具身认知视角下的作业设计、实施与评价

摘要

作业的本质，是学生自主学习的过程。针对当前初中物理实践类作业中存在的普遍问题，以具身认知理论为指导，提出其设计、实施与评价的原则。6种实践类作业类型的教学实践表明，初中物理实践类作业对激发学生的学习兴趣、提升其学科核心素养、落实“双减”政策的要求等，均具有重要的现实意义，是值得推广的一种作业类型。

Graphical abstract

关键词

实践类作业 / 具身认知 / 初中物理，设计 / 实施 / 评价

落实“双减”政策要求的一个关键环节，是实施高质量作业管理。初中物理作业减负的一个重要途径就是研制实践类作业，因其能充分体现具身性、情境性和技术交互性的特点。作业不仅是课后作业，也可以是探索的前置性作业和复习的总结性作业，借以激发兴趣、总结知识、形成结构网络，最终落实课标要求。

1 作业的定位流变和当前初中物理作业存在的问题

1.1 作业的定位流变

对教师而言，布置“作业”是习以为常的教学流程。但“作业”到底是什么？梳理有关“作业”的定位流变，有助于认清“作业”的本质。

（1） 作业即游戏活动。该思想主要针对幼儿教育的作业观，代表人物是意大利幼儿教育学家玛丽亚·蒙台梭利。其基本观点包括：作业主要侧重训练幼儿的感知觉、动作技能等；作业主要是教师指导下的校内活动；强调所设计的作业要符合儿童兴趣，并且由儿童自愿完成。

（2） 作业即教学巩固。这一思想的代表人物是苏联著名教育家伊·安·凯洛夫。其基本观点包括：强调在教学中作业对知识与技能的巩固作用；强调作业是进行课堂教学管理的重要手段之一；强调独立作业和书面式的文本作业；重视将心理学作为作业研究与实践的基础。

（3） 作业即学习活动。这是以美国著名教育家杜威为代表的学者提出的观点。其基本内容包括：倡导作业是学校课程的一部分；强调正确处理校内作业与校外作业之间的关系；作业设计要关注整体性、情境性和真实性；作业设计要遵循学生不同发展阶段的学习心理特点。

（4） 作业即评价任务。其代表人物是美国的泰勒、布卢姆和加涅。其基本观点包括：关注作业的评价和改进功能；强调作业目标的选择与设计要综合考虑各种因素；形成科学有效的描述和撰写作业目标的方法；针对同一内容，可以设计不同评价目的的作业或题目；强调作业和校内学习的互补性；强调作业设计需要系统设计^［1］。

王月芬博士指出：玛丽亚·蒙台梭利等学者的“作业即游戏活动”的思想注重了作业的活动性和实践性，但同时也存在形式单一、过分强调教师中心的弊端；伊·安·凯洛夫等学者的“作业即教学巩固”的思想强调作业是教学的延续，作业和教学有着紧密的联系，然而该观点也存在过分强调知识与技能、机械训练等问题；“作业即学习活动”强调作业的真实性、情境性是值得借鉴的，但学生通过作业只能获得零散的知识，同时其效果并不明显；关注作业目标且给予科学的分类指导，强调通过作业进行诊断和反馈，这些都是“作业即评价任务”的特点，但仍然存在一定的局限性，如该思想企图解决价值观维度的评价问题而未能如愿。

综上所述，作业主要是指学校教师依据一定的目标布置给学生，并由学生利用非教学时间完成的学习任务。换言之，作业，本质上是学生自主学习的过程^［1］。

1.2 当前初中物理作业存在的主要问题

初中生的思维既有具体的形象思维，又有抽象的逻辑思维，属于经验型思维，处于从具体运算阶段向抽象运算阶段转化的过渡期。学生学习物理常常表现为：由无意识和机械识记走向有意识和理解记忆，从习惯于具体的形象思维向运用一般形象思维和抽象思维过渡，从单纯地“用脑”逐步转化为“手脑并用”。

当前，初中物理作业存在的主要问题有：一是学生视角缺失，没有从学生角度进行作业设计，作业形式单一，导致作业无法激起学生的学习兴趣，疲于应付作业，效能低下。研究表明，当学生对作业感兴趣并认为对学习有帮助时，就会更多地参与到作业中来。二是内容同质化，致使“机械式刷题”现象盛行，无法引起学生的有效思考。三是作业层次不清，没有考虑到学生接受水平的差异，未采取因材施“业”，难以有效锻炼学生的关键能力。四是作业评价标准单一，成果难以交流和展示，学生缺乏成就感，难以有效培养其品格。

2 具身认知理论基本观点及其对初中物理作业的指导作用

2.1 具身认知理论基本观点

具身认知理论认为，人的心智是大脑、身体和环境互动的结果，身体并非心智的容器，环境也并非心智的活动场所，心智、大脑、身体和环境共同构成一体化的系统。具身认知，最初建立在批判传统离身认知的基础之上，离身认知强调人的意识和思维在身体上的独立性，主张人类的认知、情感和行为并不完全依赖于身体，而是更多地受到大脑和心智的影响。

关于“具身”的含义，比较一致的认识是身体的形态结构、感觉系统、运动系统和神经系统，都影响着人们的认知过程。身体不仅影响认知的加工，还影响认知的基本内容。离线认知是基于身体的，即使大脑从环境中分离出来（离线），大脑的活动仍建立在与环境相互作用的基础之上^［2］。具身认知反对仅把学习看作与身体无关的心智训练，反对把身体静止，甚至控制、压制着身体而侍奉着唯一心智发展的课程教学观。知识的学习离不开身体的参与，具身课程知识观要求课程经验的组织应基于学生的身体经验，呼唤着学生的身体在学习活动中的自由与回归。课程知识将不仅包括符号化的、语言的和客观的知识内容，还包括那些不能表征成语言和符号的内隐的能力、实践智慧、信念和精神态度等。具身课程观要求教学应突出学生的主体地位，充分赋予其权利和自主，关注学生的情感态度和意志等的参与^［3］。

总之，具身认知强调身体、环境在认知中的作用，以及身体与环境的相互作用，重视认知的情境性与具身性，呼吁人们重视身体经验对认知的作用，以探索更为合适的方式来促进学习。

2.2 具身认知理论对初中物理作业的指导作用

鉴于具身认知所强调的情境性、具身性和交互性^［4］，即可据此判断其对初中物理作业具有以下指导作用。

（1） 从作业内容看，其源于生活，具有真实的情境性。真实情境易于引发学生对以往生活经验的提取，激发其兴趣和主动性。初中生普遍好动、有好奇心、思维活跃，这是完成作业的先决条件。

（2） 从作业设计看，要尽量选择贴近学生生活实际、操作性较强的小实验、小制作，以逐步提升不同层次学生的动手能力，培养其实践能力，厚植其物理学科素养。

（3） 从作业形式看，无论是小制作、小手工，还是利用常见器材解答问题，抑或是通过实验解释某种生活中的现象，都可以通过视频方式进行留存和交流展示。

（4） 从作业过程看，学生的身体与环境深度交互，即在实验过程中，不只是手的参与，身体的各部分同样都有不同程度的参与。

（5） 从作业反馈看，教师展示优秀的作业作品并进行点评，对其他学生有一定的专业引领作用，同时也是对学生的情感态度和意志的肯定。

3 初中物理实践类作业的设计、实施和评价原则

初中物理实践类作业，既是学生充分利用生活、社会、网络等资源的过程，也是其以手脑并用方式改造资源以达到自学目的的过程。在对实践类作业进行设计、实施和评价时，应把握如下原则。

3.1 设计原则

（1） 适切性。教师设计的作业要适合学情、教情、校情，服务于教学，忌统一内容和要求；要因人而异，因地制宜，调动每位学生的能动性；要从大单元高度、面向全体学生的角度设计作业；每次作业之间有一定的关联性和递进性，不断加大操作难度和思维深度，推动学生的能力不断向前发展；每次作业要设置几个不同层次的目标，使不同层次的学生都学有所得。

（2） 发展性。教师在设计实践类作业时，要考虑作业之间的迭代性。学生通过后期的不断完善，实现作业形式的多样化呈现或版本的升级更新，即上一次实践类作业就是下一次作业的起点或重要组成部分，人人都可以在原作业的基础上进行加工和改造，以使作业臻于完善。

3.2 实施原则

（1） 情境化。实践类作业是要解决具有一定现实背景的实际问题，要求学生经过阅读和分析、物理抽象和物理建模等环节解决问题，实现从“解题”走向“解决问题”；要求以学生身边的原始物理问题作为作业，同时引导学生将目光投向身边的生活、社会生产和自然环境，关注现实、关注生活、关注自身。从效果看，实践类作业锻炼了学生的抽象思维和模型建构能力，能帮助学生养成良好的分析和解决问题的思维习惯。

（2） 互动性。一是在完成作业过程中，小组成员间的互动；二是作业成品与使用者之间的互动。作业须由小组成员合作完成，小组成员间根据兴趣和能力差异进行分工合作。好的作业成品，能通过学生的实际使用获得积极反馈，并有效达成互动目标。这是因为，使用者对作业的直观感受大多来自作业的互动性，互动性是作业作品广泛传播的助推剂。

3.3 评价原则

（1） 过程性。教师在进行作业评价时，既重结果也重过程。学生能力水平有差异，但态度是无差别的，故而在关注结果的同时，教师要对过程进行评价。优秀的作业产生过程需要展现出来，以便模仿和借鉴。从另一个角度看，失败也是一种教育资源，其作业成果也要适当加以展示。教师不仅要展示作业的最终结果，还要展示作业产生的过程；不仅展示优秀作业的成功之处，也要展示质量较低作业的失败因素，并逐一进行点评，以发展学生的必备品格。

（2） 作品化。每一件实践类作业成品，都是学生个人或团体努力的结果。物化实践类作业，使作业变成一件作品，易于激发学生的成就感，从而形成正反馈闭环。教师可选择具有典型性和示范性的作业进行演示、讲解和评价，指出作品的优缺点，从而帮助学生在交流反思中改正缺点、发展优点。优秀的实践类作品，既是学生引以为豪的成果，也是后期复习的重要学习资料，还可以制成专辑供下一届学生作为范例。

4 初中物理实践类作业设计、实施与评价的实施途径

4.1 移用日常器材，丰盈感性认知

初中物理实践类作业所用器材一般来源于日常生活，学生利用熟悉的身边的器材进行实验，有助于提升科学素养^［5］。学生在身体、器材、环境的交互作用下，往往能获得大量真实、直接的体验，既加深了学生的感性认识，激发了学习热情，又为感性认识上升到理性认识奠定了基础。

【作业1】徒手液化水蒸气：课堂上，教师选用一个普通的空矿泉水瓶，盖紧瓶盖；用手连续拧转瓶身，使其体积出现较大程度的压缩；当打开瓶盖的瞬间会发现——瓶内出现白雾。魔术般的演示，让学生真实感受到液化的效果。学生回家后重做上述实验，并注意观察实验现象。学生在震撼之后会思考其中的原理，这一实验过程让学生感受到物理学的魅力。

【作业2】估测站立时对水平地面的压强：学生利用体重秤和坐标纸，估测自己站立时对水平地面的压力和受力面积；根据压强公式估算，并反思产生误差的原因及改进措施。在完成这一作业的过程中，学生以自身为研究对象，便于直观认识压强单位，同时对自身有了更深层的了解。

【作业3】利用废旧笔芯制作简易密度计^［6］：将铁丝缠绕在笔芯的下端，使其能够在液体中处于直立的漂浮状态，测出其露出液体的高度并标记。学生参与制作活动后，对密度计的刻度特点产生了深刻印象。对推理能力较强的学生，教师可以引导其利用实验数据画出\rho -V_{\mathrm{排}}图像，再根据相关知识推导并得出密度计的刻度特点。这一做法体现了分层教学的特点，锻炼了学生的动手能力和逻辑推理能力。

4.2 变用实验器材，获取峰值体验

变更常见器材的用途，可以创造出更佳的体验效果。学生亲自看到、体验到、接触到物理现象，并在实验环境中体验物理现象的冲击所带来的峰值效应。这些峰值体验即使在身体处于离线时也能够被大脑唤起和使用，是学生掌握物理知识、理解概念、进行推理的基石和前提。

【作业4】电池短路实验：将中间略窄的长条锡纸连接于两节电池的两端，会发现锡纸在较窄处冒烟、起火，如图1-a所示。在实验时，不要用手直接接触锡纸，以免烫伤。从结果看，光和热的刺激给学生留下了深刻的印象，受到了安全教育，认识到短路的危害，同时也为后续焦耳定律的学习储备了素材。

【作业5】土豆电池点亮LED：分别把铜片和锌片插入土豆中，再将两者分别连接在电压表的两端，此时电压表有一定的示数（图1-b）；把3节这样的土豆电池串联起来，就可以点亮LED灯。这一作业将食品与物理器材结合起来，增强了实验的趣味性，提升了学生的审美水平。

【作业6】测量白炽灯的冷态电阻：用伏安法测量普通照明白炽灯L（PZ 220 V、200 W）在常温下的电阻值时发现：一般来说，其正常工作时的电阻值是242 Ω，而在常温下测量的电阻值只有5 Ω（图1-c）。学生使用常规器材探究了普通照明白炽灯的冷态电阻值，发现冷态电阻值远小于正常工作时的电阻值。借助这一作业，学生不仅对伏安法测电阻的方法进行了迁移，同时对白炽灯的了解也更加深入。经过实验，学生认识到白炽灯的电阻是变化的，不能把其当作定值电阻对待。

4.3 巧用几何画板，开展物理实验

教师选择常用软件与教学融合进行作业设计，可以提高学生的信息技术素养。虚拟实验类型分为4种，即：全身交互型、涉身交互型、控件交互型和替代交互型。全身交互型实验，主要应用于大学阶段的学习；涉身交互型实验，对大学生的促进作用优于中小学生；控件交互型实验，更适用于中小学实验教学以及人文社科、自然科学及陈述性知识的学习；替代交互型虚拟实验，对学生学习成效的影响并不显著^［7］。

【作业7】移动的光：运用动态几何画板GeoGebra，大致画出一条光线，即从空气斜射入水中的光路图（图2-a），学生改变液面的高度，可以观察到光斑在容器底部的移动变化情况。

【作业8】士兵拉吊桥：学生改变桥面与水平方向的夹角（图2-b），可以借此探究拉力力臂的变化情况，即基于桥的重力力臂L_G 与拉力F的力臂L₁之间的大小关系来判定杠杆的类型。

【作业9】凸透镜成像规律：学生根据几何光学的规律完成凸透镜成像规律演示作业，并从3个角度对光路图进行动态调节，即物距可调、焦距可调、物体的高度可调，从而增加软件与使用者的互动性。

4.4 借用智能手机，开展定量研究

智能手机上有常见的传感器：光传感器、距离传感器、重力传感器、气压传感器等。这些传感器为智能手机提供了敏锐的感知力，能够让实验从定性观察走向定量测量。例如，在教学中常见的手机物理工坊App——Phyphox，就是一款功能强大的物理实验辅助软件，将其引入初中物理实验中，可以收到良好的实验效果^［8］。

4.5 利用社会资源，打造视听盛宴

科技馆既是优良的教育资源集中地，也是科普教育的重要阵地。在科技馆中，学生参观、体验、操作各类科普器械，置身于科学大环境之中，并在与各类装置互动的过程中获得感性认知、乐趣并产生探究兴趣。学生还可以创造性地使用科技馆的器材，验证自己头脑中的各种奇思妙想，从而打造视听盛宴。

合理利用网络中蕴藏的优良教育资源，也可以打造视听盛宴。例如，唐代浪漫主义诗人李白的诗句“千里江陵一日还”到底是实情还是想象？如何进行甄别？针对这一问题，学生需要借助网络资源查询长江这一段水路的距离、当时客船的大致航速，甚至还要考证唐朝当时的“里”与当代对应单位的差异，又或者找到《水经注》中的旁证（《水经注》中记载：“有时朝发白帝，暮到江陵，其间千二百里，虽乘奔御风，不以疾也。”）（表1）。这类作业不只锻炼了学生的科学论证能力，同时提升了学生的跨学科综合能力和审美情趣，对学生的情感、品格、意志力等均是一种培养和锻炼。

4.6 使用自制报刊，突破认知边界

学生不应只满足于从课本上获得知识，要想突破教材在知识与技能方面的局限，还应该从其他途径涉猎更多感兴趣的知识与技能。有些知识在教材中介绍得很简略，但又与人们的现实生活息息相关，这时候学生就应该深入了解这些知识，以便更好地理解社会中的科技知识。例如，课本虽然对内燃机、温室效应、热岛效应等知识都有介绍，但并不深入。对此，教师可以布置作业，要求学生以手抄报的形式从更广、更深的角度介绍它们（图3）。

实验是物理教学的学科特色和灵魂，是物理学科的魅力所在。实践类作业对学生具有天然的吸引力。具身认知指导下的初中物理实践类作业是一种重要的作业类型，是落实“双减”政策的重要途径。通过实践类作业，学生不仅学习到科学知识和科学方法，还锻炼了动手能力和思维能力，最终提升了物理学科核心素养。

参考文献

[1] 王月芬.重构作业：课程视域下的单元作业［M］.北京：教育科学出版社，2021.

[2] 艾兴，李苇.基于具身认知的沉浸式教学：理论架构、本质特征与应用探索［J］.远程教育杂志，2021，39（05）：55-65.

[3] 宋岭.具身课程知识观及其知识生成路径：默会认识论的启示［J］.中国教育学刊，2022（02）：46-50.

[4] 胡翰林，沈书生.从预设模仿到交互生成：作品制作课程开展的具身转向［J］.天津师范大学学报（基础教育版），2023，24（02）：43-47.

[5] 江耀基.基于培育核心素养的初中物理家庭实验选题策略［J］.物理教学，2023，45（05）：76-80.

[6] 马振波.初中物理作业设计类型及其实施策略［J］.中学物理教学参考，2022，51（21）：5-7.

[7] 王辞晓，李睿玉，张慕华.虚拟实验具身程度及其对学习成效的影响［J］.开放教育研究，2022，28（05）：93-104.

[8] 杨梦琪.基于phyphox开展家庭物理实验的研究［J］.物理通报，2022（S2）：115-118.

基金资助

天津市教育学会“十四五”教育科研规划重点课题“具身认知理论视域下初中物理实践类作业设计及实施策略研究”，编号：KT-“十四五”-201-2022-ZD-0001