具身认知理论视角下小学生科学素养提升策略

摘要

基于具身认知理论视角，结合小学科学学科的特点及小学生身心特征，确立了基于具身认知理论提升小学生科学素养的3个原则，即情境性原则、协同性原则和实践性原则。结合科学素养的4个维度，提出了基于具身认知理论的具体提升策略，包括：激活身体感知，建构科学概念；促进深度参与，发展科学思维；感官协同参与，优化探究实践；密切联系生活，厚植责任情怀。创新了具身认知理论在小学科学教学中的应用，构建了以学生为中心的具身学习策略，有效提升了小学生的科学素养。

关键词

具身认知理论 / 科学素养 / 提升策略 / 科学概念 / 科学思维

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，科学课程培养学生的核心素养，包括4个维度：即科学观念、科学思维、探究实践和态度责任^［1］。具身认知教学是一种教学方法，它强调身体、感知与环境在认知过程中的核心作用，主张知识的获得、理解与应用是通过身体与外界环境的互动实现的。在科学教育中，具身认知教学能够以生动直观的方式促进学生对科学概念的深度理解，提升他们的科学素养。

1 具身认知理论的应用现状综述

具身认知理论认为，认知是脑和身体共同与环境相互作用的结果。其中，身体在认知过程中占据核心地位；认知源于身体与环境交互产生的经验；个体认知的发展在很大程度上取决于其具身行为所累积的经验；认知、身体与环境构成了一个动态统一的整体。与笛卡尔身心二元论不同，具身认知拒绝感觉与行动分割的二分法，逐渐成为建构主义学习理论之后的教育新理论，注重身体与大脑的参与以及创造情境对认知的影响，其与情境学习理论、建构主义学习理论、生成学习理论、参与式学习理论高度相关。上述研究结论被后来的科学教育理论所证实，并被广泛应用于教学实践。

自20世纪80年代以来，具身认知理论对全球范围内的教育变革产生了深远的影响。

美国威斯康星大学曼迪逊教授指出，身体参与的认知学习对信息作出了更深层次的处理，创建了更强的记忆痕迹，提高了知识概念的记忆力^［2］。澳大利亚心理学家斯威勒认为，学习中的身体行为参与可以减少学习者大脑的认知处理负荷，为其他活动和认知留出了更多的可运转空间，从而提高学习者的问题解决能力^［2］。国际学习科学领域著名学者多尔·亚伯拉罕森教授指出，基于学习者的操作、手势和身体行为会影响他们的思维方式，研究表明，学生在实际操作与参与过程中，会自然产生对行为的观察、反思，并通过迭代实践深化认知，形成螺旋上升的推理过程^［3］。

我国诸多学者也对具身认知理论进行了深入探讨。叶浩生教授从3个维度解析了具身认知的内涵：身体状态直接影响认知过程；大脑与身体间的特异性通道（“感觉—运动”）在认知过程中扮演关键角色；大脑嵌于身体，身体嵌于环境，大脑、身体和环境三者共同构成一个整合系统^［4］。李其维教授则认为具身认知有4个特征——具身性、情境性、发展性和动力性，其中具身性为其核心，且是最重要的特征^［5］。

2 应用具身认知理论提升学生科学素养的基本原则

2.1 情境性原则

情境性原则指的是在基于具身认知理论的科学教学中，要努力为学生的科学活动创设一定的情境，让学生的学习活动在特定的情境中进行。认知、经验和情境常常是相互交融的，认知的情境性强调认知起源于身体与环境的互动，是主体在与环境互动中形成的产物。认知并非仅局限于大脑内部的心理表征，而是在物理、社会、文化、历史等环境中生成并受其塑造。因此，在小学科学教学中，应高度重视情境化创设，运用实感具身与实境具身手段，设计符合学生感知、思维、注意、记忆等发展特点的教学内容，增强学生感知与领悟，促发具身认知。

2.2 协同性原则

协同性原则指的是人的感觉器官之间要密切配合、协调统一。身体各个器官是信息的“采集器”，大脑通过器官获取信息，然后处理信息。不同的学习内容和任务可能需要不同的感官参与，不同的感官能够捕捉到不同类型的信息，单一感官在接收信息时可能存在局限性和偏差，而多种感官协同可以相互补充，减少信息的遗漏和误解。多种感官协同工作，能够更全面地接收和理解外部世界的信息。心理学研究表明，多种感官协同参与信息处理，能够提高感知效果和学习效率。它不仅能够增强信息接收的丰富性和准确性，提高学习效率和记忆效果，还能够促进认知发展和思维能力提升，以及适应多样化的学习环境和任务。因此，在教育和学习中应充分重视多感官协同的作用，并努力创造有利于多感官协同的学习环境。

2.3 实践性原则

实践性原则指的是在具身认知理论指导下，教育活动须与实践紧密结合，学生主要通过实践获得经验与知识。美国教育家杜威在《民主主义与教育》中将人视为自然的一部分，倡导“从做中学”；具身认知理论也倡导教学的真实性与实践性，改变传统科学教育中身心分离、知识本位的现象。具身认知理论提倡以科学原理指导实践应用，联结理论学习与实际操作，培养小学生解决复杂问题、团队协作、自我管理的能力。

3 应用具身认知理论提升学生科学素养的基本策略

科学素养包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任4个维度。在科学教学中，学生通过具身学习的方式参与科学探究，可以不断提升核心素养。

3.1 激活身体感知，建构科学概念

建构主义理论认为，儿童科学概念的形成是儿童主动进行科学概念建构的过程，通常需要对大量同类事物与现象进行观察，然后通过分析、比较等思维活动，对原有的科学前概念进行改造和重组，抽象概括出同类事物的共同本质特征，建构科学概念^［6］。具身认知教学倡导学生以亲身操作、实验、模拟等实践方式直观感知科学现象，激活学生的身体感知，将抽象的科学概念转化为具体、可感知的经验，帮助学生有效深化对科学知识的理解，并有力推动科学概念的建构进程。这一观点和美国教育家杜威提出的“从做中学”的原理一脉相承。

例如对光源科学概念的建构，学生需要通过观察各种光源，发现它们之间的共同特征是自身发光，并对各自原有的前概念进行加工，最终形成对光源的正确认识。

再如，在“植物的身体”相关内容的教学中，教师带领学生来到植物园，近距离观察各种植物，用眼睛看植物的颜色和形态，用手触摸植物的叶子、花朵和茎，感受不同植物的质地和纹理，同时观察植物的生长环境，思考环境因素对植物生长的影响，从而更加直观地了解植物的各部分结构和功能，建构植物能制造和获取养分来维持自身的生存、生物能适应其生存环境等科学观念。

3.2 促进深度学习，发展科学思维

具身认知教学通过动手操作和实践活动，能够加深对知识的理解和记忆；重视在真实或模拟情境中解决现实问题，引导学生运用所学知识，结合身体动作与环境互动应对各种挑战。这一过程不仅能锻炼他们发现问题、分析问题和解决问题的能力，还能激发其创新思维与批判性思考能力，这都是深度学习的重要表征^［7］。

例如，在青岛版科学五年级上册“空气的成分”教学中，教师创设与日常生活紧密关联的问题情境，首先开展“找空气”活动，如“空气在哪里？”“生活中哪些地方用到空气？”等问题，让学生借助感官的参与，意识到空气和我们的生活息息相关。在初步感知的基础上，学生将点燃的蜡烛用烧杯倒扣在水中，学生观察到蜡烛熄灭、杯内水位上升这一现象，让学生层层剥茧、不断质疑、深度参与，使学生认识到，空气至少包含支持燃烧和不支持燃烧的两种气体这一科学结论。

3.3 感官协同参与，优化探究实践

科学探究是探索和了解自然、获得科学知识、解决科学问题的主要途径，包括提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价等要素^［1］，落实这些要素，需要身体的各感官协同参与。

（1） 实验探究需要多感官协同。

如在小学科学常见物体“热胀冷缩”的教学中，学生用手触摸加热前后的金属球，感受其大小变化；用眼睛观察温度计中液柱的升降；用耳朵听加热过程中可能发出的细微声响。提出问题：物体在受热和受冷时会发生什么变化？作出假设：常见物体在受热时体积膨胀、受冷时体积收缩。然后制订计划，进行实验，搜集证据并处理信息，得出结论：常见的物体都有热胀冷缩的性质。最后进行表达交流和反思评价，巩固对热胀冷缩现象的认识。在这个例子中，学生通过实验探究，多感官协同参与，能够形成丰富多元的认知表征，促进认知的层层深入，提升探究实践本领。

（2） 实践活动需要多感官联动。

在“岩石与矿物”单元教学中，教师带领学生前往矿山公园。看到各种形状、颜色各异的岩石和矿物，有的光彩夺目，有的朴实无华；摸到岩石的粗糙表面、矿物的坚硬质地；听到敲击岩石发出的不同声响；通过放大镜仔细观察矿物的纹理和结构。多感官协同让学生对岩石和矿物的形成、分类以及用途有了更深入的了解。在活动过程中进行实地观察和体验，增强学生的探究实践能力。

（3） 信息技术辅助多感官参与。

在具体应用各种信息技术手段时，各种输入输出设备往往对应着人的器官，发挥着采集信息、处理信息、反馈信息的作用。在学习小学科学“太阳系”相关内容时，利用多媒体展示太阳系的动画和视频。学生用眼睛观看行星的运动轨迹，用耳朵听关于太阳系的讲解音频。同时，教师可以让学生动手绘制太阳系的示意图，加深对太阳系的理解和记忆。多媒体辅助教学，能调动学生多感官参与活动，使学生在学习太阳系知识的过程中提升了探究实践能力。另外，科学课程的很多活动都需要学生全身心参与，每一种活动都需要多感官协同参与，在不同的活动中各感官参与的侧重点不同。通过感官联动，从现象中揭示事物本质，激活具身学习潜能。

3.4 密切联系生活，厚植责任情怀

科学本质关注的是如何看待“科学”，本质上属于认识论问题。社会责任主要是价值论和实践论问题^［8］。科学态度与责任素养的培养需要强烈的情境性和现实性，态度和责任需要在社会中付诸实践并得以检验。

基于具身认知的科学活动，强调身体和环境的融合，学生通过从生活中学科学或将所学知识应用到生活中，在真切体验科学探索乐趣的同时感受科学对日常生活和社会发展的影响，进而增进对科学的热爱与敬畏之情，培养宝贵的科学精神与社会责任感。

例如，在教学青岛版科学四年级上册“探索地球”一课时，学生在教师的引导下通过模拟实验、查阅资料获得了关于地球形状的初步认识，但教师要求学生不能只满足于这样的认识，因此安排学生在课外观看日全食、去海边观看远处的船舶、登高山眺望等，通过这些具身体验的方式进一步验证对地球形状的认识，从而培养学生不迷信权威、敢于大胆质疑、严谨求实的精神，增强基于证据和逻辑发表自己见解的意识。

4 结语

知识根植于个体的生活存在，蕴含于我们的身体、语言与社会历史之中。将学生的认知、身体与环境无缝对接，方能实现富有意义的教学。具身认知理论以其独特的教学理念与方法，全方位地促进了学生科学知识的理解与掌握，促进了科学思维的发展、探究与实践技能的提升以及科学态度与责任感的形成，对全面提升学生的科学素养起到了强有力的支撑作用。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育科学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 饶加玺.基于具身认知视角下的教学活动对学生科学概念转变的影响研究［D］.上海：上海师范大学，2020.

[3] 王辞晓.具身设计：在感知运动循环动态平衡中发展思维：访美国具身认知领域著名专家多尔·亚伯拉罕森教授［J］.现代远程教育研究，2019（02）：3-10.

[4] 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（04）：104-114.

[5] 李其维.“认知革命”与“第二代认知科学”刍议［J］.心理学报，2008，40（12）：1306-1327.

[6] 唐勇高，冯霞.让探究之花在科学课堂绽放：如何切实有效地在小学科学课中进行探究式学习［J］.重庆教育学院学报，2012（03）：89-92.

[7] 唐玉溪.深度学习的实践逻辑：基于认知神经科学的视角［J］.当代教育科学，2022（06）：32-40.

[8] 张恩德，谢丽.科学态度与责任素养的课程意蕴与教学落实［J］.课程·教材·教法，2022，42（10）：145-151.

基金资助

淄博市教育科学“十四五”规划2023年度课题“基于具身认知的小学科学教学实践研究”(2023ZJY041)

淄博市教育科学“十四五”规划2022年度课题“应用数字化实验发展学生科学思维实践研究”(2022ZJY071)