基于具身認知理論的教育軟件設計研究

張露 石連栓

摘 要：近年來，隨著對教育軟件的需求的日益高漲，為了發揮學習者在教育軟件中的主動性，很多學者對教育軟件的設計進行了相關研究。具身認知理論的日趨成熟為教育軟件提高學習者的主動性提供了可能。通過對具身認知進行分析，設計了一款校園安全APP。首先闡述了具身認知理論的含義，構建了基于該理論的教育軟件開發框架，并依據該框架對校園安全APP進行設計。基于具身認知理論的教育APP，與傳統理念下的教育軟件相比，更能發揮學生學習的主動性。

關鍵詞：校園安全；具身認知；APP

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A

文章編號：2096-1472（2018）-07-60-03

1 引言（Introduction）

教育軟件（education software），即為教育服務的軟件系統，包括教育游戲、排課軟件、e-learning，具有整合性、生動性、多樣性等特點。教育軟件正是因為具有這些優點，使得眾多學者對其研究。肖俊洪學者對構建適合大規模招生的e-learning推薦模型進行研究[1]。關洪芬學者對基于J2EE的高校教務管理系統分析與設計進行研究[2]。李海峰學者在教育游戲方面進行研究[3]。但是從具身認知的視角對教育軟件設計方面的研究微乎其微。具身認知理論強調了學習者的參與性、知識的生成性的特點。因此，有必要就該理論與教育軟件的融合進行研究，以校園安全APP為例進行教育軟件設計的探索，為教育軟件類的設計研究提供參考。

2 具身認知理論的含義（Implications of the Embodied cognition theory）

2.1 具身認知內涵

具身認知（Embodied Cognition）是第二認知科學，關于其內涵有如下理解。第一，梅洛·龐蒂主張身體的知覺是行為產生的基礎，我們關于世界的認識是通過身體這一中介實現的[4]。第二，貝特森和瓦雷拉認為認知依賴于主體經驗的種類，而這些經驗乃是出自于具有各種感覺運動能力的身體，這些感覺運動能力本身植根于或嵌入于（Embodied in）一個更廣泛的生物的、心理的和文化的情境中[5]。具身認知本質是強調身體在認知活動中關鍵和基礎作用，并強調了認知、身體與環境動態交互過程的重要作用。

2.2 具身認知觀點

關于學習，具身認知主張把心智根植于身體，把身體根植于環境，認為學習既不是孤立于中樞的信息加工過程，也不是外部環境條件對行為的機械作用，具身學習是個體最大限度地利用內部心理資源和外部環境條件，以達到心智、身體和環境之間動態平衡的過程，是一種身心一體的整合訓練過程、在一定情境中的體驗過程、一種交互的動態生成過程[6]。關于知識，該觀點認為知識來自認知主體與其所處的環境之間發生有機性、創造性、生成性的交互作用，是基于個人的身體、經驗、實踐、行動的參與，以及情境、生活等互動基礎上生成知識的過程，知識與知識的建構者融為一體，知識具有具身性、理解性、情境性、生成性等形態，同時，具身認知的知識觀主張構建學科知識與個人經驗互融、學科知識與生活世界共在的課程知識觀[7]。關于環境，具身認知理論秉持身體及其所處環境共同作為認知活動發生的基礎，認知發生在身體、心智和環境三者構成認知系統中[8]。

2.3 具身認知意義

具身認知的上述內涵與觀點符合杜威“做中學”的觀點，學生利用身體進行學習，在學習過程中將隱性知識轉換為顯性知識，由于學生調用了各種感觀，因而促進了其全面發展。教育軟件的作用是讓學生愉悅、高效的學習，該理論恰為該軟件實現該作用提供支撐，并為該軟件設計與開發提供新思路。

3 基于具身認知理論的教育軟件開發框架

3.1 教育軟件開發框架構建的理論依據

具身認知的核心思想是：人通過身體上的感官，結合已有的經驗與外部環境進行互動、交流，對外部環境進行了解，并在腦海形成對外部世界的認知。具身認知認為學習既不是刺激-反應-強化的過程，也不是類似于電腦的信息加工模式，學習是身體、認知與環境的交互作用。環境是認識的來源，也是身體直接感觸的對象，個體根據已有的自身經驗來了解外部世界，而身體是個體自身認知與外界環境連接的橋梁，個體通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感覺器官來與外界環境接觸，當外界環境的知識與已有的認知結構相矛盾時，認知結構會發生相應的調整，反之，知識將整合到已有的認知結構當中。在教育軟件的設計與開發中，如何構建多元的環境將影響著學生認識的深度與廣度，因此有必要應用多種形式呈現教育內容，充分調動學生的多種感官，發揮其主動性，使其獲得成就感和愉悅感。

3.2 基于具身認知理論教育軟件的開發框架

基于具身認知理論構建教育軟件開發框架時必須充分考慮認知與心智、身體、環境的交互過程，學習者的認知結構、身體結構與感覺器官既是認知內容的輸入渠道，又是學習者與外部環境交互的途徑。具身認知視野下構建校園安全APP開發框架時必須考慮到認知、身體、環境的互動過程，安全知識可分為記憶、理解、運用、評價四個層次，學習者可以依據不同的認知層次調用不同的感官，同時該軟件提供不同的呈現方式。以具身認知理論為基礎，以教學目標為導向，構建出校園安全教育軟件開發框架，如圖1所示。

該模式包含三層，由內到外分別是認知層、感知層、環境層。認知層主要是依據布魯布的教學目標分類理論，將知識分為記憶、理解、運用、評價四個維度。感知層是將學習知識按照需要主要的器官，分為視覺、聽覺、觸覺、動覺。環境層是依據學習知識的主要呈現形式，分為圖文、視頻、實操、游戲。該模式依據具身認知理論中的認知依賴于身體并需要外界環境支持，其中認知層相當于學習者的認知與心智，感知層相當于學習者的身體，環境層相當于外部環境，只有完全具備了這三個條件才能使學習者達到最佳的認知水平。在認知層上，依據不同的教學目標和知識的難度，將知識分為記憶性知識、理解性知識、應用性與評價性知識，后一種知識的學習需要以前一種知識做基礎，所以箭頭順時針從記憶到評價。如果經過評價后的學習效果不理想，學習者可以從基本的記憶性知識開始學起。由于記憶性知識只需了解即可，所以采用了圖文的形式來呈現，調動了學習者的視覺器官；理解性知識需要學習者掌握，因而采用了視頻的形式來幫助學習者，主要使用了學習者的視覺與聽覺器官；運用性知識需要學習者依據不同的情境來靈活使用，故主要采用了虛擬操作的方式，使學習者的視、聽、觸感官充分參與其中；評價性知識需要學習者根據已有的知識對相關案例的做法進行評價，因而主要采用了游戲的形式來呈現，充分調動了學習者的各種感覺器官。在感知層中，學習者可以根據自己的知識水平，隨意調用適合自己的器官，所以本層無明確的方向，學習者可以從任何感官開始學習。在環境層中，由于學習者使用的感官不同，所以資源的呈現形式也不同，因此也無明確的起始點和方向。

4 基于教育軟件開發框架的高校校園安全APP設計

4.1 學習者分析

高校安全APP的學習者為受過高等教育的大學生，學習內容為科普類知識，學習的目的是為了讓學生了解基本的安全知識，識別安全事件并在遇到危險時學會逃生與自救。他們理解力強，善于動腦動手，所以可以通過構建虛擬場景并結合教育游戲，培養學習者的動手動腦能力，同時以學習者喜聞樂見的動畫形式來激發學習者的學習興趣。

4.2 教學目標分析

為了讓學習者提高安全自救能力，本文設計虛擬自救場景，學習者可以在其中切身體會如何辨別和解決危險情境。對于學習效果的檢驗，本文設計了教育游戲，學習者可以在娛樂中檢測自己的知識水平。通過校園APP的學習，學習者能夠了解常見的安全知識，在遇到安全事件時能迅速逃生自救，在生活中善于發現安全隱患并熟練解決。

4.3 教育內容詳細設計

對校園安全內容，從四大類、三個角度進行了從學習環境、教學內容、教學目標的詳細設計，詳見表1。

4.4 高校校園安全APP設計

依據高校校園安全APP開發框架圖將安全APP劃分為五個模塊，即常識介紹模塊、視頻演示模塊、虛擬操作模塊與版本說明模塊，如圖2所示。

常識介紹模塊：主要以卡通化的形式介紹高校安全知識，主要包括消防、人身、交通等安全常識。財產安全知識中介紹了如何防范詐騙與盜竊、如何識別傳銷隱患、如何在搶劫中保護自己的財產安全；人身安全中主要介紹了如何預防溺水、踩踏與雷擊事件、如何安全乘坐電梯與自動扶梯、地震時如何快速逃生；在消防安全中主要介紹了校園中常見的火災隱患、火災初起時如何應對、火災現場如何逃生、火災逃生時應注意的事項、常見的消防標志等；在交通安全中主要介紹了在校園行走、校園騎車、校園行車與乘車等安全事項，以卡通形式呈現安全知識，能激發學習者的學習興趣，使學習者主動與安全知識環境接觸，從而擴充學習者的知識量。

視頻模塊：以動畫的形式來呈現諸如二氧化碳、干粉、清水滅火器的使用方法、如何成功撲救一些常見的小火、發生大火時如何尋找正確的路徑快速逃生等。常見的校園詐騙案件、傳銷事件、溺水時如何自救、在校園內騎車時應注意哪些事項等，用動畫的形式呈現，能夠充分調動學習者的視覺與聽覺通道，使其可以愉快地學習并理解安全知識。

虛擬操作模塊：讓學生通過對虛擬場景中常見的安全器材進行操作，如滅火器，學習者可以手動操縱保險銷和按下壓把對準火焰根部滅火，由于學習者親身參與了消防器材的使用，所以提高了學習者解決安全問題的能力。本模塊中學習者調用了視、聽、觸等器官，學生沉浸在真實的安全案例當中，提高了安全應用能力。

游戲模塊：以游戲的形式來呈現諸如盜竊、詐騙等案件，調動了學生的多種感官，使學習者牢固地掌握安全知識。游戲具有趣味性，使其樂于學習的同時檢測了學生的安全知識水平。

版本說明模塊：主要用來幫助學生解決技術性問題，使其能流暢地使用該軟件。

通過這幾個模塊的學習，學習者不但掌握了基本的安全知識，在他們遇到安全事件時會主動應用已學的知識和已有的技能來進行自救，充分保證了高校學生的健康成長。

5 結論（Conclusion）

本文采用具身認知的視角設計了校園安全APP，不僅使學習者學會了安全知識，還使學習者能主動地學習相關知識。其中，教育軟件開發框架將具身認知中的身體、認知與心智、環境與校園安全知識有機融起來，為APP的設計提供了基礎。在該框架下進行的教學分析為APP的設計提供指南，該APP包含的知識點相對全面，形式多樣，能為學生學習安全知識提供較好的幫助，提高他們的安全意識與自救能力。同時，該研究發揮了教育軟件調動學生主動性的功能，為具身認知在實踐方面的研究提供了參考，也為教育軟件的設計研究提供了新的研究視角。在未來教育軟件的研究中，將進一步完善教育軟件開發框架的內涵和外延，拓寬其應用領域。

參考文獻（References）

[1] 肖俊洪.具身認知與學習環境：轉基因學習：構建基于規則、適合大規模招生的e-learning推薦模型[J].中國遠程教育， 2017（7）：5-13.

[2] 關洪芬.基于J2EE的高校教務管理系統分析與設計[J].軟件工程，2017，20（1）：20-23.

[3] 李海峰，王煒.基于具身認知理論的教育游戲設計研究——從EGEC框架構建到“環衛斗士”游戲的開發與應用[J].中國電化教育，2015，340（2）：50-57.

[4] [法]梅洛·龐蒂，著.姜志輝，譯.知覺現象學[M].北京：商務印書館，2001：88.

[5] [智]F·瓦雷拉，著.李恒威，譯.具身心智：認知科學和人類經驗[M].杭州：浙江大學出版社，2010：268.

[6] 李朝波.具身認知與游戲化學習：成人培訓的回歸與創新[J].成人教育，2017（6）：10-14.

[7] 張良.具身認知理論視域中課程知識觀的重建[J].課程教材教法，2016（3）：65-70.

[8] 張良.論具身認知理論的課程與教學意蘊[J].全球教育展望，2013（4）：27-32.

[9] 楊玉寶，謝亮.具身認知：網絡學習空間建設與應用的新視角[J].中國電化教育，2018（2）：120-122.

作者簡介：

張 露（1991-），女，碩士.研究領域：教育軟件.

石連栓（1964-），男，博士，教授.研究領域：教育軟件工程.