教学模式设计论文思维教学论文分布式虚拟学习环境下工科开放教学模式的设计

教学模式设计论文思维教学论文：分布式虚拟学习环境下工科开放教学模式的设计[摘要]文章针对现有工科开放教育存在的问题,在研究建构主义学习理论和分布式认知理论的基础上,构建分布式虚拟学习环境下的工科开放教学模式,认为学习者是核心因素,是网络学习的内部因素;教学者是关键因素,分布式虚拟学习环境是基础和保障,共同构成网络学习的外部因素。内外因素共同作用于网络学习过程,会对学习效果产生不同的影响。[关键词]分布式虚拟学习环境教学模式思维建模CSCL[作者简介]李文宏(1972-),男,陕西长安人,江苏大学教师教育学院,副教授,硕士,研究方向为信息化教育和教学设计。(江苏镇江212013)[中图分类号]G642[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)29-0099-03一、问题的提出国家建设、国际竞争和科技发展的势态都表明了对工程专业技术人才的迫切需求,这与高等教育的人才培养密切相关。因此,我们必须按照终身学习的理念,适应知识经济社会发展的要求,构建学习型社会工科专业人才终身教育体系。现代远程教育的基本任务是面向在职人员开展继续教育,以培养社会所需的应用型人才为目标。但是由于工科类专业的理论性和实践性较强,学生自学有一定的难度,因此,对于工科类专业开放教育,除吸取现有开放教育模式外,还应根据专业特点,形成具有特色的开放教育模式。从近年来的教学管理、教学经验和教学效果分析得知,工科远程教育教学主要存在以下几方面的问题:(1)专业设置、课程体系与培养目标之间存在差距;(2)教学内容偏理论;(3)学习资源未体现工科和远程教学的特点;(4)实践性教学环节薄弱;(5)学习测评缺乏改革与创新。在工科开放教育兴起之初,学习者将面临许多阻碍和问题,因此,根据他们的具体特点和需要开展教学变得尤为重要。如何构建有利于满足学习者个性化学习需要,促进学习者建立学习过程与个人实践经验的联结,从而促进学习者有意义地学习与终身学习能力发展的学习环境,是工科开放教育研究的重要课题。本文在探讨了建构主义学习理论与分布式虚拟现实关系的基础上,将分布式虚拟现实技术(DistributedVirtualReality,DVR)引入工科开放教育系统,设计分布式虚拟学习环境下的教学模式,探索学生的自主、协作学习方式,并考察该模式的学习效果。二、分布式虚拟学习环境的技术支持与理论基础1.分布式虚拟现实技术。目前的研究成果和发展趋势表明,有两项技术将对未来信息社会产生重要影响,并最终改变人类的工作、学习和生活,这就是虚拟现实和网络。虚拟现实又称作虚拟环境,代表着未来的计算机交互界面。分布式虚拟环境(DistributedVirtualEnvironment,DVE)就是把这两项技术结合在一起,在一组以网络互联的计算机上同时运行VE系统的技术。分布式虚拟环境和现代教育技术的深入发展和结合,引发了教育领域的又一次革命。将分布式虚拟环境的概念引入教育后,出现了分布式虚拟学习环境,这种开放式的学习环境以虚拟为基本特征,以网络技术、分布式虚拟现实技术为技术支撑,提供一种完全沉浸式的交互界面,把网络空间转换为社会空间,通过虚拟社会将人们联系起来。它摒弃了传统网络学习体系的二维模式,改善了虚拟学习环境的交互界面,使学习者获得更真实的沉浸式体验,提高了学习者之间的可感知性和可交互性。2.分布式虚拟学习环境构建的理论基础。建构主义理论认为:“学习是建构内在的心理表征的过程,学习并不是把知识从外界搬到记忆中,而是以已有的经验为基础,通过与外界的相互作用来建构新的理解。”当前,建构主义学习观强调具体情境对意义建构的作用,其主要观点是学习应处于真实情境中,学习的目的在于能够真正运用所学的知识去解决现实世界中的实际问题。学习者所处情境越真实,需要解决的问题越现实,学习者的学习积极性越高,主动性越强,自由度越高,学习过程越生动、有效。鉴于学习应处于真实情境中这一观点,第三代教学设计强调设计与真实物理环境相似、复杂程度相近的学习环境。而这种有效地建构主义学习环境则需要借助虚拟现实技术、计算机技术、多媒体技术等信息技术来创设。20世纪80年代,Hutchins(赫钦斯)等人对复杂情境系统(如轮船导航)的认知现象进行了研究,认为认知行为是一种在其所发生的工作情境中的具体情境性行为,它进而发展为分布式认知,提供“重新思考所有领域的认知现象的一种新的基本范式”。分布式认知理论认为,分布式认知是指认知分布于个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会和时间之中,是包括认知主体、认知环境以及所有参与认知活动事物的一个多分析单元系统。在人类的智力活动中,认知任务的完成既包含个体的认知,也存在多个个体间通过媒介的交互作用;个体认知不仅与社会文化环境有交互作用,而且存在于社会文化环境之中;认知不仅是存在于脑内的活动,而且也依赖于认知的临场和情境;知识的学习、理解和掌握有一个时间上的累积过程。由于分布式认知的各要素(个体、媒介、环境、文化、社会)与分布式虚拟学习环境中的各要素(学习者、教学人员、学习资源、虚拟学习环境等)可以轻松地建立一种映射关系,因此,分布式认知可作为虚拟学习环境架构的理论指导框架。三、基于DVR的开放式教学模式的设计根据建构主义理论和分布式认知理论,结合国内外相关研究成果,本文提出一个基于DVR的开放式教学模式,如图1。该模式由学习者(Learner)、教学者(Instructor)以及分布式虚拟学习环境(DistributedVirtuallearningEnvironment,DVLE)组成,简称为LID模式。在该模式中,学习者因素是核心,它是网络学习的内部因素;教学者因素是关键,分布式虚拟学习环境是基础和保障,共同构成了网络学习的外部因素。内外因素共同作用于网络学习过程,从而对学习效果产生不同的影响。1.学习者因素。我们需要从学习者的角度对学习者进行分类研究,揭示不同学习者在学习方面所表现出的复杂个性差异。比如,不同个体对外界信息刺激的感知、注意、思维、记忆和解决问题的方式不同,由此形成了学习者在学习上的不同类型与不同风格。研究学习者的特征,有助于每个学习者更深刻、更自觉地反思和了解自己的学习个性,找到最适合自己的个性化学习方式,实现学习中的自我意识与自我超越。在学习中,不同的学习者由于个性特征,尤其是认知加工方式的不同,产生了不同的学习风格。目前,学习风格的研究成果多数是从心理学的角度出发,通过对个体生理和心理的特点进行研究,总结出个体之间在感知觉、认知、动机、意志等方面表现出的差异。比如,学习者的生理差异,包括学习者对学习时间和感知觉通道的偏爱,学习者认知风格的差异(是场独立性还是场依存性)以及思维方式的差异和左右脑的差异对学习者的影响;情感和意志的差异,包括学习坚持与意志力、成就动机等。学习者应学会找到适合自己个性的高效的学习方法,学会审视自己的学习,分析自己在学习方面的独特之处和有待改进之处,客观地看待自己的优缺点和长短处,认识自己最有希望、最有潜力的发展领域和发展上的限制,对薄弱之处加以改造、完善。2.教学者因素。教学者在网络学习过程中起干预的作用,包括网络学习资源的准备、教学过程的设计以及根据学习者学习效果的反馈信息进行网络教学过程的修正。但网络教学模式和方法不同于传统教学。网络教学人员只有具有一定的认识,具备必要的网络教育素质,并掌握适当的网络教学设计与方法,才能促使网络教学获得成功。网上教学的成功在很大程度上取决于师生对网络教育的认识和对网上教学规律的把握。对于教师而言,需要对网上教学及其实施有一个正确的认识,包括网络学习与传统学习的区别、典型的网上教学模式及其特点、网上学生的特点、网上教学可能遇到的问题,等等,并对此做好充分的思想准备。同时,教师也应及时更新教育教学理念,并具备熟练使用网络教学工具、灵活开展网络教学的能力。网上教学方法与面授教学不同,具有师生时空分离、异步反馈为主、教学策略显性化的特点。增进教学质量的关键在于教学设计,因此,教学者应根据网络教学的特点来精心设计教学,扬长避短。传统的学与教理论与模型对于网络教学而言也基本适用,其中包括学习动机的激发、学习风格的考虑、教学传递方式的选择,等等。3.分布式虚拟学习环境的构建。分布式虚拟环境是传统虚拟现实(VirtualReality,VR)技术的多用户化发展,它将孤立的或小范围的虚拟现实系统地连接起来,通过空间关联以构造大范围的虚拟环境,支持分布在不同地域的多个用户在同一个虚拟的世界中进行实时交互,协同完成各种任务。分布式虚拟现实技术运用于教育领域,更好地体现了建构主义对教学过程的要求,突出了学习者的主体性和协作性;构建的分布式虚拟学习环境,为学习者提供了以三维动态形式呈现的学习内容,使其在这一环境中具有较好的真实感和沉浸感,学习者通过三维的、自然的交互更好地表达情感、参与协作。分布式虚拟学习环境从情境设计出发,满足了情境化学习所坚持的两条原则:一是对知识和技能的学习应当置于一个真实度很高的情境中;二是学习需要协作与交流。分布式虚拟环境可以创建多人在线交互学习环境,学习环境中的情境创设有利于学生对所学内容的意义建构,比如,虚拟现实开发工具Virtools中的多用户在线交互子模块使用基于TCP/IP标准网络协议的C/S架构,可以容纳多人进行互动连线的应用,非常适合于多用户的分布式虚拟学习环境的创建,终端用户可以利用3DLifePlayer参与虚拟学习环境中的交互、讨论以及协作学习。学生利用直接操作环境工具可以为特定的现象建构模型,使用直接操作环境工具时,直接操作环境内的参数,学习资源主要有虚拟实验仪器、虚拟教学案例库等。由于建模的直观性,直接操作环境可提供给学习者一种真实的感觉。类似的直接操作环境工具还有交互式物理。基于DVR技术的虚拟学习环境具有共享的信息资源、交互工具和学习协作空间,学习者之间能够相互观摩,共同进步;学习个体在各方面的进步或后退都会被同伴所注意和评价,这些外部评价所营造的积极向上的心理氛围,能激发学生的学习积极性,激励其向更好的方向发展,从而提高每个学习者的自身素质。4.在分布式虚拟环境中学习者的学习。在分布式虚拟环境中学习者的学习可以分为自主学习和协作学习两种,两者协调配合,存在于网络学习的整个过程。自主学习。在自主学习的运用上,个人扮演着学习的主角,同时,获得来自教师的辅导及协助。成人在自主学习的过程中,倾向于自主、独立、主动与积极,但却不是孤立无援的。作为一种知识表征工具,思维工具可以成为学习者的智能伙伴,让学习者变得更聪明。思维工具是一种能够激发和促进认知处理的通用性计算机工具,同时,也是一种认知工具。比如,概念构图或语义网络工具可用来对知识进行结构化表征,概念图常常被用来作为一种学习策略,用来对领域知识进行综合,也用来对知识掌握程度进行评估。动态建模工具帮助学习者对领域间动态、因果关系进行表征。这些工具包括电子表格、专家系统、系统和种群动态工具以及可教代理和直接操作环境。协作学习。协作学习是学生以小组形式参与、为达到共同的学习目标、在一定的激励机制下最大化和他人习得成果而合作互助的一切相关行为。正是由于存在某些视觉、听觉、触觉信息的缺失直接导致了交互的间接性和片面性,因此,许多研究者努力创造“你见即我见”“我见即我想”的公共交互环境,让学习者自由开展各类交互活动,自由表达和传递各类观点、想法和感情。CSCL中的交互也是为协作服务的,是实现“知识的共同建构”和“协作参与者相互依赖”的基础。因此,CSCL系统对交互的支持不能仅仅局限在通信交流层面上,而且更要强调协作小组信息流的有效管理,交互中的知识产出和知识的共同理解,即要解决小组学生是通过什么样的交互实现知识的共同建构的。分布式虚拟环境下协作学习形式,如图2。5.网络学习评价反馈。网络学习评价的目的就是为了在网络环境下,依据一定的课程目标对学习者的学习结果和过程进行评价,对学习者的学习作价值判断的过程。当然,评价不是最终目的,而是为了检查和促进网络学习,以满足未来社会发展对人的需要和人自身发展的需要。由于网络学习所涉及的范围比