ARTICLE · 1222034
章宇 | 具身认知视域下小学科学项目式学习的实施研究
章宇 | 具身认知视域下小学科学项目式学习的实施研究
教育部等十八部门联合印发的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》提出，在教育“双减”中做好科学教育加法的顶层设计，明确科学教育要深化学校教学改革，引导学生广泛参与探究实践，提升学生解决问题的能力，在问题解决中激发学生好奇心和求知欲，培养科学精神。 而项目式学习作为一种契合具身认知的学习方式，其教学设计尤为注重学生的具身体验，通过情境设置，问题驱动，问题解决，既关注学生对科学概念的强化，更强调学生思维进阶和动手经验的巩固，促进学生大脑的发展，知识、技能、情感全方位的整合。 一 传统科学教学认知模式的局限 皮亚杰认为“认知是个体借助身体动作与环境相互作用的动态建构过程”。认知应该是具身的，更是经验性的。传统科学教学中往往因为各种局限性而导致“认知”与“身体”间的联系不够紧密。具体表现为： 一是情境设置不真实。课堂的情境来源往往没有对学生的生活经验进行深度调查，情境来源孤立、静止，没有架构情境与知识运用间的联系。学生在这种探究中虽能完成探究的过程，解决科学问题，掌握科学知识。但由于缺乏真实的空间体验感，其对探究的目的没有深入的理解，造成学习浅层化等问题。 二是经验具身认知不充分。科学探究纸上谈兵脱离实践，学生缺乏深度的体验感。如在“月相”观测、“植物成长记录”等长周期观察实践活动中，一些教师认为此类观察活动的耗时性大以及观察后的数据价值低，在课堂中往往以照片或者视频的方式在短短一分钟将整个长周期的过程展示给学生，学生缺乏长周期具身体验的过程，其科学情感、思维的形成受到限制。 二 具身认知视域下项目设计的原则 具身认知作为一种高级的认知方式，建立在跨学科领域研究和大量认知心理学实验的基础上。其在批判传统离身认知“二元论”的基础上，认为认知、经验和情境是相互交融的，倡导身体真实体验和问题情境解决相结合的教学方式。 具身认知视域下项目设计更为强调项目的综合性和真实性，既是对教材内容的延伸，强化实践，充分发挥学生的“身体能动”作用，学思融合，又是综合运用学生的所学知识，解决实际的问题，推动科学教育从“离身”到“具身”转变。 （一）推动项目从单一视角走向大单元视角 具身认知理论认为，个体的认知过程并不是单一的线状，而是身体、环境、认知融合的整体过程，片段化的体验不足以支撑学生建立对事物的深度认知。 因此，这就必然要求项目在设计中坚持大单元的思维，推动项目内容层层递进，环环相扣，既有学生对项目的整体认知，又包括学生细致感知、实践运用、概念总结等方面的内容，从科学概念和学习进阶两个方面深入理解，促进学生建立对整个知识的系统建构。 （二）促进学习从知识本位走向素养本位 基于具身理念的项目式学习重视探究实践，改变了传统科学教育中身心分离、重视知识点的传授和记忆的现象。 项目实施中融入科学探究的思维，重视学生探究能力的考察，不仅考察学生的探究能力，更以评促教，潜移默化地增强学生的学科素养。项目中适当地融入“迭代、更新”的理念和过程，增强整个项目实施过程的研究性和思考力。 （三）实现情感体验从片面感知到沉浸式感悟 没有个体的浸润式体验就无法衍生对事物深刻的理解和情感的共鸣。具身认知视域下的项目化学习注重学生通过感知和体验建构知识、发展认知，提升个体深度感知世界的能力。 项目的设置不仅仅只考察学生的科学概念和科学探究的过程，更要关注学生科学情感的浸润。项目的设计建议从现实情境中出发，激发学生在情境中解决实际问题的兴趣。在解决问题的过程当中学生会对许多社会问题有更深刻的理解，不仅激发了学生对项目的兴趣，而且培养了可持续发展、与自然和谐相处的科学精神。 三 具身认知视域下项目式学习的实施策略 儿童核心素养是学生个人面对身边真实情境综合运用所学知识、技能解决实际问题的能力和观念。具身认知视域下小学科学项目式学习为这种素养的形成提供了载体，其通过情境设置、驱动性问题，调动儿童大脑的全方位参与，与空间、身体、大脑高度联系，处于特定的情境脉络，让学习真实发生。 （一）架构项目任务单 具身认知视域下小学科学项目式学习设计最重要的环节便是制订项目任务单，学生能有效完成项目活动，项目任务单是核心，它能引导学生一步步完成探究活动。 项目任务单的目标必须要将科学课程标准融入其中，既包括了科学探究的学科知识，也包括了高阶的思维方式。导向更侧重于学生对习得知识技能的应用，培养学生的合作意识和批判思维。 不同的学生，其所具备的前概念、知识储备、思维能力都存在不同，这些能力的不同，导致学生在项目中所担任的角色和适应的层次不同。因此，教师应立足于学生已有认知水平，搭建好与下一认知发展水平之间的联系平台，实现学生认知由低向高跨越的过程，项目任务单的制订要从学情实际出发，设计由浅入深，让具备不同探究能力的学生都能在探究中获得成功的体验。 以“比较与测量”单元为例（表1），项目任务单在设计时就牢牢抓住儿童这一特点，设计的驱动性任务是比较并排序枫叶、马尼拉草、狗尾草、香樟树叶的长度。在项目中，学生首先想到是在观察中比较。基于观察的比较往往具有局限性，如何更准确地比较呢？那就需要用到测量。用手测量是最为简单也最为方便的手段，但经过这种方式的测量，只能测量出一些差距较为明显的物体，而对一些差别不够大的物体之间的比较，就需要标准的测量工具。 因此，任务单的又一个新任务便是设计一个测量纸带进行测量，通过纸带的测量，每位孩子都能比较出目标物体的长度差距。 
表1 “比较与测量”项目单 具身认知视域下小学科学项目式学习的设计更关注学生参与项目的兴趣，项目任务单的设计尽可能匹配生本特点，内容易于激发学生的积极性和创造性思维，情境层层深入，探究欲望一步步激发，难度层层推进，学生亲历科学实践，既动手又动脑，变“机械探究”为“主动探究”。 （二）设计项目情境 身体与认知是紧密相连的，在客观世界中由于身体的参与，认知活动才得以展开。具身认知区别于其他的学习理论，其将情境创设当作认知系统重要的组成部分，强调认知、情境、身体是不可割裂的整体。教学情境是由教师预设，且与教学内容连接紧密的情境。 情境的设计主要有几种方式：第一种是关联生活日常，让学生像当事人去解决，这种情境设计往往是从学生日常最熟悉的生活情境出发，发现身边存在的问题，然后通过运用课堂所学知识去实践探究，最后像当事人一样解决问题。 比如在“制作电路检测器探秘导电性”项目中，引出情境：小方看到家里的电线接口处有一些破皮，就想去摸摸，妈妈看到了，大喊“危险”。妈妈告诉小方电线的破皮处里面的金属丝裸露，容易“漏电”,但是可以用“黑胶布”进行包扎。 这个情境描述的家里电线接口破皮现象是孩子们生活中最为常见的情境，也是最容易忽略的情境，以此情境作为驱动，能够激发学生作业兴趣，提高作业的适切性。同时，在作业中灌输“用电安全”的科学情感，强化生命教育。 第二种设计情境的方式是将情境关联社会热点事件，让学生以决策者身份去代入。此情境的设计可以结合新闻热点，提炼出热点中隐藏的科学知识，代入到项目情境中，让学生作为决策者去解决问题。 学生在真实任务的指导下，运用科学探究的思维，设计方案，全真模拟操作，修正自我设计、评估，最终完成整个项目，经历探究的整个过程。 第三种情境设计可以借鉴并关联历史典故，让学生像典故中的主人公去亲身经历研究，结合典故，模仿古人学者使用过的科学方法，在现实社会中选择合适的材料去重演、重现和再研究，从而让孩子在作业中经历整个科学家发现研究的过程，掌握科学原理，形成科学思维，产生科学家精神的共情。 在项目“模拟曹冲称象”情境设置中，以故事情境的方式提及“曹冲运用了等效替代的方法，巧妙地将大象的质量转化为石头的质量”的过程，并抛出“你如何利用透明塑料碗、小石子、水槽等材料来测出一个苹果的质量”的问题。此情境的设置让学生模拟曹冲称象的整体过程，以同等科学方法测出一个苹果的质量，解决问题。 （三）提供项目实践 马扎诺（2015）的学习维度框架中提到了问题解决、创见、决策、实验、调研和系统分析等六个方面的高阶认知策略，这些策略在科学学习中可以具体为比较、分类、抽象、归纳推理、观点阐述等思维方法。 思维方法的应用首先取决于一个可以大展手脚的项目实践场。打造一个有价值的项目实践场，将使具身体验变得更具意义，学生对知识技能的习得将更会有效。 小学科学项目实践场更具综合性、实践性与趣味性的特点，能够广泛吸引学生的兴趣，培养学生敢想、敢做，自主解决生活情境问题的能力。具体要把握几个核心问题：一是问题贴切，贴合学生的科学概念。《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出“科学探究要从学生熟悉的日常生活出发，通过学生动手动脑等实践活动了解科学本质”。项目问题源于生活，又能凸显学生创新性思维。 项目“泥石流到来逃跑计划”中通过地震短片提出泥石流灾害到来如何从山顶逃跑的问题，由学生综合运用所学的杠杆、滑轮、风能、太阳能、机械能、水力等科学原理，结合所给材料，创意性设计山顶逃跑计划。制定计划后，要求学生在电脑上制定各个材料参数，设计逃跑路线，完成任务，获得成功。 二是材料真实，符合实际的生活应用。科学项目如果停留于设计，那么学生的积极性将大打折扣。教师需借助实物、模型等材料引导学生充分开展项目。为学生开展项目提供的材料要尽可能真实、安全，能够模拟真实情境下的使用原理，要与实际中的生活工具在原理、形状、样式上相一致，符合学生的科学认知。 对于材料的筛选应用，要考虑选择操作性强的材料，可以是生活中容易得到的、成本较低的。除了材料要常见外，还要考虑材料的适切性，考虑学生独立完成操作的难度、花费的时间等因素，尽可能减轻学生操作的难度。 三是场地灵活，不限于教室一方一地。具身理论认为身体是作为自然环境的一部分，身体与环境联动的紧密性能有效提升学习成效。学生的成长与其生活和生存的环境有必然的联系，对于一个学生而言，周边的医院、银行、社区、景区、博物馆等场所最为熟悉，他们在生活中经常接触这些场所，愿意主动去学懂这些地方的知识，也愿意在这些地方开展实践。 因此，项目实践的场地不能只局限在校园和教室内，而是要迁移到该问题真实可能发生的场景。场景的设计可以结合校园文化、学校活动、社区活动等，也可以在安全的前提下前去真实的场地中进行活动。 在项目“小区生物大搜索”中，就设置了小区这一真实的项目实践场地，要求学生绘制小区生物分布图。学生通过绘制小区地图，搜索并记录小区内的生物，形成小区生物分布图，了解小区生物的品种和分布的特点。学生在课内学习《校园生物大搜索》时，往往由于时间不够，导致对校园陌生生物和位置分布的调研不够充分和细致，对校园生物的区域性分布的意识没有形成。 而此项目的设置，是对学生课内所学知识的延伸和巩固，融入了数学中的“量一量”，美术中的“画一画”，统计学中的统计，工程学中的“小区规划分布”等，将所学的科学方法和思维方法迁移到学生们最为熟悉的小区里，注重学生的学以致用。 四是媒体技术的运用。在项目式探究活动中，有些环节往往因为设施设备等条件的不支持而导致项目实施的效度低。具身认知视域下的项目式学习主张教师具备信息素养，创设具身学习环境，加强学习者与情境的交互，提高学习体验。现代教育技术介入和运用能提升项目实施的真实感，使科学探究更为充分，科学证据更经得起考验。 儿童对感兴趣的事物有着天然的学习探究欲望，App的应用就是将以计算机技术和多媒体技术为主的丰富资源用于辅助教学中，通过声音、图画、文字、影像的多维融合，作用于学生的多种感官，对学生大脑产生强烈的刺激作用，学生身临其境，更具有体验感。 App也为项目提供了丰富的资源，突破了时间、地域和空间限制，满足了学生的认知需求，例如常见的《视+》《形色》《鸟》等App的介入，构建了更为舒适、真实且自由的探究环节，更有利于学生思想的迸发和碰撞。增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术的运用增强了学生的具身体验感，提高了项目情境与学生需求之间的适配性，使学生成为项目学习和探究的主体。 教师在项目实施中也可以依据不同的教学目标、主题设置不同的教学环境，带领学生走进由虚拟世界与现实世界相交融的项目环境，充分调动学生身心多感官的体验和感知力。 四 具身认知视域下项目式学习评价实施 课程学者泰勒在“八年研究”中提出“人类行为如此复杂，无法用某个单一维度或角度去充分表征学习行为的复杂性，需要多种评分方法”。 具身认知视域下的学习评价不仅重视学习结果的效度，更关注身体感知的参与度，改变了传统科学教育评价中因为功利化而导致的忽视学生情感，弱化学习过程，过于注重考查和以分数为标准甄别选择的现象。评价侧重于学生在整个学习过程中的学习兴趣、学习满足感、社会情感能力等要素，关注学生学习的状态，重视学习素养、高阶思维、批判性思维、分析和解决问题等高阶能力。 （一）评价主体多元 评价主体多元，既要有学生为主的自我评价，又要有小组合作主导的同学互评，再综合教师评价，促进学生核心素养的发展。评价表的设计针对整个项目中每一环节进行白描，既包括了实践操作的标准，又包括了评价。 在“制作电路检测器探秘导电性”项目中（表2），学生通过自评的方式回忆自己在项目中的表现，与操作标准比对，在每一个环节为自己评星。操作标准的评价描述清晰明了，学生在自评中及时了解自己在整个项目实践中的得与失，起到了自我检验、自我修正的作用。教师评价进一步准确定位学生的实践水平。 
表2 “制作电路检测器探秘导电性”项目评价表 （二）实行表现性评价 表现性评价具有对学生内在能力或倾向的行为表现进行评价的功能，又叫作真实性评价。区别于传统的纸笔测验评价中侧重于测验、考试等“量”的评价方法，它可以用来评价非认知的结果，更重视学习中的行为表现，如具身体验中身体的感知、行为反应等。 在表现性评价中，其中最常用的便是PTA量表法。PTA量表法又称基本要素分析法，它是美国教师沃尔弗德和安迪生以及他们的同事所倡导和开发的一种针对学生作业的评分工具。通过将表现目标各个要素块状分解，达到精准评价，分析处置的目的。 具身学习下的项目在制定之初就融入了表现性评价的要素。一是通过项目活动的结果，产出的产品、模型等实质性报告呈现整个项目学习的成果，有实行作品效能的评价，有实行模型蕴含的技术与工程内涵的评价，有论证项目科学性的评价等。不同类型的活动成果评价，其最终的目的是呈现学生的学习过程。 二是评价学生在整个项目开展过程中身心的参与度，呈现的科学态度和精神，学生参与项目的情感、兴趣。情感的评价往往是设计学习活动评价时最易忽略的项目，也是最不容易评价的领域。学生参与活动时的情感是隐形的、微妙的、不易察觉的，而对于情感的评价也能从根本上判断出学生具身体验的成效。 三是通过口头汇报、演说等方式，允许学生说出他们的认识，提出他们对整个项目的思考和收获，有理有据辩证看待问题，促进思维进阶。 总之，具身认知视域下的项目式学习重视学生意识、身体、经验和情境多维的共生关系，让学生在项目式学习中的情感更为真实，体验更为深刻，将知识、技能、情感等原本静止、孤立的体验融合在一起，综合形成学习结果。 
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注：本文刊发于《新课程评论》2024/3「专题」栏目。本文摘要、关键词与参考文献等详情见纸刊。
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文 | 章宇
杭州市文理小学副校长，一级教师
评新课程，论大教育。《新课程评论》设置「名家」「专题」「探索」「研究」「纵横」「弦歌」等栏目，刊载基础教育课程改革领域的理论成果和实践经验，以理性、建设性助力教育发展，展示一线教育教学成果，加强学术交流对话。
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