具身认知学习环境设计：特征、要素、应用及发展趋势*

李志河 李鹏媛 周娜娜 刘芷秀

（1.山西师范大学 教育科学学院；2.山西师范大学 现代文理学院，山西临汾 041000）

一、引言

近年来，随着大数据、人工智能和移动互联网等技术的快速发展，为具身认知的发展注入了许多新的元素，也为具身认知学习环境提供了更为先进的技术支持，为实现教育“个性化”提供了可能，使得教师能够准确发现学生的学习兴趣与学习障碍，以更好地促进学生进行有意义学习。在学习环境中，虚拟现实技术、体感技术等新的人机交互技术，扮演着至关重要的角色。这些技术与教学的整合，使得学习方式、学习活动及学习环境正在发生着巨大的转变，学习从离身走向具身成为必然。

国外对具身认知学习环境的研究是基于具身认知理论为基础、具身技术为支撑的现实环境和数字化虚拟环境，在于通过调动学习者身体各种感知器官的充分参与，通过身体与其各环境要素的沉浸式交互，观察、体验和动态地进行知识学习和实现能力提升。目前，具有代表性的是亚利桑那州大学2010年创立的媒体情境艺术实验室（SMALLab）、哥伦比亚大学建构的3D虚拟力学反馈教学环境[1]、LU等人开展的汉字具身学习环境以及SecondLife学习环境等。

目前，国内学者对于具身认知环境研究较少，多在具身认知理论的基础上设计教学活动、改变课堂教学模式、策略及规范课程行为。如，王美倩等人以新系统观和动力学为视角，具体分析了具身认知学习环境的进化机制，并从现象学的角度分析了工具中介支持的关键作用；贾丽娜等人从身体参与的多感官整合视角，分析并提出了具身认知教学设计框架[2]；王靖等人从具身认知视角，对混合学习的本质进行了探讨[3]等。这些研究成果主要以理论探讨的方式，分析了具身认知学习环境对具身学习活动的关键作用。

随着可穿戴设备、体感技术等发展，具身认知学习环境的建构成为当前研究热点[4]。我们认为，具身认知学习环境能够借助智能技术了解学生的学习状态，并有利于学生进行探究性学习、合作学习、有意义学习等。在具身认知学习环境中，利用先进的智能技术以促进学生将“身体”融入课堂学习，已成为一种新的趋势。为此，本文通过对具身认知学习环境的特征、构成要素及其先进技术应用等方面的多维分析，提出具身认知学习环境境脉及具身认知学习环境的构建路径，为具身认知学习环境的构建提供参考，从而促进学生的有意义学习，提高学习效能和培养学生创新思维能力。

二、具身认知学习环境之概述

（一）具身认知理论与学习环境

具身认知（Embodied Cognition）也被称为身体性认知、体现认知等[5]，它是在皮亚杰认知理论、加涅信息加工理论以及维果斯基社会文化观等理论的基础上，用于解释人类通过身体与外界交互所获得认知的新理论。该理论最早追溯于现象学和生物学：胡塞尔（Husserl）强调以意识体验为主，梅洛·庞蒂（Maurice Merleau-Ponty）在此基础上，提出人类是借助身体和外界进行交互，应重视身体体验。这些研究为具身认知的发展奠定了理论基础。之后，弗朗西斯科·瓦雷拉（Francisco Varela）等人从生物学角度认为，人的认知源于多感官身体所产生的不同经验，且身体的感知能力会天然融入在一个更宽广的物质、文化、心理等的具体情境中[6]。

总体而言，具身认知是指在认知加工过程中，人的身体发挥着关键作用，认知主要是通过身体各种感官在环境中的交互体验及其活动形式而形成的[7]。具身认知理论指出，认知、身体和环境之间是相互嵌套、不可分离的；认知存在于大脑中，大脑存在于身体中[8]，认知附着于身体的各种感官所产生的经验，而身体是融入在不同的物理、生理和文化环境中，三者均不可或缺。其宏观关系图，如图1所示。

图1 认知、身体与环境之宏观关系

我们知道，学习环境是促进学习者学习的一切因素的总和。其大致由三方面构成：（1）物的因素，有课桌、黑板、粉笔、教科书、学案等；（2）人的因素，有学习者、教师或其他专家等；（3）技术因素，有投影仪、多媒体、播放器、电子书包等。而学习环境的设计理念与构建方式，同时受到文化观念、知识水平和技术发展的影响[9]。武法提等人提出，学习环境是指学习者基于某个场所，利用学习资源、认知工具和师生进行交互，发现问题、探索解决问题。传统的离身认知学习环境，无法持续有效地促进学习者进行有意义的建构性学习。而随着数字技术的不断发展，以及各个学科领域中认知理论的创新，研究者们逐渐关注将“身体”带入课堂，融入学习环境中。自此，具身认知学习环境的设计，逐渐引起人们的注意。

（二）具身认知学习环境

所谓具身认知学习环境，是一种基于具身认知理论的身心融合、主客一体下建立起来的一种心智嵌入大脑、大脑嵌入身体[10]、身体嵌入环境的多种内嵌性的学习环境[11]。路易斯（R.Lewis）和门德尔松（P.Mendelsohn）认为，人类的所有认知活动都包括两种形式的加工过程：一是依赖外在环境刺激的由外到内的加工，这是人类对外部刺激进行适应、调节的过程；二是依赖人类自身的主体意识由内到外的加工，这是人类对知识的主动解释、构造的过程，这两种加工过程都不是独立存在的，而是相互作用、互利共生的关系[12]。便是对这种嵌套关系的诠释。

认知科学哲学家马克·罗兰兹（Mark Rowlands）认为，认知是一个涵盖外在环境辅助加工和内在个体主动加工的混合过程，其中，外在的加工过程主要是依靠环境构成要素中的资源技术环境的显性支持，如，抽象的数理化概念及规则，应用相关技术进行可视化处理、高难度的技能分步骤呈现等；而内在的认知加工过程，则需要外在环境各要素的隐形支撑，如，学习者的认知特征、学习经验和认知风格等[13]。

我们认为，具身认知学习环境主要由物理环境、社会文化环境、资源支持环境和情感心理环境等四部分组成：（1）物理环境是学习者顺利实施学习活动的前提和保障，其主要由教学开展的场所，场所中的基本设施，场所的温度、色彩、采光和隔音等组成；（2）资源支持环境是学习者进行有意义学习的支架与桥梁，主要包括学习资料、相关的学习策略、多媒体、各种认知工具、虚拟技术和支持教学的具身技术等要素；（3）情感心理环境主要包括学习者之间的关系、教学中的学习氛围和交流对话等要素；（4）社会文化环境包括学习者、教师的信仰、思维模式和学习习惯等要素。其中后两种环境，为学习者的内在认知加工过程，提供了隐形的支持和帮助。

进一步来说，在具身认知学习环境中，学习者的知识获取，不仅存在于认知层面的信息加工，而且与身体紧密相关，并借助身体的各感知器官，将身体的行为显性化，或者通过具体的角色体验，来实现与环境中各要素之间交互作用。学习者身体的行为化、技术化、社会化和交互内涵：（1）行为化是指结合课程的具体内容，能够通过身体的感官感知，将获得的知识点整理出来，并在教学实践过程中，将学习者的身体行为最大化的融入到环境中，使得具体的知识点能够和身体的认知体验之间建立连接[14]；（2）技术化是指借助具身技术、认知工具等，将身体各感知器官的功能放大化，促进学习者进行具身化的学习；（3）社会化是指强调学习者、教师将各自的学习习惯、观念、思维模式等融入在具体的教学实践活动中，切身体验不同科目的学习过程；（4）交互主要是强调学习者之间在所营造的不同的学习氛围中，通过交流互动、角色扮演、具身体验等方式，将其学习到的知识借助技术，用可视化的方式表示出来。至此，可构建起一个具身认识学习环境系统，具体如图2所示。

图2 具身认知学习环境系统

三、具身认知学习环境之特征

可见，具身认知学习环境是由学习者与物理设施、教学材料、具身技术和教学情境等要素，相互影响、耦合发展的一个有机系统，它具有开放性、复杂性、适应性和生成性等主要特征。

（一）具身认知学习环境的开放性

具身认知理论指出，认知是身体、心理与环境持续交互的动态开放系统[15]。因此，具身认知学习环境具有开放性的特点：一是开放的学习资源，如，教学课件、导学案、教学视频、音频等教学资源的开放；网上公开课程，如，MOOCs、SPOCs、网站论坛、贴吧等网上学习社区的开放；网上信息的可随时获取，可随时搜索，可免费共享等网络开放性；具身技术、认知工具等支持服务性工具的开放等；二是任务情境的开放性，主要指结合具体的内容，提前设计没有固定解决方案的任务，并引导学生多角度思考、发现与课程或学习内容相关的问题本质、深入有效地探究问题，并提出尽可能多的解答思路。

正是由于任务情境的开放性特征，学习者才可以从不同的视角、不同的层次去思考问题，并通过充分与各种学习资源、认知工具、具身技术、教师、其他学生等进行交流互动、亲身体验等，来寻找解决问题的方法，使得学生的学习由单纯的脑力认知过程，变成身体、心理与外部环境共同协作交互，并持续进行的一个动态过程。

（二）具身认知学习环境的复杂性

具身认知理论突破了“身心二元论”的计算机隐喻，延伸了认知的边界，从而使得学习环境越来越复杂，其复杂性主要体现在两方面：一是环境要素的复杂性，除了包含桌椅、多媒体和投影等硬件设施外，还包括共享互联网、虚拟现实、随时下载的资料、交流工具和软件程序等具身技术支持性资源，以及学习者之间的亲密度、信任度、心理活动和学习内在需求等情感要素，这些要素难以清晰界定和描述；二是各要素之间关系的复杂性，各要素会随着教学活动的开展而发生动态变化，这些变化不是线性的、固定的和清晰可辨的，很难被显性描述出来的，如，情感变化、交流对话以及人际关系等方面的变化。环境中各要素之间也发生着复杂作用，如，学生在与其他学习者讨论问题时，也同时与学习资料、认知工具、学习态度以及物理设施等并行发生作用，所以，这些要素之间的相互作用是复杂而重叠的。

从另个角度来说，具身认知学习环境的复杂性，在于信息非线性的呈现，它满足了创新性思维的连动性和灵活性的需要。学习者在与学习资源、教师、认知工具和具身技术等其他要素交互时，可以随着感官知觉和想象力，对知识进行深层次的加工，体现学习者的主体性，有利于学生多视角思考问题。

（三）具身认知学习环境的适应性

具身学习环境中的教学方案、教学流程和教学内容的呈现方式，会随着教学活动中各种 “突发情况”的变化而作出相应的改变。因此，它本身应该具有适应性。具身认知学习环境的适应性，主要体现在两方面：一是充分考虑学习者的（视觉、听觉、触觉等）各感知器官的优势和劣势。在实际的教学活动中，它结合具体的教学目标并依据学习者对外界的灯光、颜色、声音、认知工具和设备的感知，来选择和设计更有利于学习者学习的照明设备、墙壁颜色、音乐、教学工具等；二是由于具身认知理论强调认知存在于身体，身体融于环境[16]，认知主要领会于身体与环境的持续交互中。这就要求具身认知学习环境，需要根据不同学习者的认知特征、学习风格、学习需求、思考问题等变化，而实时地做出灵活而必要的调适。这种调适主要体现在根据教学情况，对具体的活动流程进行改变、对学习工具的重新选择和即时资料的呈现等。其主要目的在于释放学习者的身体，促进学习者与环境之间的具身交互，而这种交互，更强调学习者身体的深度参与和融合。

可见，具身认知学习环境的适应性，使得学习者在面对情境性、开放性的问题时，可以紧随着自己的思维跳跃，多角度的思考问题并提出解决方案；有利于学习者在教学活动过程中，独立思考所遇到的问题，提高学习者的提问能力、归纳能力、演绎能力和辨别能力[17]。由此，我们应该：（1）具身认知学习环境需要根据具体的教学活动，灵活进行教学策略的调整，比如，提供各种情况下的多样化的辅助性教学工具（教学模型、黑板、白板、多色粉笔）等；（2）具身认知学习环境需要灵活地支持教学情境的重构，比如，选择可移动的桌椅，可变换的学习空间；（3）具身学习环境要满足不同学习方式的环境需求，比如，提供满足自主探究性学习的学习资源、协作讨论式学习的交流工具，以及适合传统课堂学习与在线的课程相结合的混合式学习情境等；（4）具身认知学习环境应具备适应传递不同的学习内容的境脉支持，以促进学习者对不同的知识点，进行有意义的认知加工[18]。

（四）具身认知学习环境的生成性

具身认知学习环境是一个各要素之间相互作用、共同发展的动态生成性系统，主要体现在两方面：一是学习者与具身认知学习环境之间是相互影响、耦合发展的关系，学习环境是持续变化的，可以根据教学策略及学生的认知特征作出相应的调整，可以结合不同的教学目标，提供不同的认知工具等；二是在具身认知学习环境中，要参照预设的教学方案，充分考虑师生、生生互动过程中产生的想法，汲取学生与认知工具、交流工具、体感技术等作用时所产生的想法、思路或灵感，这些都对学习环境的再生成性具有一定的作用。可以说，各要素之间的非线性交互，不仅可以提高学生的学习效果，使得学习者自身的素质得以良好发展，而且也能促进学习环境的动态生成。

四、具身认知学习环境要素及相关技术之演进

（一）具身认知学习环境的构成要素

具身认知学习环境的要素，主要有以实况、实地、实物为主的物理环境因素，以认知工具、技术资源等为主的资源支持环境要素，以学习氛围、人际关系等为主的情感心理环境要素，以学习习惯、思维模式、价值观等为主的社会文化环境等要素组成。在具身认知学习环境中，学习者、学习共同体等核心主体，在各要素融合的环境中进行具身性学习，并且各要素之间是相互影响、耦合发展的关系，从而共同促进学习环境的动态生成，具体如图3所示。

图3 具身认知学习环境构成要素

其一，以实况、实地和实物等为主要要素的物理环境，是具身认知学习环境的基本组成部分。它为学习者的深层次加工学习提供了教学场所和外在物化设施，使其沉浸在具体的物理环境中；同时，它也影响着学习者思考问题的方式、学习动机、师生之间的亲密度以及学习氛围。

其二，在具身认知学习环境中，教师、学习者和学习共同体等与各要素之间的交流互动，在一定程度上改变或影响了学习者的学习习惯和思维模式，借助交流工具、可视化工具等这些具身技术，以营造出不同浸润性的学习氛围和人际关系等。

其三，学习氛围及师生、生生之间的人际关系，也会反作用、影响物理设备、认知工具及具身技术的选择、布局和使用。

其四，认知工具、学习资源、教学策略和具身认知工具等，则为学习者具身学习起到了支架和桥梁的作用，为促进学习者的有意义学习而做出适应性的变化，并且在一定程度上影响着学习者、教师，学习共同体的学习习惯、思考模式以及师生、生生之间的人际关系等。

我们结合以上的分析，可以发现：在具身认知学习环境中，各构成要素之间是互利共生、相互影响的共同体关系，并形成一种境脉。

（二）具身认知学习环境境脉

具身认知学习环境构建的核心目标，在于为学习者和教师提供具身性学习的环境境脉。形成以学生的学为中心，促进有意义学习的发生。学习目标是构建学习环境的一条主线，从具身认识学习环境中各环境要素的分析与安排，到知识概念的转变和重建，学习目标始终贯穿其中。所以，构建具身认知学习环境境脉，主要从四个层面从内到外逐渐展开，使不同层面的各个要素之间互利共生、相互耦合之循环发展，促使学生在具身交互学习过程中，进行有意义的学习，达成学习目标，具体如图4所示。

图4 具身认知学习环境境脉

具身认知学习环境的四环要素是境脉的核心部分，也是教学活动顺利进行的保障。在该环境中，学习者、教师浸润在各要素中，将身体带入其中，与各要素之间发生多感官的交互作用，促进不同形式学习体验的顺利进行，包括具身体验、情境化学习、多样化学习、协作性学习。学习者结合具体的科目、知识的类型、信息的显性化呈现方式等，选择最适当的学习方式，可以是一种，也可以是多种学习方式交叉进行。如，LU等人开展的汉字具身学习环境，学习者在其中学习汉字时，是一种具身体验和协作性学习的结合。最终使得学生在学习活动中，实现概念回忆、概念建构、概念创建以及概念转变等过程的循环往复，耦合发展，逐步完成学习目标[19]。

（三）具身技术

具身技术是离身认知环境向具身认知学习环境转变的支架和桥梁，是促进学习者进行具身学习的关键要素，也是培养学生思维创新发展的重要条件。美国技术哲学家唐·伊德（Don Ihde）在胡塞尔的意向性理论、马丁·海德格尔（Martin Heidegger）的支架理念、梅洛·庞蒂的人的肉身意向性理念等的影响下[20]，提出了人与技术之间的四种关系，分别是具身关系、诠释关系、它异关系和背景关系[21]，其中人与技术之间最容易被理解的关系是具身关系。

在具身关系中，人与相关的具身技术融合在一起，身体各感官的体验或者对知识信息的感知，会借助技术中介而发生或多或少的变化[22]。伊德曾提出，技术在人类的认知过程中，它总是真实存在的，但其作用不是中立的，而是具有扩大或弱化的功能。如，运动手环，人们刚开始使用时，会觉得有压力，每天会随时看自己的运动步数、心跳的快慢以及晚上的睡眠质量等。但一段时间之后，这种感知技术就自然依附在人们身体的各种体验中，人们就会习惯该技术的存在，这时技术就会“隐身”，与人的各类感知体验自然融合在一起，并与之形成“人—运动手环—日常生活”的关系。

由此可见，技术在学习者的具身学习中发挥着重要的中介性作用，在具身认知学习环境中，技术的具身可以通过多种方式进行。我们可以从技术与身体部位的嵌入点不同，对具身技术进行分类：（1）内嵌在体内；（2）在身体接近的位置；（3）依附在身体某部位；（4）在体外。具体如表1所示。

表1 具身技术分类及特点

（四）智能时代具身认知学习环境的新技术

我们结合上述对具身认知学习环境的多维分析，发现技术在实现学习者与学习环境的即时互动和双向建构中，发挥着重要作用，学习环境是否经过良好设计，与其提供的技术支持能否激发学习者的日常生活体验密切相关[23]。因此，在具身认知学习环境的构建中，技术扮演了至关重要的角色。

伊德对此进行了大量探索，并结合多名专家学者的观点，所提出的“技术具身”理论具有借鉴意义。尤其是在今天人工智能快速发展的时代，在具身认知学习环境的构建中会引入各种新技术，如，图像识别、语音识别、眼动检测、机器人等，这些智能技术的应用，可以提高学生的身体参与度。即在具身认知学习环境中，教师通过学生的面部神态、音调的高低及学生的眼动情况，可以了解学生的学习状态及学习情感，并据此给出解决问题的方案。其中利用人脸表情识别等技术，可以判断学生上课时的举手、练习、听课、发言等课堂状态和面部情绪变化，生成专属每一个学生的学习报告的智能辅助教学系统。如，学生在学习语文拼音时，教师可通过语音识别技术来判别学生的读音音调是否准确，进而进行纠正。教师借助情感计算技术，来分析学生学习过程中的情绪波动及专心程度，进而及时给予提醒，如，MIT开发的“智能徽章”[24]，教师可以根据每个学生佩戴的徽章所发出的颜色判断学生的专心程度，并对不专心的学生进行干预性的提醒。而引入机器人作为学生的智能学习伙伴或智能导师，一方面可以减少学生在合作学习过程中的情感焦虑，另一方面可帮助教师了解每位学生的学习状态并实时调整学习方式，如，法国使用小型机器人在课堂教学中帮助学生学习拼音等[25]。

（五）具身认知学习环境技术的演变与进化

目前，具身认知学习环境技术正扮演一个助学者角色，学习者借助智能化技术，切身感受外来信息，构建自身的认知结构。学习者借助智能化技术，以技术作为桥梁，使学习者能将抽象化的知识具体化。随着智能化技术的快速发展，“技术具身”的影响会越来越大，人类大脑甚至可通过技术将自己的知识与能力对人体之外的其他物体进行“传授”，比如，脑机接口技术。

我们知道，人类不同于其他物种的一大优势就是“人类会学习”。那如何将人类的这种能力显性化，正是目前人工智能正在研究与体现的前沿技术。而要想将人类的这种能力显性化，就需要搞懂“它究竟是什么”，就需要获得其本身的多元数据。在教育中也一样，学习者借助技术工具感受外来信息，在不断丰富自身的同时，会面临多种多样的问题，比如，我学这个内容的动力是什么，为什么要学，学的怎么样等等。这就需要我们将学习者的内在信息及时加以外在化与可分析化。所以，随着智能时代的到来，具身认知学习环境的技术，不再仅仅是人们获取外在信息的工具，更是学习者内在信息外显化的通道，从而产生更多的动态性数据，对所需要的分析技术也将有更高的要求。因此，倡导数据驱动的精准教学以及智能化技术推进下的个性化学习，会呈现出与具身认知学习环境技术相互促进的发展态势。

五、智能时代具身认知学习环境之构建路径

面向智能时代，我们在具体构建具身认环境时，应注意该环境的特殊性，关注如何能有效地将学习者的身体带入课堂，促进有意义学习的发生，最终达到概念转变。具身认知学习环境的构建路径主要有：

（一）使身体各感官能够更多地、多方位地融入到环境中

具身认知的两大特征之一，就是强调认知主要来源于学习者身体多感官在具体体验中产生的不同种类的经验[26]，强调身体在与物理环境、情境支持环境和社会文化环境等交互中，对认知进行有意义的建构。普赖斯（Price）等人总结了人与技术的交互类型：泛在交互、临近交互、可佩戴交互、感知特定的交互、可植入交互和多模态交互[27]。随着智能技术的快速发展与普及，在智能技术支持下，正形成三种具身学习空间：（1）通过移动技术和传感技术，将身体活动与抽象概念相连接的物理空间；（2）强调学习的沉浸感，带来与物理世界相似的感知觉体验的虚拟空间；（3）在虚拟空间和现实空间进行交互体验的虚拟/现实混合空间。

总体而言，就是具身认知学习环境需要为学习者提供对事物产生具体经验的外在条件，以最大化地使身体各感官能够全方位地融入到环境中。

伊德曾以个体透过玻璃窗看外面的世界为例，指出“我—世界”的关系实际上是“（我—窗户）→世界”的关系。由于媒介是透明的，具身的视觉和肉眼的视觉是一样的，用海德格尔的术语来说，玻璃从视觉的既定目标中“抽身而去”，使玻璃就像眼镜一样，融入观看中[28]。把它映射到学习过程，身体的各种感官所发出的信号，比如，学习者的面部表情、眼神或肢体的动作等感官信号，是学习者对知识的理解、迁移和运用的窗户，身体各种感官的适当反应，能够被学习者有意或无意地调入大脑的工作记忆中，进行更深层次的加工，这样会有助于促进学习者对教学内容的理解和迁移应用[29]。

就此而言，学习者进行学习时，具身学习环境中能够刺激学习者各感官应用的各种技术，比如，虚拟现实营造的环境，使其如同感受真实世界一样，为学习者提供直观、有效的交互，使之能从空间和现象的内部，来观察事物，更好地理解、掌握所获得的信息，提高抽象思维能力。因此，虚拟现实技术等应用得越具体，所能感知的视听觉材料、平面图的立体呈现等的形态越丰富，就越能够全方位的刺激学习者身体的各运动感官，使学习者的身体沉浸在学习环境中，进而促进学习者对知识较为深入的理解、思考和探究。

（二）使学生的思维显性化，用身体动作展现自己的思维模式

学生思维显性化主要包括两个方面：一方面，是借助某种技术、交流工具等，将抽象的教学材料以显性的方式呈现出来，使得学生感官可具体感知。比如，应用3D打印技术来打印教学工具或学习工具，在教学过程中，就可有效拓展学生的感知思维，增加学生的触觉体验，进而弥补传统离身教学所缺乏的直接经验情况；另一方面，是学生在感知之后可以借助具身认知学习环境中的具身技术，采用显性化的方式将自己的理解、思维及时展示、阐述出来，可以方便老师、专家及其他学生了解其对知识概念、规则的推理过程和解决问题的思考方式。思维显性化通常情况是通过图示来呈现，而图示可借助多种工具展示出来，例如，用3DMAX或是Flash等交互工具展示。因此，要使学生的思维显性化，需在具身认知学习环境中有机结合具体的科目、课程内容，选择所需的显性化工具及具身技术。

（三）可兼容各要素交互时发生的变化，并作出灵活的调整

具身认知学习环境是一个庞大的、具有兼容性的整体性系统[30]。由以上分析的环境复杂性可知，各构成要素之间并不是平行关系，而是复杂的非线性关系。我们可从两个视角来说：一方面，是该环境中的每一个要素，可与其他的任意多个要素并行、交叉、多方向地产生影响。例如，学习者在与具身技术交互的过程中，能与学习共同体中的其他成员、物理环境以及学习资料等同时发生作用；另一方面，是在不同或相同的学习进程中，各要素之间的相互作用，也不是单一重复的、模式化的，而是一直处于动态的变化中。也就是说，即使不同的小组成员在学习同一课程时，由于成员与不同要素的交互顺序、时间的长短等不一致，使得各要素之间的相互作用不是一成不变，而一直处于动态的变化中。这就要求具身认知学习环境可兼容各要素之间关系的变化，容纳各种难以清晰描述的要素改变，如，学习氛围、学生的情绪等，并适时地作出调整。因此，可兼容、灵活可变的具身认知学习环境，需要及时根据学习者、教师以及学习资源等各要素之间发生的变化，而做出相应的改变，才能有利于提升学习者的学习绩效。

（四）满足教学活动的动态生成

从具身认知理论的视角来看，学生的学习也是一种具身性的学习，因而，教学也必然是具身性的，教师、学生以及环境之间是双向交互、互相影响的关系[31]。在传统的离身学习环境中，教师是根据提前准备好的教案或电子课件，主要以讲授的方式将内容传授给学生，即使有的教师在教学活动中会组织学生之间进行交流互动，但在针对不同的听课群体讲授相同的课程知识时，教学的活动流程、课件资料等大致是一成不变、模式化的。

而在具身认知学习环境中，虽然教师也会提前准备相关的课程资料，预测教学活动的大致方向。但由于在具体的教学环节中的具身技术、活动的物理设施、多媒体技术等的使用，教师会采用更多的教学方法来引导学生进行学习，学生借助具身认知学习环境的优势会采用更多的学习方法。课堂中不再使用单一的“教法”和“学法”，更加体现以学生为中心的理念[32]。由于学习氛围、学习者情绪、不同的学习者对知识的意义建构、概念的转变等都是处于不断变化之中，就要求具身认知学习环境能够容纳这些不可预知的改变，并且可以巧妙地采用环境中的一些要素，将这些“意外事件”或对象融入真实的教学活动中，以提高学生对知识的认知、建构能力。

六、具身认知学习环境之实施案例

我们通过上面论述，对具身认知学习环境的价值与作用已然明晰，但它对于学生的学习效果究竟有多大帮助？效果又如何？还需作教学验证。为此，我们通过已有的一个具身认知学习环境—智慧教室，来与普通多媒体教室进行比较研究。这里以S大学2017年9月-2018年1月在教育技术学本科专业的15级和16级为研究对象，他们同时开设《教育传播学》课程，授课教师相同。其中，15级教育技术学专业学生（43人）在普通多媒体教室上课，16级教育技术学专业（44人）在智慧教室上课。

实施的研究方法是通过课堂观察、课堂测验和问卷调查等，主要从学生的学习状态、学习方式及学习效果等三个方面，对上述两个年级学生的学习情况进行考察和分析。问卷调查旨在调查学生的学习状态，主要指不同学习环境中学生的注意力和参与度；着重调查学习环境的不同，对所采用学习方式的类型和多样化的影响，学习方式主要指协作性学习、多样性学习及情境中的具身性学习等[33]，分成主动和被动两种形式，从而分析学生参与课堂学习的主动性。因此，我们从学习状态和学习方式两个角度出发来设计调查问卷，并在咨询相关专家意见后，经反复修改形成正式问卷。而学生效果主要以课堂测试成绩为主。

由于是随堂调查，调查的样本和回收问卷样本质量可以保证，调查的总样本数87，其中智慧教室上课的16级学生的问卷回收44份，在普通多媒体教室上课的15级学生的问卷回收43份，回收率100%，有效率100%。为了保证问卷的有效性和可靠性，在进行正式问卷调查之前，专门对问卷进行了测试，并对测试的结果进行了信度和效度分析。其中α系数为0.912，KMO值为0.85，说明问卷具有很好的信度和效度。另外，在数据分析前，还对问卷进行了登记、编码和项目分析，并对其指标项和指标质量进行了认定，以保证将数据分析误差缩到最小。课程教学实施效果情况分析如下：

第一，就学习状态而言，在课堂教学中，16级学生的注意力和参与教学活动的次数明显高于15级，15级学生在开课后15分钟之内能保持较高的注意力，但是在15分钟之后，有的学生就开始走神、玩手机、看其他书籍等；而16级学生在整个教学过程中几乎都保持高度的注意力并积极参与各项教学活动，他们全身心融入在智慧教室学习环境中，借助平板电脑、手机等认知工具主动完成学习任务，并形成了有效的学习共同体。其中，学生学习注意力变化，如图5所示。

图5 学生学习注意力变化折线图

我们通过调查发现，学习环境的改变，对学生在课堂上的注意力有明显的影响。16级学生在具有具身认知学习环境特征的智慧教学环境中，注意力保持在一个相对平稳的状态。而15级学生在普通多媒体教室上课，上课前15分钟，注意力保持在一个相对稳定的状态，但在上课15分钟以后，注意力波动程度大，而且被更多的外部因素所干扰。从学生课堂注意力集中程度，反映出15级学生在课堂学习中随着时间的延长，有明显离身课堂的行为，学习注意力有明显的下降，反映出学生参与课堂的主动性在下降；而16级学生的注意力保持在一个相对稳定的状态，相对15级学生来说，参与课堂的主动性更强一些。可见，具身认知学习环境，对于提高学生注意力并进行主动学习，有明显帮助。

我们再通过对环境和学习类型两个变量进行交叉分析，来测试学生在改进的环境中参与学习的主动程度。其中表2中学习类型1表示主动学习，学习类型2表示被动学习；环境1表示改进后的智慧教室环境，环境2表示普通多媒体教室环境。从表2我们可以看出，在智慧教室中有81.8%的同学进行主动学习，有18.2%的学生进行被动学习；而在普通多媒体教室只有32.6%的学生进行主动学习，有高达67.4%的学生进行被动学习。

表2 不同学习环境学生学习参与度

我们通过上述数据不难发现，在智慧教室环境下的学生，参与课堂学习的主动性明显优于普通多媒体教室学生，16级学生开始更加主动地进入课堂，学生在课堂中的参与度大大提高，更加体现了以学生为中心的教育理念。同时，也体现出具身认知学习环境下学生普遍带“身体”进入课堂。

第二，就学习方式而言，16级学生在学习过程中采用的学习方式明显比15级学生的多，突出体现了以学习为中心的主动探究。16级学生能够根据具体的问题，选择不同的学习方式，如，在协作学习时，小组成员能够明确任务，在遇到困难时积极互助协作，利用平板电脑和手机等工具在线查询、协作讨论以及梳理整理资料，以最终解决问题；而15级学生采取的是被动式听课学习方式，在小组讨论或合作学习的过程中，呈现“能者多劳”和“坐享其成”等现象，具体分析如表3所示。

表3 学习环境与学习方式相关性分析

表3将两种不同的学习环境 （主要是应用的工具，提供的技术支持等的不同），与学生在进行课堂学习时所采用的方法的不同，进行相关性分析。可看出Pearson相关性值为0.498，值大于0.01，说明学习方式的不同与环境有显著相关。我们发现，在智慧教室学习环境下：（1）学习者可根据不同的问题，选择不同的学习方式进行具体的体验；（2）可在不同的情境下，选择合适的工具和技术进行情景化学习；（3）可在学习内容的不同时段，根据学生的个性化需要进行协作学习。而在普通多媒体教室环境下，学生没有将“身体”代入课堂，没有切身的体会，更多的是在听取教师的讲授，学生参与度低，注意力易分散，从而影响学生的学习效果。这说明学习方式的多样化，体现着学生在遇到不同问题或情景可进行个性化学习，促使学生进行有意义学习；同时，也体现环境对于学生进行有意义学习的重要性。

第三，学习效果分析是在学期末通过知识测试进行的。测试内容包括教育传播媒体中五种媒体的概念，传统媒体和现代媒体的区别，现代教育环境下的教师与学生的关系，教育信息传播基本模式以及教育传播效果评价方式等内容。测试结果表明：16级学生的学习效果明显好于15级学生。其中概念题的答案，16级绝大部分同学能用自己的语言进行概括，并且列举出生活中各种实例；而15级大多数学生则用课本上的原话进行作答。这说明16级学生可将学到的概念知识与自己原有的知识进行有效整合，进而达到了概念转变，提升学习的质量与成效。这也进一步表明，智慧教室所具有的具身认知学习环境，可以有效提升学生的学习效果，也明显好于一般的多媒体教学环境，可以更好地辅助学生进行有意义学习。

七、结语

随着智能时代的到来，智能技术为教育的发展提供了多种多样的可能性。智能学习伙伴、云端一体的学习过程、智能数据采集与分析、智能对话等技术，为教育现代化提供技术支持。学习环境从传统的离身认知学习环境到具身认知学习环境转变，也契合了人类认知发展的需求。我们通过设计与构建具身认知学习环境，认为其环境中各构成要素之间相互影响、互利共生，促进学习者的身体得以释放，并将身体各感官带入到学习过程中，激发学习者各感官的感知能力，引导学习者多角度、发散性地探索解决问题的方法，为培养学习者的技术思维、发散性思维和创新性思维奠定基础。

当然，本研究的探讨与教学效果的实施验证仅仅是初步的，关于具身认知学习环境中的各种学习活动，如何有效地促进学习者的意义建构，如何选择适当的工具、技术等更好地激发学习者学习的潜能以培养学习者的创新性思维，仍需要更为深入的探索、设计与验证。特别是随着智能技术更多地融入到具身认知学习环境，如何有效刺激学生身体的多感官参与，提高学生的学习兴趣，帮助学习者更加具体、多元地获取外部信息，以切实促进学生进行有意义学习，还需要通过“大数据+智能技术”等多种研究角度与方法，来进行更为精细的分析与研究。