從“離身”到“具身”

張方方

[摘 要]傳統認知科學的身心二元觀點在面對人的復雜認知時產生了教學的離身困境，即教學觀念的離身性、教學設計的預設性、教學環境的封閉性三重困境。文章以國內外具身認知思想下的認知科學理論與實踐探索進行梳理，從現象學、生物學、技術學三個視角的研究實例中歸納出第二代認知科學的具身特征，進而提出教學應從體驗性具身技術開發、生成性具身課程設計、交互式環境構建三個維度促進認知科學的具身轉向。

[關鍵詞]離身認知;具身認知;認知科學

[中圖分類號]G420 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-5843（2019）11-0024-07

[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2019.11.005

從古至今，哲學家和教育者關注更多的是靈魂和心靈等內在的發展與提升。柏拉圖認為教育是靈魂的轉向，只有擺脫肉欲，才能真正得到靈魂的上升。在其后的很多西方哲學家也認為，靈魂和身體是相互分離的，這種身心分離的理論在笛卡爾時期達到了頂峰。笛卡爾從認識論上確證了心、物二元世界的存在[1]。但“如果把一切歸結為精神，世界被觀念化，人就成為一個超然的意識主體;如果把一切歸結為物質，人就成為了機器”[2]。

20世紀50年代末，認知科學誕生初期從多學科視角探究人類的學習，關注人類思維的理解和知識的建構。隨著信息加工理論的出現，把人腦看作計算機、信息處理器和問題解決者的隱喻開始廣為流傳，并被迅速運用到認知發展的研究上[3]。傳統認知科學認為，人的大腦是為各種心智活動構建算法和程序的[4]。這種把人當做機器的傳統認知科學存在著一些弊端，認為它只能接受簡單的指令算法。但人作為一種具有復雜腦結構的高級生物，在復雜的社會情境中會出現各種情況，這些是傳統認知觀點所無法預測的。隨著智能化時代的到來，人們更加關注學習的具身性、情境性和生成性，形成了第二次認知革命。MR技術、體感技術和社會學研究方面都證實了身體在學習過程中發揮的巨大作用，同時新智能技術的出現也為學習者提供了技術支持。2019年《地平線報告》（高等教育版）中提到移動學習設備和頭戴式顯示器可增加學習者的臨場體驗。而混合現實技術是最近兩三年發展起來的，它通過將線上和線下的融合，把數字技術和物理世界連接起來，創造了物理空間的模擬化環境，使學習者沉浸于學習環境中，通過身體體驗形成了新的感知和理解。語言學家萊考夫從現象學的視角揭示了概念隱喻的具身性，也有學者從生物學的角度探討學習者身體運動參與帶來的學習效果，智能化時代的技術要促進學習者的發展需要具身理論的支撐。筆者通過對傳統認知科學的困境進行分析，并梳理了具身認知理論支持下的認知科學在教育領域的應用情況，并從具身技術開發、生成性具身課程設計、交互式環境構建三個方面的教育轉向展開論述，旨在為具身認知在傳統認知科學向第二代認知科學發展中的應用提供參考。

一、離身——傳統認知科學的身心二元困境

在傳統認知科學看來，人類對外界信息的加工是建立在計算隱喻之上，認為心智是按照某種程序算法對符號進行操作計算。這種計算遵循著某種算法，用精確的語言寫成的算法就形成了程序。傳統認知理論主要關注的是人的信息加工過程，其特點具有兩方面：一是關注人的經驗，認為在認知過程中，人運用過去的經驗和策略來獲得加工信息;二是人對認知過程中的信息要進行整合分析[5]。Baddeley認為工作記憶由一個中樞執行功能組成。在注意力集中、轉移、分散中發揮作用。這個執行功能監控一個視覺略圖薄（視覺和空間記憶）、一個語言環路（聽覺記憶）和一個情境緩沖器[6]。認知主要是心理的操作，即使可能會涉及到身體，但是這只是心理操作的一部分，跟身體聯系不大。它的研究范式是建立在傳統的計算機隱喻基礎上，在計算機隱喻的認知過程中，人通過感官接收外界的信息，對它進行登記，保持在記憶當中，在大腦中進行信息加工和轉換，當收到指令以后再輸出。整個人如同計算機的軟件和硬件一樣相對獨立，人的認知獨立于身體和大腦，認知操作過程和身體操作過程之間是離散的，沒有過多的聯系，兩者之間是一種隨機的關系。這樣任何物理系統只要加入一些算法結構，都可以擁有人的智能。

在傳統認知科學中，主要存在著兩種觀點[8]：那些早期致力于有效的老式人工智能GOFAI （Good Old-Fashioned Artificial Intelligence）的人認為，認知本質上是基于規則的計算，而不是符號表示;而一些連接主義者認為它是計算在子符號或分布式中表示，不是或者說不完全基于規則。盡管兩種觀點存在差異，但都是一種傳統認知主義身心分離的觀點，認為心靈基本上是一個顱內的信息處理系統，它用操作符號表示，在認知本質上就是一個計算的過程。傳統的認知心理學經過了從“加工即計算”到“離身心智論”[9]，但是其本質仍是身心分離的。人畢竟不是機器，人有身體的感覺和心靈的思考，在教學過程中也會面臨著很多無法預測的教學事件，對環境的體驗也是有許多不同，所帶來的知識的生成也會存在差別，這種身心分離的思想隨著教育信息化的發展面臨著諸多困境。

第一，教學觀念的離身性。傳統的教育受原有觀念影響，認為認知、記憶以及思維等方面的學習是獨立于身體的，學習的主要目的是對這些心智能力的訓練過程。“形式訓練說”就是受這一思想影響而產生的。加涅的信息加工模式就是典型的這種學習模式。技術支持下的在線學習也面臨著學習者缺乏身體的真實或模擬體驗而產生的距離感和孤獨感，這種教學觀念下的教學過程是一種偏重于大腦心智的提升為中心任務的訓練過程，身體在這一過程中被放在了邊緣位置，使學習的過程與身體缺失了聯系。這種教學觀念導致了學習者忽略了身體參與到構建知識結構和與外界建立聯系的生成性作用，造成了教學觀念的身心二元，這是傳統認知科學理論教學觀念所面臨的一重困境。

第二，教學設計的預設性。傳統的教學是以一個既定的教學目標而進行設計教學方案的一種教學預設。核心素養是培養全面發展的人，如果課堂中涉及到的每節課、每個教學片段、教學方法、教學組織形式等都是既定的、一成不變的。忽略對學生情感和體驗來促進知識生成的影響，則很難培養學生的必備品格和關鍵能力。學生的發展才是教學預設的落腳點;如果只單純設定目標，不在教學設計中激發學生對知識生成的體驗，則很難達到良好的教學效果。隨著技術在教學設計中的應用，如果只是作為傳統教學的展示工具，而不是真正將技術融合于教學設計中與學生的身體體驗建立聯系來改變這種傳統預設性的教學設計，這種教學設計的身心二元觀點很難提高教學效果，無法達到生成性的課堂教學，這是傳統認知科學理論教學設計所面臨的二重困境。

第三，教學環境的封閉性。傳統的課堂教學環境主要是采用講授法，為了傳授課本內容，教學環境處于一種封閉狀態。隨著現代技術進入課堂環境中，教學倡導以教師為主導，學生為主體的教學，但人們仍然是把現代技術作為一個工具來進行課堂教學，教學環境和學習者的體驗之間沒有產生動態交互的知識生成，這種教學環境的封閉性造成了學習者的學習缺乏情境性，無法真正參與到學習的知識建構中。人與社會環境割裂開來，很難培養學生的高階思維，如果不改變這種教學環境，技術無法充分發揮作用，這種教學環境中存在的身心二元，很難實現以技術促教學的生成性智慧學習環境，這是傳統認知科學理論教學環境所面臨的三重困境。

傳統認知科學所面臨的困境，讓越來越多的研究者意識到，人的頭腦不能僅僅被理解成向計算機一樣對信息進行加工處理，人的感覺器官和運動輸出系統在復雜的情境中也發揮著重要的作用。研究在技術支持下學習者的感官和運動系統如何促進學習者思考和感知來達到深度學習有著十分重要的價值。

二、具身認知——第二代認知科學的研究探索

第二代認知科學（second generation cognitive science）[10]這一提法最早是在認知語言學家萊考夫（G.Lakoff）和約翰森（M.Johnson）所著的《肉身中的哲學：具身心智及其對西方思想的挑戰》一書中提到。具身認知（embodied cognition）也譯為“涉身”認知，是指身體在人的認知過程中發揮著關鍵作用，認知是通過身體的體驗及其活動的方式形成的[11]。具身認知的科學以“身心一體”的本體論、“模擬—復現”的認識論和“有機生成”的實踐論，突破了傳統認知科學所認為的“身心二分”關系，挑戰了“表征計算”的認知加工模式，超越了“機械組織”的心智建構方式，彰顯了身體在認知中的地位[12]。皮亞杰和維果斯基的內化理論、萊考夫和約翰遜的隱喻投射理論表明了身體活動是如何向高級認知發展的[13]。美國哲學家唐·伊德（Don Ihde）主要關注技術哲學和現象學[14]，他從知覺體驗的角度對人與技術的關系進行了深刻解讀。通過對文獻的梳理總結出目前主要從三方面的視角對具身認知進行了研究。

（一）現象學的視角：概念隱喻的具身性

最早從具身認知對概念理解進行研究的是語言學家萊考夫和約翰遜關于具身認知在思維中隱喻作用的研究。他們在對大量的隱喻現象研究分析后認為：隱喻不僅是一種語言修辭的手段，而是反映了人類的認知特征。人的抽象概念，如感知經驗和具體概念的發展通過加工隱喻化的描述和身體有著密切關聯，基于此他們提出了概念隱喻理論，確立了身體經驗在概念理解中的重要地位[15]。概念的隱喻性突出顯示了理性概念范疇與身體感覺經驗的密切聯系，如抽象的“冷淡、熱情”之類的概念最初是來自對“冷”“熱”的感知經驗[16]。最近的社會認知實驗表明，身體溫暖和社會歸屬感之間存在著相關性。研究者通過兩項實驗的結果支持了這樣一種假設：即身體上的溫暖是一種象征性的暗示，標志著親密關系來源的接近。在實驗中，參與者認為一個溫暖的物體在物理上比一個寒冷的物體更近。在另一組實驗中，被溫暖刺激的參與者表現出更高水平的自我報告的社會關系動機。在這兩項研究中，依戀風格的個體差異對影響均有調節作用;啟動效應在依戀回避程度低和依戀焦慮程度高的人群中顯著[17]。這些發現揭示了感知、身體體驗和社會認知之間的深層聯系。

以上的研究從社會現象學的視角來探討表明了人的身體體驗對學習者概念的理解和社會認知有較大影響，人不是被動的感受來自外界的刺激，而是身體的感知經驗和外界刺激產生交互，從而促進概念的理解。因此，身體所帶來的經驗對于兒童學習的重要意義，只有從經驗中生長出的知識才能真正被學習者所理解和吸收的，也有學者從生物學的視角證明感知運動的參與性促進學習者的學習。

（二）生物學的視角：感知運動的參與性

具身認知理論認為身體不是與學習活動無關的因素，而是作為學習的主體，在身體運動的參與過程中也在塑造者學習者的思維、感知、記憶等心智活動。一些研究著發現，身體活動在學習者學習過程中所占有的重要作用。Chris Shilling以約翰·杜威的著作為基礎，提出了一種身體教育學的方法，他贊同身體經驗的優先性，但也承認思維的獨特屬性和能力，以及在這些過程中的具身性[18]。認知理論以前強調人類處理信息的模塊性，即獨立的模塊處理信息不受其他類型信息的影響。然而，最新的理論研究表明，認知與運動和感覺過程的聯系比模塊理論所認為的要緊密得多[19]。具身認知理論所強調的感知運動（Sensorimotor）并不是說身體要完全沉浸式地參與到學習活動中，具身的形式可以是基于實體動作的，也可以是基于想象的。多爾·亞伯拉罕森研究團隊的一位博士生為代數學困生設計的“巨人的步伐”代數游戲，便是通過鼠標或觸屏，調用內在認知資源來參與學習的具身形式[20]。Alfonso通過以鏡像神經元作為行為理解的理論分析和核心電生理學的研究發現，鏡像神經元理論是具身認知理論中最有影響力的例子之一[21]。他們分析了鏡像神經元是通過將觀察到的動作的視覺表象映射到運動表象來輔助動作理解的說法，試圖闡明這些神經元所攜帶的表象在何種意義上可以被稱為運動。

通過這些研究所得出的結果可以看出，兒童通過感知運動促進了概念的理解，這種運動可以是自己身體的運動，也可以是模擬的或觀察他人或物體的運動，當我們把這種運動和感覺參與具身時，這種概念隱喻就會促進人的高階思維能力，促進概念的理解。

（三）技術學的視角：人類體驗的擴展性

具身認知理論重視身體的體驗，而借助于技術能夠“擴展”我們的身體感知經驗，再對身體的經驗進行加工和提煉，形成認知理解。伊德認為，人與技術的具身關系是一種特殊的使用情境（Use-Context）[22]，在這種使用情境中，個體以一種特殊的方式將技術和自身經驗融合為一體，個體借助技術來感知，然后由此轉化為個體的知覺和身體的感覺。伊德將這種關系表述為（人類—技術）→世界[23]。實現這種人與技術及其世界之間共生關系的基礎是技術所具備的知覺透明性，意思是說技術就好像融入自身知覺的身體經驗中，如“（我—眼鏡）→世界”的關系中，眼鏡成了個體對周圍環境的日常體驗的一部分，眼鏡的“抽身而去”，使得視覺變得技術具身了[24]。Ruiter等人[25]設計了一項跟任務相關的全身運動對一年級學生學習兩位數的影響的項目。研究設計步長（小、中、大）表示不同大小的數字單位（1，5，10）。研究發現，在全身運動與任務相關的條件下，學生在學習兩位數方面的表現優于非運動條件下（運動與任務無關）的學生。研究也顯示了部分身體運動對學習的有益影響，比如學生的手勢、手指追蹤，手指計數或手臂運動等，讓學生有機會觀察或影響他人或物體的運動，雖然不是自己做這些運動，也可以提高理解。研究結果表明，在適當的程度下，鏡像或模擬機制的參與也會影響學生的認知。

隨著體感技術、虛擬現實技術的出現，技術支持的具身認知擴展了人類身體的體驗性，技術具身和學習者身體經驗的融合將會更加緊密，這種融合產生的交互式經驗能夠動態生成一種全新的概念理解和學習者自身的意義建構，這帶來了技術支持下的認知科學的必然轉向。

三、 具身學習——技術支持下認知科學的必然轉向

具身化、情境性和生成的思想在認知科學學習領域中已經有了廣泛的融合，隨著技術的推進具身學習勢在必行。在具身認知理論中，認知不是一個先驗的邏輯能力，而是一個連續進化的發展的情境性過程;身體在認知中之所以是核心的，是因為身體活動本身體現了推動認知發展的生存意向性[26]。在人類學習的過程中，身體狀態對認知過程產生影響，運動通道決定認知內容，這兩種認知同時又受環境的影響，這樣身體在認知過程中就具有具身性，運動通道下認知內容就具有生成性，而這一認知生成必須和環境產生交互，這樣就具有情境性。因此身體、認知和環境就形成了一個動態的耦合循環系統（如圖1所示）。

圖1 具身認知的耦合循環系統

這個具身認知的動態耦合循環系統形成了一個互利共生的學習結構，隨著新技術的出現，如何將其運用于新的認知科學領域，從具身性、生成性和情境性這三個方面來構建新的學習環境就變得至關重要。

（一）具身性：人工智能支持的具身技術開發

在與社交互動機器人互動時積極的用戶體驗的出現，讓身體在情感理解和認知方面變得至關重要。隨著人工智能的出現，基于AR和VR的混合現實技術發展，一些手持設備和可穿戴設備讓人們的身體有了更多的體驗，傳統認知科學的離身性將得到一定程度的顛覆。像微軟Kinect這樣的體感技術出現，通過加強信息處理、編碼、表示和交流，身體動作可以促進學習者的心理活動[27]。為教學設計者提供了基于手勢或基于運動的學習，有了技術的支持，人的身體知覺能夠得到“擴展”，良好的具身技術設計能夠為學習帶來臨場感和沉浸感，也提供了以創新的方式促進學習的新方法。

基于具身理論的技術開發如果僅僅是作為工具來使用將難以發揮其價值，它雖然擴展了人類的身體知覺，但如果沒有設計良好的具身課程，那么只能是增加學習者的認知負荷。只有具身技術和具身課程之間的密切結合，能真正達到一種生成性的課堂教學。

（二）生成性：課堂和技術結合的具身課程設計

傳統認知理論是一種具有“離身”特征的二元認識論，這種認識論使得課堂學習環境深陷“離身”困境，從而引發對傳統課堂學習環境預設性維度的認識。宋嶺等嘗試改造故事的核心要素為具身化課程的核心特征構建結構框架，為進一步的課堂教學提供思路[28]。張良提出應從知識與身體、知識與情境、知識與行動三個維度來構建課堂中的具身課程知識觀。目前具身教育課程設計模式主要有三種類型[29]：主題本身包含有身體的內在性的活動;主題本身有利于社會基礎的課堂教學;主題本身帶有隱含的空間特質。

第一種類型是課程本身包含了身體的運動和操作。這種課程主題就是一些身體的操作，如一些技能性的訓練課程。我國目前的通用技術課程就屬于這一類型模式范疇。

第二種類型是以社會科學課程為主。這種課程的內容是以社會為基礎，有利于教師設計一些帶有個體參與性質的課程主題。這類課程設計可以通過分析社會動態發展進行課程設計，比如說讓學習者走出教室，到博物館、科技展覽館等場所，歷史發展進程進行收集和整理，及在學校教育中通過設計開放的課題來開展相關的社會調查研究課程。如在人文課程中可以設置進入博物館等進行課題調研，近幾年興起的研學旅行也是這類課程的體現。

第三種類型是那些基于空間主題概念的學科。如數學和物理學科，這些學科在課程學習中，可以利用智能化技術來促進教學，學習者通過自身身體的體驗和虛擬身體的場景疊加，來達到掌握概念和定律的目的。

這對于教學設計者提出了挑戰，如何設計課程能夠達到具身認知的效果，以及如何讓學習者能夠從中獲得認知的飛躍，以及怎樣才能促進身體、認知和環境達到一種生態的平衡狀態，是教學設計者所要考慮的問題。不僅要求教學設計者具有身心融合的教學觀念，創建出系統有機、動態生成的課程教學設計，同時也要建構具身交互的生態課堂學習環境。

（三）情境性：身心一體的具身交互環境構建

具身認知學習環境， 是一種基于具身認知理論的身心融合、 主客一體下建立起來的一種心智嵌入大腦、大腦嵌入身體、身體嵌入環境的多種內嵌性的學習環境[30]。隨著“互聯網+”的發展，各種新興技術，如觸控技術、可視化技術、虛擬現實技術等相繼融入教學過程中，為創造學生的學習環境提供了新的改革契機，增強了學生學習體驗的機會，增加了學生真實的在場體驗感。通過對文獻的整理和分析，目前國內外主要的研究可以分為三種類型的具身學習環境構建：實體學習環境、在線學習環境和混合現實學習環境。

1.體驗性：物理學習環境。物理學習環境在促進STEM教學的教學干預和研究中占有相當大的份額。在這些學習環境中，學生的身體體驗是學習活動的重要組成部分，因此也是學習的重要組成部分。Duijzer綜述了實體學習環境中，運動支持背景下學生在建模中對圖形理解的變化。通過對身體參與程度（自身和他人、體的運動）和即時性（直接和非直接）并行的方式，歸納出四類具身化學習環境。第一類是直接的自身運動;第二類是直接的他人、物體的運動;第三類是非直接的自身運動;第四類是非直接的他人、物體的運動。在每一類具體的學習環境中，中介因素的不同組合被識別出來。這樣具身認知環境中存在八個中介因素：真實的環境、多模態、運動與圖形的關系、多重表征、符號學、學生控制、注意力捕捉和認知沖突。每一類具體的學習環境都具有特定的具體配置，并且中介因素可以形成不同的組合。從基于探究的知識學習和教學研究，歸納出CLIA-model（能力、學習、干預、評估）作為學習環境的設計框架，旨在引發出增強的學習過程，促進知識的產出和思維能力的培養[31]。在這種物理學習環境下，學習者可以在真實的環境中、在具身認知的實體環境構建要注重學習者的體驗性，大腦、身體和環境作為一個交互的動力系統[32]，通過設計加強身體體驗性的環境讓“感覺—思維—行動”形成一種順序的加工循環的動力系統。

2.參與性：在線學習環境。從具身認知的視角來審視在線學習環境。第二代認知科學需重構網絡學習空間的框架結構，創建具身型網絡學習空間，構建“認知—身體—空間”一體化的學習參與模式，以促進網絡學習空間與教育教學的深度融合[33]。楊玉寶給出了具身型網絡學習空間框架，并應用在廣州市屬高校學習空間平臺《Photoshop數字圖像處理》課程教學中。國外在線學習環境中使用嵌入式具身代理的興趣越來越大。Mahmood為在線學習環境中開發和評估具身代理提供一個框架。這個框架對課件和嵌入式代理開發的實踐者和研究人員非常有用，為嵌入式代理在電子學習環境中的設計和實現提供了指導。但是在這種嵌入式代理的設計需求中，教師和學生之間出現的二分法關系，這種關系體現了主體所能承受的自主程度。研究結果表明：教育者傾向于高度控制的具有有限自主權的具身代理;而學生則希望能夠有更加自主的、高度個性化的具身代理，可以作為他們與教師之間的非正式接口[34]。具身認知的在線學習環境要注重于為學習者提供幫助，減少學習者的孤獨感和距離感，讓學習者更具有具身參與性。

3.整合性：混合現實學習環境。隨著教育智能化發展，混合現實技術的出現，可以將來自真實世界和虛擬世界的各種對象整合到一個學習進程中，同時支持具身交互的功能，這就可以被稱為“具身型混合現實學習環境”（Embodied Mixed Reality Learning Environment，簡稱EMRLE）[35]。具身型混合現實學習環境是一個媒體融合型的交互式學習環境。國外在混合現實學習環境研究中比較著名的是美國政府與國家科學基金會等機構資助的多媒體藝術學習實驗室SMALLab[36]。SMALLab是一個混合現實的環境，它為協作學習參與者提供了面對面的交互的中介空間。在他們的設計實驗中，開發了一個新的SMALLab學習場景和一個協作學生參與框架，為72名學習地球科學科目的高中學生進行為期3天的干預。通過分析干預期間和常規課堂教學中學生和教師的課堂交流，發現SMALLab中學生驅動的交流數量顯著增加，采取干預下的學生取得了顯著的成就。他們預測混合現實可以對協作學習產生積極的影響，并為傳播推廣到主流K—12環境中做好了準備。混合現實學習環境設計要具備三個要求：一是在以計算為中介的空間內，應培養協同參與者之間的直接面對面互動;二是思想和行動應該通過實時展開的主動生成過程分布在多個參與者之間;三是緊急概念模型的即時（空間和時間）鞏固應遵循主動學習過程。這給我國構建整合性的混合現實學習環境帶來了可供借鑒的項目實例。

四、結語

具身認知指導下的認知科學的第二次革命給教育帶來了新的契機，傳統認知科學要從封閉預設的環境中走向智慧教學必須從身心二元（離身）到身心一體化（具身）的轉向。教育所面臨的挑戰是如何設計用于學習的具身技術，具身技術如何能使學習者在復雜的學習環境任務中得以解決實際問題獲得高階認知。當前我國對于具身認知理論下的第二代認知科學理論還比較散亂，缺乏系統性，所建構的課程教學和學習環境中比較成熟應用的實踐還不是很多，技術具身的落地發展還處在方興未艾的試驗階段。

綜合來看，隨著5G時代的到來，混合現實技術等在教育中的應用，教育在智能技術的支持下，應更注重人的具身性、生成性和情境性。第一，加快人工智能支持的具身技術開發;第二，促進課堂與技術融合的具身課程設計;第三，構建身心一體的具身交互環境，打造一個互利共生的生態循環動力系統，讓認知科學真正從離身轉向具身。

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（責任編輯：宇美臻）