具身认知视域下小学数学实验的教学策略

具身认知视域下小学数学实验的教学策略〔摘要〕具身认知理论注重在学习者身体与环境的互相作用中促进自身素质的发展，包括学生的认知能力、思维能力、记忆力、情感态度与价值观等。在具身认知视野观照下的学习方式，将极大地提高数学实验教学的有效性。本研究在具身认知理论指导下，重视数学实验情境的构建与“玩学创”教学主张相结合,设计开发数学实验的教学策略，以期为提高小学数学的教学效果提供参考。〔关键词〕具身认知；数学实验；玩学创一、具身认知视野观照下数学实验学习的内涵诠释所谓“具身认知”，又称“涉身认知”，是指通过身体经验、体验、实践而展开的一种学习方式O数学实验是与学生的观察、猜想、操作、推理、试验等“身体一心?”活动相伴相随的。因此，“具身认知”理论与数学实验有着内在天然的契合点，具身认知理论是数学实验教学的理论基础。操作性。“身心一体”是具身认知的原则之一，“在很大程度上我们的意识体验，被刻写在肌肉里数学实验的操作性是指，实验必须通过学生动手操作来完成，学生是实验活动的主体，他们是在“做”中学习数学，“做”是一种行为，数学实验是学生在数学活动中超越纯逻辑思维的一种实践，是在数学思维参与下进行的数学化操作。具身认知“身心一体”原则，提醒在数学教学中要防止为了追求“效率”，而将“做实验”异化为“演实验”“听实验”，而应彰显数学实验的操作性特征。情境性。具身认知的“根植原则”表明，认知是身体与环境互动的结果。学习不仅基于身体，也根植于环境，学习过程不是脱离情境，孤立于大脑的抽象符号运算，而是发生于一定文化环境中，受到情境因素的制约。具身学习主张心智在大脑中，大脑在身体中，身体在环境中。问题情境是数学实验活动展开的起点，数学实验活动是学生与环境相互作用，构建的过程，数学实验的开展要利用学生对现实问题的好奇，通过构建或模拟问题情境，创设逼真的教学情境让学生能置身其中，激发好奇心、探究欲望。探究性。数学实验的探究性是指，整个教学过程是学生对知识的探究过程=数学实验不是教师将知识直接展现给学生，而是让学生在做数学的过程中发现知识。发现的本质就是探究。数学实验奠定了教学中学生的主体性地位，数学实验教学下的学习是一种积极主动的自觉活动过程，在实验中学生主动地运用知识并进行创造，满足了学生成为发现者、研究者的愿望。二、具身认知视野观照下数学实验学习的价值建构（一）具身实验促进学生“高兴趣”学习学生最初的学习动力来自环境的压力，但外在压力对学生学习效果的影响能否持久，关键在于外在压力能否转化成他们内部的需要。数学实验给学生提供更多动脑思考和动手实践的机会，学生所表现出的浓厚兴趣、探索欲望和积极状态是非常强烈的，这时学习的?在压力已然转化成学生的内部需求。（二） 具身实验促进学生“深体验”学习教师设计有针对性、多层次的具身实验，让学生在实验中将心智根植于身体，将身体根植于环境,从身体与环境的互动中深刻地理解、把握知识的本质和联系，能将学到的知识进行深层加工、多变处理和灵活运用，能用不同的方式对各个知识点进行关联，并在头脑中串成知识链、织成知识网，从而形成知识的结构体系。（三） 具身实验促进学生“广联结”学习强烈的、主动的学习之后，通过经验的丰富、扩展、深化、提升改造经验，建立稳定的意义联结,使学习者投入更多的认识加工资源，最大程度地激发外部拓展迁移。不仅做到对知识的举一反三、触类旁通；还要注重学习者与学习者之间的联结，让个体乐于参与到社会互动中，与他人分享自己的观点，调整自己的观点；更要注重学科与学科，学科与生活建立联结。（四） 具身实验促进学生“重创造”学习具身学习是一种“嵌入”身体和环境的活动，嵌入身体意味着实践性，意味着个体直接经验的重要作用；嵌入环境意味着知识产生于环境，任何知识都是具体的、依赖于情境的，身体力行的实践经验是学习能否成功的关键。数学实验能让学生积累大量身体力行的实践经验，实现数学知识的o再创造”和“再发现”，培养学生的创新精神和实践能力O（五） 数学实验的不同选择及其意义“具身认知”将学习环境、身体感知融合在一起，坚持身体在具身认知中的效用。在数学实验过程中，教师要引导学生选择实验材料，激活学生多种感官，让学生动手动脑，展开具身认知活动o通过“具身认知”，积淀学生数学活动经验，发展学生数学思维，激活学生数学想象，促进学生数学理解O三、具身认知视域下数学实验教学的策略研究（一）重视数学实验情境的构建情境是具身学习的物质准备，它能够促进学生的经验与思维的链接。在数学教学中，教师应该融数学知识的实验探究于情境之中，让学生在情境中实验，进而发现数学知识的实验之理。在这里，情境成为数学实验的重要载体,成为连接数学客观知识与学生主观思维的媒介，成为学生从感性认识到理性认识升华的平台。问题情境,激发真实需求具身情境是数学实验的孵化器，创设一个好问题能引发学生真实的实验需求，激活学生真实的实验动力。这样的问题要有趣、真实、有挑战，问题变式广、内涵深,能充分激发学生把对问题的猜想付之动手求索、实验验证，从而帮助学生在数学实验过程中产生积极的具身体验。如“认识圆柱”时，设计的问题情境：图1怎么变成图2,A、B两点旋转后形成了什么？图1 图2激发了学生自己想去动手试试的强烈愿望,从而在实验中建立点、线、面、体之间的关系。将平面（长方形）与立体（圆柱）形成关联，进入空间发展的第三个层次一合情推理期（关联期），即掌握图形的关键要素，进一步探索图形内在属性关系,通过旋转、平移让学生发现各要素之间关系。任务情境，系统构建资源小学数学课程分为数与代数、图形与几何、统计与概率、综合与实践四个部分，四大领域中有着丰富的数学实验内容，系统梳理这些实验内容，为每个实验量身定做任务情境，从实验工具到实验单，从实验方法到具体步骤，这样有了具体的任务，让学生具身实验能有所得、有所获，利于核心素养在实验中的培育。如《玩转长方体的面》设定如下任务情境：实验工具（见图3）带磁长方形板每种6片。图3玩转长方体的面小蚂蚁要选出6块搭一个长方（房子。（1） 小组合作自主设计方案。选择哪几种型号的长方形？各几块？（2） 根据方案自主实验验证。提示：如果成功了，请再设计不同方案进行尝试，再次成功请总结你的发现。如果没有成功，请不要急于调整，请反思一下哪里不对？可以怎么换？成功后请再次设计方案。（3） 增加边长6厘米的正方形），可以搭出几5不同的长方体，或正方（房子？（%）搭长方（我的发现: o学生在设计、操作、观察，调整，发现的任务情境中，不断经历展开、围拢的活动，学生的空间思维，在二维和三维中频繁转化，通过一轮又一轮操作、观察、调整，在试错学习中获得了感悟。互动情境，丰富具身体验在数学实验中，学生所获得的认知是在情境互动中形成的，正是实验经验、实验体验塑造着学生数学认知的内容、方式及结果。具身实验中适时安排互动，让学生与实验、学生与学生、学生与教师、实验与实验之间能形成一种有效的对话机制，让具象思考在碰撞交流中，形成更多具身化体验。如教师在上《表面涂色的正方体》的实验课时创设的情境：教师手里有一个表面涂色的正方（（棱长为3）教师假装掉在地上散开了，学生一阵惊呼后，教师顺水推舟请学生还原正方（。这一互动虽然对学生来说有挑战性，但是借助学具能开启实践探究，获得初步的感性体验操作。再次互动：你在还原中遇到什么问题？让学生之间、实验之间、师生之间展开对实验的深入思考o在此基础上，教师和学生梳理出第一轮实验的报告框架，填写实验任务单。拼一个棱长为3的表面涂色正方（，共要（I）个小正方（；三面涂色小正方（（J）个，在大正方体的（）；两面涂色小正方（（）个，在大正方体的（）；一面涂色小正方（（）个，在大正方体的（）；未涂色小正方（（）个，在大正方体的（）；我们小组发现：（ J）o这样在不断互动中达成共识：三面涂色的小正方体在大正方体的顶点处，两面涂色的在棱上，一面涂色的在面上，不涂色的在中心。在这节课中，实验中的不断互动，促使着学生不断猜想，不断调整，直至通过实验得出结论，整个实验也通过全班交流逐步得以完善，同时也丰富了学生的认知体验与情感体验。（二）重视实验中“玩学创”的生态构建具身认知理念下的“玩学创”数学实验学习，融环境、身体、心智于一体，将资源、素材、主客体在活动情景中有机组合，使直观的实验操作向抽象的高阶思维转化，使固有的文本知识向人文智慧迁移。“玩学创”是一个有机的整体，是一种学生自主实验的生态体系。玩中“玩”，感悟价值好玩是儿童的天性。在数学实验中只有在积极投身“玩”（实验）中，获得更多真实体验，才能发现更多未知，使离身的学习文化向具身的身心一体进化，实现身体与心智的同生共长。在学校中设立儿童数学实验室，配上相应的实物学具（见表1），同时增加了一些信息化实验平台，如计算器、动态几何、函数作图、数据与统计、编程等，配合3D打印机等器材，并且在学校的走廊、底面、楼梯间、角落设立长度体验区、面积体验区、体积体验区、质量体验区等。表1创新实验平台教学具这些实验室、体验区的存在无时不刻地不在吸引着学生想去玩,玩着玩着可能就发现了问题，或者解决了问题，慢慢也让学生发现了这些实验场所的价值和自己“玩”（实验）的真正意义。玩中“学”，走向深化玩启动了实践，学生参与玩的过程中，有意识或无意识间总会对数学实验有一些认识体会，会积累一些“玩”的经验与方法，通过教师的引领或规则的引领，对玩中“学”到的东西进一步深化、丰富、提升、拓展。由此“学”实现了对“玩”的内化,学生实现了对自己经验的自主建构，对自己探究能力的自我认同。如在搭立体图形的实验区域，学生在玩搭长方体和正方体的活动中，都会玩出很多心得，在这个区域可以放置一个问题，如搭长方体和正方体时有什么相同和不同的做法。这样学生自觉地就会对自己玩的过程进行审视，实现“学”的提升O虽然不知道接头就是顶点，可却都能说出要拿8个接头；尽管不知道什么是棱长，但却都能说清搭长方体和正方体时拿的小棒长度不同，等等。学生通过玩,有了亲身体验与感悟，积累了更多的经验与认识，同时也增进了对数学知识与方法的理解。玩中“创”，实现融通玩让更多数学实验“飞入寻常百姓家”，做实验可以更好地学数学，而学数学还可以用实验来验证。因为数学实验让数学理论“经受了实践的考验”，对学生来说，数学变得可信了，从而极大地激发了学生学习数学的兴趣，培养了学生的创造意识，发展了他们的创新能力。在玩中学生也在不断发展思维空间，不断尝试用新的数学思考去主动拓展。与生活联结，玩中就有了更多的“创”，这些“创”犹如把学生送到了高速路口，一旦启动就可以高速前进。如学习圆柱后，让学生为学校智能家居馆设计一些百变折叠凳、桌子、展示台等家具（见图4）o可以画一画，说一说你的设计，关键还要有合理的数据，这样工程师叔叔才能协助我们一起制作哦。图4创意设计折叠凳创意设计折叠凳，是二维与三维转化在生活中的一个实际运用。学生通过创意设计制作，更深入地理解了几何体中关键的元素与几何体的联系，要高一'点，胖一'点，凹一'点各应该怎样调整底板（二维的平面图形），学生在实践中深化了认识，更在创造性劳动中找到了学习圆柱在生活中的价值。像这样的创意活动还有很多，利用数学实验工具动手操作、动脑思考的数学学习过程，为数学关键能力的培养提供了