本文转自《现代教育科学》2019-11
从古至今，哲学家和教育者关注更多的是灵魂和心灵等内在的发展与提升。柏拉图认为教育是灵魂的转向，只有摆脱肉欲，才能真正得到灵魂的上升。在其后的很多西方哲学家也认为，灵魂和身体是相互分离的，这种身心分离的理论在笛卡尔时期达到了顶峰。笛卡尔从认识论上确证了心、物二元世界的存在。但“如果把一切归结为精神，世界被观念化，人就成为一个超然的意识主体；如果把一切归结为物质，人就成为了机器”。
20世纪50年代末，认知科学诞生初期从多学科视角探究人类的学习，关注人类思维的理解和知识的建构。随着信息加工理论的出现，把人脑看作计算机、信息处理器和问题解决者的隐喻开始广为流传，并被迅速运用到认知发展的研究上。传统认知科学认为，人的大脑是为各种心智活动构建算法和程序的。这种把人当做机器的传统认知科学存在着一些弊端，认为它只能接受简单的指令算法。但人作为一种具有复杂脑结构的高级生物，在复杂的社会情境中会出现各种情况，这些是传统认知观点所无法预测的。
随着智能化时代的到来，人们更加关注学习的具身性、情境性和生成性，形成了第二次认知革命。MR技术、体感技术和社会学研究方面都证实了身体在学习过程中发挥的巨大作用，同时新智能技术的出现也为学习者提供了技术支持。2019年《地平线报告》（高等教育版）中提到移动学习设备和头戴式显示器可增加学习者的临场体验。而混合现实技术是最近两三年发展起来的，它通过将线上和线下的融合，把数字技术和物理世界连接起来，创造了物理空间的模拟化环境，使学习者沉浸于学习环境中，通过身体体验形成了新的感知和理解。语言学家莱考夫从现象学的视角揭示了概念隐喻的具身性，也有学者从生物学角度探讨学习者身体运动参与带来的学习效果，智能化时代的技术要促进学习者的发展需要具身理论的支撑。
笔者通过对传统认知科学的困境进行分析，并梳理了具身认知理论支持下的认知科学在教育领域的应用情况，并从具身技术开发、生成性具身课程设计、交互式环境构建三个方面的教育转向展开论述，旨在为具身认知在传统认知科学向第二代认知科学发展中的应用提供参考。
01
离身——传统认知科学的身心二元困境
在传统认知科学看来，人类对外界信息的加工是建立在计算隐喻之上，认为心智是按照某种程序算法对符号进行操作计算。这种计算遵循着某种算法，用精确的语言写成的算法就形成了程序。传统认知理论主要关注的是人的信息加工过程，其特点具有两方面:
1、一是关注人的经验，认为在认知过程中，人运用过去的经验和策略来获得加工信息；
2、二是人对认知过程中的信息要进行整合分析。
Bad-deley认为工作记忆由一个中枢执行功能组成。在注意力集中、转移、分散中发挥作用。这个执行功能监控一个视觉略图薄（视觉和空间记忆）、一个语言环路（听觉记忆）和一个情境缓冲器。认知主要是心理的操作，即使可能会涉及到身体，但是这只是心理操作的一部分，跟身体联系不大。它的研究范式是建立在传统的计算机隐喻基础上，在计算机隐喻的认知过程中，人通过感官接收外界的信息，对它进行登记，保持在记忆当中，在大脑中进行信息加工和转换，当收到指令以后再输出。整个人如同计算机的软件和硬件一样相对独立，人的认知独立于身体和大脑，认知操作过程和身体操作过程之间是离散的，没有过多的联系，两者之间是一种随机的关系。这样任何物理系统只要加入一些算法结构，都可以拥有人的智能。
在传统认知科学中，主要存在着两种观点：那些早期致力于有效的老式人工智能GOFAI(Old－FashionedArtificialIntelligence)的人认为，认知本质上是基于规则的计算，而不是符号表示；而一些连接主义者认为它是计算在子符号或分布式中表示，不是或者说不完全基于规则。尽管两种观点存在差异，但都是一种传统认知主义身心分离的观点，认为心灵基本上是一个颅内的信息处理系统，它用操作符号表示，在认知本质上就是一个计算的过程。传统的认知心理学经过了从“加工即计算”到离身心智论”，但是其本质仍是身心分离的。人毕竟不是机器，人有身体的感觉和心灵的思考，在教学过程中也会面临着很多无法预测的教学事件，对环境的体验也是有许多不同，所带来的知识的生成也会存在差别，这种身心分离的思想随着教育信息化的发展面临着诸多困境。
第一，教学观念的离身性。传统的教育受原有观念影响，认为认知、记忆以及思维等方面的学习是独立于身体的，学习的主要目的是对这些心智能力的训练过程。“形式训练说”就是受这一思想影响而产生的。加涅的信息加工模式就是典型的这种学习模式。技术支持下的在线学习也面临着学习者缺乏身体的真实或模拟体验而产生的距离感和孤独感，这种教观念下的教学过程是一种偏重于大脑心智的提升为中心任务的训练过程，身体在这一过程中被放在了边缘位置，使学习的过程与身体缺失了联系。这种教学观念导致了学习者忽略了身体参与到构建知识结构和与外界建立联系的生成性作用，造成了教学观念的身心二元，这是传统认知科学理论教学观念所面临的一重困境。
第二，教学设计的预设性。传统的教学是以一个既定的教学目标而进行设计教学方案的一种教学预设。核心素养是培养全面发展的人，如果课堂中涉及到的每节课、每个教学片段、教学方法、教学组织形式等都是既定的、一成不变的。忽略对学生情感和体验来促进知识生成的影响，则很难培养学生的必备品格和关键能力。学生的发展才是教学预设的落脚点，如果只单纯设定目标，不在教学设计中激发学生对知识生成的体验，则很难达到良好的教学效果。随着技术在教学设计中的应用，如果只是作为传统教学的展示工具，而不是真正将技术融合于教学设计中与学生的身体体验建立联系来改变这种传统预设性的教学设计，这种教学设计的身心二元观点很难提高教学效果，无法达到生成性的课堂教学，这是传统认知科学理论教学设计所面临的二重困境。
第三，教学环境的封闭性。传统的课堂教学环境主要是采用讲授法，为了传授课本内容，教学环境处于一种封闭状态。随着现代技术进入课堂环境中，教学倡导以教师为主导，学生为主体的教学，但人们仍然是把现代技术作为一个工具来进行课堂教学，教学环境和学习者的体验之间没有产生动态交互的知识生成，这种教学环境的封闭性造成了学习者的学习缺乏情境性，无法真正参与到学习的知识建构中。人与社会环境割裂开来，很难培养学生的高阶思维，如果不改变这种教学环境，技术无法充分发挥作用，这种教学环境中存在的身心二元，很难实现以技术促教学的生成性智慧学习环境，这是传统认知科学理论教学环境所面临的三重困境。
传统认知科学所面临的困境，让越来越多的研究者意识到，人的头脑不能仅仅被理解成向计算机一样对信息进行加工处理，人的感觉器官和运动输出系统在复杂的情境中也发挥着重要的作用。研究在技术支持下学习者的感官和运动系统如何促进学习者思考和感知来达到深度学习有着十分重要的价值。
02
具身认知——第二代认知科学的研究探索
第二代认知科学(second generation cognitive science)这一提法最早是在认知语言学家莱考夫(G.Lakoff)和约翰森(M．Johnson)所著的《肉身中的哲学：具身心智及其对西方思想的挑战》一书中提到。具身认知(embodied cognition)也译为“涉身”认知，是指身体在人的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的方式形成的。具身认知的科学以“身心一体”的本体论、“模拟—复现”的认识论和“有机生成”的实践论，突破了传统认知科学所认为的“身心二分”关系，挑战了“表征计算”的认知加工模式，超越了“机械组织”的心智建构方式，彰显了身体在认知中的地位。皮亚杰和维果斯基的内化理论、莱考夫和约翰逊的隐喻投射理论表明了身体活动是如何向高级认知发展的。美国哲学家唐·伊德(Don Ihde)主要关注技术哲学和现象学，他从知觉体验的角度对人与技术的关系进行了深刻解读。通过对文献的梳理总结出目前主要从三方面的视角对具身认知进行了研究。
（一）现象学的视角：概念隐喻的具身性
最早从具身认知对概念理解进行研究的是语言学家莱考夫和约翰逊关于具身认知在思维中隐喻作用的研究。他们在对大量的隐喻现象研究分析后认为：隐喻不仅是一种语言修辞的手段，而是反映了人类的认知特征。人的抽象概念，如感知经验和具体概念的发展通过加工隐喻化的描述和身体有着密切关联，基于此他们提出了概念隐喻理论，确立了身体经验在概念理解中的重要地位。概念的隐喻性突出显示了理性概念范畴与身体感觉经验的密切联系，如抽象的“冷淡、热情”之类的概念最初是来自对“冷”“热”的感知经验。
最近的社会认知实验表明，身体温暖和社会归属感之间存在着相关性。研究者通过两项实验的结果支持了这样一种假设:即身体上的温暖是一种象征性的暗示，标志着亲密关系来源的接近。在实验中，参与者认为一个温暖的物体在物理上比一个寒冷的物体更近。在另一组实验中，被温暖刺激的参与者表现出更高水平的自我报告的社会关系动机。在这两项研究中，依恋风格的个体差异对影响均有调节作用；启动效应在依恋回避程度低和依恋焦虑程度高的人群中显著。这些发现揭示了感知、身体体验和社会认知之间的深层联系。
以上的研究从社会现象学的视角来探讨表明了人的身体体验对学习者概念的理解和社会认知有较大影响，人不是被动地感受来自外界的刺激，而是身体的感知经验和外界刺激产生交互，从而促进概念的理解。因此，身体所带来的经验对于儿童学习的重要意义，只有从经验中生长出的知识才能真正被学习者所理解和吸收的，也有学者从生物学的视角证明感知运动的参与性促进学习者的学习。
(二)生物学的视角：感知运动的参与性
具身认知理论认为身体不是与学习活动无关的因素，而是作为学习的主体，在身体运动的参与过程中也在塑造者学习者的思维、感知、记忆等心智活动。
一些研究着发现，身体活动在学习者学习过程中所占有的重要作用。Chris Shilling以约翰·杜威的著作为基础，提出了一种身体教育学的方法，他赞同身体经验的优先性，但也承认思维的独特属性和能力，以及在这些过程中的具身性。认知理论以前强调人类处理信息的模块性，即独立的模块处理信息不受其他类型信息的影响。然而，最新的理论研究表明，认知与运动和感觉过程的联系比模块理论所认为的要紧密得多。
具身认知理论所强调的感知运动(Sensorimotor)并不是说身体要完全沉浸式地参与到学习活动中，具身的形式可以是基于实体动作的，也可以是基于想象的。多尔·亚伯拉罕森研究团队的一位博士生为代数学困生设计的“巨人的步伐”代数游戏，便是通过鼠标或触屏，调用内在认知资源来参与学习的具身形式。Alfonso通过以镜像神经元作为行为理解的理论分析和核心电生理学的研究发现，镜像神经元理论是具身认知理论中最有影响力的例子之一。他们分析了镜像神经元是通过将观察到的动作的视觉表象映射到运动表象来辅助动作理解的说法，试图阐明这些神经元所携带的表象在何种意义上可以被称为运动。
通过这些研究所得出的结果可以看出，儿童通过感知运动促进了概念的理解，这种运动可以是自己身体的运动，也可以是模拟的或观察他人或物体的运动，当我们把这种运动和感觉参与具身时，这种概念隐喻就会促进人的高阶思维能力，促进概念的理解。
（三）技术学的视角：人类体验的扩展性
具身认知理论重视身体的体验，而借助于技术能够“扩展”我们的身体感知经验，再对身体的经验进行加工和提炼，形成认知理解。伊德认为，人与技术的具身关系是一种特殊的使用情境(Context)，在这种使用情境中，个体以一种特殊的方式将技术和自身经验融合为一体，个体借助技术来感知，然后由此转化为个体的知觉和身体的感觉。伊德将这种关系表述为（人类—技术）→世界。实现这种人与技术及其世界之间共生关系的基础是技术所具备的知觉透明性，意思是说技术就好像融入自身知觉的身体经验中，如“（我—眼镜）→世界”的关系中，眼镜成了个体对周围环境的日常体验的一部分，眼镜的“抽身而去”，使得视觉变得技术具身了。
Ruiter等人设计了一项跟任务相关的全身运动对一年级学生学习两位数的影响的项目。研究设计步长(小、中、大)表示不同大小的数字单位（1，5，10）。研究发现，在全身运动与任务相关的条件下，学生在学习两位数方面的表现优于非运动条件下（运动与任务无关）的学生。研究也显示了部分身体运动对学习的有益影响，比如学生的手势、手指追踪，手指计数或手臂运动等，让学生有机会观察或影响他人或物体的运动，虽然不是自己做这些运动，也可以提高理解。研究结果表明，在适当的程度下，镜像或模拟机制的参与也会影响学生的认知。
随着体感技术、虚拟现实技术的出现，技术支持的具身认知扩展了人类身体的体验性，技术具身和学习者身体经验的融合将会更加紧密，这种融合产生的交互式经验能够动态生成一种全新的概念理解和学习者自身的意义建构，这带来了技术支持下的认知科学的必然转向。
03
具身学习——技术支持下认知科学的必然转向
具身化、情境性和生成的思想在认知科学学习领域中已经有了广泛的融合，随着技术的推进具身学习势在必行。在具身认知理论中，认知不是一个先验的逻辑能力，而是一个连续进化的发展的情境性过程；身体在认知中之所以是核心的，是因为身体活动本身体现了推动认知发展的生存意向性。在人类学习的过程中，身体状态对认知过程产生影响，运动通道决定认知内容，这两种认知同时又受环境的影响，这样身体在认知过程中就具有具身性，运动通道下认知内容就具有生成性，而这一认知生成必须和环境产生交互，这样就具有情境性。因此身体、认知和环境就形成了一个动态的耦合循环系统(如图1所示)
具身认知的动态耦合循环系统
这个具身认知的动态耦合循环系统形成了一个互利共生的学习结构，随着新技术的出现，如何将其运用于新的认知科学领域，从具身性、生成性和情境性这三个方面来构建新的学习环境就变得至关重要。
（一）具身性：人工智能支持的具身技术开发
在与社交互动机器人互动时积极的用户体验的出现，让身体在情感理解和认知方面变得至关重要。随着人工智能的出现，基于AR和VR的混合现实技术发展，一些手持设备和可穿戴设备让人们的身体有了更多的体验，传统认知科学的离身性将得到一定程度的颠覆。像微软Kinect这样的体感技术出现，通过加强信息处理、编码、表示和交流，身体动作可以促进学习者的心理活动。为教学设计者提供了基于手势或基于运动的学习，有了技术的支持，人的身体知觉能够得到“扩展”，良好的具身技术设计能够为学习带来临场感和沉浸感，也提供了以创新的方式促进学习的新方法。
基于具身理论的技术开发如果仅仅是作为工具来使用将难以发挥其价值，它虽然扩展了人类的身体知觉，但如果没有设计良好的具身课程，那么只能是增加学习者的认知负荷。只有具身技术和具身课程之间的密切结合，能真正达到一种生成性的课堂教学。
（二）生成性：课堂和技术结合的具身课程设计
传统认知理论是一种具有“离身”特征的二元认识论，这种认识论使得课堂学习环境深陷“离身”困境，从而引发对传统课堂学习环境预设性维度的认识。宋岭等尝试改造故事的核心要素为具身化课程的核心特征构建结构框架，为进一步的课堂教学提供思路。张良提出应从知识与身体、知识与情境、知识与行动三个维度来构建课堂中的具身课程知识观。目前具身教育课程设计模式主要有三种类型：
主题本身包含有身体的内在性的活动
主题本身有利于社会基础的课堂教学
主题本身带有隐含的空间特质
第一种类型是课程本身包含了身体的运动和操作。这种课程主题就是一些身体的操作，如一些技能性的训练课程。我国目前的通用技术课程就属于这一类型模式范畴。
第二种类型是以社会科学课程为主。这种课程的内容是以社会为基础，有利于教师设计一些带有个体参与性质的课程主题。这类课程设计可以通过分析社会动态发展进行课程设计，比如说让学习者走出教室，到博物馆、科技展览馆等场所，历史发展进程进行收集和整理，及在学校教育中通过设计开放的课题来开展相关的社会调查研究课程。如在人文课程中可以设置进入博物馆等进行课题调研，近几年兴起的研学旅行也是这类课程的体现。
第三种类型是那些基于空间主题概念的学科。如数学和物理学科，这些学科在课程学习中，可以利用智能化技术来促进教学，学习者通过自身身体的体验和虚拟身体的场景叠加，来达到掌握概念和定律的目的。
这对教学设计者提出了挑战，如何设计课程能够达到具身认知的效果，以及如何让学习者能够从中获得认知的飞跃，以及怎样才能促进身体、认知和环境达到一种生态的平衡状态，是教学设计者所要考虑的问题。不仅要求教学设计者具有身心融合的教学观念，创建出系统有机、动态生成的课程教学设计，同时也要建构具身交互的生态课堂学习环境。
（三）情境性：身心一体的具身交互环境构建
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、身体嵌入环境的多种内嵌性的学习环境。随着“互联网 ”的发展，各种新兴技术，如触控技术、可视化技术、虚拟现实技术等相继融入教学过程中，为创造学生的学习环境提供了新的改革契机，增强了学生学习体验的机会，增加了学生真实的在场体验感。通过对文献的整理和分析，目前国内外主要的研究可以分为三种类型的具身学习环境构建：实体学习环境、在线学习环境和混合现实学习环境。
1.体验性：物理学习环境。物理学习环境在促进STEM教学的教学干预和研究中占有相当大的份额。在这些学习环境中，学生的身体体验是学习活动的重要组成部分，因此也是学习的重要组成部分。Duijzer综述了实体学习环境中，运动支持背景下学生在建模中对图形理解的变化。通过对身体参与程度（自身和他人、体的运动）和即时性（直接和非直接）并行的方式，归纳出四类具身化学习环境。
第一类是直接的自身运动
第二类是直接的他人、物体的运动
第三类是非直接的自身运动
第四类是非直接的他人、物体的运动
在每一类具体的学习环境中，中介因素的不同组合被识别出来。这样具身认知环境中存在八个中介因素：真实的环境、多模态、运动与图形的关系、多重表征、符号学、学生控制、注意力捕捉、认知冲突。
每一类具体的学习环境都具有特定的具体配置，并且中介因素可以形成不同的组合。从基于探究的知识学习和教学研究，归纳出CLIA－model（能力、学习、干预、评估）作为学习环境的设计框架，旨在引发出增强的学习过程，促进知识的产出和思维能力的培养。在这种物理学习环境下，学习者可以在真实的环境中、在具身认知的实体环境构建要注重学习者的体验性，大脑、身体和环境作为一个交互的动力系统，通过设计加强身体体验性的环境让“感觉—思维—行动”形成一种顺序的加工循环的动力系统。
2.参与性：在线学习环境。从具身认知的视角审视在线学习环境。第二代认知科学需重构网络学习空间的框架结构，创建具身型网络学习空间，构建“认知—身体—空间”一体化的学习参与模式，以促进网络学习空间与教育教学的深度融合。杨玉宝给出了具身型网络学习空间框架，并应用在广州市属高校学习空间平台《Photoshop数字图像处理》课程教学中。国外在线学习环境中使用嵌入式具身代理的兴趣越来越大。Mahmood为在线学习环境中开发和评估具身代理提供一个框架。这个框架对课件和嵌入式代理开发的实践者和研究人员非常有用，为嵌入式代理在电子学习环境中的设计和实现提供了指导。但是在这种嵌入式代理的设计需求中，教师和学生之间出现的二分法关系，这种关系体现了主体所能承受的自主程度。
研究结果表明：教育者倾向于高度控制的具有有限自主权的具身代理；而学生则希望能够有更加自主的、高度个性化的具身代理，可以作为他们与教师之间的非正式接口。具身认知的在线学习环境要注重于为学习者提供帮助，减少学习者的孤独感和距离感，让学习者更具有具身参与性。
3.整合性：混合现实学习环境。随着教育智能化发展，混合现实技术的出现，可以将来自真实世界和虚拟世界的各种对象整合到一个学习进程中，同时支持具身交互的功能，这就可以被称为“具身型混合现实学习环境”(Embodied Mixed Reality Learning Environment，简称EMRLE)。具身型混合现实学习环境是一个媒体融合型的交互式学习环境。
国外在混合现实学习环境研究中比较著名的是美国政府与国家科学基金会等机构资助的多媒体艺术学习实验室SMALLab。SMALLab是一个混合现实的环境，它为协作学习参与者提供了面对面的交互的中介空间。在他们的设计实验中，开发了一个新的SMALLab学习场景和一个协作学生参与框架，为72名学习地球科学科目的高中学生进行为期3天的干预。通过分析干预期间和常规课堂教学中学生和教师的课堂交流，发现SMALLab中学生驱动的交流数量显著增加，采取干预下的学生取得了显著的成就。他们预测混合现实可以对协作学习产生积极的影响，并为传播推广到主流K—12环境中做好了准备。
混合现实学习环境设计要具备三个要求：
1、一是在以计算为中介的空间内，应培养协同参与者之间的直接面对面互动；
2、二是思想和行动应该通过实时展开的主动生成过程分布在多个参与者之间；
3、三是紧急概念模型的即时（空间和时间）巩固应遵循主动学习过程；
这给我国构建整合性的混合现实学习环境带来了可供借鉴的项目实例。
04
结语
具身认知指导下的认知科学的第二次革命给教育带来了新的契机，传统认知科学要从封闭预设的环境中走向智慧教学，必须从身心二元（离身）到身心一体化（具身）的转向。教育所面临的挑战是如何设计用于学习的具身技术，具身技术如何能使学习者在复杂的学习环境任务中得以解决实际问题获得高阶认知。当前我国对于具身认知理论下的第二代认知科学理论还比较散乱，缺乏系统性，所建构的课程教学和学习环境中比较成熟应用的实践还不是很多，技术具身的落地发展还处在方兴未艾的试验阶段。
综合来看，随着5G时代的到来，混合现实技术等在教育中的应用，教育在智能技术的支持下，应更注重人的具身性、生成性和情境性。
第一，加快人工智能支持的具身技术开发；
第二，促进课堂与技术融合的具身课程设计；
第三，构建身心一体的具身交互环境，打造一个互利共生的生态循环动力系统，让认知科学真正从离身转向具身。
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