基于具身认知的沉浸式教学：理论架构、本质特征与应用探索*

艾 兴 李 苇

（西南大学 教育学部，重庆 400715）

随着人工智能（AI）、5G、虚拟现实（VR）、物联网、大数据等新兴技术的飞速发展，人类社会已进入高度智能化的时代。扩展现实、全息技术等的大量运用，正营造出栩栩如生的虚拟环境，带来全新的沉浸式体验，对人们的工作环境、生活环境、学习方式与思维方式都产生了深刻的影响。对教育领域而言，如何使用新兴技术有效提高教育质量，成为学界日益关注的问题。沉浸式教学以其深度的沉浸性、交互性和优质的体验性，逐渐成为教育教学中备受期待的新型教学形态与研究热点，它能够提高学习者学习的参与性与积极性，较好地促进学习者的深度学习。

基于具身认知的沉浸式教学，是当前智能时代背景下的新型教学形态，它打破了传统教学只关注学习者心智而忽视身体作用的藩篱，主张教师在教学中充分考虑学习者的身体感知在学习过程中的作用，强调学习时的“身体在场”与学习的具身化体验，从而促进学习者身体和心智的整体发展。

基于此，本研究首先在阐述具身认知理论的基本观点、分析沉浸式教学中具身认知原理的基础上，对沉浸式教学的内涵与要素进行论述，并初步探索与构建沉浸式教学的模型框架和支持体系； 最后基于其理论与模型框架，对沉浸式教学进行了系统设计与实践验证，以期为今后沉浸式教学在课堂实践中的应用，提供一定的借鉴与参考。

一、具身认知与沉浸式教学的概述

（一）具身认知理论的基本观点

作为一种新型研究范式的具身认知（Embodied Cognition），最初建立在对传统离身认知的批判基础之上[1]，兴起于20 世纪90年代。近些年来，具身认知理论引起了众多学科的密切关注，在心理学、哲学、生物学以及脑科学领域获得大量应用。具身认知理论根植于两个重要的论述，即梅洛·庞蒂（Merleau-Ponty）的身体现象学和贝特森（G.Bateson）、瓦雷拉（F.J.Varela）的生物学观点。梅洛·庞蒂在其《知觉现象学》一书中提出，身体不是物体，它是一个自然主体，“我是我的身体”[2]。他始终把身体置于特定的时空和环境中，认为身体与世界共存，是联系世界的重要手段。瓦雷拉等人则强调两点：第一，认知是依赖于经验的种类，这些经验源于具有各种感知运动能力的身体；第二，这些感知运动能力本身就植根于一个更广泛的生物、心理和文化的情境中[3]。

关于“具身”的含义，目前还没有统一的理解，但大多数研究者都同意具身性的基本命题，即身体的形态结构、感觉系统、运动系统和神经系统都影响着人们的认知过程[4]。身体不仅影响认知的加工，还影响认知的基本内容。例如，劳伦斯·夏皮罗（Lawrence Shapiro）在《具身认知》一书中，系统地概括了具身认知的三个主要观点：概念化（Conceptualization）、替代（Replacement）和构成（Constitution）[5]。“概念化”认为，身体的种类影响着有机体对世界的理解。也就是说，“在某种程度上，身体的结构决定着心智的内容，不同的身体会产生不同的思维方式”[6]。“替代”认为，认知依赖于身体与环境的交互。认知发生在实时的、具体的情境中，认知、身体和环境三者是一个完整的整体。认知会受物理环境、心理环境和社会文化背景的影响，认知不仅根植于身体，还发生在具体的情境之中。“构成”则认为，身体或环境的一部分就是认知的构成成分。此外，威尔逊（M.Wilson）还提出了一种最有说服力的观点：离线认知是基于身体的，即使大脑从环境中分离出来（离线），大脑的活动也建立在与环境相互作用的基础之上[7]。总之，具身认知强调身体、环境在认知中的作用，以及身体与环境的相互作用，重视认知的情境性与具身性。

具身认知理论的意义在于呼吁人们重视身体经验对认知的作用，以探索更为合适的方式来促进学习。进入人工智能时代，具身认知理论在教育中的应用，使得大脑、身体和环境与技术密不可分并通过技术联系在一起[8]，这为教育教学变革提供了契机。

（二）沉浸式教学中的具身认知原理

具身认知理论认为，认知具有涉身性，认知依赖于身体，身体的结构影响着人们的认知方式，影响着思维和心智。强调身体在认知过程中的参与，鼓励身体感知运动系统的参与，重视身体与环境之间的动态交互。具身认知过程在本质上就是身体与环境之间的交互过程，身体与心智在特定的环境与情境中发生变化。因此，具身认知产生的关键在于增强学习者对学习内容的多通道感知，支持学习者与学习环境的动态交互，强调学习者在学习过程中的情境体验。

沉浸式教学旨在利用人工智能、大数据、扩展现实（XR）等新技术的优势，为学习者打造虚实融合、生动直观的学习环境，支持学习者通过视、听、触等多种通道的感知体验，促使其在学习过程中身心与环境产生自然交互，使学习者产生一种完全置身于虚拟环境中的身心体验，增强学习的体验感和身心沉浸感，这与具身认知理论相吻合。我们认为，具身认知理论为沉浸式教学的构建，提供了较为理想的理论支持，主要体现在以下三个方面：

首先，支持虚实融合的学习环境，在虚拟现实技术等的支持下，可以构建出具身化的、可交互的、虚实融合的沉浸式学习环境。其中，真实环境能让学习者在真实的场景中学习，虚拟场景能够增强学习内容的呈现与体验，并支持学习者的多通道感知。

其次，支持自然交互的学习活动。沉浸式教学能够借助各种智能技术，及时识别学习者的动作与表情等并作出反馈，实现人与环境的动态交互。

最后，支持寓身于境的学习方式。在沉浸式教学中，学生能在具身化的学习场景中开展学习活动，在与环境的交互中进行多样化的体验，从而实现寓身于境的效果。这不仅能促进学习者身心的共同参与，还有利于学习者知识的建构。

综上，沉浸式教学能够支持虚实融合的学习环境、自然交互的学习活动、寓身于境的学习方式。而具身认知理论在多通道感知、动态交互、情境体验等方面，能很好地支持沉浸式教学的构建。由此，具身认知理论与沉浸式教学的关系，如图1 所示。

其中，虚实融合的学习环境能够支持学习者对学习内容的多通道感知； 自然交互的学习活动能够支持学习者相互之间及其与环境的自然交互； 寓身于境的学习方式能有效促进学习者的身心参与，从而支持学习者在多种情境中获得较佳的学习体验。

二、沉浸式教学的内涵、要素与特征

（一）沉浸式教学的内涵界定

“沉浸”一词，原意指物体进入到液体中时被全方位包裹的一种状态[9]。早在1975年，美国芝加哥大学西克森特米哈利（Mihaly Csikszentmihalyi）描述了人们在活动中完全被吸引并投入情境当中，过滤掉所有不相关的知觉，而进入一种沉浸状态（又称“必流”状态）[10]。随着VR、增强现实（AR）、混合现实（MR）等技术的飞速发展和人机交互、虚拟环境的应用，沉浸理论得到了进一步的发展，出现了“沉浸感”“沉浸式体验”等多种相关概念。“沉浸感”主要是指情不自禁地融入某情境或陷入某物之中，使其与情境自然地融为一体。立德威尔（William Lidwell）在其著作《设计的法则》中，将“沉浸式”解释为“心流”（Flow），认为“沉浸式体验”指全身心专注于某件事情的状态，以至于完全达到忘我状态[11]。布朗（E.Brown）和凯恩斯（P.Cairns）依据电子游戏的沉浸强度，将沉浸式体验分为三个层次，由浅入深依次为：初步参与、全神贯注、完全沉浸[12]。在第一层次，玩家的理性占主导，只需要投入时间、精力和注意力，即无需投入过多感情的初步参与；在第二层次，玩家需要接受游戏情节的设置、体验游戏剧情，逐渐开始代入角色并产生情感，形成共鸣；在最后一个层次，玩家会完全沉浸在游戏中，主观上失去自我意识，在游戏中自觉地进行交互，从而达到忘我的境界。无论是“沉浸感”还是“沉浸式体验”，都强调情境性和具身性。

沉浸式教学（Immersion Teaching）是沉浸理论在教育领域的具体应用，起源于20 世纪60年代的加拿大，当初是一种基于学科内容、以目的语为教学语言的教学模式[13]。随着“沉浸理论”的不断发展，沉浸式教学在其原有的基础上得到了进一步的发展，逐步由一种单纯的语言教学模式变为一种广泛适用的教学模式。有学者对沉浸式教学进行了新的界定：“沉浸式教学模式是指教育教学工作者在施教过程中，巧妙地运用多种教学手段，激发学习者的学习兴趣，使学习者进入一种“沉浸”体验的学习状态，从而提高教学水平与成效”[14]。

基于具身认知的沉浸式教学（以下简称“沉浸式教学”）具有其独特的内涵，它不是具身认知与沉浸式教学的简单相加，而是二者相互融合之后呈现的新型教学形态。即，沉浸式教学是指在智能技术支持下，以沉浸理论为理论基础，以具身认知为驱动，旨在提高学习质量和教学效果，促进学习者身心整体发展；基于对教学的本质认识，通过整合、创新教学各要素而呈现的、适应智能时代发展的新型教学形态。它依托于具身认知的理论支持和智能技术的支撑，生发于教与学效果的优化，并最终服务于教与学。

我们可以从组织形态、物质形态、空间形态和方法形态四个方面进行解读：（1）沉浸式教学其教学组织形式更加灵活开放，具有探究、体验、项目化、游戏化等多种混合性组织形式，并突破了传统教学班级授课制的局限。在教学中，教师扮演着学习者学习的促进者、数据分析者和情感引导者的角色。（2）其物质形态方面表现为教学活动的实施依赖于技术支持，主要包括身心导向的教学设计方案、可视化的教学资源、虚实融合的教学环境以及基于过程表现的评价工具。（3）在空间形态方面，沉浸式教学离不开现实教学空间和虚拟教学空间的互动和融合。其空间形态不仅仅局限于现实教学空间，可以根据教学内容和学习者特征进行相应的选择与转换。（4）在方法形态方面，沉浸式教学重视师生身心在教学活动中的参与，强调感官经验和身体体验的重要性，并灵活运用多种教学方法。

（二）沉浸式教学的构成要素及其本质特征

1.学习环境：具身化、可交互的3D 学习场景

沉浸式教学学习环境的构成，主要有以实况、实地、实物为主的物理环境要素，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要素等组成[15]。在学习环境中，不同环境的要素之间相互作用、相互影响，共同促进教学活动的顺利进行。

沉浸式教学学习环境的目标在于增强学习者的沉浸感，促进教师与学习者的交流互动，因而其环境是具备具身化、可交互等特点的体验式学习场景。研究表明，学生在各种智能技术构建的沉浸式环境中的存在感和动机更强，学生的学习沉浸感直接影响着学习结果[16]。利用虚拟3D 技术将现实生活中无法观察到的事物变化过程以直观、拟真形式呈现，可为学生创设情景化的学习环境，充分调动学生视觉、听觉、触觉等多感官参与，增强学习内容的逼真感，使抽象的概念更直观、具体，加深学生对所学内容的理解。比如，借助3D 影像，为学生呈现一种身临其境的视觉与身心体验环境，提高学习者的参与性，并增强学习的具身体验感。同时，3D 影像还能帮助学习者在学习过程中进行操作交互、多感官输入信息的认知交互、全身心体验的情感交互[17]。

2.师生关系：平等的、互动的主体间性关系

沉浸式教学主张主体间性的师生关系，主体间性师生关系摆脱了师生主客二元的束缚，将教师和学习者都视为教学的主体。主体间性的师生关系主张师生在人格尊严上的平等，师生在教学过程中是相互理解、平等交往、主动交流、共享的关系[18]。主体间性的师生关系消解了教师权威，其目的在于提高学习者的主体性，继而提高学习者的主动性和创造性。沉浸式教学形态中的师生关系，呈现出平等、互动的特征。教师是学习环境的设计者，是学习者进行沉浸式学习的引导者与价值观的引领者。学习者是学习环境的体验者，是学习的投入者。师生之间的相处不再像传统教学那样，教师大多灌输知识，学习者机械接受。在教学过程中，师生始终进行着平等的对话、心灵的沟通与互动、情感的共鸣、思想的碰撞和智慧的共享。师生都是沉浸式教学的全方位主体，并在教学的不同环节发挥自己的主体性。

3.教学结构：动态性、开放性的时空结构

沉浸式教学的教学结构构成要素，主要包括教师、学习者、教学媒介和认知。教学活动就是教师和学习者在相互沟通与交流中进行的认识活动，是师生认知发展的过程。教师和学习者是沉浸式教学的主体，教学内容、教学媒介等都是客体，服务于主体。学习者是学习的主动建构者，在学习的过程中建构其知识；教师在教的过程中在其认知结构的基础上，建构其新的认知。教学媒介是教学进行的桥梁与中介，是师生传递知识与信息的手段，主要包括学习资源、学习环境、教学设施和教学方式等。

沉浸式教学的教学时空结构具有动态性和开放性。其一，时空结构的动态性。一方面，沉浸式教学的教学时间和空间具有多样性和动态性。这种动态性使得教师在教学活动中可以根据教学内容和学习者学习需要，灵活分配教学时间、选择教学空间。另一方面，师生角色定位是一个动态发展的过程，沉浸式教学既是一个学习者在教师引导之下主动发现问题、探究问题和解决问题、建构知识、发展能力的过程；又是教师在与学习者的交流互动中得到启发，教学相长的过程。其二，时空结构的开放性。一方面，教学时空结构的构成要素具有开放性。基于各种信息技术支持的沉浸式教学，与传统教学理念、教学方式的不断融合，共同构成了新的教学时空结构，使教学时空的构成要素更加多样化。另一方面，教学时空结构的外延也在不断扩大。学习分析、虚拟现实、传感与全息投影等技术在沉浸式教学中的应用，使得沉浸式教学的课内教学时空结构和课外教学时空结构的边界越来越模糊，呈现出虚实融合、虚实叠加的特征。

4.资源开发：智能化、虚拟化的教学资源

沉浸式教学作为智能时代的新型教学形态，其教学资源必然具有智能化的特征。即需要利用虚拟现实、智能计算、大数据、传感等智能化设备，为沉浸式教学建构更具多元化、交互性的教学资源，将抽象的内容具体化、可视化、立体化，最大程度地为学习者呈现或营造便于获得直接经验的学习情境。虚拟化的教学资源，主要包括虚拟现实教学资源、虚拟仿真教学资源等，它能提供丰富、自然的人机交互手段，促进学习者知识的构建。这就需要借助AR、VR等技术与专业公司力量，开发适用的虚拟化教学资源。这些与学科内容或项目式探究相结合的虚拟化教学资源，不仅能让学习者在虚拟空间与情境中进行体验式学习，还能增加教学内容或知识点呈现的立体化，增强其真实感。同时，学习者可以根据自身需要在虚拟环境中选取知识点，对学习内容和对象进行操控、反复体验与探究，以增强学习者的沉浸感。

5.方式创新：人机协同、个性化、多样化的展开方式

沉浸式教学建立在师生身心一体、身心融合的基础上，一切教学活动都有赖于身体的参与。同时重视师生、生生的交互，以及师生与环境的交互作用。其与传统教学方式的不同，主要体现在人机协同、个性化和多样化的展开方式上。人机协同主要体现在介入智能技术的教师教学设计与反馈评价，以及学生学习过程这两方面。比如，通过数据的收集与分析，使得教师对学生的学习过程和特点有清晰的认识，从而设计更具针对性的教学目标、教学内容等。通过学习分析等技术，教师能深入了解学生在学习中的具体表现和学习情况，动态调控学习行为，同时为教学评价提供依据，使评价更具科学性。

个性化是由沉浸式教学的环境所决定的。沉浸式教学能提供丰富的虚拟环境，在这些环境中，学习者的角色变得更加多样，学习者的主动性和自主性不断增强，为学生的个性化学习提供了选择和机会[19]。多样化则体现在不同教学内容的展开方式、学习方式、评价方式等方面。沉浸式教学基于智能技术建立的资源库，丰富了教学活动的开展方式与教学内容之间的联系，为多样化的教学开展方式提供了有力支撑。比如，在讲授情境性知识时，可以运用AR技术进行体验的教学方法，增强教学内容呈现的多样性，使教学活动更贴合教学内容。在个性化学习资源、具身化的学习环境的支持下，学习者可以进行探究式学习、具身学习和沉浸式学习。利用云计算、学习分析等技术，可为学习者推送个性化的学习资源、定制个性化的学习计划。利用VR、3D 等技术，可为学习者创设逼真的学习环境，诱发学习者的身体体验，增强学习者在学习过程中的身心交互、具身体验等。通过智能视频、音频等技术采集的大数据，则为教学评价提供了精确的数据支撑，也为多样化评价方式的实现提供了条件。教师可以根据教学中获取的多模态数据，记录或还原学生的学习过程，将过程性评价与总结性评价相结合。

6.过程评价：精准化、数据驱动的学习评价

过程评价是沉浸式教学建构的保障机制。过程评价可动态了解不同学习者的学习状态和具体问题，为不同学习方式的学习者提供适切的学习材料和学习资源，提供较精准的学习支持；了解教师在教学过程中的教学水平与实际情况，为教师调控教学，提高教学质量提供依据。过程评价既注重教师对学习者的评价、学习者之间的相互评价；又重视学习者根据自身的学习表现、学习状态和学习结果进行总结、反思和自我评价[20]。师生身体与心智在教学活动中的参与程度、身体对教与学的作用以及学习者在学习过程中的态度与投入程度，成为沉浸式教学评价的主要内容。学习者在学习过程中的积极参与和全身心的投入，是沉浸式教学进行的必要条件。在评价时，不仅要评价学习与教学效果，还要利用智能化技术对学习者的参与度与投入度进行分析和反馈，以检验沉浸式教学的效果。

沉浸式教学的过程评价具有精准化、以数据为驱动的特征。借助学习分析、大数据等技术，多形式、多维度、多层次地搜集学习者在学习过程中的多模态数据，对学习者学习中的表现进行持续而精准地记录与关联分析。同时，定期综合分析不同学习者的数据，诊断他们的学习状况、学习效果和学习动机，并将分析结果及时反馈给学习者和教师，使各评价主体能进行科学化的评价，这有助于提高沉浸式教学评价的准确性与精确性。由于学习过程的复杂性与动态生成性，学习过程评价的各个环节都应由数据支撑并驱动。近年来，智能化教学中的实践亦证明，基于多种技术支持的沉浸式教学，能够通过采集师生教学活动中的“鲜活”数据，计算并掌握各种数据之间的复杂关系，使整个教学活动都贯穿于数据流中，充分发挥数据促进教学决策、学习评价的价值，推动个性化学习的实现，增强沉浸式教学的效能。

三、沉浸式教学的模型框架与技术支持

（一）沉浸式教学的模型框架

正如前述，沉浸式教学的核心是发挥身体在教学中的重要作用，赋予教学要素新的内涵，构建出一种具身体验、虚实相生的沉浸式教学环境，让学习者身心沉浸于学习过程，让教学活动充满探究与愉悦，从而提高教学效果与学习质量。为此，我们以具身认论与沉浸理论为基础，结合智能技术与3D 学习场景等支持，初步构建了沉浸式教学的模型框架，如图2所示。主要包含三部分，第一部分是沉浸式教学开展的理论基础与必要条件； 第二部分是沉浸式教学活动的主要内容与评价体系，旨在通过主客体与环境三者之间的交互，实现学生身心整体发展的目标，将学生自我评价、过程评价与学习分析为一体的评价，作为检验教学目标的主要手段； 第三部分则是沉浸式教学开展的具体步骤，按课前、课中、课后将其分为沉浸式教学准备阶段、沉浸式教学实施阶段和沉浸式教学评价阶段。这三部分相互作用、相互影响，共同构成了沉浸式教学的模型框架。

1.以促进学生身心整体发展为导向的教学目标

沉浸式教学更加关注学习者在课堂教学活动中的具身体验、情感交流和师生互动，在虚实融合的学习环境中，通过学习者的多通道感知，强化师生、生生、师生与环境之间多维度的动态交互，促进学习者在学习过程中达到沉浸式体验的第二层次，即身心全神贯注于学习活动中，实现有效教学目标的追求，最终促进学生知识的建构与身心健康的发展。

2.以智能技术、3D 学习场景为条件的教学环境

体感技术、扩展现实、人工智能等技术以及具身化、可交互的3D 学习场景，是沉浸式教学活动有效开展的必要条件，也是师生之间相互作用的中介或手段。沉浸式教学的实施，必须以各种智能技术、3D 或虚实融合的学习场景作为支持系统。智能技术与3D 或虚实融合的学习场景，也为沉浸式教学的设计、实施与评价提供了大量的多模态数据。即在教学活动开始前，需要借助智能技术开发、整合沉浸式教学资源；在教学活动中，需要借助智能技术和3D 学习场景为学习者创设虚实融合、动态交互的学习情境；在教学活动结束后，利用智能技术与大数据分析教学效果。可以说，智能技术与3D 学习场景贯穿于沉浸式教学活动的整个过程，共同作用、服务于沉浸式教学的目标实现。

3.以主客体、环境三者交互为中心的教学活动

沉浸式教学在本质上就是以主客体、环境三者交互为机制的教学活动。沉浸式教学的主体指的是教师与学生，客体是相对于师生主体而言的，主要包括教学资源、教学媒介、虚实场景等。沉浸式教学强调师生双方的主体地位，教师作为教学活动的主体以及学生作为学习活动的主体，在沉浸式教学过程中得到了有效的统整。教师与学生在沉浸式教学场域中，构建出一种“共在共生”[21]的交互式主体关系。在沉浸式教学中，教学资源的主要载体是虚实融合的场景化资源，师生双方在教学过程中基于此进行交流与互动。同时，师生双方在具身化、可交互的学习场景中体验与交互，借助身心与环境的交互作用，实现教与学的目标。

4.以分析诊断学习实情为目的的教学评价

学生自我评价、过程评价和学习分析，组成了沉浸式教学的评价体系。一是学生在沉浸式教学开展的不同阶段，结合多模态数据记录，对自己的行为表现进行自我评价，结合教师、同学及学习分析的评价结果，对自身的学习行为进行适当的调整。二是借助大数据、学习分析等智能技术，对学生在学习活动中的各种表情、动作状态等进行识别与记录，教师综合各种数据对学生的学习表现进行评价，并对学生进行针对性的指导。三是应用学习分析技术，在明确学习目标的基础上，对学生的学习过程进行较为精准的分析，从而形成科学的价值性判断[22]。大数据+学习分析，既是教师评价学生的重要手段，也是学生自我评价的重要依据。

（二）沉浸式教学的技术支持

沉浸式教学重视身体及其体验，重视学习过程中的沉浸感，借助于技术不仅能让学习者获得更多的感知体验，使其更容易沉浸于学习过程中，还能让技术所营造的学习环境和学习任务成为学习的一部分。换言之，沉浸式教学离不开相关技术的支撑，其所涵盖的技术，是多种技术的综合体。

1.体感技术

体感技术是实现沉浸式教学中人机交互的重要技术支持。智能机器对师生的感官动作进行识别、解析，及时作出相应的反馈，并通过电子屏幕与师生进行交流与互动，从而实现人机互动，增强师生在教学过程中的体验感。体感技术的运用，使得师生通过手势和动作直接与机器进行互动，让师生的体验更加自然和直接，有利于沉浸式教学的开展。此外，体感技术还能通过智能传感器等捕捉更多的信息，如，学习者的心率、脑波与面部表情等，并持续地对此进行记录，使得学习过程透明化、可视化。

2.扩展现实技术

扩展现实（XR）技术是打造沉浸式教学环境的重要支撑。扩展现实（XR）旨在将物理与虚拟世界进行混合，或提供完全沉浸式虚拟体验的环境，包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）、触感（Haptic）技术等[23]。虚拟现实（VR）是在视、听、触感等方面生成与教学内容相关的三维虚拟环境，使学习者产生身临其境般的直观感受。增强现实（AR）是VR 技术的进一步发展，它能利用计算机实时生成虚拟物体或信息，并将其叠加于现实教学环境中，弥补现实环境的不足，以增强学习者对现实环境及相关知识的体验。混合现实（MR）技术是VR 与AR 的融合，使学习者能与虚拟环境中的对象进行实时交互，有效提升学习者的体验感、沉浸感和代入感。扩展现实（XR）技术则是在MR 基础上的进一步发展，其在营造沉浸感方面完全超越了VR、AR 和MR，使学习者完全沉浸于人为创造的环境中[24]。它能使视觉、味觉、听觉、触觉和嗅觉得到实时反馈，为学习者提供真实的感官体验。触感技术则能让学习者在学习过程中通过触觉快速获得信息，加强身体感官的体验。利用上述技术，能为学习者建构“真实”的学习情境，增强学习者的“临场感”，使其获得具身感知体验，为沉浸式教学提供体验与情境支持。

3.人工智能技术

人工智能（AI）技术极大地促进了沉浸式教学的有效实施，AI 在沉浸式教学练习、学习过程、教学过程、评价与教学管理等环节，都发挥着重要作用。它可以通过优化计算机系统，增强动作与图像识别、语音识别、语言处理计算等方面的精确性，提高计算机模拟人类情感和思维的准确度。同时，在沉浸式教学过程中，人工智能还扮演着虚拟助手、虚拟教师等角色，动态而精准识别学习者的活动，作出准确的反馈，对学习者进行问题诊断，并提供智能化与个性化的辅导，大大减轻了教师的负担。

4.学习分析技术

近年来，学习分析技术已成为AI+教育的重要应用工具与研究课题。学习分析在沉浸式教学的评价中发挥着重要作用，它能运用先进的分析方法和分析工具，预测学习结果、诊断学习中发生的问题、优化学习效果[25]。通过为教与学提供多样化、自动化的监测方式与分析手段，能及时为教师和学习者提供可视化、直观化的信息，便于教师对学习者学习过程、学习效果以及自身教学情况作出较为科学的判断。学习分析在沉浸式教学中的应用，有助于教师获得更高效、更准确的学习数据，并在学习者学习活动结束后，从多角度进行分析，以更好地评价学习者。

概言之，体感技术、扩展现实、人工智能、学习分析等技术，成为促进沉浸式教学有效开展的关键驱动力，如表1 所示。它们共同影响着沉浸式教学的教学方式与体验方式，也支撑和加强了师生、生生与环境的互动，增强了教学的具身性和沉浸感。

表1 沉浸式教学的技术支持

四、沉浸式教学的应用探索

（一）沉浸式教学的操作体系

根据教学的基本流程，沉浸式教学的操作体系主要分为课前、课中、课后三个阶段，具体分为资源开发与教学设计、分层实施与过程评价，分层作业设计与教学效果分析六个环节，每个阶段都有明确的任务与目标，各阶段相互影响，层层递进，具有内在的联系，具体如图3 所示。

1.课前

课前是沉浸式教学的准备阶段，这一阶段主要做好资源开发和教学设计两项重点任务，以便使沉浸式教学在课堂教学实践中达到最佳的效果。

（1）资源开发。教学资源的开发是为了给沉浸式教学提供物质支撑。资源开发首先需要教师确定适合开展沉浸式教学的内容，再分析本节课的主要教学内容，教学重难点以及教学结束之后学习者需要掌握的内容和教学所要达到的效果。之后，需要教师在众多资源中，筛选有利于实现教学目标、促进学习者学习和教学活动高效进行的教学资源。再根据学习者需求对教学资源进行整合与构建，以使教学资源能尽量满足学习者的需求。因此，需要借助校内外技术力量，建立相应的沉浸式教学资源库。

（2）教学设计。教学设计对沉浸式教学的实施起着重要的引导作用，沉浸式教学设计主要包括前期分析、中期设计和后期评价三方面[26]。前期分析需要教师分析学习需求、学习内容、学习者特征以及教学目标。通过智能技术对学习者信息和学习动态数据进行采集与分析，教师可以了解学习者的学习兴趣，考虑学习者的学习需求。在分析学习者特征时，要关注学习者已有的知识基础、学习能力、学习水平、学习风格等等。教学目标的分析要建立在对整个教学单元和本节课分析的基础上，教师要从知识技能、过程方法、核心素养等方面，对教学目标进行整体分析。中期设计主要包括教学环境创设、教学活动设计。教学环境的创设是沉浸式教学最重要的环节，为了给学习者较好的教学体验，教师必须选择适合的教学主题、教学方法、教学情境、教学工具、学习空间以及在教学过程中需要使用的技术设备。沉浸式教学重视学习者在课堂中的沉浸与具身化体验，因此在设计教学活动时，教师要重视学习者的体验过程。教师需要在学习者进行具身化的学习探究时及时提供帮助，并在学习者交流讨论结束之后进行总结与反思。后期评价需要教师在评价学习过程方面进行相应的设计，如，评价的内容、标准。学习过程的评价，主要包括学习者的学习参与度与投入度、学习表现、对虚拟教学情境的使用与适应情况等。教学设计的过程，也是教师深入理解沉浸式教学，并将其恰当有效地运用于课堂教学的一种探索。

2.课中

课中是沉浸式教学的实施阶段，这一阶段既是沉浸式教学在课堂中进行应用的阶段，也是过程评价的阶段，是教学实施与教学评价一体化的过程。

（1）分层实施。分层实施是由沉浸式教学的学习环境、教学展开方式等方面决定的。沉浸式教学的智能技术与资源优势，有利于实现学习者的隐性分层和动态分层[27]。隐形分层是在对学习者基础知识考核的基础上，综合学习者的学习需求、学习兴趣与学习能力等因素进行初步分层。分层之后，教师要根据学习者的差异，设置个性化的教学目标，推送相应的学习资源，并进行精准的学习指导。动态分层即在学习者完成一个阶段的学习之后，对其进行综合评价，并依据学习者当前的学习情况对其重新进行分层。学习者每一个阶段的学习结果，都是教师下一阶段进行分层的依据。通过不断地分层，有助于更好地在沉浸式教学中发展学习者的思考与探索能力。

教师要从沉浸式教学的视角利用自身的身体结构和已有身体经验，运用教学资源与学习者进行交流与互动，充分利用VR/AR 等技术开展教学活动。即在课堂教学中，教师需要以身示范，借助体感技术等引导学习者将身心都投入到学习中； 为学习者创设相应的教学情境，将关键知识点与学习者的真实生活相关联，并准确把握二者的界限，帮助学习者从形象认识到抽象思维，真正理解教学内容；引导学习者根据不同学习内容和教学目标选择相应的学习内容场景，并借助于智能技术进行归纳和演绎，实现深度学习。学习者需要在教师的引导下，根据自己的学习状况，选择适合的学习材料、学习方式和学习策略；利用生活经验和亲身体验，增强学习的沉浸性和有效性。

（2）过程评价。沉浸式教学的过程评价在评价主体、评价内容和评价方式等方面，都与传统教学有所差异。在智能技术等驱动下的沉浸式教学中，教师、学习者和家长都可以成为评价的主体，使其评价的主体多元化。通过大数据对学习者学习过程的记录，学习者可以及时地了解自己的学习情况，诊断自己的学习效果。教师通过学习者的自评和互评，通过智能技术对学习者语言表情、肢体动作的捕捉与记录，综合多模态数据分析，对学习者进行更精准的评价。沉浸式教学不仅能评价学习者的知识掌握程度，还能全面记录学习者在学习过程中的各种表现，使得评价内容更加全面。同时，还能记录学习者在学习过程中身心的投入程度与身体所发挥的作用。

沉浸式教学的评价方式更加多元。在评价前，教师根据学习者的个性特点，为学习者量身定制科学的评价方案； 在评价中，沉浸式教学利用计算机视觉、语音识别、认知计算和智能算法等多种方式，记录学习者的学习进度、学习效果和学习表现；通过教师评价和学习者自评与互评，综合各种数据的客观分析与教师的主观评价，生成综合性的评估结果，使教学评价更全面、更精准、更科学。在评价后，教师可以依据每个学习者的评价结果，改进自身的教学设计，并引导学习者改进学习方式，为学习者制定更具个性化、针对性的学习方案与行动计划。

3.课后

课后是沉浸式教学效果的检验阶段，教师需要设计相应的分层作业，将作业作为检验效果的依据之一。同时，教师还需要在学习者的作业中发现问题，对自身的教学设计、场景呈现与交互活动进行反思与总结，不断改进教学。

（1）分层作业设计。课后需要教师根据学习者差异进行分层作业设计，在设计作业时，要遵循以下原则：一是个性化原则。教师要对学习者的综合评价作为作业设计的依据，考虑不同层次学习者的实际情况，设计相应的作业。二是目的性原则。教师在设计作业时要明晰作业的目的，考虑到知识难度、作业量、作业完成时间等因素，让作业成为学习者构建知识、掌握知识的助手。三是智能化原则。教师要根据沉浸式教学的特点，在设计作业时注重体验、探究性内容在学习者作业中的比重，丰富作业形式，让学习者适当地利用虚拟场景、虚拟场馆体验等完成作业。

（2）教学效果分析。利用智能技术对教学过程中动态信息进行捕捉、采集与分析，为教学效果分析提供科学的数据支撑。通过采集教师和学习者在课堂中的面部表情和肢体语言等，使教师能全面了解自己和学习者在教学过程中的表现，为教师的教学调控和诊断提供依据。在沉浸式教学结束之后，教师可将课堂数据记录、学习者课后作业和教师自身在课堂上的感受与体验等因素综合起来，从改进教学设计角度对沉浸式教学的绩效进行分析，并从教学环境、教师和学习者三方面，进行教学总结与反思。在教学环境营造方面，主要关注在本节课中所创设的教学环境是否真正有利于学习者掌握学习内容，在哪些环节还需要改进和完善等等；在教师方面，教师要反思自己是否恰当地运用了智能技术、在教学中是否正确履行了自己的角色与职能，达到了相应的教学目标等等；在学习者方面，教师要反思学习者对虚拟场景等技术的接受程度、学习者在教学中的参与度与沉浸度等等。教学效果分析对教师改进教学方式、学习者改进学习方式都具有激励作用，也是促使沉浸式教学在实践中不断完善的重要一步。

（二）沉浸式教学的设计流程

如何将沉浸式教学运用于教学实践中，还需基于相关理论和上述模型，通过具体的案例来验证。沉浸式教学起源于语言学习，英语学习就是语言学习的一种，因此，将沉浸式教学应用于英语教学，具有一定的合理性。小学英语强调学生学习的具身性、体验性。基于此，我们对“人教版”《小学英语》（六年级上册）的内容进行筛选，按照课前、课中和课后的步骤，选择“Unit1 How can I get there? Part A”的内容，进行了沉浸式教学设计，具体如图4 所示。

1.课前

本课时的主要内容是询问地点并回答，主要教学目标是学生能够在教学中利用身心与环境进行交互，达到用“Where is …?It’s near/next to …”询问地点并回答；能够结合语境理解“Excuse me! ”“What a great museum! ”等的意思；能够掌握museum、post office、hospital 等词汇的意思和正确读音等目标，促进学生知识的掌握。在明确教学内容和教学目标之后，需要根据教学内容开发本课时适用的教学资源，建立资源库，并进行教学设计。首先，为了增强教学内容的呈现效果，教师需要在课前制作或委托专人制作与本节课地点相关的三维地图模型，准备VR眼镜和可穿戴设备，让学生以第一视角的身份身临教学情境，提供具身化、可交互的3D 学习场景，使其沉浸于接近真实的生活情境中。借助学习分析技术，根据已有数据资料，分析学生的知识基础与差异，灵活选择技术设备、教学工具，建构教学支持系统。其次，教师应利用相关软件进行“学情分析”，对学习者的学习需求、学习者特征等进行研判，以设计最佳的教学互动方式。六年级的学生已有一定的英语语言基础，掌握了behind、next to 等介词，性格活泼好动，模仿能力强。因此，可利用虚拟现实技术为学生打造沉浸式的教学环境，让其在情境中进行地点的询问与回答，在拟真的环境中理解与内化相关知识。此外，为了增强教学活动的具身性、连贯性，教师要根据教学内容、教学资源精心设计导入、呈现、巩固等每一个教学环节的活动，及时作出评价与反馈。

2.课中

课中主要是沉浸式教学的实施与过程评价。在上课之前，教师要根据上述对学生的学情分析以及自身对学生的了解，根据学生对介词的掌握情况、学生的性格特点，将学生进行初步分层。之后根据分层结果，对不同层的学生安排不同的学习任务，确立相应的学习目标，进行针对性的学习训练，如，让没有掌握介词的同学多加练习。在教学过程中，要合理利用人工智能技术，如AI 语音助理，让其帮助师生完成一些简单的、对话性辅助工作。本课时教学活动的步骤具体如图5 所示。教学活动要将身体动作与教学情境贯穿于整个过程，利用技术优势创设虚实相生的教学情境，应用体感技术，通过3D 学习场景学习新单词、新句型以及进行地点的询问与回答，让师生能够在虚拟情境中进行对话与交互，加深学生对post office、supermarket、park、zoo、next、beside 等单词的理解，促使师生双方都沉浸于充满生活真实的场景中。在教学结束之后，教师可以协同专业人员，利用大数据、人工智能、学习分析等技术，根据学生在课堂每一环节表现的多模态数据，判断课堂教学中学生沉浸式体验的程度，并对学生的参与度与投入度，知识掌握情况进行评价，并将数据及时反馈给学生和家长，以便学生进行自我评价。

3.课后

在本节课结束之后，教师要根据上述数据或分析，对学生进行分层作业设计，以强化不同层次的学生对学习内容的理解与掌握。例如，对单词读音掌握不好的同学，可以让其课后多朗读、跟读或与同学进行对话； 对地点询问与回答的知识点理解不够的同学，可以让其用本课时所学的相关知识写出自己所在区域的公共设施的位置，巩固所学知识；对于本节课所学内容掌握较好的同学，可以让其利用相关软件，设计一张自己所在区域的公共场所图，在下节课用学过的知识向班级同学进行介绍。在本单元结束之后，教师可利用“问卷星”等对学习情况进行调查，并将采集的课堂教学记录、学生作业等相关数据综合起来，与学生进行互动和交流，分析本单元沉浸式教学的效果与不足。比如，用哪种技术才能更好地创设情境？ 创设的教学情境是否有利于学生知识的理解与建构？ 诸如此类的问题对教师分析教学效果具有引导性的作用，为完善今后沉浸式教学提供依据。

五、结语

在数智融合、数据驱动、万物皆联的时代，学习是智能的、体验的、在场的，教学也是交互的、探究的、沉浸的。沉浸式教学将给学习者带来全新的学习体验，它不仅为学习者提供了更智能的学习环境，更优质的学习内容，促进了学习者的多维体验和深度学习； 还有助于提升学习者的创新性思维和创新能力，助力智能时代创新型人才的培养。因此，沉浸式教学是智能化教育教学变革的重要方向之一，也是提升学生学习质量和教学效果的重要途径。

本文以具身认知理论为基础，论述了沉浸式教学的内涵，探讨了其构成要素与本质特征，继而从沉浸式教学的教学目标、教学环境、教学活动、教学评价等方面，初步建构了其模型框架，并将体感技术、扩展现实、人工智能和学习分析等作为其主要的技术支撑。按照教学流程将其分为课前、课中、课后三个阶段，并根据其模型框架设计并展示了沉浸式教学的教学案例，以此为沉浸式教学今后在课堂教学的落地，提供一些理论参考与实践策略。

当然，本文的探讨是初步的，沉浸式教学尚有诸多问题亟待完善，比如，教师的技术应用程度与能力等。对沉浸式教学的本质特征、模型框架的认识，还有待深入研究和挖掘。沉浸式教学作为智能时代的新型教学形态，如何广泛应用于学校教育教学实践并适用于不同学段、学科的教学，还有待后续进一步地开展深入研究。