摘要：具身认知和混合现实是当代认知科学和信息技术创新发展的两大前沿，推动教育研究与实践的范式发生深刻变化。具身认知强调身体参与认知过程的理论观点对促进科学概念的理解具有独特作用，而混合现实为学习者的具身参与和交互提供了技术支撑。基于此建构具身型混合现实学习环境，是打破虚拟环境和实体环境之阻隔，让学习者充分使用自己的身体开展各种认知活动，真正促使学生从“离身”走向“具身”，并促进其对科学概念深度理解的重要途径。当前实践领域已有不少研究通过设计能够激发具身交互的情境和活动，来帮助学习者对科学、地理、数学和生物等学科知识进行深度理解，并认为具有显著效果。然而这些研究更多是在特定的技术创新及其约束性条件下驱动的，没有将研究焦点明确置于技术创新在教育境脉中的功效之上，也没有回答“如何有效”和“为何有效”的深层科学问题。因而，未来混合现实环境中具身交互促进科学概念理解的研究应在两个方面着力：一是逐步发展一套能在混合现实环境中有效促进科学概念理解的具身交互策略，二是在实证研究中逐步揭示混合现实学习环境中具身交互促进科学概念理解的认知加工机制。
关键词：具身认知;混合现实;学习环境;概念理解;深度学习
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1009-5195（2018）06-0028-09 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2018.06.004
*基金項目：国家科技支撑计划课题“科技馆建设及展示展教关键技术研究”（2015BAK33B02）;华中师范大学中央高校基本科研业务费项目“面向特殊人群的无障碍展教技术研究”（CCNU18TS041）。
作者简介：黄红涛，工程师，华中师范大学信息化办公室;孟红娟，工程师，华中师范大学教育信息技术学院国家级文科综合实验教学示范中心;左明章，教授，博士生导师，华中师范大学教育信息技术学院;郑旭东（通讯作者），教授，博士生导师，华中师范大学教育信息技术学院（湖北武汉 430079）。
一、基于具身认知观点对概念理解的探索
具身认知是一种反对笛卡尔身心二元论的哲学思潮，它经由认知科学和心理学而逐渐进入教育学，陆续引发各种学习和教学理论不断涌现，驱动教学实践的内容、方式、过程及其效果评估发生变革。具身认知强调认知根植于身体行动，经验建构于具身交互。更确切地讲，人的身体在认知过程中发挥着非常关键的作用，认知是通过身体、心灵和环境的交互作用而形成的。
对具身认知的探讨始于对心智具身性的思考。瓦雷拉（Francisco J. Varela）、汤普森（Evan Thompson）和罗施（Eleanor Rosch）所著的《具身心智》就是一个原典，它的许多主题——认知科学对计算主义忠诚的幻灭、对吉布森主义和联结主义认知进路的同情、对表征概念在认知解释上过度作用的怀疑、对知觉和认知必须与行动相联的自信——在具身认知中已经上升为教条的地位（Varela et al.，1991）。随后，克拉克（Andy Clark）、西伦（Rsther Thelen）、史密斯（Linda B. Smith）、威尔逊（Margaret Wilson）、夏皮罗（Lawrence Shapiro）等人也纷纷加入到具身认知的研究阵营，使具身认知的轮廓变得更加清晰。与此同时，“心智活动包括脑、身体和世界以及它们之间的交互作用”这一核心思想也日益受到推崇，并引起博尔吉（Anna M. Borghi）、卡萨桑托（Daniel Casasanto）、约斯特曼（Nils B. Jostmann）、尼登塔尔（Paula M. Niedenthal）等很多实验心理学家的关注，这使得人们对具身心智的探讨从思辨走向实证和实验。具身认知的研究也开始利用神经科学的方法和技术、数据和结论，把认知对身体及其感觉运动系统的依赖性带进人们的视野，其理论的科学化水平不断提高，具身认知科学开始登上认知研究的历史舞台。
随着具身认知科学的兴起，传统认知科学所坚持的概念与思维的非模态理论——人类通过感知觉获得的信息可以转化为抽象的非模态符号，思维的过程就是对非模态符号信息提取与加工的过程——开始受到越来越多的挑战。从具身认知的观点出发对概念理解的研究，最具煽动性的辩护之一是建立在对思维中隐喻作用的分析之上。语言学家莱考夫（George Lakoff）和约翰逊（Mark Johnson）是该领域的杰出人物。他们在对大量隐喻现象进行分析后指出：隐喻不仅是一种语言修辞手段，更反映了人类认知的重要特征;人类的抽象概念系统是以感知觉经验和具体概念为基础发展形成的，抽象概念的加工与对其进行隐喻化描述的身体经验密切相关（Lakoff & Johnson，1980）。以此为基础，莱考夫和约翰逊（Lakoff & Johnson，1999）提出了颇具影响力的概念隐喻理论，进一步确立了身体经验在概念理解中的重要地位。与此同时，Barsalou（1999）提出了知觉符号理论。该理论主张概念表征不是一种独立的抽象符号或心理表象，而是神经表征;人是以体认的方式认识世界，概念与思维的实现必须通过人的身体经验，而不是依靠超验和抽象符号。
很多研究表明：在对概念进行加工和处理的过程中，感觉和运动系统会被激活（Mahon et al.，2008）。神经科学的相关基础研究对上述观点进行了验证，并进一步揭示了其具体的工作机制。Pulvermüller（2005）的一项研究表明：当用穿颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation）的亚阈值对手臂活动进行刺激时，运动区域通常会被激活。当强磁脉冲引起右手肌肉收缩时，被试对与手部相关单词的处理速度会比与腿部相关单词的处理速度更快。由此可以证明：与行动相关的神经托换（neural underpinning）有助于对概念的理解。最新的研究则进一步阐明了基于具身认知观点的交互促进概念习得的具体工作机制。Dackermann等人（2017）发现：在空间与概念之间建立起映射、个人空间不同区域之间的动态交互、不同空间参照系的整合是影响具身交互中概念习得的三个主要潜在因素。他们以数量关系这个概念的习得为例，具体阐明了这一工作机制：通过全身的运动把数量和空间联系在一起，这涉及到个人空间不同区域之间的交互作用和不同空间参照系的整合，二者会激活一个映射过程，通过这个映射过程，学习者会建立空间-数量的心理表征，而这一心理表征的建立会增进其对数量这一概念的理解，并促使学习者超越空间-数量联结对数字进行加工和处理。
