智能技術(shù)支持下具身學(xué)習(xí)的特征、形態(tài)及應(yīng)用

趙瑞斌 張燕玲 范文翔 楊現(xiàn)民

摘要：作為第二代認(rèn)知理論，具身認(rèn)知為人們理解“學(xué)習(xí)”、促進(jìn)“學(xué)習(xí)”提供了一個(gè)新的視角，并逐漸孕育出具身學(xué)習(xí)這一新范式。人們從現(xiàn)象哲學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等視角研究了身體與心智的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)了身體感知運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、身體與環(huán)境間的互動(dòng)以及身體經(jīng)驗(yàn)的積累對(duì)認(rèn)知的重要性。作為一種新范式，具身學(xué)習(xí)具有要素的耦合性、交互的具身性、主體的體驗(yàn)性、情境的多元性以及過(guò)程的動(dòng)態(tài)性等基本特征。新興智能技術(shù)，特別是混合現(xiàn)實(shí)、觸覺(jué)仿真、無(wú)線傳感、人工智能等技術(shù)的日趨成熟為具身學(xué)習(xí)的落地實(shí)施及推廣應(yīng)用提供了良好的支撐。它們豐富了具身學(xué)習(xí)的環(huán)境類型、體驗(yàn)方式、交互模態(tài)以及內(nèi)容映射策略，衍生出基于智能感知、觸覺(jué)仿真、混合現(xiàn)實(shí)的具身學(xué)習(xí)應(yīng)用場(chǎng)景。值得注意的是，具身學(xué)習(xí)是一個(gè)多要素耦合且動(dòng)態(tài)演化的過(guò)程，其學(xué)習(xí)效果受多方面因素的綜合影響。在教學(xué)實(shí)踐中，不可一味追求新技術(shù)的應(yīng)用和身體的高度參與，而應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)主題和技術(shù)條件，靈活設(shè)計(jì)體驗(yàn)方式和交互模態(tài)，并聚焦于有效的內(nèi)容映射策略和有意義的具身體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：具身學(xué)習(xí);具身認(rèn)知;基本特征;主要形態(tài);應(yīng)用場(chǎng)景

中圖分類號(hào)：G434? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1009-5195（2021）06-0055-10? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2021.06.007

基金項(xiàng)目：教育部人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目“具身認(rèn)知視角下的混合現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建及應(yīng)用研究”（20YJC880131）;安徽省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目“在線教學(xué)質(zhì)量提升策略與評(píng)測(cè)方法研究”（2020jyxm0633）。

作者簡(jiǎn)介：趙瑞斌，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院（江蘇徐州 221116）;張燕玲，講師，滁州學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院（安徽滁州 239000）;范文翔，博士，講師，杭州師范大學(xué)教育學(xué)院（浙江杭州 311121）;楊現(xiàn)民（通訊作者），博士，教授，博士生導(dǎo)師，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院（江蘇徐州 221116）。

一、引言

認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展一直影響著人們對(duì)“學(xué)習(xí)”的理解，也推動(dòng)著學(xué)習(xí)范式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。早期，在行為主義的影響下人們認(rèn)為“學(xué)習(xí)是反應(yīng)的強(qiáng)化”。20世紀(jì)中期以來(lái)，在認(rèn)知心理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的影響下，逐漸形成了以“計(jì)算隱喻”為典型特征的第一代認(rèn)知科學(xué)，亦稱經(jīng)典認(rèn)知科學(xué)，其將學(xué)習(xí)過(guò)程視作大腦對(duì)抽象化表征符號(hào)的加工運(yùn)算。無(wú)論行為主義范式還是信息加工范式，都忽視了學(xué)習(xí)者的主體意向性、體驗(yàn)性以及身體與環(huán)境交互的重要性，即具有離身性的傾向（李曼麗等，2018）。隨著哲學(xué)研究的不斷深入以及知覺(jué)現(xiàn)象學(xué)、認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等領(lǐng)域研究工作的推進(jìn)，人們?cè)絹?lái)越強(qiáng)烈地意識(shí)到身體及其與環(huán)境的交互對(duì)人類認(rèn)知具有重要的作用和意義，進(jìn)而在20世紀(jì)末期逐漸形成了具身認(rèn)知理論。該理論認(rèn)為身體是認(rèn)知的主體，其不僅參與了認(rèn)知、影響著思維、塑造著心智，而且不同的身體構(gòu)造和不同的身體參與方式會(huì)形成不同的認(rèn)知結(jié)果，即認(rèn)知是具身的。

具身認(rèn)知理論為人們理解學(xué)習(xí)、促進(jìn)學(xué)習(xí)提供了一個(gè)新的視角，并逐漸孕育出一種新的學(xué)習(xí)范式，即具身學(xué)習(xí)。目前，國(guó)內(nèi)外研究者已經(jīng)就具身學(xué)習(xí)開(kāi)展了系列探索研究，并成功應(yīng)用于語(yǔ)言學(xué)習(xí)、醫(yī)學(xué)教育、STEAM教育等領(lǐng)域（Duijzer et al.，2019）。其中，混合現(xiàn)實(shí)、觸覺(jué)仿真、體感交互、人工智能等技術(shù)的日趨成熟為具身學(xué)習(xí)的開(kāi)展提供了良好的支撐。本文在分析具身學(xué)習(xí)范式的學(xué)理及其特征的基礎(chǔ)上，從學(xué)習(xí)環(huán)境類型、具身體驗(yàn)方式、感知交互模態(tài)、學(xué)習(xí)內(nèi)容映射等方面闡述了智能技術(shù)影響下具身學(xué)習(xí)的主要形態(tài)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究成果，提出了智能技術(shù)支持下具身學(xué)習(xí)的典型應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)例。

二、具身認(rèn)知理論發(fā)展的學(xué)理基礎(chǔ)

受笛卡爾“身心二元論”的影響，經(jīng)典認(rèn)知科學(xué)通常將身體和心智視為兩種不同性質(zhì)與功能的實(shí)在。心智屬于精神范疇，類似于計(jì)算機(jī)軟件，主要用于“符號(hào)化認(rèn)知表征”的加工運(yùn)算;身體屬于物質(zhì)范疇，類似于計(jì)算機(jī)硬件，主要為心智提供一個(gè)物理載體。由于認(rèn)知表征是抽象化的符號(hào)，其加工運(yùn)算過(guò)程可獨(dú)立于承載它的身體，這意味著在經(jīng)典認(rèn)知科學(xué)中認(rèn)知是“不具身的”或“離身的”（葉浩生等，2018）。

上世紀(jì)末，隨著研究工作的推進(jìn)，傳統(tǒng)的離身認(rèn)知觀受到越來(lái)越多的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，知覺(jué)現(xiàn)象學(xué)、認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)以及認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域的學(xué)者從不同的學(xué)理背景出發(fā)揭示了身體與認(rèn)知之間的密切關(guān)系，并提出了相應(yīng)的具身認(rèn)知觀。這些認(rèn)知觀盡管在學(xué)理背景、闡述方式、側(cè)重點(diǎn)等方面有所差異，但它們之間卻有著內(nèi)在的一致性和共同的訴求。

1.基于知覺(jué)現(xiàn)象學(xué)的具身認(rèn)知觀

知覺(jué)現(xiàn)象學(xué)是由法國(guó)現(xiàn)象學(xué)家梅洛—龐蒂提出的一種哲學(xué)思想，其主張身體、知覺(jué)和世界是辯證統(tǒng)一的，身體是知覺(jué)的主體，知覺(jué)是身體的基本技能，人類對(duì)世界的認(rèn)知依靠身體知覺(jué)和具身經(jīng)驗(yàn)（唐佩佩等，2012）。現(xiàn)實(shí)生活中，人們通過(guò)身體活動(dòng)與世界中的其他物體產(chǎn)生互動(dòng)，并利用觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等器官不斷地感知世界。正是在這些交互感知過(guò)程中，人們根據(jù)身體的位置與狀態(tài)、肢體的動(dòng)作與姿勢(shì)，以及其感知信息不斷地提煉身體運(yùn)動(dòng)圖式，持續(xù)地積累各種身體經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，這些身體化的圖式和經(jīng)驗(yàn)賦予人類新的靈活性和可能性，從而讓人們能夠不斷獲得新的技能和認(rèn)知。

可見(jiàn)，在知覺(jué)現(xiàn)象學(xué)中，梅洛—龐蒂把人類的認(rèn)知過(guò)程與具有能動(dòng)性的身體器官結(jié)合起來(lái)，并認(rèn)為認(rèn)知過(guò)程是人類通過(guò)身體與世界的互動(dòng)而提煉運(yùn)動(dòng)圖式、積累鮮活體驗(yàn)的（劉勝利，2011）。學(xué)習(xí)在本質(zhì)上是由具體情境引發(fā)身體回應(yīng)，身體進(jìn)一步辨別情境的動(dòng)力循環(huán)過(guò)程，即一個(gè)具身性、情境性的體驗(yàn)過(guò)程（陳醒等，2019）。這與將認(rèn)知視為人們?cè)诖竽X中對(duì)抽象化表征符號(hào)的加工與運(yùn)算的經(jīng)典認(rèn)知科學(xué)有很大不同。不難發(fā)現(xiàn)，梅洛—龐蒂將經(jīng)典認(rèn)知科學(xué)中抽象化的符號(hào)表征置換為具體的身體體驗(yàn)，并以此來(lái)強(qiáng)調(diào)身體體驗(yàn)對(duì)人類認(rèn)知過(guò)程以及認(rèn)知結(jié)果的重要性。另一位學(xué)者巴薩盧于上世紀(jì)末提出的知覺(jué)符號(hào)系統(tǒng)理論也強(qiáng)調(diào)認(rèn)知在本質(zhì)上是知覺(jué)性的，認(rèn)知過(guò)程是對(duì)外界刺激形成無(wú)意識(shí)的神經(jīng)表征和有意識(shí)的知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)整合知覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、情感等多種信息對(duì)外界事物形成具有模式性、類似性的認(rèn)知結(jié)果（Barsalou，1999）。

2.基于認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)的具身認(rèn)知觀

認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)堅(jiān)持體驗(yàn)哲學(xué)觀，以身體經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知為出發(fā)點(diǎn)，以概念結(jié)構(gòu)和意義研究為中心，通過(guò)感知體驗(yàn)、意象圖式、概念隱喻等理論創(chuàng)造性地解釋語(yǔ)言事實(shí)后面的認(rèn)知方式（王寅，2005）。認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)中的思想，特別是意象圖式和概念隱喻，鮮明地體現(xiàn)了人類認(rèn)知活動(dòng)的具身性。

意象圖式。意象圖式是在人類與外界交互過(guò)程中反復(fù)出現(xiàn)且賦予人類經(jīng)驗(yàn)一致性結(jié)構(gòu)的某種構(gòu)架模式，亦是人類通過(guò)具體概念來(lái)理解抽象概念的橋梁。例如萊考夫等人（2015）歸納出來(lái)的容器圖式、上下圖式、前后圖式、部分整體圖式、中心邊緣圖式、連接圖式等。不難發(fā)現(xiàn)，這些意象圖式與人類的身體結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)密切相關(guān)。

概念隱喻。隱喻本是語(yǔ)言學(xué)中的一種修辭手段。然而，在《我們賴以生存的隱喻》一書中，萊考夫等人開(kāi)創(chuàng)性地認(rèn)為：隱喻不僅是一種修辭手段，更是人類認(rèn)知事物的一種重要方式，是具體概念向抽象領(lǐng)域的系統(tǒng)投射（喬治·萊考夫等，2015）。與此同時(shí)，隱喻根植于社會(huì)生活和身體體驗(yàn)，人們擁有何種隱喻本質(zhì)上取決于個(gè)體的身體體驗(yàn)、個(gè)體與事物的交互作用以及個(gè)體所處的社會(huì)和文化環(huán)境。

由此可見(jiàn)，在認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)的視角，意象圖式和概念隱喻是人類認(rèn)知抽象概念、形成高級(jí)思維的重要方式，而這兩種方式是人們?cè)谧匀?、無(wú)意識(shí)狀態(tài)中通過(guò)身體體驗(yàn)習(xí)得的。這意味著認(rèn)知是無(wú)意識(shí)的、思維是隱喻的、心智是具身的。

3.基于生成論的具身認(rèn)知觀

受知覺(jué)現(xiàn)象學(xué)、認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)以及知覺(jué)生態(tài)學(xué)的影響，智利著名的神經(jīng)生物學(xué)家瓦雷拉在其創(chuàng)立的生命自創(chuàng)生理論的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了心智生成論的思想。生成論主張：心智和世界不是表征與被表征的關(guān)系，它們是在“感覺(jué)—行動(dòng)”的循環(huán)中同時(shí)生成的;認(rèn)知也不再被視為一種抽象符號(hào)的加工運(yùn)算，而是有機(jī)體適應(yīng)環(huán)境的一種活動(dòng)（劉志斌等，2015）。在生成論中，通過(guò)“身體與環(huán)境的耦合關(guān)系”以及“心智與身體的具身關(guān)系”將心智、身體與環(huán)境融為一個(gè)緊密的聯(lián)合體。

第一，身體與環(huán)境的耦合關(guān)系。有機(jī)體的身體與其生存環(huán)境之間存在著相互影響、彼此約束的緊耦合關(guān)系。有機(jī)體根植于環(huán)境，并利用其獨(dú)特的身體結(jié)構(gòu)與身體行為不斷地感知和影響著環(huán)境。正是在此過(guò)程中，有機(jī)體塑造了其豐富的心智內(nèi)涵，也造就了其獨(dú)特的生存環(huán)境。它們?cè)谕粋€(gè)過(guò)程中生成，而且一經(jīng)生成便成為一個(gè)整體，不可分離，并構(gòu)成未來(lái)共同演化的前提。正因?yàn)榇?，人類的認(rèn)知結(jié)果，例如個(gè)體所理解的事物屬性和意義，既不是環(huán)境中客觀存在的，也不是人類心智主觀賦予的，而是在有機(jī)體與環(huán)境共同演化過(guò)程中形成的產(chǎn)物。

第二，心智與身體的具身關(guān)系。瓦雷拉等認(rèn)為“身體”具有雙重意義：“它既包含身體作為一種活生生的、經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)，也包含身體作為認(rèn)知機(jī)制的情境與背景?！保‵.瓦雷拉等，2010）可見(jiàn)，身體既是一種生物結(jié)構(gòu)，亦是一種經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，瓦雷拉使用“具身行動(dòng)”來(lái)說(shuō)明這種生物視域與經(jīng)驗(yàn)視域的交織和轉(zhuǎn)換。使用“具身”，意在強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)來(lái)自具有各種感覺(jué)運(yùn)動(dòng)能力的身體，而這些能力自身內(nèi)含在一個(gè)更廣泛的生物、心理和文化的情境中;使用“行動(dòng)”，意在強(qiáng)調(diào)感知與行動(dòng)在認(rèn)知過(guò)程中的循環(huán)約束（德莫特·莫蘭，2019）。

不難發(fā)現(xiàn)，生成論以一種全新的視角解釋了身體與環(huán)境的關(guān)系以及認(rèn)知過(guò)程。在此視角下，個(gè)體不是一種獨(dú)立的、被動(dòng)的存在，而是與環(huán)境處于共同演化之中且主動(dòng)地構(gòu)建一個(gè)自己的世界。在演化進(jìn)程中，個(gè)體與環(huán)境是緊密耦合的，個(gè)體心智在其與環(huán)境的耦合過(guò)程中生成。

4.基于鏡像神經(jīng)元的具身認(rèn)知觀

自上世紀(jì)末，神經(jīng)生理學(xué)家逐漸發(fā)現(xiàn)在靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦中存在一類特殊的神經(jīng)元，即鏡像神經(jīng)元，其能夠在個(gè)體執(zhí)行某一動(dòng)作或觀察其他個(gè)體執(zhí)行該動(dòng)作時(shí)被有效激活。例如，當(dāng)一只猿猴自己撿起食物或觀察到有人撿起食物時(shí)，位于其大腦腹側(cè)運(yùn)動(dòng)前皮層的一些神經(jīng)元會(huì)表現(xiàn)出電生理效應(yīng)（Rizzolatti et al.，1996）。后續(xù)研究證實(shí)在人類大腦中也存在類似功能的鏡像神經(jīng)系統(tǒng)，其在認(rèn)知過(guò)程中具有重要意義。鏡像神經(jīng)元能夠?qū)?dòng)作感知和動(dòng)作執(zhí)行進(jìn)行有效匹配和融合，從而把傳統(tǒng)意義上抽象的心理模擬發(fā)展成為以鏡像機(jī)制為基礎(chǔ)的具身模擬。

作為神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域的里程碑事件，鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)為人們理解身體與心智、動(dòng)作與認(rèn)知提供了一個(gè)新視角。正如葉浩生教授所說(shuō)：“由于鏡像機(jī)制把動(dòng)作知覺(jué)和動(dòng)作執(zhí)行進(jìn)行匹配，觀察者僅僅通過(guò)對(duì)他人行為的知覺(jué)，就激活了執(zhí)行這一動(dòng)作的神經(jīng)環(huán)路，產(chǎn)生了一種他人動(dòng)作的具身模擬，進(jìn)而可以直接把握他人的行為意圖?！保ㄈ~浩生，2016）可以說(shuō)，鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)既揭示了傳統(tǒng)身心二元論的缺陷，又為具身認(rèn)知理論提供了堅(jiān)實(shí)的生物學(xué)證據(jù)。與此同時(shí)，鏡像神經(jīng)元所表現(xiàn)出來(lái)的雙重激活功能，即執(zhí)行動(dòng)作和觀察動(dòng)作，進(jìn)一步豐富和完善了具身認(rèn)知理論。

綜上所述，人們已經(jīng)從現(xiàn)象哲學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等視角研究了身體與心智的關(guān)系，并就“具身認(rèn)知”給出了各自的理論解釋和支撐依據(jù)。盡管研究者的領(lǐng)域和視角不同，但不難發(fā)現(xiàn)這些認(rèn)知觀有著內(nèi)在的一致性和共同的訴求，即都強(qiáng)調(diào)身體感知運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、身體與環(huán)境間的互動(dòng)以及身體經(jīng)驗(yàn)的積累對(duì)認(rèn)知的重要性。由此可見(jiàn)，身體不再是邊緣化的、無(wú)關(guān)緊要的“物理載體”，而是具有重要意義及影響的認(rèn)知參與者和心智塑造者。

三、具身學(xué)習(xí)范式及其基本特征

在具身認(rèn)知理論的影響下，具身學(xué)習(xí)已成為教育界近年來(lái)研究和實(shí)踐的一種新興學(xué)習(xí)范式。究竟何為具身學(xué)習(xí)？人們從不同視角出發(fā)，給出了不同的解讀。例如，鄭旭東等人認(rèn)為：“從具身認(rèn)知的觀點(diǎn)看，學(xué)習(xí)是基于身體感知的即時(shí)性行動(dòng)和借助技術(shù)工具的結(jié)構(gòu)化反思兩種認(rèn)知模式的協(xié)調(diào)運(yùn)作”（鄭旭東等，2019）;葉浩生認(rèn)為：“作為身體學(xué)習(xí)的具身視身體為學(xué)習(xí)發(fā)生的部位，把身體視為知識(shí)的淵源，通過(guò)身體活動(dòng)獲取對(duì)各種‘活’的生活體驗(yàn)”（葉浩生，2014）。

作為一種新范式，具身學(xué)習(xí)在表現(xiàn)形態(tài)、實(shí)現(xiàn)途徑、應(yīng)用模式等方面都具有多樣性和靈活性，難以給出一個(gè)明確、統(tǒng)一的定義。這里，筆者根據(jù)上文所梳理的不同視角下的具身認(rèn)知觀，在歸納和提煉其核心理念與共同訴求的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了如圖1所示的具身學(xué)習(xí)范式描述模型，并以此來(lái)把握和反映具身學(xué)習(xí)范式的基本特征。

第一，要素的耦合性。與其他學(xué)習(xí)范式一樣，具身學(xué)習(xí)也包含學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)環(huán)境、交互活動(dòng)、學(xué)習(xí)情境、支持技術(shù)等要素。特別之處在于，在具身學(xué)習(xí)中，這些要素是相互關(guān)聯(lián)、相互影響且緊密耦合的。如圖1所示，外部虛線圓盤代表開(kāi)放式具身學(xué)習(xí)環(huán)境，內(nèi)部漸變圓環(huán)表示學(xué)習(xí)者與環(huán)境間的具身交互?？梢钥闯觯瑢W(xué)習(xí)者置身于學(xué)習(xí)環(huán)境之中，通過(guò)具身交互與環(huán)境融為一體，且身體的“感覺(jué)—運(yùn)動(dòng)”系統(tǒng)和環(huán)境的情境、技術(shù)等要素涉入具身交互之中并影響著具身交互。換言之，在具身學(xué)習(xí)中，環(huán)境似土壤、似源泉，學(xué)習(xí)者根植其中并通過(guò)根系般的具身交互將各要素緊密耦合、融為一體。

第二，交互的具身性。具身性是具身學(xué)習(xí)范式最鮮明的特征。如圖1中漸變圓環(huán)所示，具身學(xué)習(xí)正是通過(guò)根系般的“具身交互”將學(xué)習(xí)各要素緊密耦合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)環(huán)境的交融共生，即學(xué)習(xí)者形成了鮮活的具身經(jīng)驗(yàn)，環(huán)境也成為適于學(xué)習(xí)者生存的具體環(huán)境。因此，在具身學(xué)習(xí)范式中，要秉持“身心一體”的理念，鼓勵(lì)釋放學(xué)習(xí)者的身體，讓學(xué)習(xí)者通過(guò)“身體運(yùn)動(dòng)”和“具身模擬”與環(huán)境進(jìn)行交互。前者主要是指讓學(xué)習(xí)者通過(guò)親身的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作、姿態(tài)、表情等參與交互，后者指通過(guò)觀察他者的身體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生與他者相一致的具身體驗(yàn)。

第三，主體的體驗(yàn)性。在經(jīng)典認(rèn)知科學(xué)視角下，學(xué)習(xí)被視為學(xué)習(xí)者在其大腦中形成對(duì)外部客觀事物的抽象化符號(hào)表征的過(guò)程。在這種身心分離的離身學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者往往處于被動(dòng)的接受狀態(tài)，易導(dǎo)致對(duì)學(xué)習(xí)者生命特征以及對(duì)人類認(rèn)知意向性與體驗(yàn)性特征的漠視。相反，具身學(xué)習(xí)尊重學(xué)習(xí)者生命，關(guān)注學(xué)習(xí)者個(gè)體差異，強(qiáng)調(diào)釋放學(xué)習(xí)者的身心，讓其融入環(huán)境并在具身交互過(guò)程中體驗(yàn)式地感知世界、積累經(jīng)驗(yàn)、促進(jìn)認(rèn)知。因此，具身學(xué)習(xí)要求樹(shù)立學(xué)習(xí)不是為了形成對(duì)外部世界的抽象表征，而是為了積累身體體驗(yàn)并更好地服務(wù)于個(gè)體實(shí)踐的理念。總之，具身學(xué)習(xí)既體現(xiàn)了“人為性”的認(rèn)知特點(diǎn)，又秉持“為人性”的學(xué)習(xí)理念。

第四，情境的多元性。正如瓦雷拉所說(shuō)：“經(jīng)驗(yàn)來(lái)自具有各種感覺(jué)運(yùn)動(dòng)能力的身體，而這些能力自身內(nèi)嵌于一個(gè)更廣泛的生物、心理和文化的情境中”（F.瓦雷拉等，2010）。可見(jiàn)，情境對(duì)具身學(xué)習(xí)具有重要的意義，其不僅直接影響著具身學(xué)習(xí)能力，更是學(xué)習(xí)者進(jìn)一步獲得鮮活具身經(jīng)驗(yàn)的前提條件。具身學(xué)習(xí)不能脫離學(xué)習(xí)情境而獨(dú)立存在。這種情境既包括學(xué)習(xí)場(chǎng)景、物質(zhì)資源、環(huán)境狀態(tài)等外部物理情境，也包含學(xué)習(xí)氣氛、人際關(guān)系、心理狀態(tài)、文化背景等社會(huì)文化情境。此外，在具身學(xué)習(xí)中，這些情境并非固定、預(yù)設(shè)的，而是隨著具身交互而動(dòng)態(tài)更新的。

第五，過(guò)程的動(dòng)態(tài)性。在傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，往往會(huì)強(qiáng)調(diào)預(yù)先設(shè)定好學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)情境、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)目標(biāo)甚至學(xué)習(xí)進(jìn)度。然而，具身學(xué)習(xí)更強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程的動(dòng)態(tài)生成性（鄭旭東等，2016），即學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源等要素在交融過(guò)程中相互影響、動(dòng)態(tài)創(chuàng)生的過(guò)程。在具身學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者及學(xué)習(xí)同伴不斷緣遇著、創(chuàng)造著、體驗(yàn)著、解釋著各類學(xué)習(xí)事件，與此同時(shí)環(huán)境不斷變化、意義不斷生成、經(jīng)驗(yàn)不斷積累?？梢哉f(shuō)，學(xué)習(xí)就是這一系列的動(dòng)態(tài)生成的學(xué)習(xí)事件以及由其產(chǎn)生的意義和影響。在圖1給出的具身學(xué)習(xí)范式描述模型中，筆者用一條向上延伸的射線來(lái)表示學(xué)習(xí)活動(dòng)沿著時(shí)間軸的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程。在此過(guò)程中，學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)環(huán)境以及各要素均處在不斷創(chuàng)生、演化和發(fā)展之中。

四、智能技術(shù)影響下具身學(xué)習(xí)的主要形態(tài)

如上所述，具身學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者要根植于情景化的環(huán)境之中，并通過(guò)具身交互驅(qū)動(dòng)教學(xué)要素的交融與具身體驗(yàn)的積累。顯然，不同的技術(shù)條件會(huì)衍生出不同形態(tài)的具身學(xué)習(xí)。這里，筆者重點(diǎn)圍繞學(xué)習(xí)環(huán)境類型、具身體驗(yàn)方式、感知交互模態(tài)、內(nèi)容映射策略等方面，闡述新興智能技術(shù)，特別是混合現(xiàn)實(shí)、觸覺(jué)仿真、體感交互、人工智能等技術(shù)對(duì)具身學(xué)習(xí)形態(tài)的影響。

1.學(xué)習(xí)環(huán)境類型

學(xué)習(xí)環(huán)境是具身學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)施的場(chǎng)所，更是影響具身認(rèn)知發(fā)生的重要條件。不同類型的學(xué)習(xí)環(huán)境能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供不同的感知信息和交互模態(tài)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)，特別是混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，構(gòu)建新型學(xué)習(xí)環(huán)境已經(jīng)成為可能。依據(jù)知識(shí)呈現(xiàn)方式與感知交互模態(tài)方面的差異，筆者將具身學(xué)習(xí)環(huán)境大致分為三類：真實(shí)物理環(huán)境、虛擬仿真環(huán)境和混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境。

真實(shí)物理環(huán)境。作為一種傳統(tǒng)而又常用的學(xué)習(xí)環(huán)境，其通常包含物理的學(xué)習(xí)場(chǎng)所、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)情境及其事物原初、真實(shí)的狀態(tài)特性，能全面支持觸覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等感覺(jué)器官，且能讓學(xué)習(xí)者在自然狀態(tài)下通過(guò)身體器官及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行交互體驗(yàn)。不足之處在于，其難以對(duì)抽象概念、內(nèi)部原理、動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行可視化呈現(xiàn)及多模態(tài)感知。

虛擬仿真環(huán)境。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)，可以在一定程度上模擬并可視化抽象概念、內(nèi)部原理和動(dòng)態(tài)過(guò)程，從而增強(qiáng)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的表征能力。然而，由于真實(shí)物理存在的缺失以及當(dāng)前技術(shù)水平的限制，這種只見(jiàn)虛不見(jiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境通常只能提供對(duì)虛擬對(duì)象的視、聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，缺少觸、嗅覺(jué)感知。

混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境。目前，借助混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將虛擬的、數(shù)字化的對(duì)象和信息自然、實(shí)時(shí)地融入到身邊的三維物理空間。這種虛實(shí)融合的混合式學(xué)習(xí)環(huán)境，綜合了上述兩類環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，既增強(qiáng)了學(xué)習(xí)內(nèi)容的表征與學(xué)習(xí)環(huán)境的體驗(yàn)?zāi)芰?，又支持多模態(tài)感知、具身運(yùn)動(dòng)以及自然交互。正因?yàn)榇耍旌犀F(xiàn)實(shí)環(huán)境成為具身學(xué)習(xí)的理想場(chǎng)所。近年來(lái)，國(guó)際上多項(xiàng)研究成果表明混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境能夠有效支持具身學(xué)習(xí)，并顯著促進(jìn)STEAM相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果（Johnson-Glenberg et al.，2014;Lindgren et al.，2016）。

可見(jiàn)，雖然具身學(xué)習(xí)可以在多種類型的學(xué)習(xí)環(huán)境中開(kāi)展，但是從知識(shí)表征和交互模態(tài)兩個(gè)維度考量，混合實(shí)現(xiàn)環(huán)境具有更高的具身度，也更有利于促進(jìn)具身學(xué)習(xí)。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)混合現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境時(shí)，為了更好地支持感知與交互體驗(yàn)，應(yīng)遵循“能實(shí)不虛”“以虛補(bǔ)實(shí)”以及“虛實(shí)融合”的原則。

2.具身體驗(yàn)方式

具身認(rèn)知強(qiáng)調(diào)在身體與環(huán)境互動(dòng)過(guò)程中獲得與積累身體體驗(yàn)，故身體的參與程度和參與方式對(duì)具身學(xué)習(xí)具有特殊意義。一方面，從參與程度的維度可以將身體運(yùn)動(dòng)分成自然、無(wú)約束狀態(tài)下的全身運(yùn)動(dòng)和安坐狀態(tài)下的有限姿態(tài)動(dòng)作。另一方面，具身認(rèn)知理論以及鏡像神經(jīng)元領(lǐng)域的研究表明，除親身參與運(yùn)動(dòng)之外，學(xué)習(xí)者還可以通過(guò)具身模擬的方式獲得具身體驗(yàn)，即通過(guò)觀察或想象他者在特定環(huán)境及情景中的身體運(yùn)動(dòng)來(lái)獲得相應(yīng)的具身體驗(yàn)。基于此，筆者以參與程度和參與方式為坐標(biāo)軸，將具身體驗(yàn)分成如圖2所示的四種類型。

就具身度而言，學(xué)習(xí)者親自參與的全身運(yùn)動(dòng)顯然具有更高的具身度，其能調(diào)動(dòng)更多的身體參與，獲得更豐富的具身體驗(yàn)。在智能時(shí)代，通過(guò)體感交互設(shè)備和技術(shù)，例如Kinect傳感器，可以采集和識(shí)別學(xué)習(xí)者各肢體的空間位置、姿態(tài)動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)軌跡，從而更智能、更有效地支持身體參與并獲得具身體驗(yàn)。與此同時(shí)，需注意的是具身學(xué)習(xí)是一個(gè)多因素影響下的復(fù)雜過(guò)程。在具體實(shí)踐中，除了身體參與方式、參與程度之外，實(shí)際學(xué)習(xí)效果還受到具身體驗(yàn)的有效性、認(rèn)知負(fù)荷的程度等因素的影響。因此，具身學(xué)習(xí)不能一味地追求身體的高度參與，而是要根據(jù)學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)環(huán)境等要素的特點(diǎn)，合理地選擇身體的參與方式和參與程度。

3.感知交互模態(tài)

感知交互是學(xué)習(xí)者與環(huán)境之間相互影響、交融共生的橋梁，亦是形成具身體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)具身學(xué)習(xí)的根本途徑。具身認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)，學(xué)習(xí)活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中，學(xué)習(xí)者應(yīng)通過(guò)身體運(yùn)動(dòng)、姿態(tài)動(dòng)作、面部表情等方式直接感觸和操控學(xué)習(xí)對(duì)象及其可視化、語(yǔ)義化的表示模型;同時(shí)，學(xué)習(xí)者也應(yīng)通過(guò)其“感覺(jué)—運(yùn)動(dòng)”系統(tǒng)實(shí)時(shí)、同步地接受相應(yīng)的反饋信息。這種交互模態(tài)是高具身的，是利于有意義學(xué)習(xí)的。然而，在實(shí)踐過(guò)程中，由于學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源、活動(dòng)類型、可用技術(shù)等方面存在的差異和限制，交互模態(tài)也存在一定的差異，其主要體現(xiàn)在感知通道和交互形式兩方面。

第一，感知通道。在與環(huán)境交互過(guò)程中，學(xué)習(xí)者主要通過(guò)觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等感知通道接收環(huán)境的反饋信息，形成意象圖式并積累具身體驗(yàn)。按照具身認(rèn)知理論，與環(huán)境交互涉及的感知通道越多，形成的具身體驗(yàn)就越鮮活、越完整。然而，在一些具身學(xué)習(xí)中，往往只涉及部分感知通道，例如大多數(shù)的虛擬仿真環(huán)境通常只支持視、聽(tīng)覺(jué)感知。

第二，交互形式。交互形式大致可分為直接交互和間接交互。前者指學(xué)習(xí)者通過(guò)身體器官、動(dòng)作系統(tǒng)和姿態(tài)動(dòng)作直接感觸和操控學(xué)習(xí)對(duì)象，后者指學(xué)習(xí)者通過(guò)鼠標(biāo)、手柄或其他第三方媒介間接地感觸和操控學(xué)習(xí)對(duì)象。具體實(shí)施過(guò)程中，交互形式往往取決于學(xué)習(xí)環(huán)境類型、內(nèi)容呈現(xiàn)方式、技術(shù)設(shè)備供給等因素。

多通道感知、直接操控實(shí)時(shí)響應(yīng)的交互模態(tài)是具身學(xué)習(xí)的一種理想狀態(tài)，其不僅能夠提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)、形成鮮活認(rèn)知，而且有助于延長(zhǎng)記憶時(shí)間并促進(jìn)知識(shí)的遷移 （Anastopoulou et al.，2011）。近些年來(lái)新興的智能技術(shù)，特別是觸覺(jué)仿真、無(wú)線傳感、混合現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，有望為實(shí)現(xiàn)這類高具身度的交互形式提供良好的支持。

4.內(nèi)容映射策略

具身學(xué)習(xí)主要通過(guò)獲得并積累“感覺(jué)—運(yùn)動(dòng)”體驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在具身學(xué)習(xí)活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中，需要在學(xué)習(xí)內(nèi)容與“感覺(jué)—運(yùn)動(dòng)”體驗(yàn)之間建立有效的映射關(guān)系。這種關(guān)系的建立及其產(chǎn)生的效果主要取決于知識(shí)呈現(xiàn)的媒介形式。具身學(xué)習(xí)通過(guò)融合無(wú)線傳感、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D打印等技術(shù)，不僅能以三維動(dòng)畫、全息影像、打印制品等媒介形式逼真地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，而且能支持師生通過(guò)身體行為驅(qū)動(dòng)知識(shí)呈現(xiàn)媒介的動(dòng)態(tài)變化。這為構(gòu)建學(xué)習(xí)內(nèi)容與“感覺(jué)—運(yùn)動(dòng)”體驗(yàn)之間的映射關(guān)系提供了新途徑。

第一，身體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)知識(shí)表達(dá)。對(duì)于抽象概念及相關(guān)原理，在根據(jù)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建其可視化表示形式的基礎(chǔ)上，借助無(wú)線傳感技術(shù)與可視化技術(shù)可將學(xué)習(xí)者的身體位置、動(dòng)作姿態(tài)與知識(shí)的呈現(xiàn)形式以及動(dòng)態(tài)變化過(guò)程相關(guān)聯(lián)，并通過(guò)學(xué)習(xí)者的身體運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)地驅(qū)動(dòng)知識(shí)的生成、表示及呈現(xiàn)。例如，在學(xué)習(xí)速度、加速度等概念時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集學(xué)習(xí)者的位置信息，讓學(xué)習(xí)者通過(guò)身體運(yùn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)并體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)曲線的繪制過(guò)程（Espinoza，2015）。

第二，身體器官模擬學(xué)習(xí)對(duì)象。在智慧教學(xué)環(huán)境中，通過(guò)行為感知設(shè)備與智能分析技術(shù)，可以讓師生更加便捷、有效地利用動(dòng)作、手勢(shì)、姿態(tài)、表情、聲音以及多人協(xié)作扮演等方式模仿學(xué)習(xí)對(duì)象的屬性及行為特征，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與身體體驗(yàn)之間的映射。例如，在外語(yǔ)教學(xué)中，讓學(xué)生通過(guò)模仿小鳥(niǎo)的飛行動(dòng)作加深對(duì)“Bird”“Fly”等單詞的理解與記憶。

第三，身體經(jīng)驗(yàn)隱喻學(xué)習(xí)內(nèi)容?；谝庀髨D式和概念隱喻理論，可以將新的、抽象的概念與熟悉的、具體的概念相關(guān)聯(lián)。此外，通過(guò)有效設(shè)計(jì)概念的呈現(xiàn)方式，將其與身體體驗(yàn)建立“隱喻”，也可以促進(jìn)概念的理解和推理。例如，將概念呈現(xiàn)在厚重的媒介上可以突出其重要性、呈現(xiàn)在溫馨的背景中更能形成積極的判斷等。在傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下，有限的資源和特定的時(shí)空限制了這類媒介的制作與應(yīng)用，混合現(xiàn)實(shí)與3D打印技術(shù)的結(jié)合能夠有效突破這種限制，從而更廣泛、便捷地創(chuàng)建知識(shí)與學(xué)習(xí)體驗(yàn)之間的有意義映射。

學(xué)習(xí)內(nèi)容和“感覺(jué)—運(yùn)動(dòng)”體驗(yàn)的映射關(guān)系對(duì)具身學(xué)習(xí)具有重要意義，能夠讓學(xué)習(xí)者在親身體驗(yàn)或觀察這種關(guān)系及其動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中，以“身體書寫”般的方式就學(xué)習(xí)內(nèi)容形成深刻、鮮活、持久且有意義的具體體驗(yàn)。目前，一些研究成果已經(jīng)表明建立有意義的映射關(guān)系能夠有效促進(jìn)學(xué)習(xí)效果（李青等，2016;Skulmowski et al.，2018）。相反，若缺失這種關(guān)系或者這種關(guān)系是無(wú)意義的，則不能形成有意義的具體體驗(yàn)，甚至?xí)?duì)學(xué)習(xí)過(guò)程帶來(lái)干擾或額外的認(rèn)知負(fù)荷（Johnson-Glenberg，2018）。

五、基于智能技術(shù)的具身學(xué)習(xí)典型應(yīng)用

具身學(xué)習(xí)既是一種新的學(xué)習(xí)范式，亦蘊(yùn)含著創(chuàng)新教育理念。其形態(tài)的多樣性賦予了應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊性和實(shí)現(xiàn)途徑的靈活性。換言之，在實(shí)踐中，只要秉持具身認(rèn)知的觀念，理解具身學(xué)習(xí)的基本特征、實(shí)現(xiàn)形態(tài)以及影響要素，便可以靈活、有效地開(kāi)展具身學(xué)習(xí)。這里，筆者結(jié)合具體的學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)主題以及技術(shù)條件，分析并闡述了智能技術(shù)支持下具身學(xué)習(xí)的幾種典型應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)例。

1.基于智能感知技術(shù)的具身學(xué)習(xí)

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)活動(dòng)中，教師通常會(huì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生坐姿端正、少講話并認(rèn)真聽(tīng)講。對(duì)教師而言，這種模式有利于維護(hù)良好的課堂秩序，有利于知識(shí)的講解和傳輸。然而，此模式卻可能忽視學(xué)生鮮活的生命特征以及學(xué)習(xí)的主體性，從而將學(xué)生變成了一種被動(dòng)的、冷漠的、機(jī)器般的信息接收者。從具身學(xué)習(xí)的視角出發(fā)，傳統(tǒng)課堂教學(xué)應(yīng)尊重學(xué)生的主體性，鼓勵(lì)學(xué)生具身交互，讓學(xué)生以自然的身心狀態(tài)參與到課堂教學(xué)活動(dòng)中，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生、教師以及教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)交融以及具體經(jīng)驗(yàn)的積累。

具體而言，師生可通過(guò)身體運(yùn)動(dòng)和具身模擬兩種途徑在傳統(tǒng)課堂中實(shí)現(xiàn)具身學(xué)習(xí)。身體運(yùn)動(dòng)指激活學(xué)生的感知運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，讓學(xué)生通過(guò)有意義的身體運(yùn)動(dòng)而參與課堂活動(dòng)，積累身體經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)課堂內(nèi)容。例如，在外語(yǔ)課堂上學(xué)習(xí)動(dòng)物單詞時(shí)，教師一邊講授相關(guān)內(nèi)容，一邊鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)身體運(yùn)動(dòng)或手勢(shì)動(dòng)作來(lái)模仿動(dòng)物的行走、跳躍、飛行等行為，并通過(guò)發(fā)音來(lái)模擬動(dòng)物的叫聲或跟讀相應(yīng)的單詞。具身模擬是指讓學(xué)生通過(guò)觀察或想象教師、同伴的具身表演以及視頻、動(dòng)畫等動(dòng)作行為而產(chǎn)生相應(yīng)的身體體驗(yàn)。例如，教師在課堂上講述相關(guān)內(nèi)容時(shí)，不僅通過(guò)語(yǔ)言的方式進(jìn)行描述，更通過(guò)身體的表演，手勢(shì)、表情的模擬甚至配合相應(yīng)的視頻、動(dòng)畫，讓學(xué)生通過(guò)觀察、模仿進(jìn)行學(xué)習(xí)。目前，各種智能感知設(shè)備與技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智慧教室建設(shè)之中，這為師生在教室環(huán)境中常態(tài)化地開(kāi)展具身學(xué)習(xí)提供了重要支持。其中，借助高清攝像頭、無(wú)線傳感器、大屏顯示器等設(shè)備以及人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，不僅能有效地感知教學(xué)過(guò)程中師生的身體姿態(tài)、動(dòng)作行為、言語(yǔ)表情等信息，而且能對(duì)這些信息進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確地挖掘與分析。在這種技術(shù)環(huán)境中，師生不僅可以有效開(kāi)展具身交互，實(shí)現(xiàn)具身教學(xué)，同時(shí)也能夠?qū)呱斫虒W(xué)過(guò)程及其效果進(jìn)行精細(xì)化分析和評(píng)估。近年來(lái)，國(guó)際上多項(xiàng)研究成果表明在課堂上實(shí)現(xiàn)具身教學(xué)可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)投入以及對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和記憶（Mavilidi et al.，2015;Schmidt et al.，2019）。

2.基于觸覺(jué)仿真的具身學(xué)習(xí)

在具身理論中，觸覺(jué)對(duì)認(rèn)知具有特殊的作用及意義。究其原因，觸覺(jué)是人類與外界物理環(huán)境交互所采用的一種最原初、最直接且最重要的感知系統(tǒng)。通過(guò)刺激身體動(dòng)覺(jué)系統(tǒng)中的肌肉、肌腱、關(guān)節(jié)等感受器，人們可以感知、探究并識(shí)別物體的材質(zhì)、硬度、重量、形狀、溫度等物理屬性以及物體的彈力、形變、運(yùn)動(dòng)等行為特征，從而形成直接的、鮮活的、豐富的具身體驗(yàn)。與視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等“遠(yuǎn)端”感知系統(tǒng)相比，觸覺(jué)感官與身體聯(lián)系更緊密，即具身度更高。因此，在知覺(jué)現(xiàn)象學(xué)中，觸覺(jué)被認(rèn)為是具身性的一個(gè)關(guān)鍵特征，其在身體構(gòu)造和認(rèn)知過(guò)程中具有某種本體論的優(yōu)先性，即身體在觸覺(jué)中“成為身體”（德莫特·莫蘭，2019）。

近年來(lái)觸覺(jué)仿真技術(shù)的興起為人們?cè)O(shè)計(jì)和開(kāi)展基于觸覺(jué)交互的具身學(xué)習(xí)提供了可能。如圖3（a）所示，觸覺(jué)仿真主要依靠一個(gè)支持人機(jī)雙向交互的特殊機(jī)電設(shè)備，通過(guò)操縱桿、數(shù)據(jù)手套、鼠標(biāo)、方向盤、手指膜等將學(xué)習(xí)者與虛擬物體相連，讓學(xué)習(xí)者在交互式操控過(guò)程中感知虛擬物體的物理特性和機(jī)械行為。在觸覺(jué)仿真技術(shù)的支持下，可以通過(guò)如下途徑開(kāi)展具身學(xué)習(xí)：

第一，在虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)感知與交互。目前，在大多數(shù)的虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)者只能通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)進(jìn)行感知。融入觸覺(jué)仿真技術(shù)之后，學(xué)習(xí)者可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容和認(rèn)知對(duì)象的多模態(tài)感知與交互，從而提高學(xué)習(xí)環(huán)境的沉浸感并促進(jìn)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)和遷移。如圖3（b）所示，Tinguy等人通過(guò)穿戴式指尖觸覺(jué)仿真器實(shí)現(xiàn)對(duì)人體器官的硬度、彈力等屬性的感知，并將其成功應(yīng)用于VR觸診模擬器并支持醫(yī)生的仿真培訓(xùn)（Tinguy et al.，2018）。

第二，在STEAM課程教學(xué)中，促進(jìn)抽象概念的學(xué)習(xí)和理解。對(duì)于STEAM課程中的一些抽象概念，例如摩擦力、阻尼、電磁場(chǎng)等，通過(guò)觸覺(jué)感知技術(shù)將概念以及概念間的因果關(guān)系與學(xué)習(xí)者的觸覺(jué)感知關(guān)聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)習(xí)者在交互感知的過(guò)程中，形成對(duì)抽象概念的具身經(jīng)驗(yàn)及深度理解。例如，在圖3（c）中，讓學(xué)生通過(guò)旋轉(zhuǎn)一個(gè)操縱桿來(lái)交互式地控制齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，并在此過(guò)程中通過(guò)力的輸入與反饋力的感知來(lái)體驗(yàn)兩個(gè)齒輪的聯(lián)動(dòng)和學(xué)習(xí)相關(guān)物理知識(shí)（Han et al.，2011）。

3.基于混合現(xiàn)實(shí)的具身學(xué)習(xí)

目前，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、空間感知、人工智能以及可視化等技術(shù)的支持下，已經(jīng)可以構(gòu)建出一種將人、環(huán)境和計(jì)算機(jī)三者融為一體的混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境。在此類環(huán)境中，來(lái)自物理世界的各類信息和來(lái)自虛擬世界的各類信息在時(shí)間、空間、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等維度上實(shí)現(xiàn)了自然的匹配和有機(jī)的融合，能夠支持人們進(jìn)行實(shí)時(shí)、多模態(tài)的交互以及具身、沉浸式的體驗(yàn)?？梢?jiàn)，混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境為具身學(xué)習(xí)提供了良好的支撐條件，不僅能拓展具身學(xué)習(xí)的應(yīng)用范圍，而且能夠提升具身學(xué)習(xí)的實(shí)際效果。目前，面向具身學(xué)習(xí)的混合現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建已經(jīng)成為國(guó)際研究熱點(diǎn)，并已取得一些成果。其中，以美國(guó)馬里蘭大學(xué)人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的SharedPhys（Kang et al.，2016）和美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)研發(fā)的SMALLab（Kelliher et al.，2009）最具代表性和影響力。

基于此類混合現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境，人們可以開(kāi)展多種類型的具身學(xué)習(xí)。在具身學(xué)習(xí)實(shí)施過(guò)程中，針對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容及其特點(diǎn)，教師需要系統(tǒng)性地考慮知識(shí)的呈現(xiàn)方式、內(nèi)容的映射策略、具身體驗(yàn)途徑、交互感知模態(tài)等因素。如圖4所示，在SharedPhys環(huán)境中，針對(duì)人體呼吸及血液循環(huán)這一學(xué)習(xí)主題，Kang等人設(shè)計(jì)了一種高具身的協(xié)作式學(xué)習(xí)活動(dòng)（Kang et al.，2016）。在此學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)習(xí)者站在大屏幕前自由地移動(dòng)、跳躍、跑步，并通過(guò)相互協(xié)作、角色扮演等方式進(jìn)行體驗(yàn)式的學(xué)習(xí);SharedPhys利用便攜式傳感器實(shí)時(shí)采集學(xué)習(xí)者的心率、呼吸頻率、心電、體溫等生理數(shù)據(jù)，利用Kinect體感技術(shù)識(shí)別學(xué)習(xí)者的身體位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及手勢(shì)動(dòng)作等信息。同時(shí)大屏幕上以三維模型、語(yǔ)音、文本的形式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)任務(wù)，并以圖形、動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)學(xué)習(xí)者身體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與其呼吸、血液系統(tǒng)之間的關(guān)系。在該學(xué)習(xí)活動(dòng)中，將學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)者的身體運(yùn)動(dòng)密切地聯(lián)系起來(lái)，讓學(xué)習(xí)者通過(guò)控制身體狀態(tài)來(lái)驅(qū)動(dòng)知識(shí)的生成與表示，通過(guò)觀察和體驗(yàn)探究科學(xué)知識(shí)并積累豐富、鮮活的具體體驗(yàn)。

六、總結(jié)

具身認(rèn)知理論揭示了身體及其與環(huán)境的交互對(duì)人類認(rèn)知的重要性，這使得人們認(rèn)識(shí)到身體不僅僅是認(rèn)知活動(dòng)的“物理載體”，更是認(rèn)知的參與者和心智的塑造者。具身學(xué)習(xí)逐漸成為一種新的學(xué)習(xí)范式。具身學(xué)習(xí)鼓勵(lì)并支持學(xué)習(xí)者的具身交互和感知體驗(yàn)，目的是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源等要素的緊密耦合和動(dòng)態(tài)演化。無(wú)線傳感、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新興智能技術(shù)在教育教學(xué)環(huán)境中的逐步應(yīng)用，為有效開(kāi)展具身學(xué)習(xí)并促進(jìn)教學(xué)創(chuàng)新提供了重要契機(jī)。它們豐富了具身學(xué)習(xí)的環(huán)境類型、體驗(yàn)方式、交互模態(tài)以及內(nèi)容映射策略，衍生出基于智能感知、觸覺(jué)仿真、混合現(xiàn)實(shí)的具身學(xué)習(xí)應(yīng)用場(chǎng)景。值得注意的是，具身學(xué)習(xí)是一個(gè)多要素耦合且動(dòng)態(tài)演化的過(guò)程，其學(xué)習(xí)效果受多方面因素的綜合影響。在教學(xué)實(shí)踐中，不可一味地追求新技術(shù)的應(yīng)用和身體的高度參與，而應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)主題和技術(shù)條件，靈活設(shè)計(jì)體驗(yàn)方式和交互模態(tài)，并聚焦于有效的內(nèi)容映射策略和有意義的具身體驗(yàn)。

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收稿日期 2021-08-25 責(zé)任編輯 汪燕

Embodied Learning Supported by Intelligent Technology： Characteristics， Forms and Applications

ZHAO Ruibin， ZHANG Yanling， FAN Wenxiang， YANG Xianmin

Abstract： As the second-generation cognitive theory， embodied cognition provides a new perspective for people to understand and promote learning， and has gradually nurtured a new paradigm of embodied learning. People have studied the relationship between body and mind from the perspectives of phenomenology， cognitive science and neuroscience， and emphasized the importance of human sensorimotor system， interaction between body and environment， and accumulation of body experience to cognition. As a new paradigm， the embodied learning is typically characterized by coupled elements， embodied interaction， subject’s experience， diverse situations， dynamic processes and so on. In recent years， the growing maturity of emerging smart technologies， especially mixed reality， haptic simulation， wireless sensing， and artificial intelligence， provides great support for the implementation and promotion of the embodied learning. These technologies have enriched the type of environment， the way of perceptual experience， interaction modalities， and content mapping strategies， and have derived embodied learning application scenarios on the basis of smart technologies， such as intelligent perception， tactile simulation， and mixed reality. It is worth noting that the embodied learning is a multi-factor coupling and dynamic evolution process， and the learning performance is comprehensively affected by many factors. As a result， teachers should not blindly pursue the application of new technologies and the frequent engagement of the physical body in teaching practice. Instead， they should flexibly design the interaction modalities and the perception methods， and focus on the effective content mapping strategies and the meaningful embodied experiences according to the actual learning topics and technical conditions.

Keyword： Embodied Learning; Embodied Cognition; Common Characteristics; Main Modalities; Application Scenarios