具身認知視域下教育型虛擬角色互動機制研究

本文引用格式：，.具身認知視域下教育型虛擬角色互動機制研究［J].藝術科技，2025，38（11）：130-132.

中圖分類號：G434文獻標識碼：A

文章編號：1004-9436（2025）11-0130-03

0引言

在教育活動演進過程中，師生互動是知識傳遞與意義建構的核心。傳統教學中，教師通過肢體、表情等非語言符號構建交互橋梁，使抽象知識在動態對話中具象化，情感共鳴于即時反饋中生成。但這種物理共在模式受時空與資源約束，難以滿足個性化學習與深度認知需求。

具身認知理論為突破此困境提供了支撐。其內部分四大學派：“具身心智”“嵌人式心智”“擴展式心智”“生成式心智”[1]。其主張認知生成于身體與環境互動，身體體驗、情境嵌入及情感參與是具身認知的核心。隨著AI與虛擬現實技術的迭代，尤其是2021年沉浸式交互概念的傳播及相關計劃的推動，教育型虛擬角色成為新型載體。其演進是對具身互動需求的回應，依托該理論構建互動機制、實現從“工具”到“認知協作者”轉型成為重要課題。本文聚焦其互動機制，剖析身體體驗、情境感知、情感共鳴邏輯，為優化教育交互效能與模式創新提供參照。

1研究背景

馬歇爾·麥克盧漢在《理解媒介》中預言：“任何技術都傾向于創造新的人類環境。”當人工智能、虛擬現實與元宇宙技術加速融合，教育數字化正從“工具賦能”邁向“認知重構”深水區。技術催生的虛擬空間成為人的新型載體，人的呈現不再僅存于生物體，也存在于計算機構建的虛擬世界[2]。教育型虛擬角色作為虛實交互的核心載體，已從早期單向指令響應演進為具備情感反饋與情境響應能力的智能主體，如今更升級為類似電子科大“歐拉”虛擬教師的“認知伙伴”。其本質是對具身互動需求的持續回應。

當前，虛擬角色設計存在偏差：過度聚焦形象或功能交互，忽視具身認知核心。虛擬角色真實感不在物理復刻，而在“建立情感聯結和意識互動，使觀眾體驗‘他者’存在”［3]。該理論批判“離身心智觀”，主張認知根植于身體與環境交互，身體與感知系統塑造認知，情境是認知的構成部分，離線認知也依賴身體經驗。這為設計提供了范式：憑借手勢、位置、表情等激活身體圖式，在“感知一行動”的循環中促進知識具身化。例如，Pearson教育集團在2021年提到，虛擬教師Vicki僅文字標注講幾何，沒有手勢等具身交互，導致學習者反饋“感覺在和語音助手對話，非教學互動”。

這種理論與實踐的脫節，使教育型虛擬角色陷入三重矛盾：其一，技術表象與教育本質割裂，過度追求外觀擬真，而弱化教學價值與情感聯結；其二，交互淺層化與認知深化有落差，多數依賴語音對話，難以支持手勢等非語言交互；其三，離身交互與具身情境沖突，虛擬角色孤立于2D界面，難以構建“身體一環境一角色”耦合關系，削弱具身認知效能。德國達姆施塔特工業大學人機交互研究所分析12款主流虛擬教師系統后指出，其“尚未解決體態語在交互中的實現問題”。北京師范大學教育學部虛擬現實教育應用研究中心在《元宇宙教育場域的具身性重構》中提出，虛擬教育需通過“擴容共存在場的擬態場域”重構具身交往耦合關系。因此，解析具身認知視域下教育型虛擬角色的互動機制，既是響應智能教育人機協同邏輯，也是對“身心一元”認知觀的實踐校準。其核心突破在于理論、技術與倫理創新，可為實踐提供設計策略與框架。

2教育型虛擬角色互動機制現存問題

2.1技術表象與教育本質的割裂

當前，教育型虛擬角色設計中，存在過度追求技術炫技而偏離教育核心目標的現象，形成重形式輕內容的失衡狀態。這是角色形象設計與教學功能設計脫節的典型表現。

從表現來看，部分虛擬角色將資源過度傾斜于外觀擬真度提升：采用高精度3D建模打造明星化面容，通過動作捕捉技術做出流暢的舞蹈動作，甚至引人美妝、時裝等商業化元素塑造偶像人設。更深層的矛盾在于教育屬性的邊緣化：一些虛擬角色為迎合低齡用戶，采用夸張的萌系畫風與幼稚化語音，即便教學內容涉及初中物理公式推導，仍以“寶寶式”語氣講解，違背了認知發展規律中“學習內容與互動形式匹配”的原則。這種割裂的本質，是技術邏輯對教育邏輯的壓制一—將“能否實現擬真”置于“能否促進學習”之上，最終使虛擬角色淪為技術展示的載體，而非認知建構的工具。

2.2交互淺層化與認知深化的落差

當前，虛擬角色的互動設計多停留在信息傳遞層面，難以支撐復雜認知活動所需的深度參與，形成低階交互與高階認知的能力錯配。

在交互形式層面，多數教育型虛擬角色仍以語音問答為核心，交互模式單一，未能有效整合多通道交互設計——學生通過文字或語音輸入問題，角色調用數據庫標準答案回復，全程缺乏對非語言信號的捕捉與響應。從認知機制而言，淺層化交互直接阻礙具身學習的發生。具身認知理論強調，手勢、體態等非語言動作是思維外化的重要載體。例如，學生比畫三角形穩定性的動作可激活大腦運動皮層與頂葉關聯，促進概念內化。但當前虛擬角色既無法感知學生的肢體動作，也不能輸出具有教學意義的體態信號（如彎腰演示“垂線”垂直關系等），導致鏡像神經元系統難以被激活。程建坤在《主動應對教育人工智能倫理困境》一文中指出，教育人工智能在語音語調、體態語等情感要素傳遞上存在先天不足，既無法傳遞情感，剝奪學生情感體驗而影響學習效果，又因情感體驗對學生深入理解知識與發展高階思維至關重要，使得缺乏體態語交互的虛擬教學存在顯著缺陷，最終導致認知停留在機械記憶層面，難以培養分析、創造等高階思維能力。

2.3離身交互與具身情境的沖突

虛擬角色與學習環境的割裂，導致“身體一角色一情境的協同關系斷裂，違背了具身認知“認知根植于環境互動”的核心原則。

從情境呈現來看，多數虛擬角色受限于2D界面，學生與之對話時，角色懸浮于靜態背景，既無法感知真實環境，也不能構建動態虛擬場景。這種界面隔離使學習脫離情境，知識難以遷移，體現為情境化交互環境缺失。《2060》的虛擬舞臺設計突破了這一局限，其通過全息影像與動作捕捉技術構建高交融度虛實場域，使虛擬生命體在三維動態空間與觀眾深度互動[4]。從具身耦合來看，離身交互弱化了“身體體驗一認知表征”關聯。具身認知理論認為認知是身體在環境中行動的產物，如觸摸虛擬冰川感受負數溫度比看數字更易理解抽象概念。但當前虛擬角色與環境缺乏互饋，如虛擬化學實驗中，學生點擊酒精燈即完成加熱，無須模擬傾斜試管等動作，角色也不依據規范調整反饋。這種“去身體化”使知識失去身體經驗聯結，導致“知而不會”一學生能背步驟，卻不會實際操作。

3基于三重矛盾的教育型虛擬角色互動策略

針對當前教育型虛擬角色互動機制存在的技術表象與教育本質割裂、交互淺層化與認知深化落差、離身交互與具身情境沖突這三重矛盾，結合具身認知理論與技術實踐，可從以下維度構建優化策略。

3.1教育屬性優先：虛擬角色符號去冗余設計

要確保虛擬角色服務于認知建構的核心價值，必須剝離過度商業化與低幼化的設計冗余，回歸教育本質。具體實施需基于學科認知特點進行角色特質設計。例如，將物理教師塑造為嚴謹的探索者形象，通過手持虛擬器材、演示時眉頭微蹙等細節傳遞專業感；語文教師則作為文化傳播者，用手勢比畫詩詞韻律，避免偶像化外觀模糊教育屬性。

同時，需將視覺元素與手勢語匯設計為具身化的認知符號。數學角色的動作應指向幾何原理，如張開雙臂演示角的大小與邊的長短無關，使技術表象成為認知線索。此外，構建以深度學習為導向的情感符碼系統，剔除無意義萌化表達，構建認知導向的反饋系統：通過語調變速強化知識權重，以微表情符號警示認知偏差，實現情感編碼與認知引導的協同。例如，IBMWatsonTutor的實踐就印證了此路徑的價值。其取消早期版本的夸張萌系表情，轉為使用中性學術形象，并在學生計算失誤時觸發皺眉微表情，同步結合聲調調控與幾何手勢映射，使試點學校學生注意力分散行為減少，而解決復雜問題的效率提升。

3.2非語言交互的具身化設計：手勢、體態與空間維度的轉譯與重構

要激活非語言交互的具身效能，必須突破單一語音對話模式，構建整合手勢、體態與空間的多維度交互體系。關鍵在于充分調動鏡像神經元的激活機制，讓學習者的身體參與成為認知過程的核心部分。

具體實現需設計體感映射機制，利用LeapMotion等設備將抽象概念轉化為可操作手勢。例如，學生用拇指與食指比畫夾角，控制虛擬角色演示三角函數變化，通過手掌開合幅度調節圓的半徑，理解面積公式，使肢體動作成為概念表征載體。同時，實施引導性體態設計，如虛擬教師在講解力的相互作用時向前推掌，引導學生同步做出反方向推掌動作，通過身體對抗感直觀感知力學原理；或在語言教學中，虛擬角色用手勢比畫高矮遠近等空間詞語，學生模仿動作深化語義理解。此外，借助AR技術實現空間認知融合，如學生與虛擬角色共同站立于三維復原的古城街道，通過轉身邁步探索不同區域的建筑特色，融合空間認知與歷史知識。

3.3耦合具身情境：構建“身體一環境一角色”三位一體場域

要突破傳統2D界面對教育虛擬角色的空間隔離，需技術介人重構支持具身認知的情境化交互場域。核心是構建動態耦合的“身體一環境一角色”關系?！疤摂M仿真技術可創設新型虛擬學習環境，通過與人或物體交互，實現人與環境交互、激發感知、體驗外部世界?！盵5]為此，需執行雙軌策略：一是基于SLAM技術實現虛實融合與空間交互。例如數學學習中，虛擬角色錨定真實教室，投射交互式坐標系，學生通過身體移動完成坐標點識別，使空間認知具身化。二是實施環境可視化與“角色一環境”反饋聯動機制。例如地理學習中，虛擬角色立于AR動態“等高線地形圖”，足部色彩隨海拔變化（紅為山頂、藍為山谷），學生隨其移動至陡坡并調整步速，借身體運動感知坡度與等高線疏密的關系。

進一步深化情境沉浸感，需開發基于真實操作邏輯的任務流程。設計要點是將抽象知識轉化為需要身體參與的情境化操作。例如，在化學實驗中，要求學生與虛擬角色協同完成“器材取用”—遵循真實實驗室的空間邏輯（彎腰從低位虛擬架取燒杯、抬手向高處拿酒精燈），通過具身動作強化操作規范的肌肉記憶。同時，嵌人角色對操作規范度的即時反饋系統，如對錯誤拿取順序給予視覺/語音提示，形成“身體動作一環境響應一角色反饋”的閉環交互，從而在多層次感官體驗中優化學習效能。

4結語

教育型虛擬角色互動機制深陷三重矛盾：技術應用與教育規律、工具屬性與認知需求、虛擬形態與具身本質。根源在于具身化、情境化交互設計邏輯缺失。具體呈現為：技術表象壓倒教育本質、交互淺層化阻礙認知深化、離身交互割裂具身情境。這印證了其向認知協作者轉型的必然性，亟須重構交互體系。為此，需破除技術邏輯主導，回歸認知建構本源：以具身認知理論為基，推動“身體一角色一環境”協同設計；同步厘清技術倫理邊界，確立輔助角色定位，最終完成“技術驅動 $$ 認知賦能”的范式躍遷。

參考文獻：

[1］馬爾特·布林克曼.數字化境遇中的具身化、學習與教育：機遇與局限［J].教育研究，2025，46（4）：72-83.

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[3]楊揚.身體、意識和自我認識：AI技術與電影表演中的身體表現［J」.當代電影，2024（12）：82-90.

[4」馬穎寅.元宇宙視閾下女性虛擬生命體的設計策略與審美表達：以新綜藝《2060》為例［J].裝飾，2022（7）：109-113.

[5」周曦，黃心淵.學齡前兒童教育游戲角色的交互設計［J]：包裝工程，2022，43（6）：243-251.