基于具身認知理論的兒童自然教育棋盤設(shè)計研究

摘要：本研究基于具身認知理論，面向3～12歲兒童設(shè)計一款自然教育棋盤游戲。通過構(gòu)建分齡用戶畫像，分析不同年齡階段兒童在認知、感官、行為與情感層面的需求差異，提出“動手—思考—協(xié)作”的具身學(xué)習(xí)路徑。產(chǎn)品采用低科技介質(zhì)、紙質(zhì)任務(wù)卡與動態(tài)事件機制，引導(dǎo)兒童在身體參與中探索生態(tài)知識。結(jié)果表明，該設(shè)計有效促進了兒童生態(tài)理解與動手能力的發(fā)展，驗證了具身認知在兒童教育產(chǎn)品中的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：具身認知；兒童自然教育；棋盤游戲；生態(tài)設(shè)計；游戲化學(xué)習(xí)

中圖分類號：TB472文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2025）11-0027-05

引言

在數(shù)字化快速發(fā)展的當(dāng)下，兒童對自然的接觸日益減少，生態(tài)疏離現(xiàn)象愈發(fā)顯著。傳統(tǒng)的自然教育方式多以知識灌輸為主，缺乏與兒童身體互動機制的有機整合，難以調(diào)動其主動參與興趣。近年來，具身認知理論的興起為兒童學(xué)習(xí)方式的變革提供了新思路，強調(diào)身體動作與認知發(fā)展的相互作用。

本文以具身認知為理論基礎(chǔ)，圍繞“身體—認知—情境”的互動關(guān)系，探索自然教育在游戲化語境下的實踐路徑。通過設(shè)計一款集知識獲取、任務(wù)挑戰(zhàn)、互動協(xié)作為一體的兒童棋盤游戲，嘗試解決兒童自然學(xué)習(xí)中“認知碎片化、體驗缺乏、動手參與度低”的現(xiàn)實問題。

本文希望在設(shè)計層面推動自然教育從“看與聽”向“做與感”的轉(zhuǎn)變。

一、理論基礎(chǔ)與相關(guān)研究

（一）具身認知理論概述

具身認知理論自20世紀(jì)80年代興起，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的“身心分離”觀念[1]該理論認為，身體不僅是認知的執(zhí)行者，更是認知形成的核心媒介。，強調(diào)認知是身體、認知與環(huán)境動態(tài)交互的產(chǎn)物（見圖1）。

心理學(xué)家吉布森提出的“可供性”概念指出，環(huán)境中的物體本身揭示了我們可以如何使用它們，如樹干的可供性讓兒童自然產(chǎn)生攀爬的欲望。哲學(xué)家梅洛·龐蒂在《知覺現(xiàn)象學(xué)》中提出了“具身的主體性”，主張身體的知覺是行為產(chǎn)生的基礎(chǔ)[2]。在具身認知視角下，視覺、觸覺等感官經(jīng)驗與行動密不可分[3]。這些觀點都表明，兒童的認知發(fā)展需要的不是單一的知識灌輸，而是具體的、多感官的體驗。

（二）感官設(shè)計理論的協(xié)同作用

感官設(shè)計理論基于神經(jīng)科學(xué)研究，強調(diào)通過視覺、聽覺、觸覺等多感官刺激的協(xié)同輸入，激活大腦多區(qū)域聯(lián)動，從而增強個體的信息處理效率、情感聯(lián)結(jié)與記憶效果[4]。在兒童自然教育與游戲化學(xué)習(xí)中，該理論通過“多感官融合”“感官互補”與“情感共鳴”三原則，重建沉浸式學(xué)習(xí)場域：通過顏色、紋理、聲音等元素還原自然情境；以不同感官通道補償認知短板；并通過感知刺激喚起情緒記憶，激發(fā)學(xué)習(xí)動機。

感官設(shè)計與具身認知理論高度契合，均強調(diào)身體在認知中的參與性與環(huán)境互動的情境性，尤其適用于早期兒童將抽象生態(tài)知識轉(zhuǎn)化為具體體驗的教育過程。本研究將感官反饋機制嵌入棋盤游戲系統(tǒng)中，以“看得見、摸得著、聽得到”的方式構(gòu)建兒童生態(tài)認知路徑，提升其認知沉浸感與主動探索行為。

（三）皮亞杰認知發(fā)展理論的教育適配性

皮亞杰認知發(fā)展理論將兒童的認知發(fā)展劃分為4個階段，該理論揭示了兒童認知能力的階段性特征[5]（見表1），為自然教育工具設(shè)計提供適配依據(jù)，指導(dǎo)教育者根據(jù)兒童的認知發(fā)展階段，設(shè)計符合其認知能力的教育內(nèi)容和形式。

二、具身認知視角下的兒童認知與學(xué)習(xí)

（一）具身認知理論在兒童教育中的應(yīng)用

具身認知理論強調(diào)認知是身體與環(huán)境互動的產(chǎn)物，兒童的學(xué)習(xí)應(yīng)源于真實情境中的感官體驗與身體參與。在教育領(lǐng)域，該理論被廣泛用于重構(gòu)教學(xué)與認知路徑。陽盛清[6]基于五感體驗實驗發(fā)現(xiàn)，兒童通過采集、制作等活動中能有效提升自然記憶與創(chuàng)造力；李芳宇[7]等人在鄉(xiāng)村教育產(chǎn)品設(shè)計中提出從“本能-行為-反思”3個階段認知模式，強化兒童的環(huán)境歸屬與情感聯(lián)結(jié)；劉俊杰[8]等人開發(fā)的“數(shù)字樂園”體感游戲驗證了身體介入對知識內(nèi)化的積極作用。在兒童產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，具身認知理論倡導(dǎo)以行為驅(qū)動感知、以感知觸發(fā)認知，主張“操作即學(xué)習(xí)”。單煒嘉[9]提出兒童交互產(chǎn)品應(yīng)兼顧簡潔性、多感官整合與游戲化策略；張娜與姜楠[10]則強調(diào)材質(zhì)與色彩作為認知線索對心理判斷的影響。如張佳燕[11]官—具身—想象”模型提升音樂啟蒙效果，謝永等人構(gòu)建“感[12]等借助AR技術(shù)將抽象科學(xué)知識轉(zhuǎn)化為可操作體驗，增強兒童的理解深度與參與度。

（二）現(xiàn)有自然教育類產(chǎn)品設(shè)計的挑戰(zhàn)

盡管自然教育產(chǎn)品日益豐富，但在多感官體驗、認知適配與情感聯(lián)結(jié)方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)，限制了其具身認知效應(yīng)的充分釋放。

1.技術(shù)依賴與感官割裂

國外產(chǎn)品如GoogleExpeditionsAR（見圖2）通過虛擬生態(tài)模擬提升視覺沉浸感，但因缺乏真實觸覺、嗅覺等通道支持，導(dǎo)致兒童認知停留于符號層面。國內(nèi)《瀕危救援》AR科普游戲（見圖3）雖嘗試動作互動，但過度依賴媒介操作，割裂了兒童與自然環(huán)境的真實聯(lián)系，違背具身認知的“身體-環(huán)境共構(gòu)”的基本原則。研究指出，技術(shù)應(yīng)作為感官聯(lián)結(jié)的工具，而非自然體驗的代替品，應(yīng)優(yōu)先保障多感官整合的真實交互路徑。

2.規(guī)則復(fù)雜性與認知階段脫節(jié)

如Thamesamp;Kosmos系列實驗箱（見圖4），因規(guī)則繁復(fù)、操作步驟冗長，超出低齡兒童的認知負荷，未能匹配皮亞杰的階段性發(fā)展模型，容易引發(fā)挫敗與認知阻斷。國內(nèi)部分模塊化自然啟蒙套裝（見圖5）雖具探索性，但缺乏對地域生態(tài)差異的適配與任務(wù)調(diào)節(jié)，暴露“玩—學(xué)—體”一體化設(shè)計機制的空缺。具身認知強調(diào)“行動建構(gòu)認知”，應(yīng)通過任務(wù)簡化與分齡設(shè)置，匹配不同階段兒童的操作能力與理解路徑。

3.動態(tài)交互與情感聯(lián)結(jié)不足

許多自然教育產(chǎn)品過度強調(diào)知識傳授或娛樂化操作，忽視“情感—身體—認知”聯(lián)動效應(yīng)。例如“BEEWITHYOU”觀察箱（見圖6）雖實現(xiàn)校園內(nèi)昆蟲觀察，但缺乏行為引導(dǎo)與情緒共鳴機制，未能化解兒童的恐懼心理，阻斷了具身認知中的情感介入環(huán)節(jié)。理想路徑應(yīng)結(jié)合具身策略，構(gòu)建動態(tài)反饋、多模態(tài)敘事與角色引導(dǎo)，激發(fā)兒童對生態(tài)對象的共情與參與。

（三）具身認知導(dǎo)向的設(shè)計框架

為回應(yīng)上述問題，自然教育產(chǎn)品的設(shè)計應(yīng)圍繞“身體—感官—情感”三位一體的認知路徑，重構(gòu)面向兒童的具身交互體驗?；谇笆隼碚撆c案例分析，本研究總結(jié)出以下3項具身認知導(dǎo)向設(shè)計原則（見表2）：

以深圳坪山兒童公園（見圖7）為例，設(shè)計采用了“低干預(yù)—高探索”理念，保留原生態(tài)地貌與植物結(jié)構(gòu)，借助無動力設(shè)施鼓勵兒童進行身體探索，體現(xiàn)“環(huán)境嵌入式具身學(xué)習(xí)”；而松下PA！GO項目（見圖8）則通過輕量化硬件、多模態(tài)反饋與情境模擬，提供了低技術(shù)負擔(dān)下的具身感知體驗，對本土產(chǎn)品設(shè)計具有啟示意義。

具身認知不僅重構(gòu)了自然教育產(chǎn)品的功能定位，更為“認知—行動—情感”一體化設(shè)計提供方法指導(dǎo)。未來應(yīng)持續(xù)深化感官通道協(xié)同機制與認知負載控制策略，拓展多年齡段自然教育的設(shè)計適配路徑。

三、兒童群體研究與需求

本章在第二章具身認知理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合皮亞杰認知發(fā)展理論、感官教育與生態(tài)心理學(xué)等理論支撐，從兒童的身體—認知—環(huán)境互動視角出發(fā)，探討3～12歲兒童在自然教育情境下的認知發(fā)展特征與設(shè)計需求。通過構(gòu)建分階段用戶畫像，并從具身認知性、感官認知、行為模式與情感體驗4個維度展開分析，為后續(xù)棋盤游戲產(chǎn)品的模塊化與交互性設(shè)計提供了理論依據(jù)與用戶依據(jù)。

（一）用戶畫像構(gòu)建與兒童年齡劃分

在自然教育領(lǐng)域，兒童年齡的劃分對教育內(nèi)容的適配性具有決定意義。盧梭在《愛彌兒》中指出，2～12歲兒童期是感官教育的關(guān)鍵期[13]，此階段兒童對自然世界充滿好奇，宜通過具身化與游戲化方式激發(fā)其探索欲與認同興趣。同時，皮亞杰的認知階段理論指出，3～12歲正是從具體運算向形式運算過渡的關(guān)鍵階段，兒童認知模式由直觀感性向邏輯抽象邁進。

研究者王曼祎[14]也從兒童心理行為研究出發(fā)，強調(diào)3～12歲兒童在自然場域的活動方式、感知興趣、交互偏好等方案具有顯著的分層特征，主張分階段設(shè)計教育介入策略。因此，本研究將目標(biāo)用戶劃分為3～6歲與7～12歲兩個核心階段，并構(gòu)建對應(yīng)的用戶畫像（見表3）。

（三）多維度認知特征分析

1.具身認知性分析

具身認知理論強調(diào)，認知通過身體在環(huán)境中的持續(xù)操作行為而生成[15]。3～6歲處于前運算階段，以感知與具象思維為主，常表現(xiàn)為對自然現(xiàn)象的擬人化理解，認知建構(gòu)高度依賴于具體形象和身體操作；而7～12歲兒童進入具體運算階段，開始具備因果推理、規(guī)則理解與策略構(gòu)建能力，適合在自然教育產(chǎn)品中融入任務(wù)驅(qū)動與系統(tǒng)思維內(nèi)容。

2.具身感官認知分析

感官認知能力的發(fā)展是兒童認知深化的前提。3～6歲兒童正處于感官敏感高峰期，尤其偏好觸覺、視覺、聽覺輸入。因此，自然教育產(chǎn)品宜使用天然材質(zhì)構(gòu)建沉浸式情境。7～12歲兒童則更關(guān)注感官與知識的聯(lián)結(jié)，例如通過觀察放大鏡、生態(tài)卡片等工具實現(xiàn)“感官-概念”的認知遷移。

3.具身行為認知分析

3～6歲兒童傾向于重復(fù)性、碎片式動作操作，設(shè)計應(yīng)提供自然探索的空間與周期性互動機制，如旋轉(zhuǎn)模塊、插拔系統(tǒng)等。7～12歲兒童具備理解任務(wù)流程與分工合作能力，適合引入“目標(biāo)卡+道具組件+多人協(xié)作”的設(shè)計機制，以實現(xiàn)任務(wù)導(dǎo)向的認知建構(gòu)。

4.具身情感體驗分析

情感作為認知學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，在具身學(xué)習(xí)中同樣不可忽視。3～6歲兒童的情緒反應(yīng)直接、即時，設(shè)計宜加入擬人化元素、可愛配色與輕量互動，減少陌生感、激發(fā)親近情緒。7～12歲兒童則更容易被“挑戰(zhàn)-成就”的正反饋機制所驅(qū)動，建議設(shè)置積分、晉級、任務(wù)完成勛章等系統(tǒng)，以激發(fā)他們在生態(tài)游戲中的內(nèi)在動機和認知投入。

（三）差異化交互設(shè)計策略

在綜合具身認知與皮亞杰理論基礎(chǔ)上，自然教育棋盤產(chǎn)品的交互系統(tǒng)需呈現(xiàn)明顯的分齡化差異。對于3～6歲兒童，應(yīng)以感官刺激、自然探索、無結(jié)構(gòu)引導(dǎo)為核心，而對7～12歲兒童，則應(yīng)設(shè)計邏輯性強、任務(wù)導(dǎo)向明確且可合作可競技的游戲機制。

為深入理解兒童在游戲過程中的真實體驗，本研究繪制了用戶旅程圖（見圖9），從“進入場景—執(zhí)行任務(wù)—反饋總結(jié)”3個階段剖析關(guān)鍵觸點與潛在優(yōu)化點。研究發(fā)現(xiàn)，初次接觸時的兒童對感官探索具有高度興趣，需通過直觀的界面降低認知負荷。在操作與挑戰(zhàn)過程中，積極的即時反饋與階段性激勵有助于維持專注于參與度。而在總結(jié)階段，適度引導(dǎo)兒童反思生態(tài)鏈搭建過程，有助于深化對生態(tài)系統(tǒng)脆弱性與保護必要性的理解。

用戶旅程圖為后續(xù)棋盤模塊的功能細化與交互路徑優(yōu)化提供了重要依據(jù)，確保設(shè)計決策緊扣真實的具身認知體驗展開。

四、基于具身認知理論的兒童自然教育棋盤設(shè)計實踐

本章以3～12歲兒童為核心使用群體，圍繞具身認知理論構(gòu)建的棋盤系統(tǒng)的實際設(shè)計方案。通過對傳統(tǒng)自然教育產(chǎn)品“互動性弱、體驗形式單一、教學(xué)內(nèi)容抽象”等問題的回應(yīng)，提出一套以低技術(shù)介質(zhì)、游戲機制、感官聯(lián)結(jié)與情感反饋為核心的設(shè)計路徑。

（一）設(shè)計目標(biāo)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

本設(shè)計旨在構(gòu)建一個兼具感官體驗、身體互動與分齡教育功能的自然教育棋盤系統(tǒng)。整體設(shè)計由三大核心系統(tǒng)構(gòu)成，分別服務(wù)于生態(tài)情境搭建、交互行為執(zhí)行和任務(wù)目標(biāo)引導(dǎo)，見表4。

棋盤采用正方形模塊化設(shè)計（見圖10），主色調(diào)為暖色調(diào)，源于蜜蜂代表色，搭配低飽和度的自然配色，營造親近自然的視覺氛圍。棋盤及棋子皆選用原木材質(zhì)，保留自然肌理，提升真實觸感與環(huán)境親和力。造型上采用圓潤邊角與擬態(tài)外觀設(shè)計，兼顧兒童安全性與趣味性，適配3～12歲兒童使用需求。整體尺寸為312mm×300mm×96mm（見圖11），符合兒童抓握與操作的人機工學(xué)比例，便于親子共玩及教學(xué)場景投放。

產(chǎn)品創(chuàng)新亮點包括：基于生態(tài)行為設(shè)定的角色功能機制、任務(wù)卡分齡適配機制，以及貼合具身認知理論的交互體驗流程，使兒童在沉浸式操作中構(gòu)建自然認知，激發(fā)環(huán)境責(zé)任感。

（二）玩法機制與具身互動體驗機制

本設(shè)計建立起具身認知導(dǎo)向下的策略型互動玩法路徑，玩家需在棋盤上運籌棋子，協(xié)同構(gòu)建生態(tài)鏈，實現(xiàn)系統(tǒng)平衡。核心玩法流程包括：角色選擇→移動操作→資源互動→狀態(tài)反饋與勝負判定。

1.開局與移動機制

游戲開始時，玩家從多個動物角色中任選其一作為起始角色，每個角色具有獨特的生態(tài)行為與行動特征。棋盤采用5×5網(wǎng)格布局，每格代表一個生態(tài)環(huán)境單元。玩家通過擲骰決定動物棋子的移動步數(shù)與方向，在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中尋找路徑與資源。為了增強策略性與適配不同能力水平的玩家，游戲設(shè)置障礙物數(shù)量分級機制，見圖12。

2.任務(wù)觸發(fā)與資源互動

當(dāng)動物棋子移動至植物棋子（如花、蘑菇、樹木）所在格，可停留并完成采食任務(wù)，獲取資源。不同動物（如蝴蝶、蜜蜂、兔子、羊、狐貍等）擁有獨特的移動規(guī)則和生態(tài)功能。例如，蜜蜂可飛越障礙，蝴蝶能多方向移動，狐貍具備跳躍捕食等特性。此設(shè)定增強兒童對生物差異性與生態(tài)關(guān)系的具身理解。

3.反饋與判定機制

所有動物成功獲取所需食物即達成穩(wěn)定生態(tài)鏈，屏幕圖案亮起黃燈，判定勝利；若連續(xù)兩個回合無有效操作則觸發(fā)失敗，系統(tǒng)以音效與動畫呈現(xiàn)生態(tài)危機反饋，對應(yīng)亮起紅燈，見圖13。

4.情境構(gòu)建與創(chuàng)新特色棋盤路徑隱含“授粉區(qū)”“捕食區(qū)”等生態(tài)分區(qū)，引導(dǎo)玩家在移動中理解食物鏈關(guān)系與環(huán)境相互作用。整套機制以“生態(tài)鏈構(gòu)建”為勝利目標(biāo)，突破傳統(tǒng)自然科普游戲以問答或拼圖為主的形式，強調(diào)系統(tǒng)性生態(tài)認知與具身實踐的深度結(jié)合，提供一種融合知識性、趣味性與策略性的自然教育體驗。

（三）任務(wù)卡設(shè)計與反饋機制

紙質(zhì)任務(wù)卡作為生態(tài)知識轉(zhuǎn)化的重要媒介，構(gòu)建了從具身感知到抽象認知的認知遷移橋梁。設(shè)計中采用分齡結(jié)構(gòu)，不僅貼合不同年齡段兒童的操作能力與認知水平，還強化了感官體驗與系統(tǒng)理解之間的漸進銜接，提升游戲中的學(xué)習(xí)有效性與沉浸感，見表5。

任務(wù)卡整體選用厚實亞光紙材質(zhì)，具備良好的抓握感與耐用性，適用于戶外環(huán)境。在視覺設(shè)計上，引入色塊分類與圖示輔助，可幫助兒童迅速辨識任務(wù)類型與信息層級，提升互動效率與認知清晰度。

通過上述卡片體系的整合設(shè)計，本方案不僅構(gòu)建了多維度的生態(tài)學(xué)習(xí)路徑，還通過具身互動方式實現(xiàn)從感官刺激到系統(tǒng)思維的認知躍遷，體現(xiàn)出自然教育游戲化在兒童生態(tài)教育中的強大潛力與創(chuàng)新價值。

（四）分齡適配策略總結(jié)與認知基礎(chǔ)

本設(shè)計結(jié)合皮亞杰“前運算階段”與“具體運算階段”的兒童認知特征，通過規(guī)則設(shè)置、任務(wù)內(nèi)容與互動方式的差異化，構(gòu)建出適應(yīng)3～6歲與7～12歲兒童的分齡策略。低齡段注重圖像引導(dǎo)與感官體驗，高齡段強調(diào)空間策略與因

設(shè)置，設(shè)計在低技術(shù)條件下實現(xiàn)了良好的年齡適配性與教育實效，為不同發(fā)展階段兒童提供了符合其認知路徑的生態(tài)學(xué)習(xí)體驗。

結(jié)語

本研究聚焦于兒童自然教育領(lǐng)域的游戲化實踐，嘗試以具身認知理論為指導(dǎo)，探索低技術(shù)介入下兒童認知發(fā)展與生態(tài)學(xué)習(xí)的整合方式。設(shè)計過程中強調(diào)兒童在真實操作、身體互動與角色參與中的體驗過程，力求在游戲中激發(fā)其生態(tài)理解力與合作意識。

相較傳統(tǒng)教育產(chǎn)品，本設(shè)計在內(nèi)容適配性、互動邏輯與生態(tài)價值表達上展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。盡管存在生態(tài)情境簡化與用戶測試局限等問題，研究仍為自然教育產(chǎn)品的具身設(shè)計提供了理論支持與方法參考，為未來兒童教育游戲的研究與實踐提供了可行路徑。

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