認知具身觀：教育技術學研究的新視角*

羅川蘭 李建生

?

認知具身觀：教育技術學研究的新視角*

羅川蘭1李建生2[通訊作者]

（南京師范大學教育科學學院，江蘇南京210097）

根據具身認知，人的思維和身體是不能分離的，在學習過程中身體運動會促進學習；相關研究也證實了學習與具身相關。在具身認知的指導下進行教學，如在動態(tài)視頻中加入手勢或動作、創(chuàng)建3D虛擬環(huán)境、使用體感交互技術等，可以提高教學效果。文章認為，學習應該基于所學知識的具體情境之中，個人應與環(huán)境建立聯系，努力將技術應用于教學，并將虛擬的學習空間與現實世界有機結合起來，以提供一個供學習者參與實踐的個性化的高互動學習世界。

具身認知；具身觀；教育技術學

一 具身與具身觀

20世紀60年代，認知心理學一直是西方心理學界的主流。作為人類行為基礎的心理機制，其核心是輸入和輸出之間發(fā)生的內部心理過程，強調知識的作用，認為知識是決定人類行為的主要因素。但是，受認知語言學、文化人類學、哲學、機器人技術、人工智能等學科的影響，人類對認知的研究已從心理拓展到身體，其中具身認知成為了認知心理學的一個重要研究論題。與此同時，具身認知在教育技術學領域的研究與實踐也受到關注，如在具身認知的指導下進行教學材料的制作、教學環(huán)境的設計以及教學活動的實施等。

具身認知的提出最早可以追溯到1991年，Varela等[1]在《社會科學與人類經驗》（）一書中提及：我們的思想與我們的身體、語言、社會環(huán)境是分不開的。Dautenhahn[2]也認為：人類是可以“自我操縱”身體的物種，例如裝飾身體、佩戴形狀各異的掛件，通過身上的標記來顯示自己的社會階層、社會態(tài)度或者作為反擊對方的工具等。正如人類物種的進化，其心智的發(fā)展是整個人類物種進化的基礎，是人類與環(huán)境的相互作用、相互演變而逐漸發(fā)展起來的。例如，在人類發(fā)展過程中所形成的行為動作（如操作物體和手勢），對于人類生存來說是最基本的技能，由于長期不斷地操作物體，繼而引發(fā)腦部不同區(qū)域的思維的進化[3]——這樣，認知與具身就相互連接起來。

對具身認知的解釋主要涉及Ponty的現象學和Bateson、Varela的生物學觀點。Ponty作為法國身體現象學的代表人物，在其代表作《知覺現象學》一書中提出了具身哲學的思想：他從知覺現象學出發(fā)，主張身體的知覺是行為產生的基礎。也就是說，我們關于世界的認識是通過身體這一中介實現的。從這個意義來考查，身體不是傳統(tǒng)認識論中被認識的客體，而是知覺的主體；認識過程是身體的表現，是身體使我們與世界產生關聯。而從生物學來解釋，Bateson、Varela認為：其一，認知依賴于主體經驗的種類，而這些經驗乃是出自于具有各種感覺運動能力的身體；其二，這些感覺運動能力本身植根于或嵌入于一個更廣泛的生物的、心理的和文化的情境中[4]。此外，Gibson于1979年也明確指出，人的知覺應該以人與環(huán)境的交互為基礎[5]。

Margaret[6]在2003年總結了具身認知的六種觀點，概括起來主要是：認知活動發(fā)生在現實世界環(huán)境的背景下，本質上涉及感知和運動；并且在與環(huán)境的交互中，讓環(huán)境幫我們保存信息、存儲信息，減少認知負荷。換言之，具身認知提高了身體（物理屬性、身體運動）在認知中的重要性，如雙眼視差會影響對物體遠近距離的知覺（深度知覺）；當習慣性地把鑰匙放在某一個地方時，就不用費力地記住鑰匙存放的位置，熟悉的環(huán)境減少了我們的認知負荷[7]；在規(guī)劃路線、想象障礙、設置地標描述路程時，涉及我們對空間的概念——上、下、左、右，這些也都依賴于我們身體的方向和身體的運動。也就是說，每一個映射到空間的基本概念，它的起源和保留的結構，都和身體對應的空間一致；在解決實際問題時，首先要考慮當時的環(huán)境、條件以及實際工具的特性，并根據身體內部狀態(tài)、具體的環(huán)境、實際情況等做出相應的調整[8]。

總之，具身認知強調身體在認知的實現中發(fā)揮著關鍵作用，有三層含義：①認知、身體和環(huán)境是一體的，即認知存在于大腦、大腦存在于身體、而身體存在于環(huán)境中；②認知的內容與身體相關；③認知過程的進行方式及其實際步驟由身體的物理屬性決定[9]。

二 認知具身性的心理證據

具身認知開始雖然只是哲學思辨的產物，但自從具身認知提出后，許多認知心理學家對此進行了相關的研究，主要包括以下內容：

1鏡像神經

鏡像神經元系統(tǒng)是連接參與身體活動感知和行動的大腦區(qū)域。早在1995年的實驗中，就發(fā)現當動物抓取或操作對象時，鏡像神經元就會被激活[10]。不僅如此，當獼猴看到人類執(zhí)行動作時，鏡像神經元也會被激活——對人腦的觀察也發(fā)現了相似情形[11]。Mahon和Caramazza[12]在2008年的研究中發(fā)現在下述三種情形下，人腦的鏡像神經會被激活：①當人觀察到可以操縱的對象；②加工行為動詞；③觀察到別人的行為。這些研究從神經學的角度證明了具身的存在。此外，生理學和神經影像學表示當聽到行為動詞時也會激活相應的腦區(qū)[13]。

2情緒的具身性

Niedenthal[14]在2007年的實驗中，判斷呈現的詞語如嬰兒、鼻涕等是否帶有情緒色彩，通過被試連接的肌電掃描儀顯示的數據，當被試在判斷詞語（如鼻涕）時，被試會先有面部的動作，然后才會進行認知上的判斷，實驗證明了情緒具有具身性。這與James-Lange的情緒理論（情緒外周學說）相一致，即認為身體的變化是情緒產生的直接原因，情緒是對身體變化的感覺[15]。但是情緒具身性又與情緒理論有所區(qū)別——情緒理論強調的是情緒發(fā)生與身體運動的先后，而情緒具身性則是說明情緒與身體作用之間的交互作用[16]。

3 認知的具身性

Wells和Petty[17]在1980年做了一個實驗，證明身體的行為動作與被試態(tài)度之間的關系。該實驗要求被試對耳機的舒適度進行評價；被試隨機分為3組，其中一組頭部做上下垂直運動（相當于點頭），一組頭部做左右水平運動（相當于搖頭），一組頭部無運動；在實驗中播放該款耳機的廣告，實驗后讓被試對這款耳機打分并且回答是否同意剛才廣播的內容。實驗顯示：不論是對耳機滿意度的打分還是對是否同意廣播內容的打分，頭部垂直運動組的打分都顯著高于其它兩組，而頭部水平運動組的打分顯著低于其它兩組。該實驗說明：身體的運動能影響被試的態(tài)度，個體對事物的認知與其身體的運動是分不開的。

三 認知具身觀與教學

1 具身與教學觀

自古希臘開始，教育作為一種文化受到西方文化的深刻影響。而西方文化中的身心二元論使得教育與教學“揚心抑身”，也即身體在教育與教學過程中受到貶抑或忽略。教育與教學效果體現在“脖頸”以上，與“脖頸”以下的身體無關。在這種教育模式里，身體要么是通向真理的障礙，要么僅僅是一個把心智帶到課堂的“載體”或“容器”；學習則被視為一種可以“離身”的精神訓練。在具體的學習過程中，兩者之間類似于計算機的軟件與硬件：心智“軟件”運行在身體“硬件”上，身體僅僅是個“載體”；軟件雖然運行在硬件之上，但是卻不依賴硬件[18]。傳統(tǒng)的學習觀認為，只要學習者的感官（先是耳朵，然后是眼睛）處于接收狀態(tài)時，就可以進行學習——早期的傳播理論進一步豐富了這種理念[19]。但隨著心理學、信息技術的發(fā)展，研究者發(fā)現認知工作不僅僅依賴于認知主體，還涉及其它認知個體、認知對象、認知工具及認知情境。隨之，研究者對學習的認識也出現了不同的解釋。

分布式認知（Distributed Cognition）認為學習是一個包括認知主體和環(huán)境的系統(tǒng)，而認知分布于個體內、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會和時間等之中。分布式認知強調的是認知現象在認知主體和環(huán)境之間分布的本質。情境認知認為，人的活動和環(huán)境是相互建構的整體，而非相互分離的實體。因此，參與基于社會情境的一般文化實踐是個人知識結構形成的源泉。學習不僅僅為了獲得一大堆事實性的知識，還要求思維與行動，要求將學習置于知識產生的特定的物理或社會情境中，更要求學習者參與真正的文化實踐[20]。具身認知則把身體由教育與教學的“邊緣”提升到“中心”地位，認為學習是學習者對環(huán)境的感知和作用與環(huán)境的行為之間互動的結果。因此，無論是分布式認知、情境認識還是具身認知，都強調認知受外在環(huán)境（包括物質和社會）的影響，應將社會、物質、情境和身體引入認知活動之中。

2 具身與教學研究

具身認知要求教師在教學中應注重語言表達的具體性和生動性，增進學生的身體體驗，以便深刻領會知識，提高學習效率。教師對新知識概念的解讀應該全面細致、富有情境性，使學生可以快速地在以往動作經驗的基礎上形成新知識。更為重要的是，課堂教學要增加體驗的互動性[21]。在教學過程中，即使在提供的虛擬學習環(huán)境中，當加入手勢或操作，或者使用體感交互技術，使學生真實地參與環(huán)境互動，都能提高學習效率。目前，對具身教學研究主要涉及以下幾個方面：

（1）手勢

將具身的想法應用到學校教學中，能夠促進學生的課堂參與和學習注意力的保持。如在數學教學中，使用掰手指的方法算數；在語文教學中，通過角色扮演學習課文；在學習抽象內容的時候，給學生構造一個虛擬的環(huán)境[22]。Alibali和Nathan[23]的研究表明，手勢分為指示手勢、代表性手勢和隱喻性手勢三類——指示手勢使學生的精力集中于所指示的學習材料部分，有助于吸引學生的注意力；代表性手勢用于直接翻譯或說明一個抽象的概念；隱喻性手勢則使心理認知有形化，即具體的心理知覺和教育動作的概念相連接，使學生更易理解。因此，教學過程中使用手勢，可以吸引并激發(fā)學習者的認知活動；學生模仿手勢，則可反映學生的理解與思想。

Arzarello等[24]在49名三、四年級學生的數學課上，證明了上述結論：在實驗組中，孩子們會自發(fā)地模仿老師的手勢或自己比劃；有手勢輔助教學的實驗組在解決數學問題時更快、更好。

（2）動作

Scheiter等[25]指出，在一些學科教學中講授程序性或者操作性內容時，為了讓學習者能夠容易理解困難的概念或者知識，必須借助一些教學材料，而動態(tài)的教學材料比靜態(tài)的材料更易于使學習者接受[26]。Tang和Austin[27]在2009年通過調查5種動態(tài)材料（包括視頻、演示文稿、投影儀、因特網、講授教學）的受喜歡程度時，發(fā)現視頻最受學習者的喜歡。Michas和Berry[28]在2000年的實驗中證明：觀看流暢視頻的學生組成績更好、學習效果更好；然而在動態(tài)的教學材料中，由于有些動畫太快或者太難，學習者不易跟上。在具身認知的指導下，在動畫中加入一些具體的手勢、操作，可以克服動畫的瞬時性[29]。Hoffler和Leutner[30]在2007年的實驗也證實：有動作的多媒體演示文稿比沒有動作的教學效率要高。

Wong等[31]在2009年的折紙實驗中，驗證了學習者學習操作性知識時，動態(tài)的、有具體操作步驟的視頻比靜態(tài)的圖片更易于使學習者接受。Chang等[32]認為：當學習者在理解抽象概念時，自己操作物體或者觀看老師示范操作，都能更好地理解抽象概念，提高學習效率。Rohbanfard和Proteau[33]在2013年的研究中總結：通過觀看有教學者動作的視頻，有助于學習者的學習。

（3）虛擬操作

大量學者進行了虛擬環(huán)境中學習與傳統(tǒng)環(huán)境中學習的差異比較研究。如Lan等[34]在試驗中將31名被試隨機分為2組，一組在虛擬環(huán)境中學習外語，被試能通過鼠標操作控制虛擬角色與所在場景進行交互；另一組在傳統(tǒng)環(huán)境中學習外語，通過帶有圖片的詞語材料進行學習。實驗后對被試后測的準確度和反應時間等進行數據分析，可知在虛擬環(huán)境中學習的被試的學習成績顯著高于在傳統(tǒng)環(huán)境中學習的被試——這個結果表明了在虛擬環(huán)境中的具身經驗可以輔助第二語言的學習。Pasfield-Neofitou等[35]在研究虛擬環(huán)境與第二語言學習的關系中也得出了同樣的結論：學習者在虛擬環(huán)境中學習，與場景進行交互，能取得更好的學習效果。

關于科學實驗，McVeigh和Black[36]通過漁場仿真系統(tǒng)學習水化學和生態(tài)系統(tǒng)知識的實驗表明：通過仿真系統(tǒng)學習的學生，能夠模擬操作實驗，其學習成績明顯高于只聽老師講解的學生的學習成績。

（4）體感操作

體感技術在人機交互方面的優(yōu)勢為教育提供了更多的可能性。體感技術在學習中的研究也有很多，如Chao等[37]在2013年測試了基于Kinect的體感交互（Gesture-based）學習環(huán)境與鼠標操作（Mouse-based）的學習環(huán)境哪一個更利于學生學習：試驗對象一共32人，隨機分為2組；在實驗中呈現13個動作詞組，其中3個詞組作為訓練，在正式實驗時呈現10個詞組，如洗毛巾（Wash a towel）、切蛋糕（Cut a cake）等；基于體感交互環(huán)境學習的被試在實驗過程中可以自由控制自己的身體，通過身體的運動操作虛擬角色呈現相應的動作；實驗后立即進行后測，后測分為讓被試自由回憶測驗（A free recall test）和線索提示測驗（A cued recall test），并且在不告知被試會進行延遲測驗的情況下，第二天給被試發(fā)送郵件，讓被試自由回憶實驗時呈現的動作短語。通過對后測數據進行分析，其自由回憶測驗結果顯示：兩種學習環(huán)境下的成績沒有明顯差異；但在線索提示測驗和延遲測驗中，體感交互環(huán)境組比鼠標操作環(huán)境組的學習成績要好。實驗結果說明：基于Kinect的體感交互學習展現了在具身認知理論下的學習效果。

在一個利用Kinect平臺上的體感游戲合集Kinect Sports: Season Two中的“Skiing”游戲來完成中學數學課程“散點圖”相關知識內容的教學案例中，學生在游戲中扮演滑雪者的角色，需要運用數學知識，超越競爭對手。在游戲中，學生有機會在一個高度逼真的場景里使用、分析和應用散點圖。本案例中，基于Kinect的體感游戲作為一種有效的教學工具，豐富了教學環(huán)境。學習者不僅在課堂上有身臨其境的感覺，而且還有濃厚的學習興趣，并且還在合作中學到了良好的體育道德以及團隊合作精神[38]。

3 具身教學的理論解釋

對上述研究的解釋，Fadiga等[39]認為：當被試觀察到實驗者執(zhí)行動作時，自身的動作神經系統(tǒng)也會有相應的反應。Schwartz則認為：身體動作本身并不重要，它讓學生能注意到關鍵的相關結構才是重要的；動手活動可以讓學習者注意關鍵的知覺屬性，這反過來又能被用于激活更多促進理解的結構[40]。

學習與人類日常活動分不開，它基于所學知識的具體情境（Context）之中。換句話說，學習內容的情境是重要的，而學習者在學習中所參與的活動也很重要。如果學習者的學習目標是解決日常生活世界的問題，那么他們就必須介入日常生活之中。其中，動手操作（無論虛擬操作還是體感操作）是重要環(huán)節(jié)。相反，如果學習者學習的是那些脫離有意義情境的知識，他們的理解往往不全面、也沒有意義。當個人與環(huán)境建立聯系以后，知識就是主要的學習結果?？傊爸R是情境化的，是被應用于其中的活動背景、情境和文化的產物?！盵41]

四 具身認知的啟示

為了理解知識、獲得知識，將信息聯系起來是教師和學習者的責任。如果學生在使用具體的知識時，在“怎么用”和“為什么要用”之間建立了聯系，那么，他們就能夠將這些信息作為知識網絡的一部分存儲起來，并且還能與其它知識建立聯系。因此，根據具身認知觀點，學習需要將技術置于整個人類實踐的情境中進行考察，一方面將人的生物神經系統(tǒng)與電子媒介系統(tǒng)合并，探索技術在擴展人類認知系統(tǒng)中的應用；另一方面將虛擬的學習空間和現實世界有機結合起來，以提供一個供學習者參與實踐的個性化的高互動學習世界——在這其中，應盡可能地讓身體參與進來。

參考文獻

[1]Varela F J, Thompson E, Rosch E. The embodied mind: Cognitive science and human experience[J]. American Journal of Psychology, 1993,(4):101-103.

[2]Dautenhahn K. Embodied cognition in animals and artifacts[J]. Embodied Action & Cognition Papers from the Aaai Fall Symposium, 2010:27-32.

[3][29]Castro-Alonso J C, Ayres P, Paas F. The potential of embodied cognition to improve STEAM instructional dynamic visualizations[M]. Berlin: Springer International Publishing, 2015:113-136.

[4]王靖,陳衛(wèi)東.具身認知理論及其對教學設計與技術的應用啟示[J].遠程教育雜志,2012,(3):88-93.

[5]周國梅,傅小蘭.分布式認知——一種新的認知觀點[J].心理科學進展,2004,(2):147-153.

[6]Margaret W. Six views of embodied cognition[J]. Psychonomic Bulletin & Review, 2003,(4):625-636.

[7]Shapiro L. The embodied cognition research programme[J]. Philosophy Compass, 2007,(2):338-346.

[8]Anderson M L. Embodied cognition: A field guide[J]. Artificial Intelligence, 2003,(1):91-130.

[9]葉浩生.具身認知:認知心理學的新取向[J].心理科學進展,2010,(5):705-710.

[10]Cross E S, Hamilton A F D C, Grafton S T. Building a motor simulation de novo: Observation of dance by dancers[J]. Neuroimage, 2006,(3):1257-1267.

[11][39]Fadiga L, Fogassi L, Pavesi G, et al. Motor facilitation during action observation: A magnetic stimulation study[J]. Journal of Neurophysiology, 1995,(6):2608-2611.

[12]Mahon B Z, Caramazza A. A critical look at the embodied cognition hypothesis and a new proposal for grounding conceptual content[J]. Journal of Physiology-Paris, 2008,(102):59-70.

[13]Borghi A M, Cimatti F. Embodied cognition and beyond: Acting and sensing the body[J]. Neuropsychologia, 2010,(3):763-773.

[14]Niedenthal P M. Embodying emotion[J]. Science, 2007,(5827):1002-1005.

[15]孟昭蘭.情緒心理學[M].北京:北京大學出版社,2005:27-29.

[16]李榮榮,麻彥坤,葉浩生.具身的情緒:情緒研究的新范式[J].心理科學,2012,(3):755-757.

[17]Wells G L, Petty R E. The effects of over head movements on persuasion: Compatibility and incompatibility of responses[J]. Basic & Applied Social Psychology, 1980,(3):219-230.

[18]葉浩生.身體與學習:具身認知及其對傳統(tǒng)教育觀的挑戰(zhàn)[J].教育研究,2015,(4):104-114.

[19](法)安德烈·焦爾當著.杭零譯.學習的本質[M].上海:華東師范大學出版社,2015:12-16.

[20]高文.情境學習與情境認知[J].教育發(fā)展研究,2001,(8):30-35.

[21]葉浩生.身體對心智的塑造:具身認知及其教育啟示[J].基礎教育參考,2015,(13):3-6.

[22]Jamaludin A. Learning, becoming, embodying: A Review of embodiment in an era of learning with contemporary media[M]. Singapore: Springer Singapore, 2015:23-36.

[23]Alibali M W, Nathan M J. Embodiment in mathematics teaching and learning: Evidence from learners’ and teachers’ gestures[J]. Journal of the Learning Sciences, 2012,(2):247-286.

[24]Arzarello F, Paola D, Robutti O, et al. Gestures as semiotic resources in the mathematics classroom[J]. Educational Studies in Mathematics, 2009,(2):97-109.

[25]Scheiter K, Gerjets P, Catrambone R. Making the abstract concrete: Visualizing mathematical solution procedures[J]. Computers in Human Behavior, 2006,(1):9-25.

[26]Stith B J. Use of animation in teaching cell biology[J]. Cell Biology Education, 2004,(3):181-188.

[27]Tang L P, Austin M J. Students’ perceptions of teaching technologies, application of technologies, and academic performance[J]. Computers & Education, 2009,(4):1241-1255.

[28]Michas I C, Berry D C. Learning a procedural task: Effectiveness of multimedia presentations[J]. Applied Cognitive Psychology, 2000,(6):555-575.

[30]Hoffler T N, Leutner D. Instructional animation versus static pictures: A meta-analysis[J]. Learning & Instruction, 2007,(6):722-738.

[31]Wong A, Marcus N, Ayres P, et al. Instructional animations can be superior to statics when learning human motor skills[J]. Computers in Human Behavior, 2009,(2):339-347.

[32]Chang C, Yu-Ta C, Cheng-Yu C, et al. Embodying gesture-based multimedia to improve learning[J]. British Journal of Educational Technology, 2013,(1):E5-E9.

[33]Rohbanfard H, Proteau L. Live vs. video presentation techniques in the observational learning of motor skills[J]. Trends in Neuroscience & Education, 2013,(1):27-32.

[34]Lan Y J, Fang S Y, Legault J, et al. Second language acquisition of Mandarin Chinese vocabulary: Context of learning effects[J]. Educational Technology Research & Development, 2015,(5):671-690.

[35]Pasfield-Neofitou S, Huang H, Grant S. Lost in second life: Virtual embodiment and language learning via multimodal communication[J]. Educational Technology Research & Development, 2015,(5):1-18.

[36]McVeigh D, Black J, Flimlin G. How system simulations improve student learning by assisting in the creation of clear mental models[OL].< http://www.oceanofk.org/>

[37]Chao K J, Huang H W, Fang W C, et al. Embodied play to learn: Exploring Kinect‐facilitated memory performance[J]. British Journal of Educational Technology, 2013,(5):E151-E155.

[38]李青,王青.體感交互技術在教育中的應用現狀述評[J].遠程教育雜志,2015,(1):48-56.

[40]萬鵬,詹藝,任友群,等.信息時代教與學方式的變革——訪Dan L.Schwartz教授[J].中國電化教育,2013,(11):1-5.

[41]崔永奇.研探課堂教學新案例引領師生共同發(fā)展——新課程背景下中學政治教學案例課題實驗研究[J].南方論刊,2010,(6):100-102.

The View of Embodied Emotion: A New Perspective for Educational Technology

LUO Chuan-lan1LI Jian-sheng2[Corresponding Author]

According to the embodied cognition, human mind and body cannot be separated, and the body movement will accelerate learning during learning process. Related research has confirmed that the learning had a close relationship with embodied cognition. And the teaching effects would be promoted if teaching were conducted under the idea of embodied cognition, for example adding gestures or motions into video, creating 3D virtual environments and employing somatosensory interaction technology. The paper put forward that learning should be base on the specific situation of learned knowledge, personal should establish relationship with environment, the application of technology into teaching should be explored, and the virtual learning space should organically combine with real world, providing a personalized highly interactive learning world for learners’ practicing and participating.

embodied cognition; embodied body view; educational technology

G40-057

A

1009—8097（2016）08—0028—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.08.004

本文受國家社會科學項目“青少年新媒體使用偏好及影響實證研究”（項目編號：13BRK026）資助。

羅川蘭，在讀碩士，研究方向為認知與情緒、青少年與新媒體，郵箱為luochuanlan@163.com。

2016年1月21日

編輯：小西