基于具身认知理论构筑生物学概念的教学实践

摘 要：具身认知理论强调感官经验的重要性以及感官的解放和回归，有利于将学生从课堂的被动地位中解放出来，让其主动体验学习的过程。本文立足于具身认知理论，创设具身情境，引导学生通过一系列实践体验来获得具身认知，进而更好地掌握生物学知识并指导生产生活。

关键词：具身认知理论；生物学概念；蒸腾作用

文章编号：1003-7586（2024）06-0011-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

具身认知理论认为，认知是基于身体，通过各种感知和运动经验所获得的复杂体验，身体是认知的载体，也是与世界互动和沟通的媒介。^［1］具身认知理论应让教育者关注到感官经验对于教学的重要性，通过感官的解放和回归，将学生从课堂的被动地位中解放出来，让其主动体验学习。学生通过身体感官获得经验，参与感官越多，获得的信息就越丰富，与环境互动越多，掌握的知识就越扎实。

“绿色植物与生物圈的水循环”一节是苏科版义务教育教科书《生物学·八年级·上册》（以下简称“教材”）第六单元中的内容。通过本节课的学习，学生能够描述绿色植物的蒸腾作用及绿色植物对生物圈水循环过程的重要作用。对于“蒸腾作用”这一概念，大多数教师会以直接讲授的形式进行教学，但是过程中缺少学生的参与和讨论，导致学生的记忆并不深刻，教学效果并不理想。具身认知理论认为，认知、身体和环境是一体的，对于改变学生“离身”的被动学习模式有重要的指导意义，为一线教学提供了新的启示。^［2］

1 基于具身认知理论的教学设计思路：关注概念构建的关键点

蒸腾作用是指植物体内的水分以气态形式散发到植物体外的过程，但学生对这一概念的理解并不深入。针对这一概念的学习有几个需要关注的关键点：①水蒸气从叶片中散发的过程不可见，需要让学生体会水分从植物体内散发到体外的过程。②如何让学生观察到叶片中与蒸腾作用相关的生理结构？③叶片中气孔开闭的原理是什么？这些问题实际上都可以通过基于具身认识的活动设计帮助学生理解。因此，教师在教学设计时应该注重学生体会、观察和参与学习的过程，将学生从封闭、单一且离身化的“灌输式学习”中解放出来，把课程内容转移到学生感官和其所处环境的对话与活动中。

2 具身认知理论下的课程实践过程：体会概念构建的动态生成

八年级学生具有相对较强的理解抽象概念和动手实践能力，但其对于植物的蒸腾作用这一知识点相对陌生，对于产生蒸腾作用的原因也缺乏认知。本节课基于具身认知理论，选取贴近生活的真实情境，通过对多组实验的观察和现象归因，引导学生探究活动，构建具象化模型，进而帮助学生构建核心概念。

2.1 具身情境：引入“蒸腾作用”概念

在具身认知理论的指导下，教师通过实验装置展现蒸腾作用的现象，从而引导学生形成真实的、有实感的认知。

课前教师搭建“植物拔河比赛”装置（见图1）。将同种植物的枝段置于试管中，内部装有清水，并用导管和乳胶管连接两根试管，且密封整个装置（见图2）。乳胶管两端用止水夹固定，中段注入少量碘液，并将此装置放于阳光下。学生在课堂导入阶段先观察装置结构，当教师同时打开两端的止水夹，观察碘液发生的移动。学生根据出现的实验现象得出结论：叶片多的植物产生的“拉力”更大。

学生通过对“植物拔河实验”的观察，初步体会叶片数量对植物生存的意义。该实验能够激发学生学习兴趣，为蒸腾作用的学习作铺垫。

2.2 具身认知：构筑“蒸腾作用”概念

学生对“蒸腾作用”这一概念的理解需要把握“植物叶片”“气体状态”“植物内外”等关键词。因此笔者对教材中的实验进行了改进，准备了四组实验装置（见图3），实验过程如下：首先选取容量相同的四个锥形瓶，分别标记为A、B、C、D，选取三枝粗细相近的同种植物枝条，去掉其中一枝的叶片，分别插入装水的锥形瓶中，并保持液面高度相同，加入少量食用油后在瓶上标记初始液面的高度。再将两个枝条（一个有叶片，一个没有叶片）露出瓶外的部分用塑料袋罩住，袋口扎紧（A装置：无植物，套袋；B装置：有植物，套袋；C装置：有植物，不套袋；D装置：无叶片的植物，套袋）。最后将四组实验装置放在阳光下持续2～3 h。

在蒸腾作用概念的教学过程中，教师要引导学生找出符合单一变量原则、能形成对照的实验组合，并分别观察每组实验的不同现象。学生会自然地想到：每组实验现象的不同是由于单一变量造成的。于是，通过实验现象与单一变量的对应关系得出结论（见表1）。

学生通过对四组对照实验的观察和结果分析，体会植物的蒸腾作用并构建蒸腾作用的概念。

2.3 具身体验：寻找植物中的“孔洞”

叶片上的气孔是微观结构，在实际操作中学生可以对植物结构进行探索和观察，并通过具身的体验进一步思考。

学生将叶片浸入热水，观察到叶片的上、下表皮产生许多小气泡，并且下表皮产生的气泡数量明显多于上表皮。学生认为产生气泡的原因是由于叶片表面存在许多小孔，但对于上下表皮气泡数量上的差异仍存在疑惑。为了观察到小孔的结构，学生在教师指导下利用鸭跖草、吊竹梅等植物的叶片制作上下表皮临时装片，尝试找到表皮上的孔洞，过程中教师将学生观察到的显微画面通过多媒体实时呈现出来。以上教学环节让学生通过具身体验，观察实验照片中孔洞的位置并关注形态特征，进而了解气孔的结构组成和功能。

学生通过对热水实验的观察，具身体会叶片气孔的存在；通过对鸭跖草等植物叶下表皮临时装片的制作，具身体会寻找气孔的过程；通过对不同植物叶片下表皮临时装片的图像分析，获得具身认知，认同植物体中气孔存在的普遍性（见图4）。

2.4 具身模型：揭秘气孔开闭的原理

当学生在显微镜下观察到气孔的结构，自然产生疑问：“为什么气孔具有这样的结构？该结构有什么功能？”教师引导学生通过具身认知的过程，用触摸的方式亲身感受鸭跖草叶片在不同浓度溶液中发生的变化，并结合宏观和微观层面观察到的现象，得出有意义的结论。

教师展示鸭跖草下表皮临时装片在不同渗透压溶液中的气孔状态，引导学生分析气孔开闭的原因。让学生用手感受鸭跖草浸泡在不同浓度溶液中的生理状态。学生发现在高渗溶液中的鸭跖草变软，清水中的鸭跖草硬挺，联想七年级的知识点“细胞的吸水和失水”，学生推断在清水中叶片细胞通过吸水导致气孔张开，在高渗溶液中植物细胞失水导致气孔关闭。教师展示构成气孔的保卫细胞结构，学生观察到保卫细胞的细胞壁两侧厚度不同，内侧细胞壁较厚。学生推测这可能是因为保卫细胞在吸水、失水过程中，细胞形态发生的不规则变化导致气孔的开闭。

教师选用鸭跖草的茎作为模拟保卫细胞的材料，茎的一侧去皮，中间对折但不折断，另外一侧固定。学生指出模型中分别对应气孔的各结构，同时加深对模型的了解。学生根据模型设计实验，将模型材料分别放入清水和浓盐水中，观察到气孔模型在不同溶液中的变化（见图5、图6）。学生通过具身模型的制作和观察得出结论：气孔开闭与保卫细胞的吸水和失水有关。

学生通过对同种植物临时装片进行观察，了解气孔开闭的状态，思考气孔开闭的原因。教师应用科学的研究方法模拟实验，让学生观察到保卫细胞的开闭过程，通过模拟装置的制作，了解模拟实验的一般操作方法和采用模拟实验解决问题的方法。

2.5 情境贯穿，学以致用

教师最后在课堂中给学生的思维“留白”，鼓励学生走出课堂，在生活中寻找还有哪些植物适合作为观察叶片气孔的材料，让他们在生活中主动寻求问题的答案。对于影响气孔开闭的因素，教师没有局限于水分这一单一因素的影响，而是给学生留出了猜想和求证的空间。

3 具身认知理论指导下的教学反思：多元发展促成长

3.1 知识与经验的动态生成——概念构建层层递进

在具身认知理念指导的教学模式下，教师需要根据学生的认知规律和概念层级设计实验。从“植物拔河比赛”的装置介绍出发，引发学生的直观感受，后续在实验探究中逐步引导学生设计与分析对照实验，之后观察分析显微镜下的气孔结构，最后通过具身模型进行科学探究，依照一定的层次和阶段进行课程设计。^［3］每个探究活动都为学生深入理解蒸腾作用的概念提供了基础，这样的教学设计不仅遵循了学生的认知发展规律，也使得学生对于概念的掌握更加牢固和深入。

3.2 基于情境的具身学习——学生主体的体验解放

以具身认知理论为核心的课堂应注重学生在实验探究中的体验，但讲解实验不等于学生不参与实验。教师要充分发挥学生的主体性，给学生创造参与学习过程的机会。尽管真实课堂中的时间安排较为紧凑，但教师可以提前准备好实验材料和模型，通过小组合作的方式让每一位学生参与课堂体验，分工完成教学目标，提高学生相应的实验探究能力，并在分享中提升科学表达能力。

3.3 认知与身体的整合——科学素质发展的路径

在具身认知理论中，知识的获得与身体的活动是分不开的。在设计学生活动的同时，紧密结合课堂教学的目标要求，有助于学生后续知识的学习和思维能力的培养。

参考文献

［1］ 殷明，刘电芝.身心融合学习：具身认知及其教育意蕴［J］.课程.教材.教法，2015，35（7）：57-65.

［2］ 叶浩生.身体与学习：具身认知及其对传统教育观的挑战［J］.教育研究，2015，36（4）：104-114.

［3］ 胡桂平.具身认知理论对生物学科教育的启示［J］.生物学教学，2013，38（6）：9-11.