（教育技术学专业论文）基于second+life的虚拟学习环境设计研究.pdf

摘要 现代学习理论提出学习的过程是个体与环境相互作用的过程，强 调了学习环境对学习的重要意义。随着虚拟现实技术和互联网络的发 展，w e b 3 d 技术应运而生，其3 i 特性及低成本与易用性使其在构筑 良好的学习环境上具有广阔的应用前景。针对目前网络学习环境沉浸 感不强、易产生视觉疲劳、用户界面不够形象、情感缺失等问题，运 用w e b 3 d 技术探索虚拟学习环境的设计，创建w e b 3 d 虚拟学习环境是 一条有效的解决途径。 s e c o n dl i f e 是一个基于w e b 3 d 的虚拟世界，其自身的一些特点 及提供的二次开发功能能够有力地支持学习环境的创设。本研究从分 析学习环境的构成要素入手，在详细介绍s e c o n dl i f e 的基础上，探 讨基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境的设计，从而望对w e b 3 d 虚拟学 习环境的设计研究与应用起到抛砖引玉的作用，同时也望引起国内对 s e c o n dl i f e 的教育应用的关注。 论文共分为四个部分。第一章简要介绍了本研究问题的提出、国 内外研究状况和研究的内容、目的与意义。第二章首先对学习环境进 行了分析，在此基础上阐述w e b 3 d 虚拟学习环境的构成与特点。第三 章对w e b 3 d 虚拟学习环境设计的理论基础进行概述，并归纳总结了这 些理论对学习环境设计的指导意义。第四章是论文的主体部分。在本 部分中首先对s e c o n dl i f e 进行简要介绍，分析它的教育价值，并对 其使用进行说明。然后从学习环境的五要素( 学习情境、学习资源、 支持工具、学习共同体、学习活动) 出发，详细阐述了基于s e c o n dl i f e 以学习者自主学习为中心的学习环境设计的具体内容，提出一套设计 方案并运用。 关键词：学习环境，虚拟现实，w e b 3 d ，s e c o n dl i f e i a b s t r a c t t h em o d e r nl e a r n i n gt h e o r i e sp o i n to u tt h a tt h ep r o c e s so f l e a r n i n gi st h ep r o c e s so fi n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ei n d i v i d u a l a n dt h ee n v i r o n m e n t ，e m p h a s i z i n gt h ei m p o r t a n c eo fl e a r n i n g e n v i r o n m e n tf o rl e a r n i n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to fv i r t u a l r e a li t yt e c h n o l o g ya n dt h ei n t e r n e t ，w e b 3 dt e c h n o l o g yc a m ei n t o b e i n g ，f o rt h ec h a r a c t e r i s t i c so f3 i ，l o w c o s ta n de a s eo fu s e ， i th a v eaw i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c ti nb u i l d i n gg o o dl e a r n i n g e n v i r o n m e n t s a i m i n ga tt h es h o r t c o m i n g so fc u r r e n tv i r t u a l l e a r n i n ge n v i r o n m e n ts u c ha sw e a ks e n s eo fi m m e r s i o n ，v i s u a l f a t i g u ee a s i l y ，u n m e a n i n g u s e ri n t e r f a c ei m a g e ，e m o t i o n m i s s i n g ，i ti sa ne f f e c t i v es o l u ti o nt ou s et h et e c h n o l o g yo f w e b 3 dt od e s i g nv i r t u a ll e a r n i n ge n v i r o n m e n ta n dc r e a t ew e b 3 d v i r t u a lle a r n i n ge n v i r o n m e n t s e c o n dl i f ei sav i r t u a lw o r l db a s e do nw e b 3 dt e c h n o l o g y ， i tc a ne f f e c t i v e l ys u p p o r tt h ec r e a t i o n o ft h el e a r n i n g e n v i r o n m e n tw i t hi t sc h a r a c t e r i s t i c sa n di t ss e c o n d a r y d e v e l o p m e n tf u n c t i o n t h i sr e s e a r c hb e g i n sw i t ha n a l y s i so ft h e c o n s t i t u e n te l e m e n t so ft h el e a r n i n ge n v i r o n m e n t ，a n de x p l o r e s t h ev i r t u a ll e a r n i n ge n v i r o n m e n td e s i g nb a s e do nad e t a i l e d i n t r o d u c t i o no f s e c o n dl i f e ，w i s h i n gt op l a yt h er o l eo fp i o n e e r o nd e s i g na n da p p l i c a t i o no f w e b 3 dv i r t u a ll e a r n i n ge n v i r o n m e n t ， a n dl o o kf o r w a r dt oc a u s ed o m e s t i cs c h o l a r s c o n c e r n so nt h e e d u c a t i o na p p li c a t i o no fs e c o n dl i f e t h isp a p e rh a sf o u rp a r t s c h a p t e r1b r i e f l yi n t r o d u c e st h e i i i p r o b l e mr a i s e di nt h er e s e a r c h ，t h es t a t u so fr e s e a r c ha th o m e a n da b r o a d ，a n d t h ec o n t e n t ，p u r p o s e ，sig nif ic a n c eo ft h e r e s e a r c h i n c h a p t e r2 ，t h ea u t h o rf i r s t l ya n a l y z e dt h e l e a r n i n ge n v i r o n m e n t ， a n dt h e ne x p a t i a t e do nt h e c h a r a c t e r i s t i c sa n dc o m p o s i t i o no fw e b 3 dv i r t u a ll e a r n i n g e n v i r o n m e n t i nc h a p t e r3 ，t h ea u t h o rg i v e sa no v e r v i e wo ft h e t h e o r e t i c a lb a s i so ft h ed e s i g no fw e b 3 dv i r t u a ll e a r n i n g e n v i r o n m e n t ，a n ds u m m a r i z e dt h eg u i d i n g m e a n i n go f t h e s e t h e o r i e sf o rl e a r n i n ge n v i r o n m e n td e s i g n c h a p t e r4i st h em a i n b o d yo ft h i sp a p e r i nt h i sp a r t ，t h ea u t h o rb r i e f l yi n t r o d u c e s e c o n dl i f e ，a n a l y z i n gi t sv a l u ei ne d u c a t i o n ，a n de x p l a i nh o w t ou s ei t ，t h e ns t a r t i n gf r o mt h ef i v ee l e m e n t so fl e a r n i n g e n v i r o n m e n t ( 1 e a r n i n gs i t u a t i o n ，l e a r n i n g r e s o u r c e s ， s u p p o r t i n gt o o l s ，l e a r n i n gc o m m u n i t i e s ，l e a r n i n ga c t i v i t i e s ) ， d e t a i l e d l ye x p a t i a t e so ns p e c i f i cc o n t e n to ft h ed e s i g no f l e a r n e r o r i e n t a t e dl e a r n i n ge n v i r o n m e n t ，p r o p o s e sas e to f d e s i g np r o j e c ta n dp u ti ti n t ou s ew i t hs p e c i f i cc a s e s k e yw o r d s ：l e a r n i n ge n v i r o n m e n t ，v i r t u a lr e a lit y ，w e b 3 d ，s e c o n d 1i f e i v 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：詹学华蛳年6 月1 0 日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属湖南师范大学。 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密日。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：虐慧华日期：击o o f 年- 6 月1 0 日 导师签名：蛊绍献 日期：细7 年占月，d 日 基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境设计研究 1 绪论 1 1 问题的提出 2 0 世纪8 0 年代，建构主义学习理论提出知识的获得是个体在与 环境相互作用的过程中逐渐发展自身认知结构的过程，强调了学习环 境对学习的重要意义。在建构主义学习理论的影响下，从上世纪9 0 年代末，国内很多学者开始关注学习环境设计的问题。 随着多媒体计算机和互联网络为代表的信息技术飞速发展，女口何 运用计算机、网络等信息技术来支持教学和学习成为学习环境设计研 究的重点。目前，我国对学习环境设计研究主要集中在网络课程的设 计中，提出的一系列变革性的现代学习理论运用于学习环境的设计， 在很大程度上改变了以往网络课程仅是对学习资源的堆砌，很少关注 学习环境、学习模式、学习过程、交互机制等方面的现象。但同时也 存在着一些亟待改进的问题：( 1 ) 缺乏生动性，沉浸感不强。知识只 有在它们产生及应用的情境中才能产生意义。知识绝不能从它本身所 处的环境中孤立出来，学习知识的最好方法就是在情境中进行。情 境认知理论已经受到教育界的广泛关注，但目前绝大部分网络课程中 的情境创设都还只停留于借助文字、声音、图片等形式来表现，缺乏 生动性，难以让学习者有沉浸感。( 2 ) 易产生视觉疲劳，导致学习者 兴趣下降。网络课程中信息存贮的格式较为单一，大部分是静态的文 本。学习者在学习过程中仅仅应用了视觉功能，很容易产生视觉疲劳。 一些常用的协作工具，如“在线论坛 也主要是通过文本展示信息， 交互的丰富度不高，一段时间下来部分同学对网络协作学习的兴趣下 降。( 3 ) 用户界面不够形象，脱离现实生活的具体内容。所有的学 。b r o w n ，j s ，a c o l l i n s & r d u g u i d s i t u a t e dc o g n i t i o na n dt h ec u l t u r eo fl e a r n i n g 【j 】e d u c a t i o n a l r e s e a r c h e r , 1 9 8 9 ，( 1 ) ：3 2 3 3 圆杨亚莉，安艳鸽，毛颖颖借力s e c o n d l i f e 提升网络协作学习活动绩效的分析【j 】现代远 距离教育，2 0 0 8 ，( 2 ) ：6 5 6 7 1 硕士学位论文 习者和参与者都希望通过和现实一样的视角轻松地找到和看到自己 想要的信息。而网络课程二维的表现形式往往不能达到这种效果，各 种信息都用相似的组块呈现。比如，不管是在线的沙龙还是讲座，参 与者感受到的组织形式都是一样的：登录、回帖、发言。学习者不能 从中感受到不同的氛围。( 4 ) 情感的缺失。健康而良好的情感是人 得以全面发展的基本条件。网络课程中学习者之间、学习者与教师之 间均处于准分离状态，局限于以言语沟通为基础的知识交流中，目光 的接触、身体语言、面部表情和其他非语言的交流信息的缺失，导致 了情感沟通的缺乏，也严重影响了学生人际交往能力。同时，还带来 了心理、生理上的诸多负面影响。 虚拟现实技术( v r ) 是当代信息技术应用的重要发展，它融合了数 字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体技术、传感器、网络 以及并行处理技术等多个信息技术分支的最新发展成果，是多媒体技 术发展的更高境界，在教育领域有着巨大的应用价值。w e b 3 d 技术作 为虚拟现实技术的一种实现形式， 技术来实现的桌面虚拟现实技术。 是指基于i n t e r n e t 的、依靠软件 它不需要昂贵的硬件支持，采用个 人计算机即可实现，也因为它的低成本和易用性，使之在教育领域有 着广阔的应用前景。运用w e b 3 d 可以较易地创建仿真的学习情境，学 生在其生成的有着高度沉浸感和自然的交互方式的虚拟环境中，不仅 能激发学习者的学习兴趣，促进对知识、技能的高级认知，而且有利 于创造能力的发展，极大地改善学习效果。针对我国目前学习环境创 设及实践应用存在的问题，运用w e b 3 d 技术探索虚拟学习环境的设计， 创建w e b 3 d 虚拟学习环境是一条有效的解决途径。 基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境设计研究 1 2 国内外研究状况 1 2 1 国内研究状况 我国从九十年代中期开始有关于虚拟现实教育应用的介绍，从 2 0 0 0 年初期开始在虚拟教学模式、虚拟教学法及原则、虚拟教学 软件设计、虚拟实验室、虚拟学习环境设计模型 等方面有初步的 理论探讨研究，为虚拟现实教育应用的推广提供了一定的参考。但是， 研究提出的虚拟现实教育应用的教学模式、教学法大多数基于“以教 为主”的传统教学理念，在体现虚拟现实技术特性上似乎做的还不够： 在虚拟实验室、虚拟学习环境设计模型方面的研究也过于宏观，对模 型中各个元素的分析未细化。 在理论探讨的同时，也出现了大量优秀的利用虚拟现实技术开发 的教学支持系统及课件。如辽宁大连海事学院开发的虚拟协作教学系 统及北京师范大学现代教育技术研究所和北京武警医院合作开发的 内消化道病变诊断教学软件 。 辽宁大连海事学院为了能够解决本科生在航海教育中的真实体 验的限制，开发了虚拟协作教学系统并总结了一系列的可视化教学策 略。该虚拟协作系统包含桌面多功能海事教学系统和分布式海事模拟 系统，两个系统都由网络p c 机群生成图像或视频并实时显示更新。 分布式海事模拟系统还具有一套具有大屏幕实时投影系统，该系统能 够产生广阔的视角和投影出物体的真实尺寸，使训练教学情境具有很 强的真实感。在具体的教学过程中，教师首先和学生在多媒体教室通 。中国远程教育美“虚拟现实”步入教育领域【j 】中国远程教育，1 9 9 5 ，( 6 ) ：7 6 7 6 圆朱晓鸽虚拟现实技术与教学模式【j 】开放教育研究，1 9 9 7 ，( 3 ) ：1 8 - 2 0 吴先金论虚拟现实教学法【j 】江汉石油学院学报( 社科版) ，2 0 0 1 ，( 2 ) ：1 8 - 1 9 回郓如伟中学物理虚拟现实教学软件的设计与思考【j 】中国电化教育，2 0 0 3 ，( 4 ) ：5 4 5 6 张艳，樊莉基于虚拟现实技术的虚拟实验室建设【j 】科技创新导报，2 0 0 8 ，( 2 0 ) ：3 6 - 3 7 陈铁医学教育应用虚拟现实学习环境的分析及模型 j 】现代教育技术，2 0 0 4 ，( 1 ) ：6 7 7 0 。x i ec u i ，j i ny i c h e n g ，l i ux i u w e n & y i ny o n g w e b b a s e dm a r i t i m et r a i n i n ge n v i r o n m e n t 【j 】2 0 0 4 w o r k s h o po nc o m p u t e ra n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , 2 0 0 4 ：3 5 1 3 5 6 余胜泉，古素梅基于静态图像的虚拟现实技术及其在教育中的应用【j 】现代教育技术， 2 0 0 0 ( 3 ) ：4 7 - 5 1 硕十学位论文 过多媒体材料学习基本的理论和原理，接着就利用多媒体教学软件通 过练习达到深入理解，为了进一步学习，学生就可以在分布式海事模 拟系统中进行更为真实的虚拟体验。 北京师范大学现代教育技术研究所和北京武警医院合作开发出 一个内消化道病变的诊断教学软件。该软件可以让学生沿内消化道慢 慢前进，也可以在任何地方停止下来，环绕四周观察，对于病变的地 方可以放大观察。学生对各种病变实施治疗措施，就可以看到治疗后 产生的效果。 1 2 - 2 国外研究状况 国外从九十年代以来就开始致力于虚拟现实应用于教育的研究。 目前在数学教育领域研究最深入的就是瑞士皇家技术学院主持的 c y b e r m a t h 项目。c y b e r m a t h 是一个基于替身的共享虚拟学习环境， 其用三维方式表现的抽象数学模型不仅给学习者以直观的印象，也充 分体现了数学科的艺术性。c y b e r m a t h 旨在提升数学教育的质量，适 合于教师和学生都在现场或空间上分离的情况下进行教学和探索。研 究者通过访谈和调查问卷得出结论：学生认为即便没有特殊的加强沉 浸感的硬件，他们也有很强的沉浸感。报告分析可能由于目前个人普 通电脑上能够运行大型的三维游戏和可视化工具，另外在虚拟环境中 有学习经验的学生更加容易适应这种学习环境而没有任何的怀疑。 s c i e n c e s p a c e ( 科学空间) 是在美国国家科学基金会支持下，由 n a s aj o h n s o n 空间中心和g e o r g em a s o n 大学共同合作开发的项目，目 的是探索三维沉浸式界面对提高科学教育的实用价值。s c i e n c e s p a c e 充分运用人的视觉、听觉和触觉来创造出一种三维沉浸式的世 界，通过三维环境下小球的运动来向学生揭示牛顿运动定律。 on a e v e ，a g t a x e n c y b e r m a t h ：e x p l o r i n go p e n i s s u e si nv r b a s e de d u c a t i o n 【a 1 p r o c e e d i n g o s i g g r a p h2 0 0 1e d u c a t o r sp r o g r a m 【c 】，2 0 0 1 ：4 9 5 1 周艳虚拟现实与教育【j 】远程教育研究，2 0 0 0 ，( 3 ) ：1 6 - 1 9 基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境设计研究 s c i e n c e s p a c e 世界给学习者提供了灵活多变的控制：学生可以改变重 力加速度的大小和方向，改变大气阻力的太小，改变两个表面之间的 摩擦系数，改变物体的弹性复原系统，可以冻结时间，可以给物体赋 以初始位置、初始速度等等。同时，在墙上还有标记指明重力和摩擦 力是否存在，有时间、位置、速度、加速度显示等。s c i e n c e s p a c e 进一步的研究，就是希望通过沉浸式的，从做中学的学习方法帮助学 生掌握一些传统上比较难掌握的课程，比如相对论、量子力学、分子 轨道、化学键等。s c i e n c e s p a c e 通过建构一些沉浸式的世界让学习者 在其内经历近光速的旅行或量子级的事件。这样，让学生在这些问题 上得到一些直观的理解，为这些科学原理的教学难点提供实质性的基 础。 教育与娱乐相结合是虚拟现实技术教育应用的一个新趋向，具有 代表性的是英国赫瑞瓦特大学数学与科学学院的e l v i s ( e - l e a r n i n gw i t hv i r t u a li n t e r a c t i v es y n t h e t i cc h a r a c t e r s ) 项目。项目中的t e a t r i x 软件平台允许8 - 1 0 岁的儿童在三维的神话 世界中担任某些角色，一起来展开某个故事，在故事的发展过程中智 能代理也担当部分其它的角色。儿童可以选择某种性格和角色进入故 事背景，推动故事的发展，之后通过写作描述故事。v i c t e c 则致力 于儿童的反欺凌道德教育。提供给儿童一个安全的环境去亲身体验各 种欺凌弱小的行为以及作为被欺凌者后的感受。 随着w e b 3 d 技术的发展，近年来国外越来越关注对网络3 d 虚拟 世界的教育研究和应用。网络3 d 虚拟世界不仅可以提供多样性、交 互性的动态感观体验，而且集成了基于文本和听觉的即时通讯。目前 国外广泛关注的最具影响力的网络3 d 虚拟世界如a c t i v ew o r l d s ( 动 感世界) 、s e c o n dl i f e ( 第二人生) 等，均有不少教育研究机构及研 a y l e t t ，r ，e l v l s - e - l e a r n i n gw i t hv i r t u a li n t e r a c t i v es y n t h e s i z e dc h a r a c t e r s 【a 】e d u t a i n m e n t 2 0 0 5e u r o p e c h i n aw o r k s h o po ne - l e a r n i n ga n dg a m e s 2 0 0 5 ：7 1 0 5 硕士学位论文 究者进行了初步地研究，建立了许多教育及培训项目，包括从对新用 户的非正式培训到应用它们作为大学级别课程的远程教育媒介。 综上所述，我国虚拟现实技术的教育研究和应用较之国外还有一 定差距：理论研究一般是宏观上的论述和展望；技术的应用研究则重 点在技术的实现方法和功能模块的设计上，很少涉及到支持教学的系 统化设计。国外的研究与应用虽然比我国深入，但也很少关注为建设 有效的虚拟学习环境、促进学生的学习而进行的教学设计、学习环境 设计等方面的研究。 1 3 研究的内容、目的与意义 1 3 1 研究的内容 本文首先阐述了w e b 3 d 虚拟学习环境设计研究的背景。在分析学 习环境的定义、构成要素、功能及统整性的基础上，探讨了w e b 3 d 虚 拟学习环境的构成与特点，并阐述其设计的理论依据。其后在详细介 绍由美国林登实验室开发的基于w e b 3 d 的虚拟世界s e c o n dl i f e 的基 础上，从学习环境的五要素( 学习情境、学习资源、支持工具、学习 共同体、学习活动) 出发，以学习者的自主学习为中心，具体地阐述 基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境的设计，提出一套设计方案并以高 中空间立体几何“柱、锥、台、球的结构特征”学习内容为例在s e c o n d l i f e 中进行初步的设计。 1 3 2 研究的目的与意义 本研究立足于当今数字化学习的浪潮，从目前所创设的网络学习 环境存在的问题出发阐述了使用虚拟现实技术( w e b 3 d ) 的必要性， 并在归纳与整理国内外虚拟现实技术教育矾究与应用状况的基础上， 指出目前在对运用虚拟现实技术构筑虚拟学习环境的设计与应用等 方面研究的不足。 基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境设计研究 w e b 3 d 技术对构建良好的学习环境，促进学习者的学习有着广阔 的应用前景，而学习环境的设计是构建良好学习环境，支持学习活动 有效开展的保证。本研究望以学习环境设计理论为指导，在分析由美 国林登实验室开发的基于w e b 3 d 的虚拟世界s e c o n dl i f e 的基础上， 探索基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境的设计，从而对w e b 3 d 虚拟学 习环境设计研究与应用起抛砖引玉的作用。同时，本研究认为s e c o n d l i f e 有着巨大的教育教学潜力，其自身所具有的一些特点及提供的 二次开发功能可以很好地支持学习环境的仓i j 设。希望通过本文能引起 国内教育领域对s e c o n dl i f e 的关注，充分利用其为教学服务。 硕十学位论文 2 w e b 3 d 虚拟学习环境 本研究的主旨是基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境设计，而 s e c o n dl i f e 是基于w e b 3 d 的，因此，在本章中我们首先对学习环 境的概念、构成要素、功能等进行分析，探讨w e b 3 d 虚拟学习环境 的构成及特点，以便后续研究工作的顺利开展。 2 1 学习环境 2 1 1 学习环境的概念 由于受不同的知识观、学习观的影响，教育学者对于学习环境的 认识也存在不同的观点。 以威尔逊为代表的学者认为，学习环境是一个学习者可以相互合 作、相互支持的场所，在那里他们使用各种工具和信息资源参与问题 解决的活动，以达到学习目标。 教学设计专家汉纳菲主张，学习环境应指的是通过以学习者为中 心的活动提高学习者参与程度的广泛而综合的系统。所谓以学习者 为中心的活动包括了对有关将要学习的主题进行指导性呈现、操作和 探索等多种形式的活动。他认为，学习环境包含了四个要求。( 1 ) 综 合，提供一种支持性环境以帮助学习者建立新旧概念之间的联系或形 成新概念；( 2 ) 活动，提供一种促成或促进个体学习的环境；( 3 ) 引 导，能帮助学习者在此环境中进行决策；( 4 ) 主题，当主题以解决问 题形式或定向目标形式出现时，要能与环境特点及活动结合起来，起 到能用于组织学习环境的作用，而不是学习内容本身。由此可见，汉 。w i l s o n ，b g ，m e t a p h o rf o ri n s t r u c t i o n ：w h yw et a l ka b o u tl e a r n i n ge n v i r o n m e n t s 【j 】 e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y , 1 9 9 5 ，9 1 0 圆h a n n a f i n ，m j e m e r g i n gt e c h n o l o g i e s ，i s d ，a n dl e a r n i n ge n v i r o n m e n t s ：c r i t i c a lp e r s p e c t i v e s 【j 】- e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t , 1 9 9 2 ，( 3 ) ：4 9 6 3 基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境设计研究 纳菲认为学习环境是一个与学习即知识建构有着密切联系的复杂系 统，它是由多方面和多维度的因素构成的，在一定的程度上促进或制 约着学习的发生、进行。 杨开城将建构主义学习环境概括为一种支持学习者进行建构性 学习的各种学习资源( 不仅仅是信息资源) 的组合。其中学习资源 不仅包括信息资源、认知工具、人类教师等物理资源，还包括任务情 境等软资源。任务情境在学习环境中起着集成其它各种学习资源的作 用。 武法提认为学习环境不是一个静态概念，而是一个动态概念，它 与动态的学习进程是紧紧联系在一起的。他认为学习环境是学习活动 展开的过程中赖以持续的情况和条件。根据这个定义，学习环境的 要素就不仅仅是支撑学习过程的物质条件( 场所、学习资源) ，而且 还包括教学模式、教学策略、学习氛围、人际关系等非物质条件。 李芒在武法提提出学习环境的条件说( 物质条件和非物质条件) 的基础上，认为学习环境的非物质条件主要是指人与人、人与物质环 境相互作用而产生的心理环境，也称为软环境或精神环境。而物质条 件一般是指物理环境，或称硬环境和物质环境。在物质环境与心理 环境对学习和教学的影响方面，李芒认为，心理学习环境对学习者学 习所产生的影响、起到的作用是决定性的，物理学习环境对学习和教 学的影响必须通过心理学习环境才能发挥积极作用。 何克抗、李文光认为，学习环境是学习资源和人际关系的组合。 其中，学习资源包括学习材料( 即信息) 、帮助学习者学习的认知工具 ( 获取、加工、保存信息的工具) 、学习空间( 比如教室或虚拟网络学 回杨开城建构主义学习环境的设计原则【j 】中国电化教育，2 0 0 0 ，( 4 ) ：1 4 - 1 8 圆武法提基于w e b 的学习环境设计【j 】，电化教育研究，2 0 0 0 ，( 4 ) ：3 3 - 3 8 李芒，李仲秋，黄建荣网络探究式学习的心理学习环境设计【j 】，中国电化教育，2 0 0 3 ，( 7 ) ： 2 1 - 2 3 硕+ 学位论文 校) 等等：人际关系包括学生之间的人际交往和师生人际交往。 钟志贤博士对学习环境的这些具有代表性的定义和观点进行了 分析和总结，认为学习环境是促进学习者发展的各种支持性条件的统 合。促进学习者发展规定了学习环境存在或创设的指向或意义；各种 支持性条件包括各种资源、工具、人、活动、人际关系等条件；统合 说明了围绕学习者发展，将各种支持性条件统整的可能性和必要性。 本研究建立在钟智贤博士的观点基础之上，认为学习环境是促进 学习者发展的各种支持性条件( 包括各种资源、工具、人、活动、人 际关系等) 的统合。 2 1 2 学习环境分析 2 1 2 1 学习环境的构成要素分析 学习环境要素观主要有以下几种：0 1 i v e r h a n n a f i n 的四要素 说，即学习环境包括情境、资源、工具和支架四部分；p e r k i n s 的 五要素说，即学习环境由信息库、符号薄、建构工具、任务呈现情 境和任务管理者五部分构成；j o n n a s s e n 六要素说，即学习环境包 括问题项目空间、相关案例、信息资源、认知工具、学习共同体和 社会性支持六个要素；钟志贤的七要素说 ，认为构成学习环境的要 素主要有活动、情境、资源、工具、支架、学习共同体和评价七项， 各要素与学习者、教师具有密切的联系。 在分析以上几种要素观的基础上，本研究赞同学习环境应包含学 。何克抗，李文光教育技术学 m 】北京：北京师范大学出版社，2 0 0 2 ：4 5 - 4 6 钟志贤面向知识时代的教学设计框架 d 】上海：华东师范大学教育信息技术系，2 0 0 4 ：1 7 2 o l i v e r , k & m h a n n a f i n d e v e l o p i n ga n dr e f i n i n gm e n t a lm o d e l si no p e n e n d e dl e a r n i n g e n v i r o n m e n t s ：ac a s es t u d y 【j 】e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t , 2 0 0 1 ， 4 9 ( 4 ) ：5 6 t a n s e n gc h e e d h u n g b e y o n di n f o r m a t i o np u m p i n g ：c r e a t i n gac o n s t r u c t i v i s te l e a r n i n g e n v i r o n m e n t 【j 】e d u c a t i o nt e c h n o l o g y , 2 0 0 2 ，4 2 ( 9 1 0 ) ：5 0 5 1 。戴维h 乔纳森重温活动理论：作为设计以学生为中心的学习环境的框架【m 】郑太年， 任友群译高文审校上海：华东师范大学出版社，2 0 0 2 ：8 5 - 9 0 回钟志贤面向知识时代的教学设计框架【d 】上海：华东师范大学教育信息技术系，2 0 0 4 ： 基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境设计研究 习情境、学习资源、支持工具、学习共同体和学习活动五大要素这 一观点。( 见图2 一1 ) 在一些学习环境要素观中，支架都作为一个单 独的学习环境要素。本研究认为，支架是根据学生的需要，在学习过 程中为学生提供的即时帮助，这种帮助在他们能力增长时被撤去，是 一种支持性的学习工具，不作为单独的学习环境要素。同时学习环境 中的教师、学生个体、学生群体等“人的因素”都可以统一于学习共 同体要素中，并且认知活动与评价是一体化的，评价不是独立于认知 或学习过程之外的一个阶段，是体现在学习过程中的，不是一种单独 的学习环境要素。 图2 1 学习环境要素 2 1 2 2 学习环境的功能分析 学习环境应促进学习者发展，特别是其高阶思维能力和问题解决 囝慈丽雁基于分布式认知的学习环境设计研究【d 】山东：山东师范大学教育技术系，2 0 0 7 ： 8 - 9 1 1 硕士学位论文 能力的发展，这既是学习环境的功能，同时也是学习环境存在或创设 的指向或意义。通过统整各种支持性力量，学习环境可以为学习者提 供互动的、鼓励性的活动，能满足个人的学习兴趣和需求，并能使学 习者能在不同的复杂程度下学习。在这里，学习环境的隐喻是学习者 中心隐喻和参与者隐喻的综合，不仅关注学习者的需求、态度和认知 过程，也关注整个学习活动过程，表明了学习是通过培养和支持的方 式展开的，而不是以外部方式控制和规定的。 2 1 2 3 学习环境的统整性分析 学习环境是由若干要素相互协调、相互作用而形成的一种具有动 态复杂性的整体。整体的动态特性体现在四个方面：( 1 ) 包含，即趋 于完整或完备的动态性；( 2 ) 创造过程，指整体的运动变化过程，这 种变化指向了新现象的出现；( 3 ) 参与，强调了部分在整体中的作用， 整体运动的结果是通过个体的交互和动态变化共同创造的；( 4 ) 呈现， 指部分是如何体现整体的，指整体所展示的状态或过程。对学习环 境而言，包含是指不断地将外部其他能够促进学习的有利因素有组织 地吸收进来：创造过程指通过整体性的运转，使学习环境产生新的面 貌；参与强调了各个要素间的相互作用和要素内的变化发展对维持学 习环境整体性的作用；呈现指学习环境的存在方式通过各个要素以及 要素问的协调作用表现出来。简而言之，学习环境的统整性是通过各 要素之间的互动得以实现。 2 2w e b 3 d 虚拟学习环境 2 1 2 1w e b 3 d 虚拟学习环境的构成 在学习环境的构成要素分析中，我们认为学习环境由学习情境、 国顾小清主题学习设计一一信息技术与课程整合的实用模式【m 】北京：教育科学出版社， 2 0 0 5 ：1 5 9 。甘永成虚拟社区中的知识建构和集体智慧发展一一知识管理与e - l e a r n i n g 结合的视角 l m 】北京：教育科学出版社，2 0 0 5 ：7 9 8 3 基于s e c o n dl i f e 的虚拟学习环境设计研究 学习资源、支持工具、学习共同体、学习活动五个要素构成。w e b 3 d 虚拟学习环境是将网络与虚拟现实技术渗透到学习环境五个构成要 素的建构过程中去，因此w e b 3 d 虚拟学习环境我们也认为是由学习情 境、学习资源、支持工具、学习共同体、学习活动五个要素组成，通 过要素问以及要素内部的相互作用，学习环境的统整性得到实现。 w e b 3 d 虚拟学习环境的构成如下图2 - 2 所示。 l虚拟现实与网络技术l 图2 - 2w e b 3 d 虚拟学习环境构成图 2 2 2w e b 3 d 虚拟学习环境的特点 1 、良好的沉浸性。虚拟现实技术生成的交互式的人工世界中， 以三维空间向量形式表示各教学模型形体和位置相对关系，物体及其 运动方式均接近或符合真实的情况，使置身于其中的学习者产生一种 身临其境的感觉，学习者沉浸在虚拟的环境中，仿佛进入到现实世界 一样。 2 、信息的多维表征。w e 5 3 d 虚拟学习环境下，信息表现具有多 维性特征，信息不仅通过文体、图片、视频、音频表现，而且，还可 以通过三维物体及三维人物的肢体动作、表情等来表现。多维信息的 硕士学位论文 表现可拓展学习者的学习体验，激发学习者的学习积极性，提高感性 和理性认识，深化概念并萌发新意。 3 、良好的交互性。w e b 3 d 的学习交互性可以表现为两种形式： 一种是学习者与信息内容的交互，即学习者可以浏览、使用、控制信 息并得到反馈( 包括二维形式的文本辅助信息) ；另一种表现为学习 者与他人之间的社会性互动，这种交互不是与信息媒体本身的交互， 而是与作为信息发出者的人的交互。在w e b 3 d 虚拟学习环境中，人际 交互可以是学生与学生、教师与学生、学生与其他对学习有帮助的人 之间的交互，同时，活动者都是由虚拟替身的方式出现，可以实现“面 对面 的交流，有助于情感的交互。 4 、以学习者为中心、学习活动个性化。由于网络本身所具有的 去中心化的特性，在网络中每个人都是平等的主体。网络学习环境让 学习过程的控制权由学习内容传送者移至学习者本身，让每一个个体 都能寻找、发现适合自己的学习途径。 5 、无时空限制。w e b 3 d 虚拟学习环境中的活动方式可以分为异 步教学和同步教学。同步教学具有空间上的自由度，身处异地的学习 者同时进入w e b 3 d 虚拟学习环境中，可以实时聊天、在线协商、协同 工作，网络的连接使学习者在w e b 3 d 虚拟空间中的距离缩短至零。而 异步教学在空间和时间上均具有很大的自由度，学习者可以在任何时 间、任何地点自由地进入w e b 3 d 虚拟学习环境完成学习任务。 基丁二s e c o n d “f e 的虚拟学习环境设计研究 3 w e b 3 d 虚拟学习环境设计的理论依据 学习是学习者与学习环境的交互。学习环境的设计是为学习者的 学习服务，而学习者及其学习正是学习理论研究的主要对象，任何一 种学习环境的设计都离不开学习理论的支持。本文的研究主要借助于 建构主义学习理论、情境认知理论、活动理论和分布式认知理论。 3 1 建构主义学习理论 3 1 。1 建构主义学习理论概述 建构主义( c o n s t r u c t i v i s m ) 也译作结构主义，是认知心理学派 中的一个分支，最早的提出者可追溯至瑞士学者皮亚杰( j p i a g e t ) 。 建构主义者主张，世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予意 义却是由每个人自己决定的。我们是以自己的经验为基础来建构事 实，或者至少说是在解释事实，我们个人的经验世界是用我们个人的 头脑创建的，由于我们的经验以及对经验的信念不同，于是我们对外 部世界的理解便也迥异。所以他们更关注如何以原有的经验、心理结 构和信念为基础来建构知识。他们强调学习的主动