具身学习理论视角下的物理教学策略研究

摘   要：当前高中物理教学存在过于抽象，忽视直观体验的教学问题。从具身学习理论出发，认为教学应调动学生的多通道感知；鼓励学生直接经历、体验物理现象以及深度参与观察、探究、解释等过程来建构物理知识。以人教版选择性必修一“光”单元教学为例，从创新实验设计、注重实践参与、引导深度探究几个方面提供了具体的教学策略，可供教师参考和借鉴。

关键词：具身学习理论；高中物理教学；教学策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2025）3-0006-5

物理学是自然科学领域的一门基础学科，当今许多技术的发展都与物理学科有着密切的联系。学生在高中阶段掌握基本的物理知识、概念、研究方法等，不仅关系到个人发展，也关系到国家的科技进步与发展。然而，在浙江新高考的改革中，物理竟一度成为“冷门”学科。学生纷纷避而远之，非必要不选物理。之所以出现这种状况，究其原因就在于物理教学过于抽象，导致学生理解困难、兴趣丧失。基于此，笔者尝试从具身学习理论的视角，并结合具体案例，来探讨如何为学生创造具身、真实的学习环境，以促进学生的知识理解。

１当下物理学习的问题审视

物理学科虽然是描述和解释自然界现象和规律的一门学科，但是它在描述的同时，也通过物理量和数学公式对生活现象进行了高度抽象和概念化处理。一旦学生无法结合生活现象，对物理量、概念等进行“翻译”和“转化”，便会出现理解上的困难，而且这种理解上的困惑极易导致学生在学习中出现系统性的错误。通过调查，笔者发现目前的物理教学中主要有以下问题。

１．１重理论，轻实践，学生体验不足，物理观念建构不清晰

课堂情境体验的缺失是物理学习的一大问题，这很容易导致学生在理解陌生、抽象的物理概念或物理规律时出现障碍，从而认为物理越来越难，越来越抽象，失去了进一步学习的兴趣。许多课堂侧重于理论的演算，缺乏物理知识的应用，学生疲于习题运算，缺少对物理概念的多方位感知，理论没有实验的支撑，学生也就难以建立清晰的物理观念。

１．２重讲授，轻探究，学生体验不深，科学思维培养不系统

随着物理课堂的深入和物理情境的复杂，学生对于物理的学习变得逐渐困难，教师的施教过程中限于教学资源的短缺，往往就是采用传统的讲授式课堂，或者通过看视频、看图片等形式来替代实际的体验过程，更有不少教师试图通过大量的习题讲解来替代学生应有的实验操作和探究。由于课堂设计中没有利用多样的课堂形式建构多元的探究路径，没有让学生经历深度学习、深度思考、深度交流的过程，学生科学思维的发展是不系统的。

１．３重结果，轻过程，学生体验不丰，科学态度形成有局限

物理教学除了让学生理解基本的原理外，更重要的是让学生能够学会将物理的方法、思维运用到实践中。部分教师只关注结果是否正确，学生物理知识的应用单一僵化，只限于课后的习题训练以及考试，缺乏多元的实践应用途径，如器材制作、装置优化、表格设计、成果展示等。缺乏这些活动，学生不仅丢失了巩固实验知识技能的机会，同时也无法经历科学发现的过程，更不用说经历实验创新、产品创作等过程。无法体验科研工作的艰辛，学生科学精神和态度的形成就会有局限。

２具身学习理论的教学启示

２．１具身学习的理论内涵

具身学习理论（Ｅｍｂｏｄｉｅｄ Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｔｈｅｏｒｙ）起源于认知科学和哲学的发展。其理论基础是具身认知（Ｅｍｂｏｄｉｅｄ Ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ），认为认知不仅仅发生在大脑中，还涉及整个身体及其与环境的互动。近些年来，研究者们开始将具身认知理论应用于教育领域，代表性学者包括国外的Ｍａｒｔｈａ Ｗ． Ａｌｉｂａｌｉ、Ｊｏｈｎ Ｂ． Ｂｌａｃｋ以及国内的叶浩生等。具身学习理论主要以“概念隐喻理论”（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｍｅｔａｐｈｏｒ

Ｔｈｅｏｒｙ，ＣＭＴ）和“知觉符号理论”（Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ Ｓｙｍｂｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＰＳＳ）这两个理论的假设为基石。其认为抽象概念的形成源于对具体概念的感知觉体验，强调了知觉和认知的紧密联系。也就是说，认知的过程本质上是多模态的，涉及包括视觉、听觉、触觉在内的多个感觉通道，这种多模态性有助于形成更为丰富和全面的认知表征。

传统观念认为，人的学习过程主要是大脑信息加工、处理的过程，因而与学习无直接关联的感官、动作等都应摒弃，如安安静静地坐在位置上学习便是最好的学习方式。但具身认知理论认为，我们不应将认知活动单纯地理解为大脑的智力操作与信息加工，它其实是与学生情感、体验、动作、行为等都存在密切关联。认知与具有知觉和运动能力的主体是不可分割的，认知的发生不仅涉及到脑细胞的参与，还涉及到身体的感受、体验、经历等经验层面的嵌入［１］。大量的教育学实验和案例研究支持具身学习理论。例如，研究发现，学生在参与实际操作、角色扮演、情境模拟等活动时，学习效果显著提升。相关研究还表明，通过多感官刺激和身体活动，学生对抽象概念的理解也更加深刻。

２．２具身学习的实践形式

具身学习理论在教育实践中的应用涵盖了不同学科、学段。在课堂中，具身学习的形式和方法有多种，如通过项目式学习、探究式学习等方式，增强学生的学习体验和效果。随着虚拟现实、增强现实、人工智能等技术的不断进步，具身学习的实现手段也更加多样化。具体而言，可以有以下实践形式：

强调动手操作。学生可以通过动手实验、制作模型、进行实际操作来理解抽象概念。例如，科学课上的实验，数学中的几何建模。课堂不应只有听和看，还应给予学生接近、触碰、体验现象、规律、模型的机会，从而调动触觉、嗅觉、动觉等其他感官的参与。这有利于促进学生的认知活动，辅助知识、概念理解。

关注非语言表征。非语言表征是指不以语言、文字、符号为载体的表征形式，而是以其他形式为信息载体的表征系统（如视觉、听觉、知觉等）。例如，学生可以通过模拟和角色扮演、肢体活动、图画颜色等形式去表达所思所想。学习是直接体验与抽象思考的统一，传统课堂过分地把学习导向了抽象思考的一边，过分要求学生用抽象、理性的语言和符号去表达。尽管这对学科学习而言非常重要，但不应漠视非语言表征的重要辅助作用。如果从脑科学的角度来讲，就是传统课堂只利用了倾向逻辑推理与思考的左脑，而负责感性体悟的右脑则被排除在外。事实上，只有多感官参与，联合感性与理性，经历直接体验—用心思考—实践应用—反思感悟的循环过程，才能最大限度地释放人的学习潜能。

创设直观情境。教学应直观、生动，越是学生能直接经历、体验的内容，学生认知上的负担也就越轻。许多教师认为高中教学就应该抽象，这样才能培养学生的思维能力。道理是不错，但发展思维能力也需要经历一个从具体到抽象的过程。“一步到位”“跨越式发展”无疑会造成学生认知上的困难，理解上的偏差。教师可以使用视频、音频和图片等多媒体资源、３Ｄ打印模型、虚拟现实技术等更加直观地呈现教学内容。

创设学习临场感。教师应鼓励学生全身心参与。传统课堂上，学生很多时候是“置身事外”，以一个旁观者的身份在看教师操作、演示、讲解等。具身学习理论则强调通过一定的情境，鼓励学生深度参与物理现象的观察、探究、解释等过程，从而培养学生的探究能力，提高学生的思维品质［２］。例如，教师可以组织探究、讨论和活动，激励学生思考和表达，通过言语和身体的互动深化理解。

３基于具身学习理论的物理教学实践

结合具身学习理论的内涵以及我校的实践经验，笔者以人教版选择性必修一“光”单元教学为例总结了一些策略，以期为教师的课堂教学改革提供参考。

３．１创新实验，让学生切身体验物理现象

物理现象是我们认识物理规律的直接经验来源。然而，许多物理实验现象不易观察或者不够直观生动，学生难以将现象“翻译”为物理量、物理关系。因此在课堂中，教师非常有必要通过创设合理的条件，让学生通过亲自体验、亲自触摸本来陌生、抽象的物理问题，从而为思维铺设一个认知台阶［３］。

在课堂中，笔者通过效果显著的演示实验，让学生通过亲自触摸本来陌生、抽象的物理问题，铺设一个思维的台阶，帮助自己建构合理的物理模型。关于光在各种复杂容器中的折射问题，笔者在各类容器中添加蜂蜜水，让学生看到光的传播路径，增强理论的信服感。例如，球形容器的折射，光在水滴、气泡里的反射、折射现象分为两种。光从外部打入，一部分直接折射出去，一部分反射回来，反射光线应与入射光线关于球心对称，如图1（a）所示；光从内部发出，调整好角度时光将在球体内部发生全反射而形成球的内接多边形，如图1（b）所示。三棱镜的折射，光在三棱镜中的折射，尤其是两块平行放置的三棱镜光路，通过实验展示可以清晰地看到光在内部的变化，如图1（c）所示。光疏、光密介质间的折射，在一个大的玻璃缸里面内接一个小的三角形玻璃缸，如图1（d）所示，当三角形容器外部装蜂蜜水，内部不装，只发生折射，不发生全反射；反过来装水，则光就有可能发生全反射。光的衍射，用加湿器喷出水雾，显示强激光通过衍射光栅形成的条纹光路，如图1（e）所示，从而将衍射图样由平面显示转化到立体显示，学生发现光通过衍射光栅后不再沿同一条直线传播，而是“发散”成很多条光线向前传播。

３．２实践参与，调动学生的多感官认知

物理学习难点在于学生对于物理情境缺乏实践性的认识。我们总认为物理规律一定是基于抽象的运算和数学推演才得出的。事实上，通过我们的感官体验，也能得出初步的结论，从而为后续的理解提供经验性的材料。因而，物理课堂中，我们在提倡学生深度思考的同时，也要帮助学生调动多种感官辅助认知和理解［４］。

在实验开展中，教师应思考怎样让学生快速聚焦到实验的观察点，引发学生思考，从而让课堂有序推进。此时，精心设计的“菜单式”实验导学卡就能起到很好的引领作用，让学生带着问题去有步骤、有目的地做实验，循着教师提供的问题参考，步步深入，完成对实验的研究。以“光的衍射”为例，学生如何有效观察光通过狭缝、障碍物、圆孔等的条纹图样特征，总结出相应的规律，是一大难题。在实践中，学生突破了制作狭缝的难点——在白纸上用美工刀刀尖划出一条长１ cm～２ ｃｍ的细缝；突破了光路共轴的难点——利用木架子将激光笔固定，使得光路稳定，便于图样观察；设计了表格记录实验现象，便于分析图样的特点；还创造性地发现可以通过转动纸片，改变狭缝的朝向观察实验现象；最后通过交流发现衍射条纹始终与狭缝垂直的特点，利用这一规律成功预测了两条狭缝、三角形孔洞、正方形孔洞、圆形孔洞的条纹图样形状，并一一得到实验验证。通过这种模拟实验、体感实验等活动，学生能够利用眼、耳、手、口、鼻等多重感官去体验现象、经历现象，从而获得对物理知识、规律更深刻的认识。“光的衍射”实验导学卡如表1所示。

３．３深度探究，促进知情意行综合发展

具身学习理论给我们最大的启示就是学习应该是知情意行相统一的过程。由此，笔者认为，当下在物理教学中应重点突出探究活动，因为探究的过程涉及到眼、口、手、脑的多方位协调，涉及到做人、做事的人性锤炼，需要耐心、细心和锲而不舍的精神品质。为此，笔者给学生提供了“不可思议的物理”选修课程，让学生进一步去触摸实验，体验发现。

以“神奇的衍射现象”为例，舞台上经常有绚丽夺目的五彩光柱，细心观察后发现一台激光发射器就能发射出几十条光路和各种变化的图案。学生不禁生疑，难道一台激光发射器里面藏着很多的激光头吗？激光又是通过怎样的排列才会形成跃动的光点呢？拆开激光发射器，发现有一个激光头，也只产生一个光点，配置一个光片以后产生了漫天星图案。光发生了一次衍射，就会有不同的图样，如果光发生多次衍射会发生什么？学生动手制作了一系列实验装置。首先，让光先通过一个衍射光栅后，再通过另一个衍射光栅，发现一个光点变成了一片图案；再次，利用电动机转动其中一个光栅（图2），发现光点神奇地跳动起来了，这正是跃动的激光图案；最后，让两束不同颜色的激光同时在上述装置中发生衍射，更加五彩斑斓的世界就展现在学生眼前。学生通过“神奇的衍射现象”选修课的学习，拓展了实验的深度与广度，接触了更多的实验器材，在课程中体验了科学探究的思维，也能在教师的引导下解决实际生活中看到的现象和发现的问题，从而为后续的基于自身需求的实验制作打下了坚实的基础。我们需要尽可能多地给予学生探究的机会和条件，让学生能够经历器材制作、装置优化、表格设计、成果展示等一系列活动。这不仅能够巩固学生的物理知识技能，同时也能让他们经历科学发现的过程，体验科研工作的艰辛，培养科学精神和态度。

４结  语

物理学习的难点在于其抽象性，如何让物理规律、概念变得直观、生动、具体、可理解，是当下破解物理教学问题的关键所在。在实际的教学过程中，深度体验、深度探究、深度应用是“你中有我、我中有你”式融合在一起的。学生在一些经典案例的引导下，经历几次完整的深度探究，学会思考，形成成熟的物理思维；体验几种抽象的物理情境，学会想象，给自己建立合理的物理模型铺设思维的台阶；制作几个实用的小制作、小发明，学会应用，感受“理论—实践—反哺理论”的过程，更深入地理解所学的物理知识。

参考文献：

［１］王美倩，郑旭东．基于具身认知的学习环境及其进化机制：动力系统理论的视角［Ｊ］．电化教育研究，２０１６，３７（６）：５４－６０．

［２］贾宗英，王继瑛．具身视角下临场感对在线学习有效性的影响［Ｊ］．继续教育研究，２０２２（５）：９７－１０２．

［３］浦建军．物理具身学习中的情境设计：情趣、境简、理深［Ｊ］．物理教学，２０２１，４３（１２）：２６－２９．

［４］任虎虎．基于多维具身体验深度学习高中物理学习重点［Ｊ］．物理教师，２０１８，３９（１０）：２８－３１．

（栏目编辑赵保钢）

收稿日期：2024-08-23

基金项目：余杭区教育局委托课题“浙江大学－余杭中学智能时代创新教学实践基地建设研究”（２０２２－ＳＫＹ－５０３１０３－００１３）。

作者简介：宣杭章（１９８８－），男，中学高级教师，主要从事高中物理实验研究。