陳興冶 李 曼

(1. 上海師范大學(xué) 教育學(xué)院, 上海 200234；2.上海市實驗學(xué)校, 上海 200125；3.上海市實驗學(xué)校附屬東灘學(xué)校, 上海 202162)

一、引 言

具身認(rèn)知強(qiáng)調(diào)身體與認(rèn)知密不可分，即“身心一體”或“身心一元”觀，是哲學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)多學(xué)科交融發(fā)展的理論成果。該理論可追溯到英國哲學(xué)家洛克的“自我理論”，認(rèn)為肉體不是構(gòu)成人的全部，人體內(nèi)的自我察覺即為自我。在哲學(xué)領(lǐng)域，梅洛—龐蒂(2001)在《知覺現(xiàn)象學(xué)》中指出：基于格式塔心理學(xué)，可得出“身體是直覺的主體，經(jīng)驗源于身體，我們用我們的身體知覺世界”。該研究是具身認(rèn)識理論的重大突破。在心理學(xué)領(lǐng)域，有學(xué)者認(rèn)為人腦的鏡像神經(jīng)元是具身認(rèn)知的生理基礎(chǔ)，關(guān)注身體與大腦認(rèn)知反應(yīng)的關(guān)系是具身認(rèn)知研究起點(diǎn)。哈洛(Harlow，1959)的恒河猴實驗研究表明，人體感官對人的情緒、認(rèn)知等會產(chǎn)生影響；薩賓(Sabine)和弗里茨(Fritz)的實驗表明，身體的負(fù)面姿勢或狀態(tài)會影響認(rèn)知(Stepper & Strack，1993)。在教育學(xué)領(lǐng)域，從盧梭提出的“直觀教育”，到杜威提出“教育即經(jīng)驗”的教育思想，都體現(xiàn)了人在身體活動中獲取經(jīng)驗，主張兒童與自然世界直接感知交流并獲得知識，體現(xiàn)將經(jīng)驗升華成知識的教育理念。從教育的視角分析，“實踐”與“創(chuàng)新”的根基在于使學(xué)生從知識的被動接受者成為主動建構(gòu)者。因此，深入探尋具身認(rèn)知理論的教育價值，既是學(xué)校課程建設(shè)的理論訴求，也是學(xué)科教學(xué)與學(xué)習(xí)變革的現(xiàn)實需要。

二 、具身認(rèn)知研究

(一)具身認(rèn)知的內(nèi)在屬性

具身認(rèn)知具有情境性、生成性和自我—他人共同決定性的特點(diǎn)(李恒威等，2006)。 具身認(rèn)知情境性包括認(rèn)知的社會性、具體性及參與性，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知發(fā)生于由身體以及身體參與環(huán)境互動所構(gòu)造的共同體中，學(xué)習(xí)者通過自己的身體與周圍環(huán)境(物理、人文、心理等)持續(xù)相互作用(Robert et al.，1999)，進(jìn)而實現(xiàn)認(rèn)知的發(fā)展。具身認(rèn)知生成性指知識不是憑空出現(xiàn)在心智中,而是認(rèn)知者與外界交往活動中發(fā)展形成的，認(rèn)知就是認(rèn)知者及其實踐與世界交互生成的過程(李恒威等，2006)。具身認(rèn)知的自我—他人共同決定性是指認(rèn)知是從自我—他人主體間動態(tài)的共同作用而涌現(xiàn)的。

(二)具身認(rèn)知的動力機(jī)制

鄭旭東和王美倩(2016a，2019)從感知—行動的角度指出，具身認(rèn)知視角下的學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)環(huán)境存在互惠關(guān)系，對學(xué)習(xí)具有促進(jìn)作用。具身學(xué)習(xí)環(huán)境有利于引導(dǎo)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生多視角、獨(dú)立地思考問題(鄭旭東等，2016b)，促進(jìn)學(xué)生直觀地理解抽象概念，快捷地提升認(rèn)知深度。

學(xué)習(xí)者與環(huán)境的直接感知形成了具身學(xué)習(xí)的動力機(jī)制。心智置于身體，因此身體參與的過程也是學(xué)習(xí)主體將身體置于環(huán)境中，基于已有知識經(jīng)驗，進(jìn)行有意義建構(gòu)知識的過程。學(xué)生在感知中行動，又在行動中尋找新的感知來源，從而形成“感知—行動”的循環(huán)模式。例如，環(huán)境刺激引發(fā)學(xué)習(xí)者的感知，當(dāng)身體沉浸于活動時，從生理反應(yīng)到心理加工，學(xué)習(xí)者行為便得以發(fā)生，這種行為直接觸發(fā)了學(xué)習(xí)者大腦參與認(rèn)知活動，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)者的感知，形成“感知—行動—反思”的具身認(rèn)知動力機(jī)制(鄭旭東等，2016a)。

(三)具身認(rèn)知的教學(xué)研究

國外學(xué)者將具身認(rèn)知理論應(yīng)用于教學(xué)實踐起步較早。美國亞利桑那州開發(fā)的多媒體情景藝術(shù)學(xué)習(xí)實驗室(Situated Multimedia Arts Learning Lab)是一個融視覺、聽覺和動覺于一體，以實體環(huán)境為主、以網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境為輔的新型教學(xué)環(huán)境(柴陽麗等，2017)。伊利諾伊大學(xué)香檳分校的具身與沉浸技術(shù)團(tuán)隊(embodied and immersive technologies group)設(shè)計的交互仿真式行星天文學(xué)習(xí)空間MEteor將地面作為天體空間虛擬仿真器，學(xué)習(xí)者通過腳踝佩戴的傳感器以自我運(yùn)動模擬天體運(yùn)動(Abrahamson & Lindgren，2014)。亞伯拉罕森(Abrahamson & Sánchez-García，2016)團(tuán)隊使用數(shù)學(xué)比例形象化訓(xùn)練器(the Mathematical Imagery Trainer for Proportion)開展小學(xué)數(shù)學(xué)“比例”知識具身學(xué)習(xí)活動設(shè)計。從研究方法看，國外關(guān)于具身認(rèn)知理念的教學(xué)實踐側(cè)重于實證研究；從研究工具看，學(xué)習(xí)效果驗證注重獲得實驗數(shù)據(jù)的支持；從學(xué)習(xí)方式看，具身活動包括手勢操作、身體與學(xué)習(xí)內(nèi)容交互、肢體和感官感知學(xué)習(xí)經(jīng)驗、在場景中觀察和感知、多人合作探究、多媒體形象化學(xué)習(xí)等六個模式(李青等，2016)；從教學(xué)模式看，布蘭克(Black et al.，2012)等人的具身教學(xué)框架(instructional embodied framework)成為研究者首選的教學(xué)實踐框架，適用于正式教學(xué)場景，以不同類型的具身設(shè)計作為學(xué)生的投入性活動，并利用“感知—行動”培養(yǎng)學(xué)生對概念的理解 。

國內(nèi)學(xué)者系統(tǒng)總結(jié)了國外具身認(rèn)知理論的研究成果。鄭旭東(2016a)提出基于“感知—行動”循環(huán)的生態(tài)學(xué)習(xí)機(jī)制，將學(xué)習(xí)者比作“信息探測器”，學(xué)習(xí)過程遵循“輸入—存儲—再現(xiàn)”的模式。李海峰等人(2015)提出EGEC教育游戲框架，強(qiáng)調(diào)心智依賴于身體以及體內(nèi)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)、感官和運(yùn)動系統(tǒng)，而身體又存在于物理、生物和社會環(huán)境的三層系統(tǒng)并形成相互作用。

綜合國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，研究者多傾向于從生物學(xué)、心理學(xué)以及教育學(xué)角度展開研究，從宏觀視角解釋具身認(rèn)知中個體與環(huán)境的關(guān)系，形成了指導(dǎo)教育教學(xué)的理念和觀點(diǎn)，并開展了相關(guān)教學(xué)實驗?？傮w而言，基于具身認(rèn)知的實踐研究還處在起步階段，且具身設(shè)計、教學(xué)均旨在解決具體學(xué)科的教學(xué)問題，缺少針對問題解決的理論模型或?qū)嵺`框架研究。因此，具身認(rèn)知理論在學(xué)科教學(xué)中較難落地?；诖?，本研究以具身認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，在信息技術(shù)學(xué)科中構(gòu)建將身體學(xué)習(xí)和身體經(jīng)驗與環(huán)境融為一體的具身認(rèn)知學(xué)科教學(xué)設(shè)計及教學(xué)實施模型，以期為順利開展面向具身認(rèn)知的教學(xué)活動提供參考。

三 、教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施模型構(gòu)建

具身認(rèn)知不僅是一種研究框架，也是一種教學(xué)框架，給教學(xué)設(shè)計者提供了新的設(shè)計思路和角度(王辭曉，2019)。例如，具身教學(xué)框架強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)環(huán)境的重要作用，提出學(xué)習(xí)環(huán)境的具身認(rèn)知須經(jīng)過物理具身感知、想象具身維持、學(xué)習(xí)任務(wù)促進(jìn)遷移等(王辭曉，2019；Black et al.，2012；楊南昌等，2014)，但學(xué)習(xí)環(huán)境是具身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和決定因素；整合具身要素的教學(xué)設(shè)計框架提出者認(rèn)為，活動設(shè)計既是體現(xiàn)具身認(rèn)知的重要載體(劉儀輝，2014)，又是以具體學(xué)習(xí)內(nèi)容為基礎(chǔ)的，故學(xué)習(xí)內(nèi)容與具身學(xué)習(xí)的適切性問題值得考慮；具身教學(xué)設(shè)計的基本框架包括學(xué)習(xí)內(nèi)容的具身特征分析、具身環(huán)境和活動設(shè)計以及教學(xué)評價三個環(huán)節(jié)(賈麗娜等，2016)，該框架看似面面俱到，但缺少學(xué)科屬性，較難在具體學(xué)科教學(xué)中應(yīng)用。概言之，基于具身認(rèn)知理論的教學(xué)實踐僅關(guān)注具身環(huán)境的設(shè)計是不夠的，還要根據(jù)學(xué)科特性選擇適切的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行具身教學(xué)設(shè)計和具身教學(xué)實施過程設(shè)計。

本研究涉及的教學(xué)設(shè)計是對廣義上的學(xué)科教學(xué)要素進(jìn)行設(shè)計，需要回答“要素是什么”“要素間存在怎樣的關(guān)系”等問題；教學(xué)實施則依據(jù)教學(xué)設(shè)計針對教學(xué)活動進(jìn)行組織、執(zhí)行和反饋的過程。因此，學(xué)科教學(xué)應(yīng)充分重視教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的科學(xué)性和有效性。從前述相關(guān)研究不難發(fā)現(xiàn)，基于具身認(rèn)知理論的學(xué)科教學(xué)設(shè)計模型應(yīng)關(guān)注師生角色、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)媒體、教學(xué)活動、教學(xué)環(huán)境等因素。相應(yīng)的教學(xué)實施模型應(yīng)包括教學(xué)準(zhǔn)備(具身分析、具身設(shè)計)、教學(xué)實施、反思與評價三個環(huán)節(jié)。其中，反思與評價不僅是終結(jié)性評價環(huán)節(jié)，又是作用于教學(xué)各環(huán)節(jié)的支架型工具，是“感知—行為—反思”閉合循環(huán)的必要環(huán)節(jié)。

(一)模型構(gòu)建

“數(shù)據(jù)化—模型化—自動化”是信息技術(shù)的鮮明標(biāo)簽，而“在真實世界中感知—在數(shù)字世界中抽象—在技術(shù)世界中計算”則是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的基本路徑?！案兄?“抽象”“計算”不僅是學(xué)生個體思維加工的過程，也是學(xué)生與他人(教師、學(xué)生)、學(xué)生與環(huán)境(物理、人文、技術(shù)等)互動中不斷提升的過程?；诖?，面向具身認(rèn)知的信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)設(shè)計模型由具身學(xué)習(xí)(心智、大腦、身體)、教學(xué)活動、教學(xué)內(nèi)容、環(huán)境和技術(shù)五部分組成，其中具身學(xué)習(xí)是模型的核心，決定教學(xué)活動的有效性，即教學(xué)活動各環(huán)節(jié)的有效運(yùn)行依賴于具身學(xué)習(xí)的深度。從某種意義上講，具身學(xué)習(xí)是教學(xué)活動的內(nèi)隱機(jī)制，而教學(xué)活動則是具身學(xué)習(xí)的外顯載體，而教學(xué)內(nèi)容、技術(shù)、環(huán)境是教學(xué)活動的保障因素(見圖1)。

圖1 信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)設(shè)計模型

1.具身學(xué)習(xí)：心智—大腦—身體

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為，知識建構(gòu)依賴學(xué)習(xí)者的主動意識，而這種主動意識源于不能獨(dú)立于大腦的心智，相反，大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是認(rèn)知形成的基礎(chǔ)。心智猶如認(rèn)知的觸發(fā)器，一旦觸發(fā)就可以牽引生理系統(tǒng)(如大腦)加入認(rèn)知活動。同時，認(rèn)知由心智觸發(fā)并依賴大腦進(jìn)行由內(nèi)而外的信息處理，而大腦則通過身體的知覺和運(yùn)動系統(tǒng)進(jìn)行由外而內(nèi)的信息接收，進(jìn)而形成“心智—大腦—身體”的具身學(xué)習(xí)機(jī)制。學(xué)生呈現(xiàn)具體問題，經(jīng)大腦驅(qū)動對問題進(jìn)行信息提取、問題分解、方法理解以及過程推理等思維活動，從而為動手操作找到實踐支點(diǎn)。

2.“依賴-作用”的具身教學(xué)活動：“師生”“生生”互動

教學(xué)活動的核心是學(xué)生。學(xué)生作為單獨(dú)的個體，會與其他學(xué)生討論、分享、互助、交流、展示、評價等，還會與教師問答、質(zhì)疑和講解、提問等。學(xué)生的學(xué)習(xí)行為是教學(xué)活動順利開展的自然要素，由這些要素所形成的學(xué)習(xí)效果通過學(xué)生的“心智—大腦—身體”的認(rèn)知深度來表征，此所謂“依賴”。相反，心智決定身體的反應(yīng)和動作，身體的感知又直接影響(作用于)教學(xué)活動的主體(學(xué)生和教師)，其中感覺器官的判斷是主體行為動作的生物基礎(chǔ)和引導(dǎo)因素?？傊呱韺W(xué)習(xí)的內(nèi)在加工水平的高低會通過教學(xué)活動呈現(xiàn)，此所謂“作用”。信息技術(shù)學(xué)科除傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)外，還會有學(xué)生實驗操作、教師操作指導(dǎo)、學(xué)生互助以及師生學(xué)習(xí)共進(jìn)等，這些活動中的教師、學(xué)生、環(huán)境等互動關(guān)系契合于具身認(rèn)知理論的“依賴”與“作用”。

3.教學(xué)活動與環(huán)境相互作用：主客體角度

教學(xué)活動主體包括教師和學(xué)生。具身認(rèn)知研究主要關(guān)注學(xué)生這一主體?？腕w指的是教學(xué)內(nèi)容以及呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的載體，在該模型中體現(xiàn)為教學(xué)環(huán)境。教學(xué)環(huán)境包含所有的物理和人文因素，如物理空間、學(xué)習(xí)載體、學(xué)習(xí)氛圍。環(huán)境的舒適度和適用性直接作用于活動的主體，影響主體活動的效率和體驗，而主體并不完全受環(huán)境約束。相反，主體的主觀能動性會積極作用于環(huán)境，促進(jìn)自我知識的獲取和保留。模型(見圖1)中學(xué)生(主體)的“心智—大腦—身體”參與“感知—抽象—計算”教學(xué)中。作為支持信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)活動的環(huán)境(客體)包括計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、教與學(xué)的互動環(huán)境、具身學(xué)習(xí)環(huán)境以及師生互動的人際環(huán)境等，通過具身感知、想象維持等具身學(xué)習(xí)活動使學(xué)生與環(huán)境交互，促進(jìn)學(xué)生從知識獲取到思維提升的發(fā)展。

4.教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動、技術(shù)三者互動關(guān)系

教學(xué)內(nèi)容是所有教學(xué)活動設(shè)計和實施的核心要素。分析和研究信息技術(shù)課程內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，涉及信息系統(tǒng)、算法兩個大概念的知識較適合具身認(rèn)知教學(xué)。教學(xué)活動需要學(xué)生、環(huán)境等因素的具身學(xué)習(xí)完成，這使原本抽象難懂的教學(xué)內(nèi)容具象化和形象化，從而幫助學(xué)生構(gòu)建更準(zhǔn)確、完整的知識結(jié)構(gòu)。技術(shù)在整個具身認(rèn)知活動中扮演“保障者”角色，它既能輔助教學(xué)內(nèi)容具象化，又能為教師的教、學(xué)生的學(xué)提供輔助性支架。信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)活動可采用交互式或新技術(shù)手段(如VR、AR等)進(jìn)行體驗式學(xué)習(xí)，實現(xiàn)操作型和抽象型知識的自主獲取。

(二)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)實施模型構(gòu)建

信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)設(shè)計模型為具身認(rèn)知架起了從理論到實踐的橋梁，也使具身認(rèn)知活動的設(shè)計有了理論解釋框架。與之對應(yīng)，根據(jù)模型構(gòu)建的信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)實施模型則為基于具體教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行具身認(rèn)知活動提供了可行的操作路徑。

相關(guān)研究認(rèn)為，具身認(rèn)知活動可分為即時性具身認(rèn)知活動和結(jié)構(gòu)性具身認(rèn)知活動。即時性具身認(rèn)知活動指身體做出即時反饋的認(rèn)知活動，具有快速性、連續(xù)性的特點(diǎn)，表現(xiàn)為學(xué)習(xí)者直覺性反應(yīng)；結(jié)構(gòu)性具身認(rèn)知活動指借助技術(shù)工具的結(jié)構(gòu)化反思活動，具有回顧性、反思性特點(diǎn)，表現(xiàn)為學(xué)習(xí)者循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)活動(鄭旭東等，2019)。由此，根據(jù)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)設(shè)計模型的五個要素以及具身認(rèn)知活動的類型，開展學(xué)科教學(xué)需要考慮以下因素：適合具身認(rèn)知的教學(xué)內(nèi)容的分析與選擇、具身學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計、具身學(xué)習(xí)活動設(shè)計以及技術(shù)運(yùn)用。

在考慮上述因素的基礎(chǔ)上，本研究構(gòu)建了由教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)實施以及反思與評價三個環(huán)節(jié)組成的信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)實施模型(見圖2)。教學(xué)準(zhǔn)備階段主要關(guān)注教學(xué)內(nèi)容分析與選擇、教學(xué)支持與具身環(huán)境的設(shè)計、智化和物化技術(shù)的選擇；教學(xué)實施階段是即時性具身認(rèn)知活動的過程，依據(jù)“感知—行動”的具身認(rèn)知動力機(jī)制和“感知—抽象—計算”的信息技術(shù)學(xué)科特點(diǎn)設(shè)計“學(xué)生—環(huán)境”“學(xué)生—學(xué)生”“學(xué)生—教師”的具身學(xué)習(xí)任務(wù)；反思與評價階段是結(jié)構(gòu)化具身認(rèn)知活動與課堂教學(xué)評價相結(jié)合的過程。它通過反思調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)環(huán)境以及合理使用技術(shù)，形成教學(xué)迭代優(yōu)化的過程。與其他學(xué)科不同的是，在教學(xué)準(zhǔn)備階段，信息技術(shù)學(xué)科更注重技術(shù)的選擇，包括借助智化和物化技術(shù)改善教學(xué)。

圖2 信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)實施模型

四、案例設(shè)計與實踐

(一)案例設(shè)計

1.教學(xué)對象

本研究對象為上海S校六年級某班的36名學(xué)生，學(xué)生年齡介于11-12歲之間，其中男生19名(占52.8%)，女生17名(占47.2%)。學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣及對信息技術(shù)操作技能的學(xué)習(xí)興趣和效果均較好，平時上課地點(diǎn)主要在計算機(jī)教室。

2.教學(xué)內(nèi)容

華師大版信息科技初中試用本第二冊《信息與計算機(jī)》“初識二進(jìn)制”一節(jié)為本案例的教學(xué)內(nèi)容。該內(nèi)容為理論性知識。與操作性知識不同，理論性知識的學(xué)習(xí)可以不受外接設(shè)備(如計算機(jī))操作的限制，教學(xué)方式選擇余地大，為開展具身認(rèn)知活動提供了便利。

3.評價工具

具身認(rèn)知的教學(xué)評價強(qiáng)調(diào)在教學(xué)活動中學(xué)生身心一致。評價內(nèi)容涉及學(xué)生身體體驗的自我評價、教學(xué)雙方的互動參與度和師生知識的生成性評價(殷明等，2015)。本研究采用“知識掌握評價”問卷收集數(shù)據(jù)和SPSS24.0、Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。根據(jù)《信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，“初識二進(jìn)制”教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的學(xué)科核心素養(yǎng)為信息意識，解讀《信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于核心素養(yǎng)水平劃分的相關(guān)描述，將“知識掌握評價”問卷分為信息獲取策略(水平1)、信息抽象能力(水平2)以及信息關(guān)聯(lián)遷移(水平3)三個維度(中華人民共和國教育部，2017)。此外，根據(jù)混合學(xué)習(xí)理論(蘇琴，2017)，本研究開發(fā)了“具身體會評價”問卷。該問卷分身體感官、具身體會、元認(rèn)知和體會感悟四個方面，然后通過文本分析法，提取學(xué)生文字回答內(nèi)容中的關(guān)鍵信息，根據(jù)評價量表進(jìn)行分類評級和量化分析。

“知識掌握評價”問卷共四題，第一題考察學(xué)生信息獲取策略；第二、三題考察信息抽象能力；第四題考察信息關(guān)聯(lián)遷移能力。一至三題根據(jù)學(xué)生回答的準(zhǔn)確性賦0-3分，第四題答對獲3分，不答或答錯為0分。四道題信效度檢驗的克隆巴赫阿爾法系數(shù)為0.993(大于 0.7)，表明四道題的信度較高。

“具身體會評價” 問卷由四道開放問答題組成，分別指向自我評價的四個方面。教師根據(jù)學(xué)生回答質(zhì)量，分別賦0-3分。學(xué)生回答主觀感受類問題的可信度具有不確定性，因此，在評價課堂學(xué)習(xí)效果上，最終課堂學(xué)習(xí)效果權(quán)重偏向于知識掌握評價。具身體驗評價作為學(xué)生知識掌握程度的佐證依據(jù)。

(二)案例實踐

1.教學(xué)準(zhǔn)備

1)教學(xué)支持環(huán)境。本案例選擇使用可移動的大屏電視作為媒體播放器，自制教學(xué)使用的紙質(zhì)道具，幫助學(xué)生理解二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系。

2)具身學(xué)習(xí)環(huán)境。本研究的授課地點(diǎn)為與二進(jìn)制內(nèi)容相關(guān)的像素墻前。像素墻由1300多個兩色圓球組成，通過轉(zhuǎn)動圓球可在墻上展現(xiàn)各種圖案。學(xué)習(xí)空間自由，便于學(xué)生身體互動。學(xué)生在像素墻前席地而坐，便于拉近與老師間的距離，身體自然放松。

3)具身認(rèn)知活動設(shè)計。本節(jié)課設(shè)計了即時性具身認(rèn)知和結(jié)構(gòu)化具身認(rèn)知兩類的學(xué)習(xí)活動。即時性具身認(rèn)知活動“翻卡片”游戲既考驗翻卡片同學(xué)的計算和反應(yīng)能力，也能使沒有參與游戲的學(xué)生因為同學(xué)的“表演”而神情專注、積極參與互動出題和討論；“手指操”游戲使同學(xué)將注意力集中在手指部位，大腦思考帶動手部動作，實現(xiàn)抽象概念的具象化理解。結(jié)構(gòu)化具身認(rèn)知活動像素墻創(chuàng)作充分調(diào)動身體參與積極性，通過視覺、聽覺、觸覺等促進(jìn)學(xué)生對知識的二次理解和遷移感知。

2.教學(xué)實施

本研究的教學(xué)時間為80分鐘(兩課時)，其中60分鐘為上課時間，20分鐘填寫問卷和撰寫感悟體驗。教學(xué)過程分為情境導(dǎo)入、知識新授、知識鞏固和綜合運(yùn)用四個環(huán)節(jié)(見表一)。

表一 教學(xué)過程

1)“學(xué)生—環(huán)境”互動

學(xué)生與具身學(xué)習(xí)環(huán)境的互動主要體現(xiàn)在知識鞏固和綜合運(yùn)用環(huán)節(jié)，其中“翻紙牌”游戲主要是學(xué)生通過自我認(rèn)知演繹“二進(jìn)制的表示與轉(zhuǎn)換”；“手指操”游戲由所有學(xué)生參與，實現(xiàn)對“二進(jìn)制表示”的理解，并且互相幫助與評價；“像素墻創(chuàng)作”采用小組合作的方式，學(xué)生通過討論交流、紙上描繪、像素墻繪制等綜合運(yùn)用二進(jìn)制知識。

2)“學(xué)生—學(xué)生”互動

生生互動主要體現(xiàn)在問題討論、方案確定、具身學(xué)習(xí)過程等方面，互動方式有觀點(diǎn)碰撞、分工合作、成果分享與評價等。生生互動不僅表現(xiàn)在物理具象感知層面，還體現(xiàn)在知識深層次加工的想象具身維護(hù)層面，更展現(xiàn)在完成任務(wù)促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移的層面。

3)“教師—學(xué)生”互動

師生互動主要體現(xiàn)在知識講解、設(shè)疑提問、操作指導(dǎo)等方面，互動方式有語言表述、支架搭建及動作示范等。

3.反思與評價

反思主要有課堂即時性反思和課后學(xué)習(xí)體會兩方面。課堂即時性反思主要體現(xiàn)在學(xué)生的自我反思、同伴互助反思、教師指導(dǎo)反思三個方面。評價分即時性課堂評價和課后學(xué)習(xí)效果評測。即時性課堂評價主要發(fā)生在成果分享環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為教師評價和學(xué)生互評；課后學(xué)習(xí)效果評測采用問卷的形式，對課后學(xué)習(xí)體會的反思與課后學(xué)習(xí)效果評測作統(tǒng)計與分析。反思與評價不僅能為教學(xué)過程的調(diào)整提供依據(jù)，而且支持該內(nèi)容的重復(fù)教學(xué)并進(jìn)行迭代，促進(jìn)教師實施過程的創(chuàng)新和優(yōu)化。

(三)數(shù)據(jù)分析

課堂教學(xué)結(jié)束后，研究者通過極域廣播系統(tǒng)向全班36位學(xué)生發(fā)放電子文檔問卷，并要求學(xué)生填寫后發(fā)送到教師端完成問卷的回收，實際收到問卷31份，回收率86.11%。經(jīng)仔細(xì)核對所有問卷均為有效問卷，有效率100%。

1.具身認(rèn)知活動提升了學(xué)生整體“信息抽象能力”，但學(xué)生間發(fā)展不均衡

本研究根據(jù)學(xué)號把每份問卷的“知識掌握評價”每道題每個選項的回答記錄在表格中，形成初步數(shù)據(jù)匯總，再將初步數(shù)據(jù)由Excel軟件進(jìn)行分類、篩選、統(tǒng)計等，并對學(xué)生回答情況量化評分(見表二)。

由表二可知，第二題答題情況最好，平均分最高(2.67)。由此可見，學(xué)生能夠準(zhǔn)確列舉生活中的進(jìn)制，說明學(xué)生初步掌握了二進(jìn)制概念，具備一定的信息抽象能力。但與之對應(yīng)的，同屬“信息抽象能力”維度的第三題平均分最低(1.88)且標(biāo)準(zhǔn)偏差最高(1.3)，由此推斷學(xué)生整體信息抽象能力離散程度較高，說明學(xué)生信息抽象能力不均衡。此外，第一題平均分為2.38，對學(xué)生回答情況的分析以及課堂表現(xiàn)的觀察發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在“二進(jìn)制的概念解釋”教學(xué)環(huán)節(jié)具備了較好的信息獲取策略；第四題平均分為2.5，說明學(xué)生掌握了二進(jìn)制與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換方法，信息關(guān)聯(lián)遷移水平較高，但學(xué)生間差異很大(1.14)。

對數(shù)據(jù)(見表三)的分析發(fā)現(xiàn)，第三題需要學(xué)生發(fā)揮已有知識經(jīng)驗進(jìn)行“進(jìn)制的創(chuàng)造”，結(jié)果顯示，“給出合理創(chuàng)新的進(jìn)制方案”得分為2分和3分的學(xué)生占58.33%，表明超過半數(shù)的學(xué)生能在已有知識經(jīng)驗基礎(chǔ)上，對高難度知識進(jìn)行有意義建構(gòu)與遷移。

表三 “知識掌握評價”各題各分值得分率

2.具身認(rèn)知活動提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度及認(rèn)同度

1) 在身體感官維度，學(xué)生具身活動參與度高

學(xué)生的問卷回答分非常積極、較積極、積極以及不積極四個等級，每個等級與學(xué)生回答的關(guān)鍵詞對應(yīng)關(guān)系見表四。

根據(jù)表四的規(guī)則，學(xué)生對四個具身活動的參與情況進(jìn)行賦值、分析(見表五)。由表五可知，學(xué)生對四項具身活動參與度高，對具身活動設(shè)計持滿意態(tài)度，參與積極性高，學(xué)習(xí)興趣和樂趣都得到了優(yōu)化。同時，4.17%的學(xué)生對 “手指操”活動給出“積極”評價。分析課堂視頻發(fā)現(xiàn)，手指操環(huán)節(jié)有個別同學(xué)確實沒有來得及完成操作；8.33%的學(xué)生對“像素墻創(chuàng)作”活動給出“不積極”的評價。對學(xué)生訪談發(fā)現(xiàn)，像素墻不能滿足所有學(xué)生的創(chuàng)作，確實存在個別小組的個別學(xué)生游離在活動之外。

表四 描述等級與學(xué)生回答的關(guān)鍵詞對應(yīng)

表五 “具身活動”得分率

2)在具身體會維度，學(xué)生對身體參與的認(rèn)同度高

具身體會主要調(diào)查學(xué)生學(xué)習(xí)過程中“印象最深的知識點(diǎn)”及原因。結(jié)果表明，超過半數(shù)的學(xué)生對“二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換”“二進(jìn)制的拓展”學(xué)習(xí)印象最深，這兩個知識點(diǎn)對應(yīng)的活動模塊分別是“翻牌游戲”和“像素墻創(chuàng)作”，與身體感官維度中這兩個活動給予“非常積極”評價和“積極評價”得分率較一致(見表五)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這兩項活動對學(xué)生的身體參與度要求較高，因此印象深刻。

3)在元認(rèn)知維度，學(xué)生具身學(xué)習(xí)活動參與水平高

元認(rèn)知主要調(diào)查學(xué)生完成不同學(xué)習(xí)要求時采用的學(xué)習(xí)策略。由表六可知，所有學(xué)生都對獲取知識的過程有清晰的認(rèn)知，這在一定程度上反映了學(xué)生課堂參與的投入程度。數(shù)據(jù)表明，在理解概念性問題時，學(xué)生認(rèn)同以老師講解為主，視頻導(dǎo)入次之，故需加強(qiáng)概念轉(zhuǎn)變的活動設(shè)計；信息關(guān)聯(lián)遷移方面，選擇“動手計算”和“互動游戲”的同學(xué)多，間接反映出相應(yīng)的具身教學(xué)活動設(shè)計得到了學(xué)生的積極反饋。

4)在體會感悟維度，學(xué)生具身學(xué)習(xí)活動的興趣高

分析學(xué)生學(xué)習(xí)總結(jié)體會發(fā)現(xiàn)(見表六)，八位同學(xué)有“深層次感悟(不局限于知識本身)”，他們給出“了解到計算機(jī)算法，知道一切皆可化繁為簡。解決問題時要找到問題核心”“文化創(chuàng)新需要博采眾長”“化繁為簡，是一切的本質(zhì)”等回答。“較深層次感悟”的同學(xué)最多，他們給出與所學(xué)知識密切相關(guān)的回答，如“二進(jìn)制的用處很多，不僅用在計算機(jī)領(lǐng)域，在生活中也有應(yīng)用”“我對數(shù)學(xué)感興趣，很高興能了解二進(jìn)制的知識”“我覺得二進(jìn)制在這個時代非常實用”“二進(jìn)制計算更快，更簡便”等。

表六 “元認(rèn)知”與“體會感悟”調(diào)查

3. “具身活動”與“知識掌握”相關(guān)性分析

為驗證具身體會評價中四個具身活動和知識掌握評價中三個學(xué)習(xí)維度的相關(guān)性，本研究利用SPSS24.0軟件，對收集的調(diào)查樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行皮爾森相關(guān)分析。結(jié)果表明，視頻與信息獲取策略呈顯著正相關(guān)(r=0.603,p<0.05),與信息抽象能力、信息關(guān)聯(lián)遷移不存在顯著相關(guān)；翻紙牌與信息抽象能力呈顯著正相關(guān)(r=0.530,p<0.05),與信息關(guān)聯(lián)遷移呈顯著正相關(guān)(r=0.748,p<0.01)，與信息獲取策略不存在顯著相關(guān)；手指操與信息關(guān)聯(lián)遷移呈顯著正相關(guān)(r=0.540,p<0.05)，與信息抽象能力呈一般性正相關(guān)(r=0.407,p=0.105)，與信息獲取策略不存在顯著相關(guān)；像素墻創(chuàng)作與信息抽象能力呈顯著正相關(guān)(r=0.591,p<0.05)，與信息關(guān)聯(lián)遷移呈一般性正相關(guān)(r=0.451,p=0.069)；與信息獲取策略不存在顯著相關(guān)(見表七)。

表七 “知識掌握”與“具身活動”的相關(guān)分析

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

從相關(guān)分析結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)：1)積極觀看導(dǎo)入視頻有助于理解抽象概念，培養(yǎng)學(xué)生信息獲取策略；2)翻紙牌和手指操游戲?qū)π畔⒊橄竽芰?即理解進(jìn)制概念)和信息關(guān)聯(lián)遷移水平提升(掌握進(jìn)制轉(zhuǎn)換)有很大幫助；3)像素墻活動激發(fā)了學(xué)生的發(fā)散思維，學(xué)生基本都具有二進(jìn)制概念的抽象能力(能夠設(shè)計出合理的進(jìn)制方式)。但并非所有活動都與三個維度有關(guān)聯(lián)，有些甚至是負(fù)相關(guān)。分析這些學(xué)生的作答情況發(fā)現(xiàn)，個別學(xué)生能夠正確計算進(jìn)制轉(zhuǎn)換的結(jié)果，但對活動的熱情投入度不高，個別學(xué)生對具身活動態(tài)度積極，但填寫評價問卷不夠認(rèn)真，導(dǎo)致答案不完整，影響最終的評價效果。

五、討論與結(jié)論

(一)具身認(rèn)知理論的運(yùn)用應(yīng)重視與學(xué)習(xí)內(nèi)容的適切性

多爾·亞伯拉罕森教授認(rèn)為具身形式可以是基于動作的，也可以是基于想象的(王辭曉，2019)，需要充分考慮學(xué)習(xí)者所處包括學(xué)習(xí)內(nèi)容在內(nèi)的情境。本研究在開展基于具身認(rèn)知教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施模型的案例實踐后發(fā)現(xiàn)，基于想象的視頻資源對信息獲取策略的培養(yǎng)效果較好，基于動作的具身活動(翻紙牌、手指操、像素墻創(chuàng)作)在信息抽象能力與信息關(guān)聯(lián)遷移方面效果較顯著，這與陳玉明等(2014)提出的“手勢動作有利于人對客體的認(rèn)知加工”觀點(diǎn)一致。因此，相關(guān)研究應(yīng)該深入的分析學(xué)習(xí)內(nèi)容，選擇適切的、易于具身活動設(shè)計的學(xué)習(xí)內(nèi)容，使教學(xué)設(shè)計和教師實施模型達(dá)到最佳效果。

(二)學(xué)習(xí)環(huán)境直接影響具身認(rèn)知活動的效果

布蘭克等人(Black et al，2012)認(rèn)為，學(xué)習(xí)環(huán)境的具身認(rèn)知須有物理方式生成、學(xué)習(xí)活動通過想象具身得以維持，最后促進(jìn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的遷移。多媒體情境藝術(shù)實驗室提供了學(xué)生充分調(diào)動身體多種感知通道參與學(xué)習(xí)的具身學(xué)習(xí)案例(楊南昌等，2014)。本研究的具身學(xué)習(xí)環(huán)境通過像素墻、手指操作和翻紙牌操作空間等物理方式呈現(xiàn)，教師講授、討論交流、實踐操作等學(xué)習(xí)活動使學(xué)生的想象具身得以維持，進(jìn)而促進(jìn)認(rèn)知發(fā)展。人的大腦及身體感官同時參與學(xué)習(xí)活動，使知識、思維的發(fā)生達(dá)到最佳狀態(tài)，而這種最佳狀態(tài)的源動力則來自學(xué)生較高的學(xué)習(xí)興趣和注意力水平。本研究數(shù)據(jù)表明，身體感官參與的四項具身活動中，學(xué)生對師生互動氛圍的平均認(rèn)同度為89.9%，這與多媒體情境藝術(shù)實驗室的“化學(xué)滴定實驗”具身活動極大地激發(fā)學(xué)生參與實驗、觀察和討論分子反應(yīng)的學(xué)習(xí)興趣的研究結(jié)果相吻合(楊南昌等，2014)?！熬呱韺W(xué)習(xí)體會”評價中，95.8%學(xué)生達(dá)到較深層次的感悟體驗，從側(cè)面反映了學(xué)生學(xué)習(xí)效果得到了提升。本次教學(xué)實踐中，具身學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計，使課堂互動氛圍呈積極狀態(tài)，學(xué)生學(xué)習(xí)參與度明顯提升，由此可認(rèn)為，學(xué)習(xí)環(huán)境的改善與優(yōu)化直接促進(jìn)了學(xué)生的有意義學(xué)習(xí)。

(三)具身認(rèn)知教學(xué)能夠促進(jìn)元認(rèn)知的發(fā)展

具身教學(xué)活動依賴心智、大腦和身體三者協(xié)調(diào)作用。格里芬(Griffin，2017)認(rèn)為適當(dāng)?shù)木呱韺W(xué)習(xí)策略，有助于協(xié)調(diào)學(xué)習(xí)者的感官和認(rèn)知能力，由此推斷，作用于教學(xué)活動的具身學(xué)習(xí)屬于元認(rèn)知能力，這從學(xué)生學(xué)習(xí)感悟的文本可以得到驗證。數(shù)據(jù)表明，87.5%的學(xué)生認(rèn)為開展具體知識學(xué)習(xí)時身體感官的認(rèn)知反應(yīng)作用積極，這一結(jié)果與四項活動中學(xué)生反映的身體感官對學(xué)習(xí)作用的感受度(90%左右)較一致。由此可知，具身認(rèn)知是幫助學(xué)生提高元認(rèn)知能力的有效手段。

當(dāng)然，具身認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)身體的活動，應(yīng)體現(xiàn)與環(huán)境之間的相互影響。但在本教學(xué)模型中，身體與環(huán)境通過教學(xué)活動間接產(chǎn)生關(guān)系，缺少環(huán)境部署對身體能動過程的直接影響，以及身體的生理和心理反應(yīng)對環(huán)境的直接作用。因此，物理(網(wǎng)絡(luò))環(huán)境、學(xué)生身體和情緒狀態(tài)等影響教學(xué)效果的因素本研究未重點(diǎn)關(guān)注，期待后續(xù)研究與實踐加以改進(jìn)。