学生全身心地投入量感学习,可以帮助学生形成量感思维,并有意识地运用量感思维解决生活中的问题。

(四)多感官通道丰富学生“量”的感知力

通过多感官通道的具身体验和感知,学生可以更好地理解和掌握数学中的“量”,从而丰富“量”的感知力。具身认知尤其注重学生的感知,不仅是眼睛观察,还包括身体接触、耳朵倾听、嘴巴表达等。在小学数学量感可视化教学中,学生的学习融合了诸多感知觉活动,教师不仅可以通过语言描述帮助学生理解,还可以通过触摸实物、鼓励学生亲身体验等方式引导学生直观感知“量”。此外,教师还可以借助多媒体技术,从感觉、视觉、听觉等多感官通道丰富学生“量”的感知力,帮助他们更全面、深入地理解量的概念。

四、具身认知理论下小学数学量感可视化教学策略

在小学数学量感可视化教学中,学生的身体参与和感知经验对理解抽象概念至关重要。通过创设具体的情境、设计操作活动,教师可以引导学生获得关于量感的具身体验,在想象、反思中将量感知识内化为自己的认知。

(一)实境具身,在可视化场景中激发量感

具身认知理论认为,知识是在特定的情境活动中产生的认知产物,只有将其置于特定的情境中,才能真正发挥其意义和价值。通过利用外部条件创造出一种真实环境的沉浸感,让学生在可视化场景中产生身临其境的具身效应。

1.立足于生活实际创设真实情境

在量感可视化教学时,教师应结合生活实际创设真实情境,增强学生代入感,使其在生活化场景中自然培养量感。例如,在教授“认识周长”这一课时,教师可以创设一个“设计班级菜园”的情境,要求学生结合劳动课所积累的生活经验合理规划菜园的大小,然后提出“如何使用最少的围栏围起更大的菜园呢?”等数学问题。在解决如何用最少的围栏材料围绕菜园的问题时,学生不仅需要准确理解和运用“围栏的长度就是菜园的周长”这一知识点,还需要通过比较不同形状的菜园,找出节省围栏材料的最佳方案。这种教学方式不仅可以激发学生的学习兴趣和主动性,还可以引导学生在具体的、与现实生活紧密联系的问题中深入理解周长,感悟周长大小与形状之间的关系,从而培养量感。

2.运用多媒体技术创建模拟情境

运用信息技术构建一个具身化、交互性强且虚实结合的学习场景,不仅能够有效呈现学习内容,还能增强学生的学习体验,促进学生多感官参与。[7]在量感学习中,并非所有“量”都能被学生直接感知,远离学生生活经验的“大量”不容易被学生感知。例如,在教授“1亿有多大”时,因学生无法直观感受“1亿”,所以教师可以先借助多媒体技术向学生展示9万多名观众在鸟巢体育场观看演唱会的情境,然后告知学生“1亿”个人大约是1111个鸟巢里的人数。教师利用视觉上的冲击,可以帮助学生更加直观地感受和理解“1亿”。信息技术的融入充实了课堂教学内容,教师则需要灵活借助信息技术增加“量”的感受性和体验性,在此基础上实现学生量感的萌生。

(二)实感具身,在可视化操作中体验量感

具身认知理论强调认知过程与身体感知、动作和体验的紧密联系。教师在教学中应重视学生的实感具身,通过操作、实验、模拟、体验等可视化方式,引导学生亲身参与,实际感知,从而获得对量感的直观体验。

1.实物操作活动中精准量感

具身认知理论认为,身体的感知和活动对内化量感知识非常重要,因此,教师要注重开展实物教学。通过对真实物体的接触,学生可以更直观地理解“量”的概念,提高对数量和量级的感知和理解能力。例如,在教学中,教师可以引导学生通过触摸1米的直尺,形成对1米的直观认知;通过掂量1包500克的盐,感受500克的重量;通过使用秒表,感受1分钟的时长……在触觉、感觉、视觉等多感官作用下,学生对长度、重量、时长形成了初步的认知。借助实物辅助量感可视化教学,可以有效帮助学生精准把握“量”,积累学习经验。

2.数学实验活动中建立量感

通过开展数学实验,能够帮助学生在多次估测中感受量感的建立和发展,从实验的角度增强对“量”的感受,逐渐建立并精准量感。在“厘米”一课的教学中,教师可以开展数学实验操作活动,通过设计一个测量桌面长度的数学微实验,引导学生先根据已有量感经验进行实验探索。实验时,学生暂时不用尺子进行测量,而是运用原有的量感认知进行估测和对比,例如用“一拃”估测、用数学书估测、用铅笔估测等,最后再用尺子测量实际大小,看谁估测的数据误差最小。在这一实验中,学生可以更加深刻地把握“厘米”的概念,在操作中建立量感。

3.角色扮演活动中夯实量感

在量感教学中,通过开展角色扮演活动,学生不仅可以感受数学学习的趣味性,还可以在实际活动中感受量的概念,夯实他们的量感。比如,在教授“货币的数量关系”时,教师可以模拟一个购物场景,让学生扮演买家和卖家的角色,通过实际的交易活动理解货币的数量关系。在模拟购物过程中,学生不仅需要根据目标拿取一定数量的物品,还需要确认所购物品的总价。学生在活动中直观感受了重量,理解了货币的数量关系,培养了他们的量感意识和解决实际问题的能力,在操作活动中夯实了量感,发展了量感。

4.跨学科教学活动中充实量感

在具身认知理论指导下,跨学科教学活动可以更深入地充实量感。量感作为数学和科学等学科的基本概念,可以通过身体的感知和活动加深理解和体验。例如,在教授时间单位“秒”时,教师可以开展一些室外教学活动,设置一个简单的斜坡滑行实验,先让学生估测小球从斜坡上滑下的时间,再让学生使用秒表记录真实的时间,进一步感受速度的量感,或者让学生估测规定秒数内小球划过的距离,最后通过卷尺验证结果,促进距离量感的培养。通过开展数学与科学的跨学科教学活动,学生在实际操作中充实量感,理解量在运动学中的应用,意识到数学和科学在生活中的应用价值。

(三)离线具身,在可视化描述中重构量感

离线具身指个体在不受身体和环境限制时,借助经验、语言描述或心理想象产生具身效应,以理解和感知知识。[8]离线具身教学鼓励学生发挥想象力,脱离实物进行深入思考,因此,在量感可视化教学中,教师可以开展描述式学习,回归学生个人经验,在可视化描述中为学生提供丰富想象、推理的机会,帮助学生间接获得学习体验。

1.借助情感化语言展开想象

教师可以巧妙地运用多媒体技术并结合饱含情感的语言描述为学生构建一个想象空间,引导学生自由地展开想象,进而产生强烈的离线具身效应。例如,在教授重量单位时,教师可以利用多媒体展示不同物品的重量对比,如轻飘飘的羽毛和沉甸甸的石头等。教师辅以情感化的语言描述:“同学们,你们感受到了吗?在我们的生活中,每个物品都有它独特的重量。重量就像是一种魔法,让物品有了不同的质感和手感。请大家闭眼想象一下橡皮、汽车、大象的重量……”在这个想象的过程中,学生结合已有经验进一步形成对物体重量的初步感知,从而奠定了教学基础。

2.巧用描述性提问展开想象

教师可以通过描述性提问的方式故意留下一些疑惑并追加一些思考性的问题,鼓励学生主动展开想象,进而自觉地形成离线具身效应。例如,教师可以引导学生闭眼想象:“现在,请闭上眼睛,想象你手里有一个完整的披萨,你要怎么把它平均分给四个朋友呢?你能感受到手中的披萨被分成了几份吗?”学生在问题情境中展开想象,逐步加深对分数概念的理解。教师在教学中运用可视化的语言描述帮助学生对量感进行迁移与重构,提升了学习效果。

(四)反思具身,在可视化评价中发展量感

为了将感性的认识上升为理性的思考,学生还需要在具身体验的基础上反思。这就需要教师帮助学生梳理体验过程中的感受、发现和问题,从而将具身体验转化为对“量”的深刻理解。

1.关注身体,开展表现性评价

学生身体的参与情况能够切实反映学生的学习成效,教师在教学中要关注身体,开展表现性评价。教师可以制作一个评价量表,分别从学生的身体参与情况、课堂积极性等方面展开等级评价,通过收集学生的学习痕迹、作品、反思日记等多元化的资料,利用图表、图像等可视化工具,将学生的学习过程和成果以直观的方式呈现出来,帮助学生更清晰地认识自己的学习状况和进步。

2.多元考核,设计个性化作业

为了检验学生的量感培养情况,教师不应该局限于书面作业的布置,而是要注重实践类作业的设计,对学生进行多元考核。例如,教师布置与生活实际紧密相关的量感作业,要求学生从家中自由选择五件物品,先向父母描述物品的大致重量,再借助电子秤来验证估测的结果。亲身估测活动既激发了学生的兴趣,又帮助学生直观地了解自身掌握知识的情况。此外,教师还可以灵活运用自评、同伴互评、任课教师评等方法综合考核学生的学习过程和成果,帮助学生在多元评价中发展量感。

综上所述,具身认知理论提供了一种全新的教育理念和方法,将具身认知理论引入小学数学量感可视化教学,不仅可以了解量感可视化教学的具身性特点,还可以发现具身学习对学生“量”的创造力、实践力、思维力和感知力的培养意义,更好地理解学生量感培养的认知过程和身心发展状态。通过实境具身、实感具身、离线具身、反思具身的方式,在可视化场景、可视化操作、可视化描述、可视化评价等可视化实践活动中激发、体验、重构、发展量感,以此促进学生的成长和发展。