具身教育的理论框架及其应用
2023-06-04王锃张红李仟琪岳晓东
王锃 张红 李仟琪 岳晓东
摘 要：具身教育是研究在具身认知理論下，考察感觉、知觉、运动等身体经验和环境等，对于教育教学的影响及其规律的一门科学。具身认知理论最前沿的研究成果已经开始应用于语言、数学、物理、音乐、体育、思想教育等的教育教学，以及学前教育、基础教育、高等教育等各个领域。其重要的发现是，概念形成源于感知觉经验，感知觉、运动、身体体验、情境等能够影响和促进学习活动。具身教育基于认知规律探索教育的本质，将改变我们对于学习的本质的认识，在教与学领域产生一场深刻变革。本研究主要叙述具身教育在语言、数学、德育、具身学习等的研究进展与应用。
关键词：具身教育；具身学习；具身认知；教育神经科学
中图分类号：G441 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2023）12-0038-05
一、具身教育的内涵
具身教育是一个新兴的研究领域。具身教育是研究在具身认知理论下，考察感觉、知觉、运动等身体经验和环境等，对于教育教学的影响及其规律的一门科学。
（一）具身认知理论的研究进展
具身认知理论是认知科学领域的研究前沿，被称为第二代认知科学。具身认知理论诞生于20世纪90年代末，其影响正在波及包括教育科学领域在内的各个学科领域。1995年以来，具身认知理论正式创立。多篇标志性研究推动其成为新兴的研究热点。1996年，镜像神经元系统的发现，为具身认知理论提供了生理学证据，也为高级认知源于感觉运动系统提供了生理学依据。
具身认知理论主张，身体是思维和认知的重要基础，感知觉（温度知觉、空间知觉、触觉等）、动作经验等在人类认知中起着不可替代的核心作用（Gibbs，2006；Barsalou，2008）。此概念形成根植于普遍的躯体经验，包括感知觉（温度知觉、空间知觉、触觉等）、动作经验等（Gibbs， 2006）。因此，身体的感觉、知觉、运动经验，在我们的概念系统形成过程中占据着不可替代的中心地位。
1999年以来，具身认知理论得到了一系列实证研究的支持。研究发现，温度知觉、空间知觉、触觉、重量知觉等感知觉经验和运动等，在微妙地影响着人的情绪、态度、决策、思维、记忆以及道德等高级认知活动（Williams ＆Bargh，2008; Zhong ＆Liljenquist， 2006; Jostmann et al，2009）。张积家等（2013）论述了马克思、恩格斯的具身认知思想及其价值。这些正在改变我们对教育科学的本质的认识，也为具身教育学的出现奠定了基础。
（二）具身教育的研究进展
当前，具身认知的研究出现了由实证转向应用的趋势。2010年以来，教育的具身认知观出现（叶浩生，2015；王锃，张盼，岳晓东，2022），具身认知理论的影响已经波及了教育科学的各个领域。具身认知理论最前沿的研究成果已经开始应用于语言、数学、物理、音乐、体育、思想教育等的教育教学，以及学前教育、基础教育、高等教育等各个领域。其重要的发现是，概念形成源于感知觉经验，感知觉、运动、身体体验、情境等能够影响和促进学习活动。
（三）具身教育的学术价值和应用价值
在学术价值方面，探索具身教育的规律、机制和原理等理论问题，初步构建具身教育的理论框架，有助于进一步深化对教育本质和学习本质的认识。
在应用价值方面，具身教育变革了离身教育方式方法中灌输式、填鸭式、说教式的弊端，基于个体、群体的心智发展规律和认知规律，探索教育和学习的本质及规律，有重要的实践价值和应用价值。
（四）具身教育的应用前景
具身教育将有可能引发教育科学领域的一场变革，改变大众对教与学的本质的认识，对教师的教学方式、学生的学习方式、课堂的组织形式、家长的家庭教育观念等带来变化和积极地影响。
二、具身语言教育的研究与应用
概念分为两种，具体概念和抽象概念。具体概念是具有感觉、知觉、动作等属性的，即具有视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、方位空间知觉、运动、动作等属性。而抽象概念是不具有感觉、知觉、动作等属性的。知觉符号系统理论解释了人类是如何理解和获得概念的。知觉符号系统理论主张，概念是基于感觉运动系统的经验而建立起来的。
（一）人类对于具体概念的认知方式
行为实验研究和认知神经科学的实验研究均发现，大脑皮层的感觉运动系统参与了具体概念的认知。人类对于具体概念的认知，是通过具体的感觉、知觉、动作经验的心理模拟来获得理解的。
行为实验的研究表明，以视觉的形式给参与实验的志愿者呈现动词词语，当动词与志愿者做出的动作一致时，志愿者做出正确反应的时间更短。这种心理现象被称之为动作执行与动词的一致性效应。除了词语之外，研究者也发现了动作执行与句子的一致性效应。
同样，认知神经科学的实验研究发现，概念表征的认知过程中，有大脑皮层当中的感觉运动脑区的参与。认知神经科学的研究表明，在理解动作有关的词语和句子时，大脑皮层中与相应的动作相关的感觉运动皮层会激活。当理解“抓握”这一概念时，就激活了大脑皮层中与手部运动相关的感觉运动脑区。当理解“踢”这一概念时，大脑皮层中负责腿部运动的感觉运动脑区就会激活。这一现象称为语义理解的具身效应。
Hauk等（2004）采用大脑功能性磁共振成像技术，考察被试者在理解手部和脚部动词时，大脑皮层的功能性神经活动，并与实际的手部、脚部动作时的大脑皮层活动进行了对比，实验证实了理解手部和脚部语义过程中的大脑皮层的神经活动，与感觉运动脑区的重合性。Tettamanti（2005）的功能性磁共振脑成像研究，也发现了在理解口部、手部和脚部动作的语句时，大脑皮层中感觉运动脑区的特异性激活。这表明，大脑皮层中的感觉运动脑区参与了语义理解的过程。
Eskenazi等（2009）以大脑中央前回、中央后回损伤的脑损伤病人的实验研究也发现，脑损伤病人出现了动作模拟的困难。其中，大脑皮层中手部运动脑区损伤的病人，在模拟手部动作时变得更加迟缓。大脑皮层中脚部运动脑区损伤的病人，在模拟脚部动作时，变得更加迟缓。
这些研究表明，大脑皮层中的感觉运动脑区，参与了语义理解的认知过程，而心理模拟是概念或语义理解的方式。
（二）人类对于抽象概念的认知方式
与具体的概念不同，抽象概念无法直接通过具体的感觉、知觉、动作经验来获得理解。Barsalou（2003）指出，人类在长期的感觉运动经验的基础上，通过隐喻、动作模拟等形式，实现对抽象概念的认知和理解。
研究发现，手势和语言系统存在相互作用和关联。婴儿在向成人表达自己的需要时，经常会使用手势。幼儿在学习语言时，以及人们在学习一门外语时也经常会使用手势，以此帮助自己更好地理解或者表达。
为什么手势会与语言有这样天然的生理联系呢？一方面，手势和语言系统具有共享的认知神经机制的生理基础。另一方面，在语言的起源上，包括手势在内的动作系统，参与了语言的产生。手和手臂，作为身体的一部分，所形成的身体经验，认知过程的方式和步骤，是基于身体的物理属性（叶浩生，2010）。
研究发现，手势能够促进语言的习得和听众对于演讲者语言的理解。Macedonia等（2011）研究发现，有意义的手势比无意义的手势能够更好的促进词汇的学习。对于听众而言，演讲者有意义的手势能够促进听众对于词汇的理解（Hupp ＆ Gingras，2016）。
鲁忠义教授等（2007）指出，语言根植于知觉和运动，语言理解，实质上是语言情境的心理模拟。这种模拟，是基于身体、情绪和社会经验的（鲁忠义等，2007）。
三、具身数学教育的研究与应用
数学认知是具身的，这种具身是基于感知和动作的，并且是植根于物理环境的。数学学习中，身体（包括手势、动作等）发挥着重要的作用。众多的实证证据表明，包括数学学习在内，具身认知是这些知识学习和理解过程中不可或缺的理解策略和学习策略。身体，包括手势和动作等，是理解和学习知识的重要工具。
早在20年前，认知科学家就开始关注教师的手势对于数学学习的影响。在一项影响深远的研究中，Goldin-Meadow等研究了教师在讲授数学方程中伴随的手势，对于学生数学学习的作用。教师被要求通过语言讲授解题策略，同时，做出与语言匹配或者不匹配的手势。研究发现，当教师的手势与讲授的信息匹配时，儿童对讲授的数学知识的理解更好。即在教学中，由于教师手势动作的加入，促进了沟通，数学概念的教学效果更好。
Alibali和Nathan（2012）研究分析了教师对学生在教学中解释数学思路和数学概念时的手势。研究发现，表征性手势体现了对行为和感知的心理模拟，指向性手势体现了认知在物理环境中的基础，隐喻性手势体现了基于身体的概念隐喻。
Cook等（2016）考察了手势在数学教学中的作用（Cook等，2016）。研究对象是65名平均年龄为9岁的儿童。该研究假设手势能够易化对学习材料的理解，能够促进儿童在解决数学方程式问题中的迁移。研究证实，有手势的教学组，儿童的学习情况好于无手势的教学组。
在Crollen和No l（2015）的研究中，5到9岁的儿童参加一位数和两位数的数数任务和加法。在完成以上任务的过程中，参加实验的儿童分为三组，其中一组被限制手部动作，一组被限制腿部动作，另外一组不受动作限制。实验结果发现，限制手部动作的儿童，比被限制腿部动作的儿童，完成数学任务的效果受到更多影响。这表明，在我们的手指和数学运算之间有一种连接，数学运算与手指有关。
在认知神经科学的脑成像实验中，Tschentscher（2012）给被试者视觉形式呈现1到9的数字，功能性脑成像设备捕捉到了被试利手的对侧大脑皮層中运动皮层脑区的血流动力学活动。即大脑运动皮层参与了数学认知，证实了数学知识的具身性。人们在数学学习过程中运用手指，并且将数学认知运算与计数时的手指运动联系起来。
四、具身德育的研究与应用
具身道德的主要观点是，道德的形成与发展是根植于身体及其环境的。身体的解剖学结构、知觉经验、身体与环境的嵌入，对道德心理与行为起着决定性作用。也就是说，身体、知觉经验、以及身体与环境的互动，塑造了道德。研究发现，身体的感知觉经验、运动经验或身体状态的模拟或体验，会对个体的认知、社会知觉、态度和情绪等发生作用。
梅洛·庞蒂指出，道德是发端于身体之中的。Looy（2004）认为，道德是具身性的。Wilson（2009）主张，道德与身体具有重要关联。在具身认知的思潮下，国内外学者开展了一系列道德具身性的理论研究和实证研究。阎书昌（2011）对具身道德进行了综述，指出“身体经验同道德认知与判断等心理过程相互嵌入和相互影响”。王锃和鲁忠义（2013）通过实验研究，发现在中国文化下，道德是上，不道德是下，并且率先发现和报告了道德概念空间隐喻的“认知偏移效应”。2016年，“具身德育”一词由孟万金教授和官群教授提出，并成为相关领域的研究热点。
具身德育是基于具身认知的道德教育。认知是基于身体及其活动方式塑造出来的，身体的生理学结构、活动方式、以及身体的感觉和运动体验，影响和决定了我们如何认识和看待世界。Bobro（1999）认为具身化是创造道德秩序的条件。这为具身德育在学生思想政治教育中的应用，提供了重要的启示，并为提高学生思想政治教育工作的针对性、时效性、吸引力和感染力带来重要的启示，王锃、石乐、李同法（2018）介绍了具身德育在学校思想道德教育中的应用。
五、具身学习的研究与应用
Anderson（2003）指出身体及环境在认知过程中的重要作用。Shapiro（2019）指出，在认知过程中，身体起着枢轴作用。Sian Beilock（2016）指出，身体可以影响认知、思维、记忆力、创造力、情绪和决策。
实证研究表明，学习是根植于身体的。即便是抽象概念的学习，也是基于身体经验的，高级复杂的认知活动和学习也是具身性的。剑桥大学出版社于2014年出版的《剑桥学习科学手册（第二版）》，通过“具身和具身教育设计”“有形的、全身的学习接口”等两个章节，介绍了具身教育设计的原则、策略和案例。具身学习为学习者提供了更多体验式、沉浸式、参与式的学习经历和学习体验，主张以开放性的学习环境，沉浸式的学习体验，互动式的学习过程，来达成学习目标。
具身教育，正在成为世界各国基础教育课堂变革的新的突破口。越来越多的研究机构和学校，正在积极探索通过具身教育设计，重塑新的课堂形态。国内外有多个具身认知实验室开展具身教育的应用研究与实践探索。
美国亚利桑那州立大学的SMAL Lab（Situated Multimedia Arts Learning Lab）研究团队（2015）建立了多媒体情境学习实验室，创建了融合了视觉、听觉和动觉能实时交互的具身学习平台，提供高沉浸性、高体验性的人机互动，以提升学生的学习效果。威斯康星大学麦迪逊分校的Berland等（2015）开展了“具身化”的学习项目。iGeneration项目的研究集中于智能终端设备交互的教育应用，帮助学生实现多感官通道的学习体验。加州大学伯克利分校的Abrahamson教授，创立了具身设计研究实验室（Embodied Design Research Laboratory），开展了中小学数学的具身教育实验。
在中国，重庆大学刘礼教授的实验室开展了基于生理特征感知的具身学习认知负荷智能测评研究。中国教育科学研究院孟万金教授开展了中小学具身德育的区域性推广实验研究。河北医科大学王锃副研究员开展了具身教育、具身德育和具身學习在基础教育领域的研究与实践推广。
六、总结
具身教育基于认知科学规律、心智发展规律和人类的身心发展规律，探索教育的本质，摒弃了离身教育的弊端，注重感知觉、运动系统对于心智发展的影响，遵循由具体经验到抽象概念的自下而上的知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观的生成过程，将可能引发教育科学的一场变革，对教育科学产生深远的影响。然而，对于具身教育认知机制的认识尚有待加强，对于具身教育的应用也有待于进一步深化。
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