作者：盛立莉 东南大学脑与学习科学系，儿童发展教育研究所
研究生导师：柏毅 夏小俊
【摘要】：具身认知是在儿童计算机交互中广泛探讨的一个概念。然而，目前缺乏对该领域的研究综合以澄清其益处和缺点。本文在交互设计与儿童 (IDC)会议和国际儿童与计算机交互杂志 (IJCCI)上发表的2010年至2020年间的文章中进行了调查。我们使用关键词“具身认知”及其相关词汇检索了158篇论文。经过进一步筛选，最终确定了43篇论文。本综述的目的是通过报告应用领域、具身形式和方式以及儿童和成人的角色的最常见主题，提供对“具身”研究当前情况的概述。主要研究价值有两个方面：通过揭示新的挑战和机遇，我们强调了该领域内这些主题的主要趋势，并提出了未来研究的八个关键领域，旨在支持儿童计算机交互这一研究领域的发展。
【关键词】：具身认知，儿童，儿童计算机交互，系统文献综述，具身互动
一、引言
具身认知是一个概念，它表明我们主要用我们的身体而不仅仅是我们的大脑来学习。它基于这样一个前提，即大脑在认知过程中与身体紧密相连。其有其哲学背景，并扩展到心理学、认知科学和神经科学等多个领域。虽然在2012年至2017年期间，儿童 - 计算机交互社区对具体认知的兴趣有所下降，但在过去三年中，对这一主题的探索越来越多。
本文旨在对过去11年CCI研究中的具身认知进行详细概述，更重要的是深入理解具身认知在未来探讨和设计面向儿童的技术中的作用。论文的结构从对具身认知及相关领域的讨论开始。然后我们讨论了系统文献综述的方法论，包括如何选择和分析研究论文；接着呈现研究结果，最后讨论了CCI社区未来研究八个主要领域的建议。
二、方法论
为了了解过去11年在CCI研究中对具身形式以及其在不同程度、背景和技术中的探索，我们进行了一项系统文献综述。该综述的范围仅限于IDC和IJCCI，因为它们是CCI社区中最广泛和常用的存储库。综述协议包括研究问题、数据提取和选择、纳入和排除标准以及数据分析。
该方法是围绕本文的主要目标制定的：检查CCI社区内的当前趋势和主题，并使用由此产生的分析来建议和告知未来研究的潜在领域。该综述旨在根据所研究的文献回答三个主要研究问题：
1.哪些不同的应用领域和技能突出？
2.我们可以推断出什么形式？
3.儿童和成人在这项研究中的作用是什么？
三、研究结果
本文分解了43份主要报告的分析结果，并用它来回答主要的研究问题。突出的不同学科应用领域和技能包括：研究中重点关注的学科领域，正在从事哪些技能和能力，以及使用哪种学习/教学方法。“体现的形式”是最大的区别：并进一步细分为参与的身体部位、使用的刺激、观察到的行为、方法、环境背景、抽象的隐喻、认知过程和使用的外部表征形式。最后一类是儿童和成人参与研究，包括他们的角色、年龄组、认知发展阶段以及成人在研究中的作用。
四、讨论
在调查了最初的153篇论文后，我们可以看到具身认知仍然是CCI社区中一个相对较新的主题，然而，在过去几年中，对它的探索有所增加。本综述侧重于近年来“具身”研究概念的趋势，以及最常见的应用和技能、体现形式和方式、技术以及儿童和成人在研究中的作用等主题领域。我们的包含和排除标准有助于根据我们最初的研究问题简化最相关的论文。最后，通过各种类别和应用程序（教育和非教育）选择了43份同行评审报告。
4.1.探索身体部位的神经学证据
我们理解在进行任何形式的研究时经验证据的重要性：在证明具身性时，这可以是神经科学的（例如，相关的运动区域）（Boulenger, Hauk, & Pulvermüller, 2009; Hauk, Johnsrude, & Pulvermüller, 2004; Lindgren, Morphew, Kang, & Junokas, 2019）或行为学的（例如，概念理解）（Borghi & Pecher, 2011; Fugate et al., 2019）。与更多心理学和认知领域相比，本文调查的研究中没有使用神经学证据来支持观点。虽然观察行为证据是有效的，并指向具身性，但它可能受到对参与交互的身体部位和程度的假设和偏见的影响。在某些情况下，可能需要进行神经影像学研究，以真正确定在实验过程中哪些相关的脑区被特别激活（例如，视觉、嗅觉、运动、味觉等）（Barsalou, 2008; Martin, 2007）。
4.2.测量认知情感状态
结果显示，虽然有提及测量“认知-情感状态”的方法学作为其中一个类别，但只有一项研究明确涉及了儿童的认知情感状态，并利用实时心理标记（Lee-Cultura et al., 2020）。虽然很难明确确定一些研究是否增加了现有知识或帮助儿童形成新知识，但一些研究解决了这个问题。Antle等人在他们的“走向乌托邦”研究中提到了这种“无法确定”的研究局限性（Antle et al., 2011）。这对研究的直接长期影响提出了质疑，但并不否定不同研究的有效性——相反，需要明确这些背景、局限性，并提出未来探索长期影响的建议。在Segura等人的分析中，研究目标是基于对儿童首次遭遇移民的假设（Segura et al., 2012）。
4.3.具身与非具身的学习方法
尽管一般认为具身知识相比于非具身知识提供了更强大的体验，但只有少数几项研究（Hemmert et al., 2010; Malinverni et al., 2012; Mora-Guiard & Pares, 2014; Segura et al., 2012）在具身学习和非具身学习的学习结果之间进行了实证比较。对于具身技术的结果有更大的关注，但这并不能产生对它们与非具身方法之间有效性的背景证据。在评估学习结果进行定量分析的研究中（Malinverni et al., 2012; Mora-Guiard & Pares, 2014），大多数研究并未显示出两种方法之间的统计显著差异。
4.4.具身机器人玩具伴侣与社交时代
一个相对未被充分探索的领域是具身机器人玩具、伴侣和社交代理。Segura等人（2012）进行的一项研究比较了机器人Pleo的物理具身和使用平板电脑的虚拟呈现之间的迁移或“传送”。除此之外，另一个具有潜在研究机会的领域是利用身体作为“参照物”（Mora-Guiard & Pares, 2014）的全身互动技术，重点关注身体作为推动学习体验的主要因素。在一些全身互动中，比如CoCensus（Roberts et al., 2014），参与者与数据系统的相对位置会影响他们对数据的观察方式，无论是第一人称（主动者）还是第三人称（旁观者）视角。
4.5.将游戏技巧作为一种体现形式
研究发现，以游戏作为学习方法可以促使参与者（儿童）积极参与、增加动力和沉浸感（Malinverni et al., 2012）。参与式游戏，特别是涉及角色扮演的游戏，给人一种个人投入的感觉，使活动对儿童更有意义（Antle et al., 2011; Novellis & Moher, 2011; Roberts et al., 2014）。角色扮演游戏还可以引发一种相互依赖和合作的感觉，具体取决于上下文（例如作为城镇成员（Novellis & Moher, 2011），作为猎人（Kourakis & Parés, 2010），或警察和强盗（Soute et al., 2013））。研究已经建立了直接的关系，显示身体运动的增加导致参与度的增加，进一步证明了全身技术的案例。合作在参与度中也扮演着重要角色，正如Sylla等人（2015）在他们的故事讲述实验中所展示的那样，他们发现在小组中玩的儿童平均互动时间较长，为19.24分钟，而不是10.3分钟。
4.6.物理/环境背景
在分析过程中，我们发现大多数研究是在实验室或教室环境中进行的，只有少数研究，如Roberts等人（2014）、Sylla等人（2015），将家长纳入了研究设计中。Mora-Guiard和Pares（2014）在实验室和教室中进行实验，以比较受控环境和较不受控环境。参与式设计不仅限于学生，教师也参与了需求收集，无论是正式还是非正式。在Kang等人的研究中（Kang et al., 2016），与20名教师进行了为期2.5小时的形成性预设计会议，使用模型和草图材料测试概念和原型。这有助于改进当前设计的可能领域，因为教师对研究领域和儿童有更好的了解。
4.7.抽象隐喻/概念和游戏技术
一些Kinem游戏，如《农场漫步》（Farm Walks）（Kourakli et al., 2017），允许研究人员通过去除或包含一些特定的元素（如障碍物和停车标志）来改变游戏的难度，而一些研究则通过进行多个实验来使用多个游戏或概念。Chu等人（2018）将他们的制作实验分解为模拟模型，模拟地震和太阳能，概念-过程模型，要求学生根据他们已有知识编程一个食物链，以及说明模型，使用LED灯来展示他们对概念的理解。将新概念与预先建立的知识相结合，如音乐与导电性（Petersen et al., 2015），足球与编程（Desai et al., 2019），以及情感与机器学习（Vartiainen et al., 2020）。只有一项研究（Vartiainen et al., 2020）以情感为中心，然而，它侧重于儿童通过使用身体和面部表情向人工智能传授不同的情感。对于身体状态如何影响儿童的情绪，特别是与技术相关的情绪，没有进行探索。
4.8.儿童的角色、年龄和发展阶段
根据儿童的认知发展阶段，引入某些概念可能更容易。在回顾的众多研究中，只有少数考虑了不同年龄组之间的差异。Kang et al.（2016）根据儿童的年龄将他们的课程分为不同的组别，尽管实验在年龄上并没有变化，但传达的语言有所不同。Antle et al.（2011）将他们的研究重点放在7至10岁（具体运算阶段）的儿童身上。这受到环境心理学家麦肯齐-莫尔的研究影响，他提出这个年龄是帮助儿童建立“生态可持续行为”的最佳时机（McKenzie-Mohr, 2011）。Xiao等人（2016）也侧重于7至13岁的儿童，因为根据皮亚杰的观察，幼儿到12岁之间的儿童尚未完全发展出抽象的符号思维。
4.9.具身学习研究中关注的科目
在探索方面，我们期望在艺术和人文学科中开设更多的科目，但我们对与STEM相关的学习概念饶有兴趣。大多数领域涉及生物学，如SharedPhys（Kang et al.， 2016）， 数学 （Beşevli et al.，2019；Kourakli et al，2017；Kynigos et al，2010；Leduc-Mills＆Eisenberg，2011），或编程（Almjally et al.，2020；Pires et al，2020；Vartiainen et al.，2020），很少有研究探索独立于 STEM 知识的艺术，例如音乐——Andantino（Xiao et al.，2016）就是一个很好的例子。我们发现，其他涉及设计和其他艺术的研究仅将其用作与STEM相关的目标的教学方法，而不是作为参与的唯一目的。
4.10.个性化、特殊需求、多样性和包容性
个性化超越了年龄和认知发展阶段，还涉及能力。当涉及大规模用户时，个性化可以使体验变得更好，也可能使体验变得更复杂。当涉及到具有神经多样性需求的儿童时，这可能是一个特别复杂的问题（Bartoli et al.，2013；Kourakli et al.，2017；Mora-Guiard et al.，2017；Wilson et al.，2018）。
五、结论
这项工作调查了过去11年来从各种关于具身认知的论文中选出的43篇同行评审文章。本文的目的是深入分析CCI社区中具身认知的不同层次和概念，因此重点关注IDC和IJCCI这两个主要场所，并以此为未来的研究提出建议。
主要报告根据解决研究问题的类别进行分析，并更好地展示了近年来具体研究的方向。我们的研究涉及应用领域和技能，体现的形式和方式，使用的技术以及儿童和成人的作用，重点关注年龄和未来研究的机会。鉴于过去一年中儿童远程互动和学习的最新事件，具身认知和互动的作用比以往任何时候都更加重要。
该论述的摘要是八个关键领域，展示了儿童与计算机交互中体现认知领域的未来研究方向，通过为旨在研究该领域的研究人员说明新的挑战和机遇，为社区提供指导。我们的工作表明，相对缺乏使用神经学证据的调查，记忆宫殿，在感觉运动和手术前阶段对儿童的研究探索不足，以及需要更深入地理解和应用具体隐喻和认知情感状态。
未来的工作将是探索具身认知和其他相关概念，如行动主义、情境认知、上下文感知计算，不仅在CCI社区内，而且在其他场所和文献库中。我们的目标是在不久的将来为具身认知和儿童 - 计算机交互的新领域创建一个概念，理论和方法基础。
查阅原文：MoyosoreAle,Miriam Sturdee,Elisa Rubegni InternationalJournalofChild-ComputerInteraction
https://doi.org/10.1016/j.ijcci.2022.100478
转自：“百研工坊”微信公众号
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