认知具身观：教育技术学研究的新视角*

罗川兰 李建生



认知具身观：教育技术学研究的新视角*

罗川兰1李建生2[通讯作者]

（南京师范大学教育科学学院，江苏南京210097）

根据具身认知，人的思维和身体是不能分离的，在学习过程中身体运动会促进学习；相关研究也证实了学习与具身相关。在具身认知的指导下进行教学，如在动态视频中加入手势或动作、创建3D虚拟环境、使用体感交互技术等，可以提高教学效果。文章认为，学习应该基于所学知识的具体情境之中，个人应与环境建立联系，努力将技术应用于教学，并将虚拟的学习空间与现实世界有机结合起来，以提供一个供学习者参与实践的个性化的高互动学习世界。

具身认知；具身观；教育技术学

一 具身与具身观

20世纪60年代，认知心理学一直是西方心理学界的主流。作为人类行为基础的心理机制，其核心是输入和输出之间发生的内部心理过程，强调知识的作用，认为知识是决定人类行为的主要因素。但是，受认知语言学、文化人类学、哲学、机器人技术、人工智能等学科的影响，人类对认知的研究已从心理拓展到身体，其中具身认知成为了认知心理学的一个重要研究论题。与此同时，具身认知在教育技术学领域的研究与实践也受到关注，如在具身认知的指导下进行教学材料的制作、教学环境的设计以及教学活动的实施等。

具身认知的提出最早可以追溯到1991年，Varela等[1]在《社会科学与人类经验》（）一书中提及：我们的思想与我们的身体、语言、社会环境是分不开的。Dautenhahn[2]也认为：人类是可以“自我操纵”身体的物种，例如装饰身体、佩戴形状各异的挂件，通过身上的标记来显示自己的社会阶层、社会态度或者作为反击对方的工具等。正如人类物种的进化，其心智的发展是整个人类物种进化的基础，是人类与环境的相互作用、相互演变而逐渐发展起来的。例如，在人类发展过程中所形成的行为动作（如操作物体和手势），对于人类生存来说是最基本的技能，由于长期不断地操作物体，继而引发脑部不同区域的思维的进化[3]——这样，认知与具身就相互连接起来。

对具身认知的解释主要涉及Ponty的现象学和Bateson、Varela的生物学观点。Ponty作为法国身体现象学的代表人物，在其代表作《知觉现象学》一书中提出了具身哲学的思想：他从知觉现象学出发，主张身体的知觉是行为产生的基础。也就是说，我们关于世界的认识是通过身体这一中介实现的。从这个意义来考查，身体不是传统认识论中被认识的客体，而是知觉的主体；认识过程是身体的表现，是身体使我们与世界产生关联。而从生物学来解释，Bateson、Varela认为：其一，认知依赖于主体经验的种类，而这些经验乃是出自于具有各种感觉运动能力的身体；其二，这些感觉运动能力本身植根于或嵌入于一个更广泛的生物的、心理的和文化的情境中[4]。此外，Gibson于1979年也明确指出，人的知觉应该以人与环境的交互为基础[5]。

Margaret[6]在2003年总结了具身认知的六种观点，概括起来主要是：认知活动发生在现实世界环境的背景下，本质上涉及感知和运动；并且在与环境的交互中，让环境帮我们保存信息、存储信息，减少认知负荷。换言之，具身认知提高了身体（物理属性、身体运动）在认知中的重要性，如双眼视差会影响对物体远近距离的知觉（深度知觉）；当习惯性地把钥匙放在某一个地方时，就不用费力地记住钥匙存放的位置，熟悉的环境减少了我们的认知负荷[7]；在规划路线、想象障碍、设置地标描述路程时，涉及我们对空间的概念——上、下、左、右，这些也都依赖于我们身体的方向和身体的运动。也就是说，每一个映射到空间的基本概念，它的起源和保留的结构，都和身体对应的空间一致；在解决实际问题时，首先要考虑当时的环境、条件以及实际工具的特性，并根据身体内部状态、具体的环境、实际情况等做出相应的调整[8]。

总之，具身认知强调身体在认知的实现中发挥着关键作用，有三层含义：①认知、身体和环境是一体的，即认知存在于大脑、大脑存在于身体、而身体存在于环境中；②认知的内容与身体相关；③认知过程的进行方式及其实际步骤由身体的物理属性决定[9]。

二 认知具身性的心理证据

具身认知开始虽然只是哲学思辨的产物，但自从具身认知提出后，许多认知心理学家对此进行了相关的研究，主要包括以下内容：

1镜像神经

镜像神经元系统是连接参与身体活动感知和行动的大脑区域。早在1995年的实验中，就发现当动物抓取或操作对象时，镜像神经元就会被激活[10]。不仅如此，当猕猴看到人类执行动作时，镜像神经元也会被激活——对人脑的观察也发现了相似情形[11]。Mahon和Caramazza[12]在2008年的研究中发现在下述三种情形下，人脑的镜像神经会被激活：①当人观察到可以操纵的对象；②加工行为动词；③观察到别人的行为。这些研究从神经学的角度证明了具身的存在。此外，生理学和神经影像学表示当听到行为动词时也会激活相应的脑区[13]。

2情绪的具身性

Niedenthal[14]在2007年的实验中，判断呈现的词语如婴儿、鼻涕等是否带有情绪色彩，通过被试连接的肌电扫描仪显示的数据，当被试在判断词语（如鼻涕）时，被试会先有面部的动作，然后才会进行认知上的判断，实验证明了情绪具有具身性。这与James-Lange的情绪理论（情绪外周学说）相一致，即认为身体的变化是情绪产生的直接原因，情绪是对身体变化的感觉[15]。但是情绪具身性又与情绪理论有所区别——情绪理论强调的是情绪发生与身体运动的先后，而情绪具身性则是说明情绪与身体作用之间的交互作用[16]。

3 认知的具身性

Wells和Petty[17]在1980年做了一个实验，证明身体的行为动作与被试态度之间的关系。该实验要求被试对耳机的舒适度进行评价；被试随机分为3组，其中一组头部做上下垂直运动（相当于点头），一组头部做左右水平运动（相当于摇头），一组头部无运动；在实验中播放该款耳机的广告，实验后让被试对这款耳机打分并且回答是否同意刚才广播的内容。实验显示：不论是对耳机满意度的打分还是对是否同意广播内容的打分，头部垂直运动组的打分都显著高于其它两组，而头部水平运动组的打分显著低于其它两组。该实验说明：身体的运动能影响被试的态度，个体对事物的认知与其身体的运动是分不开的。

三 认知具身观与教学

1 具身与教学观

自古希腊开始，教育作为一种文化受到西方文化的深刻影响。而西方文化中的身心二元论使得教育与教学“扬心抑身”，也即身体在教育与教学过程中受到贬抑或忽略。教育与教学效果体现在“脖颈”以上，与“脖颈”以下的身体无关。在这种教育模式里，身体要么是通向真理的障碍，要么仅仅是一个把心智带到课堂的“载体”或“容器”；学习则被视为一种可以“离身”的精神训练。在具体的学习过程中，两者之间类似于计算机的软件与硬件：心智“软件”运行在身体“硬件”上，身体仅仅是个“载体”；软件虽然运行在硬件之上，但是却不依赖硬件[18]。传统的学习观认为，只要学习者的感官（先是耳朵，然后是眼睛）处于接收状态时，就可以进行学习——早期的传播理论进一步丰富了这种理念[19]。但随着心理学、信息技术的发展，研究者发现认知工作不仅仅依赖于认知主体，还涉及其它认知个体、认知对象、认知工具及认知情境。随之，研究者对学习的认识也出现了不同的解释。

分布式认知（Distributed Cognition）认为学习是一个包括认知主体和环境的系统，而认知分布于个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会和时间等之中。分布式认知强调的是认知现象在认知主体和环境之间分布的本质。情境认知认为，人的活动和环境是相互建构的整体，而非相互分离的实体。因此，参与基于社会情境的一般文化实践是个人知识结构形成的源泉。学习不仅仅为了获得一大堆事实性的知识，还要求思维与行动，要求将学习置于知识产生的特定的物理或社会情境中，更要求学习者参与真正的文化实践[20]。具身认知则把身体由教育与教学的“边缘”提升到“中心”地位，认为学习是学习者对环境的感知和作用与环境的行为之间互动的结果。因此，无论是分布式认知、情境认识还是具身认知，都强调认知受外在环境（包括物质和社会）的影响，应将社会、物质、情境和身体引入认知活动之中。

2 具身与教学研究

具身认知要求教师在教学中应注重语言表达的具体性和生动性，增进学生的身体体验，以便深刻领会知识，提高学习效率。教师对新知识概念的解读应该全面细致、富有情境性，使学生可以快速地在以往动作经验的基础上形成新知识。更为重要的是，课堂教学要增加体验的互动性[21]。在教学过程中，即使在提供的虚拟学习环境中，当加入手势或操作，或者使用体感交互技术，使学生真实地参与环境互动，都能提高学习效率。目前，对具身教学研究主要涉及以下几个方面：

（1）手势

将具身的想法应用到学校教学中，能够促进学生的课堂参与和学习注意力的保持。如在数学教学中，使用掰手指的方法算数；在语文教学中，通过角色扮演学习课文；在学习抽象内容的时候，给学生构造一个虚拟的环境[22]。Alibali和Nathan[23]的研究表明，手势分为指示手势、代表性手势和隐喻性手势三类——指示手势使学生的精力集中于所指示的学习材料部分，有助于吸引学生的注意力；代表性手势用于直接翻译或说明一个抽象的概念；隐喻性手势则使心理认知有形化，即具体的心理知觉和教育动作的概念相连接，使学生更易理解。因此，教学过程中使用手势，可以吸引并激发学习者的认知活动；学生模仿手势，则可反映学生的理解与思想。

Arzarello等[24]在49名三、四年级学生的数学课上，证明了上述结论：在实验组中，孩子们会自发地模仿老师的手势或自己比划；有手势辅助教学的实验组在解决数学问题时更快、更好。

（2）动作

Scheiter等[25]指出，在一些学科教学中讲授程序性或者操作性内容时，为了让学习者能够容易理解困难的概念或者知识，必须借助一些教学材料，而动态的教学材料比静态的材料更易于使学习者接受[26]。Tang和Austin[27]在2009年通过调查5种动态材料（包括视频、演示文稿、投影仪、因特网、讲授教学）的受喜欢程度时，发现视频最受学习者的喜欢。Michas和Berry[28]在2000年的实验中证明：观看流畅视频的学生组成绩更好、学习效果更好；然而在动态的教学材料中，由于有些动画太快或者太难，学习者不易跟上。在具身认知的指导下，在动画中加入一些具体的手势、操作，可以克服动画的瞬时性[29]。Hoffler和Leutner[30]在2007年的实验也证实：有动作的多媒体演示文稿比没有动作的教学效率要高。

Wong等[31]在2009年的折纸实验中，验证了学习者学习操作性知识时，动态的、有具体操作步骤的视频比静态的图片更易于使学习者接受。Chang等[32]认为：当学习者在理解抽象概念时，自己操作物体或者观看老师示范操作，都能更好地理解抽象概念，提高学习效率。Rohbanfard和Proteau[33]在2013年的研究中总结：通过观看有教学者动作的视频，有助于学习者的学习。

（3）虚拟操作

大量学者进行了虚拟环境中学习与传统环境中学习的差异比较研究。如Lan等[34]在试验中将31名被试随机分为2组，一组在虚拟环境中学习外语，被试能通过鼠标操作控制虚拟角色与所在场景进行交互；另一组在传统环境中学习外语，通过带有图片的词语材料进行学习。实验后对被试后测的准确度和反应时间等进行数据分析，可知在虚拟环境中学习的被试的学习成绩显著高于在传统环境中学习的被试——这个结果表明了在虚拟环境中的具身经验可以辅助第二语言的学习。Pasfield-Neofitou等[35]在研究虚拟环境与第二语言学习的关系中也得出了同样的结论：学习者在虚拟环境中学习，与场景进行交互，能取得更好的学习效果。

关于科学实验，McVeigh和Black[36]通过渔场仿真系统学习水化学和生态系统知识的实验表明：通过仿真系统学习的学生，能够模拟操作实验，其学习成绩明显高于只听老师讲解的学生的学习成绩。

（4）体感操作

体感技术在人机交互方面的优势为教育提供了更多的可能性。体感技术在学习中的研究也有很多，如Chao等[37]在2013年测试了基于Kinect的体感交互（Gesture-based）学习环境与鼠标操作（Mouse-based）的学习环境哪一个更利于学生学习：试验对象一共32人，随机分为2组；在实验中呈现13个动作词组，其中3个词组作为训练，在正式实验时呈现10个词组，如洗毛巾（Wash a towel）、切蛋糕（Cut a cake）等；基于体感交互环境学习的被试在实验过程中可以自由控制自己的身体，通过身体的运动操作虚拟角色呈现相应的动作；实验后立即进行后测，后测分为让被试自由回忆测验（A free recall test）和线索提示测验（A cued recall test），并且在不告知被试会进行延迟测验的情况下，第二天给被试发送邮件，让被试自由回忆实验时呈现的动作短语。通过对后测数据进行分析，其自由回忆测验结果显示：两种学习环境下的成绩没有明显差异；但在线索提示测验和延迟测验中，体感交互环境组比鼠标操作环境组的学习成绩要好。实验结果说明：基于Kinect的体感交互学习展现了在具身认知理论下的学习效果。

在一个利用Kinect平台上的体感游戏合集Kinect Sports: Season Two中的“Skiing”游戏来完成中学数学课程“散点图”相关知识内容的教学案例中，学生在游戏中扮演滑雪者的角色，需要运用数学知识，超越竞争对手。在游戏中，学生有机会在一个高度逼真的场景里使用、分析和应用散点图。本案例中，基于Kinect的体感游戏作为一种有效的教学工具，丰富了教学环境。学习者不仅在课堂上有身临其境的感觉，而且还有浓厚的学习兴趣，并且还在合作中学到了良好的体育道德以及团队合作精神[38]。

3 具身教学的理论解释

对上述研究的解释，Fadiga等[39]认为：当被试观察到实验者执行动作时，自身的动作神经系统也会有相应的反应。Schwartz则认为：身体动作本身并不重要，它让学生能注意到关键的相关结构才是重要的；动手活动可以让学习者注意关键的知觉属性，这反过来又能被用于激活更多促进理解的结构[40]。

学习与人类日常活动分不开，它基于所学知识的具体情境（Context）之中。换句话说，学习内容的情境是重要的，而学习者在学习中所参与的活动也很重要。如果学习者的学习目标是解决日常生活世界的问题，那么他们就必须介入日常生活之中。其中，动手操作（无论虚拟操作还是体感操作）是重要环节。相反，如果学习者学习的是那些脱离有意义情境的知识，他们的理解往往不全面、也没有意义。当个人与环境建立联系以后，知识就是主要的学习结果。总之，“知识是情境化的，是被应用于其中的活动背景、情境和文化的产物。”[41]

四 具身认知的启示

为了理解知识、获得知识，将信息联系起来是教师和学习者的责任。如果学生在使用具体的知识时，在“怎么用”和“为什么要用”之间建立了联系，那么，他们就能够将这些信息作为知识网络的一部分存储起来，并且还能与其它知识建立联系。因此，根据具身认知观点，学习需要将技术置于整个人类实践的情境中进行考察，一方面将人的生物神经系统与电子媒介系统合并，探索技术在扩展人类认知系统中的应用；另一方面将虚拟的学习空间和现实世界有机结合起来，以提供一个供学习者参与实践的个性化的高互动学习世界——在这其中，应尽可能地让身体参与进来。

参考文献

[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,陈卫东.具身认知理论及其对教学设计与技术的应用启示[J].远程教育杂志,2012,(3):88-93.

[5]周国梅,傅小兰.分布式认知——一种新的认知观点[J].心理科学进展,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]叶浩生.具身认知:认知心理学的新取向[J].心理科学进展,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]孟昭兰.情绪心理学[M].北京:北京大学出版社,2005:27-29.

[16]李荣荣,麻彦坤,叶浩生.具身的情绪:情绪研究的新范式[J].心理科学,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]叶浩生.身体与学习:具身认知及其对传统教育观的挑战[J].教育研究,2015,(4):104-114.

[19](法)安德烈·焦尔当著.杭零译.学习的本质[M].上海:华东师范大学出版社,2015:12-16.

[20]高文.情境学习与情境认知[J].教育发展研究,2001,(8):30-35.

[21]叶浩生.身体对心智的塑造:具身认知及其教育启示[J].基础教育参考,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.体感交互技术在教育中的应用现状述评[J].远程教育杂志,2015,(1):48-56.

[40]万鹏,詹艺,任友群,等.信息时代教与学方式的变革——访Dan L.Schwartz教授[J].中国电化教育,2013,(11):1-5.

[41]崔永奇.研探课堂教学新案例引领师生共同发展——新课程背景下中学政治教学案例课题实验研究[J].南方论刊,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

本文受国家社会科学项目“青少年新媒体使用偏好及影响实证研究”（项目编号：13BRK026）资助。

罗川兰，在读硕士，研究方向为认知与情绪、青少年与新媒体，邮箱为luochuanlan@163.com。

2016年1月21日

编辑：小西