技術(shù)報告基于具身認知理論的教育軟件設(shè)計

1、計劃類別 項目編號 項目技術(shù)報告課題名稱 項目主持人 承擔單位 題目：基于具身認知理論的教育軟件設(shè)計研究近年來，隨著對教育軟件的需求的日益高漲，為了發(fā)揮學(xué)習者在教育軟件中的主動性，很多學(xué)者對教育軟件的設(shè)計進行了相關(guān)研究。具身認知理論的日趨成熟為教育軟件提高學(xué)習者的主動性提供了可能。通過對具身認知進行分析，設(shè)計了一款校園安全APP。首先闡述了具身認知理論的含義，構(gòu)建了基于該理論的教育軟件開發(fā)框架，并依據(jù)該框架對校園安全APP進行設(shè)計。基于具身認知理論的教育APP，與傳統(tǒng)理念下的教育軟件相比，更能發(fā)揮學(xué)生學(xué)習的主動性。關(guān)鍵詞：校園安全；具身認知；APP文章編號：2096-1472（2018）-07

2、-60-031 引言（Introduction）教育軟件（education software），即為教育服務(wù)的軟件系統(tǒng)，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(yōu)點，使得眾多學(xué)者對其研究。肖俊洪學(xué)者對構(gòu)建適合大規(guī)模招生的e-learning推薦模型進行研究1。關(guān)洪芬學(xué)者對基于J2EE的高校教務(wù)管理系統(tǒng)分析與設(shè)計進行研究2。李海峰學(xué)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(shè)計方面的研究微乎其微。具身認知理論強調(diào)了學(xué)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

3、進行教育軟件設(shè)計的探索，為教育軟件類的設(shè)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(nèi)涵具身認知（Embodied Cognition）是第二認知科學(xué)，關(guān)于其內(nèi)涵有如下理解。第一，梅洛龐蒂主張身體的知覺是行為產(chǎn)生的基礎(chǔ)，我們關(guān)于世界的認識是通過身體這一中介實現(xiàn)的4。第二，貝特森和瓦雷拉認為認知依賴于主體經(jīng)驗的種類，而這些經(jīng)驗?zāi)耸浅鲎杂诰哂懈鞣N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(zhì)是強調(diào)身體在認知

4、活動中關(guān)鍵和基礎(chǔ)作用，并強調(diào)了認知、身體與環(huán)境動態(tài)交互過程的重要作用。2.2 具身認知觀點關(guān)于學(xué)習，具身認知主張把心智根植于身體，把身體根植于環(huán)境，認為學(xué)習既不是孤立于中樞的信息加工過程，也不是外部環(huán)境條件對行為的機械作用，具身學(xué)習是個體最大限度地利用內(nèi)部心理資源和外部環(huán)境條件，以達到心智、身體和環(huán)境之間動態(tài)平衡的過程，是一種身心一體的整合訓(xùn)練過程、在一定情境中的體驗過程、一種交互的動態(tài)生成過程6。關(guān)于知識，該觀點認為知識來自認知主體與其所處的環(huán)境之間發(fā)生有機性、創(chuàng)造性、生成性的交互作用，是基于個人的身體、經(jīng)驗、實踐、行動的參與，以及情境、生活等互動基礎(chǔ)上生成知識的過程，知識與知識的建構(gòu)者融為

5、一體，知識具有具身性、理解性、情境性、生成性等形態(tài)，同時，具身認知的知識觀主張構(gòu)建學(xué)科知識與個人經(jīng)驗互融、學(xué)科知識與生活世界共在的課程知識觀7。關(guān)于環(huán)境，具身認知理論秉持身體及其所處環(huán)境共同作為認知活動發(fā)生的基礎(chǔ)，認知發(fā)生在身體、心智和環(huán)境三者構(gòu)成認知系統(tǒng)中8。2.3 具身認知意義具身認知的上述內(nèi)涵與觀點符合杜威“做中學(xué)”的觀點，學(xué)生利用身體進行學(xué)習，在學(xué)習過程中將隱性知識轉(zhuǎn)換為顯性知識，由于學(xué)生調(diào)用了各種感觀，因而促進了其全面發(fā)展。教育軟件的作用是讓學(xué)生愉悅、高效的學(xué)習，該理論恰為該軟件實現(xiàn)該作用提供支撐，并為該軟件設(shè)計與開發(fā)提供新思路。3 基于具身認知理論的教育軟件開發(fā)框架3.1 教育軟件

6、開發(fā)框架構(gòu)建的理論依據(jù)具身認知的核心思想是：人通過身體上的感官，結(jié)合已有的經(jīng)驗與外部環(huán)境進行互動、交流，對外部環(huán)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(xué)習既不是刺激-反應(yīng)-強化的過程，也不是類似于電腦的信息加工模式，學(xué)習是身體、認知與環(huán)境的交互作用。環(huán)境是認識的來源，也是身體直接感觸的對象，個體根據(jù)已有的自身經(jīng)驗來了解外部世界，而身體是個體自身認知與外界環(huán)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(huán)境接觸，當外界環(huán)境的知識與已有的認知結(jié)構(gòu)相矛盾時，認知結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整，反之，知識將整合到已有的認知結(jié)構(gòu)當中。在教育軟件的設(shè)計與開發(fā)中，如何構(gòu)建多元的環(huán)境將影

7、響著學(xué)生認識的深度與廣度，因此有必要應(yīng)用多種形式呈現(xiàn)教育內(nèi)容，充分調(diào)動學(xué)生的多種感官，發(fā)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(fā)框架基于具身認知理論構(gòu)建教育軟件開發(fā)框架時必須充分考慮認知與心智、身體、環(huán)境的交互過程，學(xué)習者的認知結(jié)構(gòu)、身體結(jié)構(gòu)與感覺器官既是認知內(nèi)容的輸入渠道，又是學(xué)習者與外部環(huán)境交互的途徑。具身認知視野下構(gòu)建校園安全APP開發(fā)框架時必須考慮到認知、身體、環(huán)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(xué)習者可以依據(jù)不同的認知層次調(diào)用不同的感官，同時該軟件提供不同的呈現(xiàn)方式。以具身認知理論為基礎(chǔ)，以教學(xué)目標為導(dǎo)向，構(gòu)建出校園安全教育

8、軟件開發(fā)框架，如圖1所示。該模式包含三層，由內(nèi)到外分別是認知層、感知層、環(huán)境層。認知層主要是依據(jù)布魯布的教學(xué)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(xué)習知識按照需要主要的器官，分為視覺、聽覺、觸覺、動覺。環(huán)境層是依據(jù)學(xué)習知識的主要呈現(xiàn)形式，分為圖文、視頻、實操、游戲。該模式依據(jù)具身認知理論中的認知依賴于身體并需要外界環(huán)境支持，其中認知層相當于學(xué)習者的認知與心智，感知層相當于學(xué)習者的身體，環(huán)境層相當于外部環(huán)境，只有完全具備了這三個條件才能使學(xué)習者達到最佳的認知水平。在認知層上，依據(jù)不同的教學(xué)目標和知識的難度，將知識分為記憶性知識、理解性知識、應(yīng)用性與評價性知識，后一種知

9、識的學(xué)習需要以前一種知識做基礎(chǔ)，所以箭頭順時針從記憶到評價。如果經(jīng)過評價后的學(xué)習效果不理想，學(xué)習者可以從基本的記憶性知識開始學(xué)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(xiàn)，調(diào)動了學(xué)習者的視覺器官；理解性知識需要學(xué)習者掌握，因而采用了視頻的形式來幫助學(xué)習者，主要使用了學(xué)習者的視覺與聽覺器官；運用性知識需要學(xué)習者依據(jù)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(xué)習者的視、聽、觸感官充分參與其中；評價性知識需要學(xué)習者根據(jù)已有的知識對相關(guān)案例的做法進行評價，因而主要采用了游戲的形式來呈現(xiàn)，充分調(diào)動了學(xué)習者的各種感覺器官。在感知層中，學(xué)習者可以根據(jù)自己的知識水平，隨意調(diào)用適合自己的

10、器官，所以本層無明確的方向，學(xué)習者可以從任何感官開始學(xué)習。在環(huán)境層中，由于學(xué)習者使用的感官不同，所以資源的呈現(xiàn)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(fā)框架的高校校園安全APP設(shè)計4.1 學(xué)習者分析高校安全APP的學(xué)習者為受過高等教育的大學(xué)生，學(xué)習內(nèi)容為科普類知識，學(xué)習的目的是為了讓學(xué)生了解基本的安全知識，識別安全事件并在遇到危險時學(xué)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(gòu)建虛擬場景并結(jié)合教育游戲，培養(yǎng)學(xué)習者的動手動腦能力，同時以學(xué)習者喜聞樂見的動畫形式來激發(fā)學(xué)習者的學(xué)習興趣。4.2 教學(xué)目標分析為了讓學(xué)習者提高安全自救能力，本文設(shè)計虛擬自救場景，學(xué)習者可以在

11、其中切身體會如何辨別和解決危險情境。對于學(xué)習效果的檢驗，本文設(shè)計了教育游戲，學(xué)習者可以在娛樂中檢測自己的知識水平。通過校園APP的學(xué)習，學(xué)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(fā)現(xiàn)安全隱患并熟練解決。4.3 教育內(nèi)容詳細設(shè)計對校園安全內(nèi)容，從四大類、三個角度進行了從學(xué)習環(huán)境、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標的詳細設(shè)計，詳見表1。4.4 高校校園安全APP設(shè)計依據(jù)高校校園安全APP開發(fā)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(chǎn)

12、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(chǎn)安全；人身安全中主要介紹了如何預(yù)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(zāi)隱患、火災(zāi)初起時如何應(yīng)對、火災(zāi)現(xiàn)場如何逃生、火災(zāi)逃生時應(yīng)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(xiàn)安全知識，能激發(fā)學(xué)習者的學(xué)習興趣，使學(xué)習者主動與安全知識環(huán)境接觸，從而擴充學(xué)習者的知識量。視頻模塊：以動畫的形式來呈現(xiàn)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(fā)生大火時如何尋找正

13、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(nèi)騎車時應(yīng)注意哪些事項等，用動畫的形式呈現(xiàn)，能夠充分調(diào)動學(xué)習者的視覺與聽覺通道，使其可以愉快地學(xué)習并理解安全知識。虛擬操作模塊：讓學(xué)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(xué)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(xué)習者親身參與了消防器材的使用，所以提高了學(xué)習者解決安全問題的能力。本模塊中學(xué)習者調(diào)用了視、聽、觸等器官，學(xué)生沉浸在真實的安全案例當中，提高了安全應(yīng)用能力。游戲模塊：以游戲的形式來呈現(xiàn)諸如盜竊、詐騙等案件，調(diào)動了學(xué)生的多種感官，使學(xué)習者牢固地掌握安全知識。游戲具有趣味性，使其樂于學(xué)習的同

14、時檢測了學(xué)生的安全知識水平。版本說明模塊：主要用來幫助學(xué)生解決技術(shù)性問題，使其能流暢地使用該軟件。通過這幾個模塊的學(xué)習，學(xué)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(yīng)用已學(xué)的知識和已有的技能來進行自救，充分保證了高校學(xué)生的健康成長。5 結(jié)論（Conclusion）本文采用具身認知的視角設(shè)計了校園安全APP，不僅使學(xué)習者學(xué)會了安全知識，還使學(xué)習者能主動地學(xué)習相關(guān)知識。其中，教育軟件開發(fā)框架將具身認知中的身體、認知與心智、環(huán)境與校園安全知識有機融起來，為APP的設(shè)計提供了基礎(chǔ)。在該框架下進行的教學(xué)分析為APP的設(shè)計提供指南，該APP包含的知識點相對全面，形式多樣，能為學(xué)生學(xué)習安全知識

15、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(fā)揮了教育軟件調(diào)動學(xué)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(shè)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(fā)框架的內(nèi)涵和外延，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。參考文獻（References）1 肖俊洪.具身認知與學(xué)習環(huán)境：轉(zhuǎn)基因?qū)W習：構(gòu)建基于規(guī)則、適合大規(guī)模招生的e-learning推薦模型J.中國遠程教育， 2017（7）：5-13.2 關(guān)洪芬.基于J2EE的高校教務(wù)管理系統(tǒng)分析與設(shè)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(shè)計研究從EGEC框架構(gòu)建到“環(huán)衛(wèi)斗士”游戲的開發(fā)與應(yīng)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(xiàn)象學(xué)M.北京：商務(wù)印書館，2001：88.5