具身认知视角下的未来学习空间设计探究

■付建强，伍雪辉

(重庆师范大学教育科学学院，重庆 401331)

随着人类进入信息化时代，人工智能、大数据、云计算等新兴技术在教育教学领域的广泛应用，以及对脑科学、学习科学等新领域的深入研究，正不断冲击着当前教条化、模式化、单一化、静态化的课堂形态[1]，传统学习环境下机械化、程序化的学习模式难以担负起当前社会所需要的开拓性、创新型人才培养的责任，一场革命性的教育变革势在必行。与此同时，《教育部关于加强网络学习空间建设与应用的指导意见》强调整体推进网络学习空间建设，开展基于数据的教育教学和综合素质评价，实现个性化教学和精准化施策，促进教育治理现代化[2]。未来已来，学习空间变革变得愈发重要。鉴于此，本文拟通过具身认知的视角来探讨未来学习空间下教学活动的基本特性，并在此基础上构建具身化的未来学习空间，以期激发学习者的具身化学习、实现对知识技能的意义建构和迁移应用。这既是深化教育教学改革的有益尝试，也是落实立德树人根本任务、提高教育质量的重要举措。

一、未来学习空间及其具身化发展趋势

（一）未来学习空间的相关研究

在“人工智能+”时代下，VR/MR/AR等技术应用于中小学课堂教学，在打破传统教室即学习空间边界的同时正悄无声息地改变着传统教育教学模式及其形态，关于学习空间方面的研究愈发成为教育领域关注的热点。由于其较强的实践取向，研究者大多依托教学改革项目对学习场所进行优化设计，出现了“主动学习教室”“下一代学习空间”“未来课堂”等新的研究术语，虽然研究术语名称不尽相同，但均属于学习空间[3]。有学者指出未来课堂与未来教室是同一术语的两种表述，是具有智慧性的主动学习教室，同属于学习空间[4]。从其字面意义上理解，学习空间可界定为“用于学习的场所”，它不同于传统意义下的教学空间，有着丰富的隐喻，即学习可以发生在任意场所，学习空间既包括正式学习空间又包括非正式学习空间，同时还是物理空间与虚拟空间有机耦合；强调通过信息技术的增强，激发学习者学习的兴趣以促进学习者的学习[3]。从现实和虚拟的角度，未来学习空间可以分为物理空间和信息空间，从社会和个人的角度，可以分为社会空间和个人空间[5]。其中，物理空间是学习者与外界环境互动交流和实现具身学习的空间载体，是教学活动开展的前提和主要场所，由教学基本设施、温湿度、采光、墙壁色彩等组成；信息空间是指学习者全身心投入学习活动实现具身学习的桥梁和纽带，主要包括学习资源、多媒体信息技术、虚拟技术以及具身技术等；个人空间是指以学习者为中心的个性化学习空间；社会空间是指人的社会属性，强调营造良好宽松的学习氛围，以实现师生、生生之间的关系以及情感等要素的和谐，具体表现在学习场所的任意性、学习过程的高互动性等。

（二）具身认知理论的含义及其特点

具身认知（embodied/embodiment cognition）理论，又称涉身认知、寓身认知，被认作当代认知理论的最新进展[6]，其核心是指身体在认知过程中发挥着关键作用，认知是通过身体的体验及其活动方式而形成的，同时认知过程的进行方式和步骤是被身体的物理属性所决定的。认知、身体、环境是一体的，认知存在于大脑，大脑存在于身体，身体存在于环境[7]。传统认知主义信奉着“认知是可计算的”的信条，从身心二元的观点出发强调认知脱离于身体，只发生在大脑中，认为身体只是实现认知过程的物质载体，强调认知发展的独立性，是一种彻底的离身主义观，被批评为是一种“脖子以上的学习”，而具身认知理论强调学习是全身心参与的过程，还具有涉身性、体验性以及环境嵌入性的特征，可以分为实感具身、实境具身以及离线具身三种类型[8]。

具身认知理论强调身体在认知发展过程中的关键作用以及认知、身体和环境三者的动态平衡，同时主张认知行为是不可能脱离于主体而独立存在的以及认知、身体和环境的一体化，知识来源于主体各种感官与外界环境的交互作用，是在个体身体、经验以及实践活动基础上产生的。认知的具身性是指主体身体的主动参与是认知形成的基础，主体身体对于外界环境的感知影响认知的内容、方式以及结果。具身认知还依赖于情境的认知性，主体身体是处于外部环境中的身体，是认知形成的主要载体。

（三）学习空间设计的具身化发展趋势

在学习空间设计方面，Radcliffe教授提出PST框架即（pedagogy-space-technology），强调三大核心要素：教学法、空间和技术[9]。三者之间相互联系、相互制约，通过空间的技术嵌入，既可以更大程度地发挥技术的效用，又可以扩展空间原有的功能，以共同支持促进教学法。第一代课堂设计有着“明确的前后方之分、秧田式座位排列方式以及矩形空间格局”[10]被看作是“为黑板而建”或者“为教而建”，服务于教师传授学生接受的讲授法；多媒体课堂伴随着多媒体信息技术的应用支持、辅助教学，在一定程度上提高了教学效率，但由于各种如灯光、座位以及讲台等方面不可控因素束缚着学生的思维和行动，究其本质是为教师教学服务。而未来学习空间是以学习者为中心的设计，设计以人性化、混合性、开放性、智能性、交互性以及生态性为特点的未来课堂[11]以支持学习者的主动和协作学习，包括多屏显示技术、泛在网络环境、智能环境控制、可调节移动桌椅等。除了数字技术的推陈出新，作为第二代认知科学的核心——具身认知强调认知的具身性、情境性，学习者的全身心主动参与以及学习过程的知情意行统一，在一定程度上可以避免传统离身认知所带来的多方面困扰。教师通过设计具身化的学习环境采用多种技术手段实现具身教学，给予学生更多主动体验、尝试的机会，引导学生主动建构知识意义并学会迁移应用，以实现学习者的深度学习和有效学习。

二、具身化学习空间下的教学新特质

在传统课堂下，教师作为知识的垄断者和拥有者一直处于教育的绝对优势地位，而学生只能是被动接受知识的容器。高高在上的讲台和固定的桌椅对学生身体、言语的过分限制，导致课堂的“去生命化”和机械化，在一定程度上忽视师生身体、师生互动在教学过程中的功能以及忽视教学环境的作用[12]，缺乏对学生作为学习主体的关注和尊重，其学习效果和教育目标达成可想而知。而未来学习空间下的具身化教学强调身体在教学活动过程中的价值与主动参与，更加关注师生互动、生生互动以及良好学习环境的创设，引导学习者主动参与学习过程，实现全身心学习。

（一）教学目标的生成性

具身认知理论主张认知发展过程是身体各种感官与外部环境各种因素相互作用的动态生成过程，反对离身认知下的教师对教学结果的主观期望即预设性的目标。认知、身体和环境是一个持续不断的动态生成过程，具身认知视角下的教学具有一定的复杂性、不确定性以及非线性，教学过程是在教师指导下学生主动探索、积极建构知识意义以实现自我成长的过程，教学目标应随着教学过程的不断展开而逐渐生成。技术支持下的未来课堂，虚拟课堂与现实课堂的结合，为实感具身、实境具身以及离线具身提供了多种可能。教学资源的丰富性、开放性以及易获取性，拓展学生学习的时空界限，学生不再拘泥于单一、机械的学习方式，学生由此作为未来课堂的中心，其学习内容的多样化、多元化将会带来学习目标的实时动态化，并且可以根据实际学习情况进行实时调整。

（二）学习内容的情境性

具身认知理论强调认知具有情境性，认知的形成离不开认知主体各种感官与外部环境的交互，也不能脱离具体情境而独立存在；同时认为“认知是发生在现时的、具体的情境之中，必然受到具体的物理情境和社会文化背景的影响。”[13]不同的科目具有不同的特点，未来课堂物理环境的设计应与课程内容具有一定的适应性，要创设一种激发认知主体参与、与主体社会实践经验相联系的课堂环境，并且借助利用虚拟现实技术或者设置专门的学科教室完成教学。以虚拟现实技术为例，通过提供虚拟情境以缩短心智表征与实际现象间的差距以完成学生身体对学习环境的嵌入[14]实现实境具身，即通过具身技术的无缝自然融入让学习者身心全投入其中，获得“在场的错觉”[15]，拉近学习者与所学内容之间的距离，在一定程度上拓展延伸了学生的认知视野和范畴，在虚拟现实情境下学生如同身临其境，将会获得更加清晰、具体的表象知识，对于学习内容的理解有着更深刻的体验，学习也因此由沉闷死板的接受过程转变为学生主动探索的体验过程。

（三）教学生态的和谐性

具身认知理论主张认知主体与外部环境的交互直接影响认知的内容、方式及结果，认知离不开主体身体的直接参与，强调认知是身体、心智和环境的统一体，因而在未来空间设计中注重教学要素的和谐性。主要表现在两个方面：一方面是指教学结构各要素的和谐，未来课堂教学结构主要包括教师与学生、教学媒介以及师生认知三大要素[16]；另一方面则是课堂物理环境的和谐性，如灯光、桌椅布局、教室内外墙彩、空气质量以及温湿度等都是影响学生认知效果的重要因素。平等和谐师生关系的形成、显性与隐性教学媒介的重新整合，宽松的学习氛围和便捷的学习方式，为学生实现身体与技术、身体与环境的深度融合提供前提条件。

（四）学习环境的智能化

具身认知理论强调认知的具身性或者涉身性，强调认知对具有各种感觉-运动能力身体的依赖，重视身体感官和体验活动对认知的影响。未来学习空间设计旨在创设高认知投入、深入思考的教学心流空间，促使学生形成群体的“心流状态”[17]以实现具身学习。传统课堂布局体现着教师高高在上的地位，讲台的中心地位和固定的桌椅布局在一定程度上限制学生与学生、学生与教师之间的身体活动和交流，常常出现在教学活动中教师在讲台上讲得天花乱坠而学生身处教室心在外的现象，教学效果大打折扣。未来具身化的学习空间是指创设智能化、个性化的学习环境，为学生营造学生身体和心理高度放松的学习氛围。智能化的学习空间通过分析不同学习者的个性特征、认知特点推送个性化的学习内容，教育教学更多支持学生主动的“学”，更多关注学生的发展及情感需要。在学生的肢体动作、语言的自由化以及平等和谐的师生关系下，师生、生生之间借助信息技术可以开展任何形式的交流互动，学生更愿意主动参与、探索未知，实现全身心参与的学习。

三、未来学习空间的具身化设计策略

未来学习空间并不意味着传统教室的技术性革新，作为高互动、人性化的泛在学习环境，更加关注学习者的心理需要，更加关注学生的亲身参与和情感体验。作为情境性、智能化之下的未来课堂，教师和学生得到彻底解放，将不再受传统教学秩序的束缚和限制，在智能化的教学过程中更易出现师生、生生之间的高互动交流，实现身心放松，产生个性化的体验以及高效的学习。为此，未来具身化的学习空间的设计可以从以下几个方面着手。

（一）物理空间设计注重以学习者为中心

形成群体心流状态的学习情境是技术支持下的具身化学习空间，学习者通过身体多感官与具体情境的交互以产生认知。智能化、情境化的课堂环境能为学习者身体实践和体验知识提供前提和保障，需要考虑到桌椅设计、温湿度、光照以及墙壁色彩等因素。在桌椅设计方面，需符合人体工程学设计的要求，满足学生的身体生长发育，桌椅的灵活调节、舒适性以及可移动性大大增加师生之间、生生之间交流互动的自由度，为师生解放身体实现高交互以产生创意设计打下基础；在温湿度方面，未来课堂可采用智能环境调节系统，根据季节和天气状况自动调节室内温湿度，以保持适宜的学习环境；在光照方面，传统课堂采用荧光灯照明造成眩光、学生注意力分散以及导致学生视力下降的负面影响，而未来课堂的采光设计可以根据季节、室内光照强度或者根据教学实际需要进行自动调节，创设柔和、适宜的光照效果以保证师生的视力；在墙壁色彩方面，未来课堂应考虑学生认知发展特点以及学科特点，也可根据当地文化特色或者季节进行调节，时刻让学生保持愉悦的学习体验。

（二）信息空间设计注重视、听、触觉等多通道的整合

未来课堂作为多种媒体技术集成的学习空间，先进性、便利性成为其主要特征。多屏交互技术、虚拟现实技术、物联网技术以及支持教学的具身技术等等新型技术的应用，教学资源的极大扩充以及获取的易便捷性，教学内容显示的更加直观形象，为学习者提供多模块、多通道的感知以实现抽象知识的可视化。在物联网技术下的未来课堂，会基于不同学习者的学习经验，结合分析当前学习情况提供相应的学习支持和帮助，推送个性化、定制化的学习内容，使学习者完全浸入课堂环境，学习者的已有经验与所学知识之间将衔接得更加紧密，教师教学借助技术将会更加生动形象，学生将会通过知识的主动建构以实现高效的学习。以美国亚利桑那州立大学创立的SMALLab学习平台为例，它是融合视觉、听觉和动觉为一体，以实体教室为主、以计算机网络技术、物联网技术以及红外传感技术为辅的虚实混合环境，利用动作捕捉技术，将学习者的实时位置信息和动作信息发送给计算机，学生同时能看到自身动作反馈已实现具身交互学习[18]。在未来课堂中，技术将不再作为一种学习辅助工具，已经完全融入课堂环境当中，学习者可以集中精力于任务本身，感受不到技术作为学习工具的“抽身而去”，完全专注于学习活动当中[19]。

（三）心理空间设计注重师生的高互动性

具身化的未来课堂亦是实现高互动、宽松和谐的学习空间。学生在压抑、处处受到限制的课堂环境下是没有办法全身心投入学习当中的。无论是人性化的、可调节移动的桌椅设计还是符合学生认知特点的学科教室，都为学生营造出宽松舒适的学习氛围。此外，首先需要解放师生的身体，增加身体的自由度，拉近教师与学生之间的距离。教师可以走下讲台主动与学生交流，加强与学生的身体接触并给予个性化指导，而学生不再拘泥于传统的课桌椅座位，自由支配自己的身体，主动参与课堂课外活动，产生积极愉悦的学习体验以实现全身心学习；其次，需要建立民主平等的师生关系。在具身化教学过程中，教师和学生早已不再是传统的主客体关系，师生双方既是认知的对象又是认知的主体。师生双方基于对教学情境的独特体验进行协作、问题解决，其高互动性将带来新知识、新体验的生成。

未来课堂作为未来教与学的主阵地，具身认知理论为未来学习空间设计提供了一个新视角。具身认知理论强调身体在认知发展过程中的参与，学习者主体通过身体多感官与环境进行交互实现全身心学习。虚拟技术、多屏显示技术、传感技术等等新兴技术在未来课堂实践中的应用，实现具身化学习已经成为一种现实。本文通过物理空间、技术支持空间和心理空间等方面进行智能化、人性化设计，以达到实现学习者的全身心参与学习和促进师生双方相互促进发展的两大目标。