基于具身認知理論的兒童自然教育棋盤設計研究

摘要：本研究基于具身認知理論，面向3～12歲兒童設計一款自然教育棋盤游戲。通過構建分齡用戶畫像，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—協作”的具身學習路徑。產品采用低科技介質、紙質任務卡與動態事件機制，引導兒童在身體參與中探索生態知識。結果表明，該設計有效促進了兒童生態理解與動手能力的發展，驗證了具身認知在兒童教育產品中的應用潛力。

關鍵詞：具身認知；兒童自然教育；棋盤游戲；生態設計；游戲化學習

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2025）11-0027-05

引言

在數字化快速發展的當下，兒童對自然的接觸日益減少，生態疏離現象愈發顯著。傳統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，難以調動其主動參與興趣。近年來，具身認知理論的興起為兒童學習方式的變革提供了新思路，強調身體動作與認知發展的相互作用。

本文以具身認知為理論基礎，圍繞“身體—認知—情境”的互動關系，探索自然教育在游戲化語境下的實踐路徑。通過設計一款集知識獲取、任務挑戰、互動協作為一體的兒童棋盤游戲，嘗試解決兒童自然學習中“認知碎片化、體驗缺乏、動手參與度低”的現實問題。

本文希望在設計層面推動自然教育從“看與聽”向“做與感”的轉變。

一、理論基礎與相關研究

（一）具身認知理論概述

具身認知理論自20世紀80年代興起，挑戰了傳統的“身心分離”觀念[1]該理論認為，身體不僅是認知的執行者，更是認知形成的核心媒介。，強調認知是身體、認知與環境動態交互的產物（見圖1）。

心理學家吉布森提出的“可供性”概念指出，環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生攀爬的欲望。哲學家梅洛·龐蒂在《知覺現象學》中提出了“具身的主體性”，主張身體的知覺是行為產生的基礎[2]。在具身認知視角下，視覺、觸覺等感官經驗與行動密不可分[3]。這些觀點都表明，兒童的認知發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）感官設計理論的協同作用

感官設計理論基于神經科學研究，強調通過視覺、聽覺、觸覺等多感官刺激的協同輸入，激活大腦多區域聯動，從而增強個體的信息處理效率、情感聯結與記憶效果[4]。在兒童自然教育與游戲化學習中，該理論通過“多感官融合”“感官互補”與“情感共鳴”三原則，重建沉浸式學習場域：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，激發學習動機。

感官設計與具身認知理論高度契合，均強調身體在認知中的參與性與環境互動的情境性，尤其適用于早期兒童將抽象生態知識轉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中，以“看得見、摸得著、聽得到”的方式構建兒童生態認知路徑，提升其認知沉浸感與主動探索行為。

（三）皮亞杰認知發展理論的教育適配性

皮亞杰認知發展理論將兒童的認知發展劃分為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），為自然教育工具設計提供適配依據，指導教育者根據兒童的認知發展階段，設計符合其認知能力的教育內容和形式。

二、具身認知視角下的兒童認知與學習

（一）具身認知理論在兒童教育中的應用

具身認知理論強調認知是身體與環境互動的產物，兒童的學習應源于真實情境中的感官體驗與身體參與。在教育領域，該理論被廣泛用于重構教學與認知路徑。陽盛清[6]基于五感體驗實驗發現，兒童通過采集、制作等活動中能有效提升自然記憶與創造力；李芳宇[7]等人在鄉村教育產品設計中提出從“本能-行為-反思”3個階段認知模式，強化兒童的環境歸屬與情感聯結；劉俊杰[8]等人開發的“數字樂園”體感游戲驗證了身體介入對知識內化的積極作用。在兒童產品設計領域，具身認知理論倡導以行為驅動感知、以感知觸發認知，主張“操作即學習”。單煒嘉[9]提出兒童交互產品應兼顧簡潔性、多感官整合與游戲化策略；張娜與姜楠[10]則強調材質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，謝永等人構建“感[12]等借助AR技術將抽象科學知識轉化為可操作體驗，增強兒童的理解深度與參與度。

（二）現有自然教育類產品設計的挑戰

盡管自然教育產品日益豐富，但在多感官體驗、認知適配與情感聯結方面仍面臨諸多挑戰，限制了其具身認知效應的充分釋放。

1.技術依賴與感官割裂

國外產品如GoogleExpeditionsAR（見圖2）通過虛擬生態模擬提升視覺沉浸感，但因缺乏真實觸覺、嗅覺等通道支持，導致兒童認知停留于符號層面。國內《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境的真實聯系，違背具身認知的“身體-環境共構”的基本原則。研究指出，技術應作為感官聯結的工具，而非自然體驗的代替品，應優先保障多感官整合的真實交互路徑。

2.規則復雜性與認知階段脫節

如Thamesamp;Kosmos系列實驗箱（見圖4），因規則繁復、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展模型，容易引發挫敗與認知阻斷。國內部分模塊化自然啟蒙套裝（見圖5）雖具探索性，但缺乏對地域生態差異的適配與任務調節，暴露“玩—學—體”一體化設計機制的空缺。具身認知強調“行動建構認知”，應通過任務簡化與分齡設置，匹配不同階段兒童的操作能力與理解路徑。

3.動態交互與情感聯結不足

許多自然教育產品過度強調知識傳授或娛樂化操作，忽視“情感—身體—認知”聯動效應。例如“BEEWITHYOU”觀察箱（見圖6）雖實現校園內昆蟲觀察，但缺乏行為引導與情緒共鳴機制，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節。理想路徑應結合具身策略，構建動態反饋、多模態敘事與角色引導，激發兒童對生態對象的共情與參與。

（三）具身認知導向的設計框架

為回應上述問題，自然教育產品的設計應圍繞“身體—感官—情感”三位一體的認知路徑，重構面向兒童的具身交互體驗。基于前述理論與案例分析，本研究總結出以下3項具身認知導向設計原則（見表2）：

以深圳坪山兒童公園（見圖7）為例，設計采用了“低干預—高探索”理念，保留原生態地貌與植物結構，借助無動力設施鼓勵兒童進行身體探索，體現“環境嵌入式具身學習”；而松下PA！GO項目（見圖8）則通過輕量化硬件、多模態反饋與情境模擬，提供了低技術負擔下的具身感知體驗，對本土產品設計具有啟示意義。

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

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上，結合皮亞杰認知發展理論、感官教育與生態心理學等理論支撐，從兒童的身體—認知—環境互動視角出發，探討3～12歲兒童在自然教育情境下的認知發展特征與設計需求。通過構建分階段用戶畫像，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，為后續棋盤游戲產品的模塊化與交互性設計提供了理論依據與用戶依據。

（一）用戶畫像構建與兒童年齡劃分

在自然教育領域，兒童年齡的劃分對教育內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，強調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，主張分階段設計教育介入策略。因此，本研究將目標用戶劃分為3～6歲與7～12歲兩個核心階段，并構建對應的用戶畫像（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，認知通過身體在環境中的持續操作行為而生成[15]。3～6歲處于前運算階段，以感知與具象思維為主，常表現為對自然現象的擬人化理解，認知建構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、規則理解與策略構建能力，適合在自然教育產品中融入任務驅動與系統思維內容。

2.具身感官認知分析

感官認知能力的發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，自然教育產品宜使用天然材質構建沉浸式情境。7～12歲兒童則更關注感官與知識的聯結，例如通過觀察放大鏡、生態卡片等工具實現“感官-概念”的認知遷移。

3.具身行為認知分析

3～6歲兒童傾向于重復性、碎片式動作操作，設計應提供自然探索的空間與周期性互動機制，如旋轉模塊、插拔系統等。7～12歲兒童具備理解任務流程與分工合作能力，適合引入“目標卡+道具組件+多人協作”的設計機制，以實現任務導向的認知建構。

4.具身情感體驗分析

情感作為認知學習的內驅力，在具身學習中同樣不可忽視。3～6歲兒童的情緒反應直接、即時，設計宜加入擬人化元素、可愛配色與輕量互動，減少陌生感、激發親近情緒。7～12歲兒童則更容易被“挑戰-成就”的正反饋機制所驅動，建議設置積分、晉級、任務完成勛章等系統，以激發他們在生態游戲中的內在動機和認知投入。

（三）差異化交互設計策略

在綜合具身認知與皮亞杰理論基礎上，自然教育棋盤產品的交互系統需呈現明顯的分齡化差異。對于3～6歲兒童，應以感官刺激、自然探索、無結構引導為核心，而對7～12歲兒童，則應設計邏輯性強、任務導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—執行任務—反饋總結”3個階段剖析關鍵觸點與潛在優化點。研究發現，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。而在總結階段，適度引導兒童反思生態鏈搭建過程，有助于深化對生態系統脆弱性與保護必要性的理解。

用戶旅程圖為后續棋盤模塊的功能細化與交互路徑優化提供了重要依據，確保設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建的棋盤系統的實際設計方案。通過對傳統自然教育產品“互動性弱、體驗形式單一、教學內容抽象”等問題的回應，提出一套以低技術介質、游戲機制、感官聯結與情感反饋為核心的設計路徑。

（一）設計目標與產品結構

本設計旨在構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。整體設計由三大核心系統構成，分別服務于生態情境搭建、交互行為執行和任務目標引導，見表4。

棋盤采用正方形模塊化設計（見圖10），主色調為暖色調，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，保留自然肌理，提升真實觸感與環境親和力。造型上采用圓潤邊角與擬態外觀設計，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比例，便于親子共玩及教學場景投放。

產品創新亮點包括：基于生態行為設定的角色功能機制、任務卡分齡適配機制，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建自然認知，激發環境責任感。

（二）玩法機制與具身互動體驗機制

本設計建立起具身認知導向下的策略型互動玩法路徑，玩家需在棋盤上運籌棋子，協同構建生態鏈，實現系統平衡。核心玩法流程包括：角色選擇→移動操作→資源互動→狀態反饋與勝負判定。

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行為與行動特征。棋盤采用5×5網格布局，每格代表一個生態環境單元。玩家通過擲骰決定動物棋子的移動步數與方向，在生態網絡中尋找路徑與資源。為了增強策略性與適配不同能力水平的玩家，游戲設置障礙物數量分級機制，見圖12。

2.任務觸發與資源互動

當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，獲取資源。不同動物（如蝴蝶、蜜蜂、兔子、羊、狐貍等）擁有獨特的移動規則和生態功能。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。此設定增強兒童對生物差異性與生態關系的具身理解。

3.反饋與判定機制

所有動物成功獲取所需食物即達成穩定生態鏈，屏幕圖案亮起黃燈，判定勝利；若連續兩個回合無有效操作則觸發失敗，系統以音效與動畫呈現生態危機反饋，對應亮起紅燈，見圖13。

4.情境構建與創新特色棋盤路徑隱含“授粉區”“捕食區”等生態分區，引導玩家在移動中理解食物鏈關系與環境相互作用。整套機制以“生態鏈構建”為勝利目標，突破傳統自然科普游戲以問答或拼圖為主的形式，強調系統性生態認知與具身實踐的深度結合，提供一種融合知識性、趣味性與策略性的自然教育體驗。

（三）任務卡設計與反饋機制

紙質任務卡作為生態知識轉化的重要媒介，構建了從具身感知到抽象認知的認知遷移橋梁。設計中采用分齡結構，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理解之間的漸進銜接，提升游戲中的學習有效性與沉浸感，見表5。

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

通過上述卡片體系的整合設計，本方案不僅構建了多維度的生態學習路徑，還通過具身互動方式實現從感官刺激到系統思維的認知躍遷，體現出自然教育游戲化在兒童生態教育中的強大潛力與創新價值。

（四）分齡適配策略總結與認知基礎

本設計結合皮亞杰“前運算階段”與“具體運算階段”的兒童認知特征，通過規則設置、任務內容與互動方式的差異化，構建出適應3～6歲與7～12歲兒童的分齡策略。低齡段注重圖像引導與感官體驗，高齡段強調空間策略與因

設置，設計在低技術條件下實現了良好的年齡適配性與教育實效，為不同發展階段兒童提供了符合其認知路徑的生態學習體驗。

結語

本研究聚焦于兒童自然教育領域的游戲化實踐，嘗試以具身認知理論為指導，探索低技術介入下兒童認知發展與生態學習的整合方式。設計過程中強調兒童在真實操作、身體互動與角色參與中的體驗過程，力求在游戲中激發其生態理解力與合作意識。

相較傳統教育產品，本設計在內容適配性、互動邏輯與生態價值表達上展現出明顯優勢。盡管存在生態情境簡化與用戶測試局限等問題，研究仍為自然教育產品的具身設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。

參考文獻

[1]許雙月.具身認知在國內設計領域的研究熱點與趨勢分析[J].設計，2022，35（20）：76-79.

[2]劉勝利.從對象身體到現象身體——《知覺現象學》的身體概念初探[J].哲學研究，2010（05）：75-82+128.

[3]PérezRiobello，A.Merleau-Ponty：percepción，corporalidadymundo.EikasíaRevistaDeFilosofía，2008（20），197–220.

[4]Malnar，J.M.，amp;Vodvarka，F.SensoryDesign.Minneapolis，MN：UniversityofMinnesotaPress.2004.

[5]Piaget，J.Theoriginsofintelligenceinchildren.InternationalUniversitiesPress.1952.

[6]陽盛清.面向兒童自然教育的設計及服務[D].東華大學，2022.

[7]李芳宇，周樂.具身認知視角下的鄉村兒童教育產品設計探究[J].包裝工程，2020，41（16）：154-163.

[8]劉俊杰，夏小俊，柏毅.基于具身認知的教育體感游戲設計與實現[J].無線互聯科技，2022，19（22）：50-52.

[9]單煒嘉，姜霖.具身認知視域下兒童產品交互設計研究[J].大眾文藝，2022（22）：37-39.

[10]張娜，姜楠.探究人體感官與產品設計[J].設計，2016（23）：62-63.

[11]張佳燕，徐娟芳.具身認知視角下的兒童音樂玩具交互設計研究[J].藝術科技，2023，36（4）：1-4.

[12]謝永，蔣雯.基于具身認知的兒童抽象科普閱讀產品設計研究[J].設計，2022，35（3）：68-70.

[13]楊嶸均.回歸人性：關于教育本質的再認知——兼論盧梭《愛彌兒》自然教育思想的當代價值[J].華南師范大學學報（社會科學版），2020（04）：58-70+190.

[14]王曼祎.以兒童認知為導向的交互設計應用研究[D].東華大學，2020.

[15]賈文斌，胡雨佳，張靜，等.具身認知視域下幼兒社會情感能力的發展路徑與支持策略[J].廣西師范大學學報（哲學社會科學版），2025，61（01）：85-94.

[16]梁海鵬，田龍過，王云云.具身認知視域下的學齡期兒童家具設計研究[J].包裝工程，2025，46（04）：388-397.