（课程与教学论专业论文）情境化学习环境中教师工具的研究与应用.pdf

摘要 本文首先从技术视角论述了如何支持教师根据学生的学习特征创设具有支架意义的情 境游戏的理论依据和实现的技术方法。主要内容包括：教师游戏编辑工具的实现方法，教 师工具的使用方法，教师工其与情境化学习环境之间进行信息传递的方法，教师创设情境 的描述方式等：其关键技术包括有：动态情境创设、学生端场景的实时监控、学生端与教 师端之间的同步等。 其次，本文从教学应用的视角，根据作者本人在北京市一所小学所做的有关情境化学 习系统及教师游戏编辑工具的教学实验及课堂人种志的观察研究，给出了教师在整个情境 化学习活动中的角色与作用、学生对教师创设情境的认同度，以及学生学习效果分析等研 究方案和研究数据。 本文可以得出以下结论：科学地设计和开发情境化学习场景，可以很好地发挥教师的 主导作用；教师利用情境化学习系统中的教师工具能够很方便的进行情境的创设；从课程 生态观考虑，情境化学习系统中的教师工具可以实现学习资源的荐生。 关键词：情境化学习，网络教育游戏，教师主导作用 a b s t r a c t f i r s t l y , t h ep a p e rd i s c u s s e dt h et h e o r ya n dr e a l i z a t i o nt e c h n o l o g ya n dm e t h o df r o m t e c h n o l o g ya n g l e ，w h i c hs u p p o r tt e a c h e rc r e a t i n gn e wg a m es i t u a t i o n sa c c o r d i n gt os t u d e n t s s t u d y i n gc h a r a c t e r 1 1 1 em a i n l yc o n t e n ti n c l u d e s ：t h er e a l i z a t i o nm e t h o do ft h et e a c h e r s g a m e - e d i tt o o l ，t h eu s i n gm e t h o do ft e a c h e r st o o l ，t h em e t h o do fm e s s a g et r a n s f e rb e t w e e n t e a c h e r st o o la n ds i t u a t e dl e a r n i n gs y s t e ma n dt h ed e s c r i p t i o nm o d eo ft h es i t u a t i o nc r e a t e db y t e a c h e r t h ek e yt e c h n o l o g yi n c l u d e s ；h o wt oc r e a t ed y n a m i cs i t u a t i o n h o wt ow a t c ht h e s i t u a t i o no fs t u d e n tc l i e n tr e a l t i m ea n dt h es y n c h r o n i z a t i o nb e t w e e nt h es t u d e n t sc l i e n ta n d t e a c h e r sc l i e n te t c s e c o n d l y , t h ep a p e rf r o mt h et e a c h i n ga p p l i e da n g l e ，p r e s e n tt h er o l ea n df u n c t i o no ft h e t e a c h e ri nt h ew h o l ep r o c e s so f t h es i t u a t e dl e a r n i n g , t h ei d e n t i f yd e 蓼e es t u d e n t st ot h es i t u a t i o n c r e a t e db yt e a c h e ra n dt h es t u d ys c h e m ea n ds t u d yd a t a , b ya n a l y s i so f t h es t u d e n t ss t u d ye f f e c t t h er e s u l ta c c o r d i n gt ot h ee t h n o g r a p h yo b s e r v i n gs t u d yo ft h et e a c h i n ge x p e r i m e n ta c t e di na e l e m e n t a r ys c h o o li nb e u i n gb a s e dt h es i t u a t e dl e a r n i n gs y s t e ma n dt h et e a c h e r st o o l ，w h i c h a u t h o rm y s e l f t o o kp a r ti n i nt h ep a p e rt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r em a d e ：f i r s t l y , d e s i g ns i t u a t e dl e a r n i n gf i t u a t i o n w i t hg o o ds t r u c t u r ec a np l a yt h et e a c h e r sl e a d i n gr o l e s e c o n d l y , t e a c h e ru s et h et e a c h e r st o o li n t h es i t u a t e dl e a r n i n gs y s t e mc a nc r e a t es i t u a t i o nm o r ec o n v e n i e n t ，t h i r d l y , f r o mt h ec u r r i c u l u m e c o l o g ya n g l e ，t h et o o lc a nr e g e n e r a t et h el e a r n i n gr e s o u r c e s k e y w o r d s ：s i t u a t e dl e a r n i n g , n e t w o r kb a s e de d u c a t i o n a lg a m e ，t e a c h e r sl e a d i n gr o l e i i 图和附表清单 图3 2 1 研究方案框图1 4 图3 2 2 系统总体框架一1 5 图4 1 1 情境化学习支持系统的系统模型1 7 图4 12 教师工具主界面一1 8 蚓41 3 导入情境文件前屏幕截图2 0 图4 1 4 导入情境文什后的屏幕截图2 0 图4 1 5 情境的导入子模块逻辑流程图一2 0 图4 1 6 情境文件导出子模块的逻辑流程图。2 l 图4 1 7 导出厅的x m l 描述文件2 2 图4 1 8 文件导出的屏幕截图一2 2 图4 1 9 删除地图模块逻辑流程图一2 3 图4 1 1 0 1 添加地图屏幕截图2 4 图4 1 1 0 - 2 添加n p c 屏幕截圈2 4 图4 1 1 0 3 添加了地图和n p c 的屏幕截图2 4 图4 1 1 i 添加人物对话的屏幕截图2 5 图4 1 1 2 情境创设模型图2 6 图4 1 1 3 添加n p c 的窗口的描述文件2 7 图4 1 1 4 实时预览的屏幕截图2 7 图4 1 1 5 动画播放逻辑流程图2 8 图4 2 1 教师端实时监控流程图。2 9 图4 2 2 场景的动态更新模型图3 0 图4 2 3 准同步方案示例图31 幽5 1 1 教学实验流程图3 3 图5 2 1 多媒体机房实景3 5 图5 2 2 同学竹j 在体验故事情境3 7 图5 2 3 利用教师工具创设的情境的屏幕截图3 8 图5 3 1 同学们对教师集中讨论的态度统计3 9 图5 3 2 同学们对教师进行知识归纳总结的态度统计4 0 图5 3 3 同学们在体验老师创设的情境4 0 图5 3 4 教师在情境化学习系列活动中所占的比例统计4 l 图5 3 5 同学”j 对教师创设情境的态度4 2 图5 3 6 研究者创设的“悟空游戏”前后测实验结果4 2 图5 3 7 教师创设情境前后测实验结果4 3 表5 1 1 研究对象的抽样 表5 1 2 研究的具体实施计划表 表5 3 1 同学体验游戏时所问主要问题的频次统计 3 4 ，4 1 v8 6 8 9 ll 首都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：立立1 黟心 日期钆。6 年r 月 。同 首都师范大学学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文 并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利 目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规 定。 学位论文作者签名： 赳每乞 日期以o 年 月；。日 情境化学习环境中教师工具的研究与应用 第一章引言 1 1 题目来源 第一章引言 本题目来源于王陆教授主持的北京市教育委员会科技发展基金重点项目f 项目编号： k z 2 0 0 4 1 0 0 2 8 0 1 5 ) 从平面到立体：探索高维空间神奇旅程网络学习环境，该项目是由首 都师范大学和香港中文大学共同承担。在本项目的申请书中对项目的目标描述为：“本项 目主要结合网络技术、智能几何描绘技术和学习情境理论研究新一代基础教育网络学习系 统原型，并以小学空间几何的部分知识点为内容构造系统原型，解决关键技术。” 该项目申请书中还指出，网上教育虽然被声称为将带来从教师为中心的讲授模式转变 为以学生为中心的学习模式的改变，但事实上这种转变是否真的发生，却还是值得怀疑。 有学者( 邵燕楠) 认为i l 】，虽然中国大陆也有不少学习网站，但综合来说，这些网站、网校只 是把书本，教科书搬到网上去，并没有体现网络教育的交互式等优点，即出现了严重的“书 本搬家”现象。邵燕楠认为，网络上的教育可以分为三种模式：个别化的学习模式，师生 交互式网络学习模式及协同工作网络学习模式。而目前所谓以学生为主的网络学习模式， 不过只是将以前的以教师为中心的模式改为以网络为中心；由教师主导的学习过程改为了 以网络为主导，学生根本未摆脱被动的地位。而至于其它的学习模式，则只是可以令学生 更快搜查资料，令不同地区的学生可以合作学习，并没有改变原有的教学模式。一些学者 ( 王陆、冯红) 2 】认为缺乏符合学习理论的教学支撑平台正是造成“书本搬家”现象的重要因 素之一。 浚项目具体研究目标有两个方面：在技术方面，将智能教学软件的几何绘图技术及推 理能力与多媒体网上技术整合，发展崭新的网上教学系统，将网上教学支撑平台推向一个 新时代。在学习方面，试验中国传统故事是否可令华人学生有更高的学习兴趣以进行解难 学习。透过空问概念的学习，培养学生的类化能力( g e n e r a l i z a t i o na b i l i t y ) ，以配合新时代发 展学习者素质的需要。 综合分析该项目的研究目标和设计思路，结合当前一些研究热点，作者在该项目大的 研究背景下，结合上一届同学的研究成果，提出了“情境化学习环境中教师工具的研究与 应用”研究问题。本利文利用目前的情境认知学习理论，结合目前较为先进的虚拟现实技 术和游戏技术等，创设了一个符合先进教学理论和教学模式的基于动态场景的网络学习环 境，并对其进行了相关的教学实验研究。 1 2 课题意义 多媒体网络能提供文本、图形、动画、视频图像、声音等多种媒体集成的大容量信息， 能够创设更接近实际情境的虚拟学习环境，给学生带来了一种全新的学习环境和认知方 式。当学习者在学习过程中面对一些较难理解的复杂概念时，教师可以利用计算机，仿真 出实际情况，帮助他们去理解，从而激发学习者的兴趣。计算机仿真程序可以活现复杂的 情境化学习环境中教师t ：具的研究与应用 第一章引言 概念，制造出一个十分逼真的虚拟学习环境，让同学投入学习，置身其中去解决难题。本 研究中的“情境化学习环境”就是类似这样的一个学习环境，它与通常所提的情境化学习 中的情境有所区别，特指运用人工智能、虚拟现实和数据挖掘等技术实现的基于网络的电 脑创设的动态虚拟情境，学习者以替身形式通过角色扮演出现在这个虚拟的情境之中，通 过操控替身完成相应的学习任务从而使学习者本人实现相关知识的建构。本谋题的研究是 “游戏化学习社区”【3 j 研究之后的后续研究，故本课题所提出的情境化学习环境是以“游 戏化学习”为基础的，所研究的教师情境刨设工具及其所刨设的情境也将以游戏化学习中 的场景、故事等为基础，实现与“游戏化社区”的“无缝连接”。 建构主义认为，学习总是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的，而在传统的课 堂讲授中，由于不能提供实际情境所具有的生动性、丰富性、不能激发联想，难以提取长 时记忆中的有关内容，因而使学习者建构知识的意义时发生困难【钔。特别是对于低年级学 生来讲，各科知识的学习是非常重要的，然而对于他们来说，在传统的课堂学习模式中进 行学_ ) = j 是非常枯燥的。传统的教学方法，传授知识多，考虑学生的感受少；对学生责备多， 关注学生的情感少；要求学生被动记忆多，主动参与少。课堂教学中，学生很多时候处于 被动接受的状态。这种不从学生年龄实际出发的成人式教学方法，致使一部分学生难以接 受，从而使他们步入“差生”的行列【5 l 。心理学实验表吲6 】，在教学过程中，运用声音、 图片、录像、多媒体课件等直观教具，能调动学生眼、耳、口、手等多种感官参与学习， 并使大脑保持兴奋状态，能为学生完成学习任务创造良好的条件。这种教学模式即教学情 境的创设，目前，创设情境的教学方法在教学中采用的越来越多，但是大多仅仅停留在表 现形式上，没有办法让学生实际参与其中，虽然也在一定程度上调动了学生学习的积极性， 但是未能从根本上激发学生的学习兴趣。 “情境化学习环境中教师工具的研究与应用”课题的提出希望能够为这个问题的解决 提供一种方法。根据功能性情境认知学习理论，本课题的意义可以归纳为： ( 1 )为非正式学习提供一种有效的学习方式。所谓“非正式学习”是相对正 规学校教育或继续教育而言的，指在工作、生活、社交等非正式学习时间和地点接受 新知的学习形式，主要指做中学、玩中学、游中学，如沙龙、读书、聚会、打球等【。n 。 作为弥补课堂学习的手段之一，情境化学习系统能够提供一种有效的方式，支持教师 创没教学情境，既满足学习者放松身心的目的，又能够让学习者在不知不髓、在“玩” 中学到一定的知识。 ( 2 )为“做中学”提供了学习支持环境。杜威指出 6 l ：当儿童在“从做中学” 过程中“圆满地解决了那样一个问题，他就增添了知识和力量。他试验了他所学到的 知识，根据用这些知识在制造世界上有用的东西来了解他们意味着什么；他以一种发 展它自己的独立思考能力的方法做了一件有益的事情。”在本课题所研究的学习环境 中，基于任务的机制能够让学习者自己探索解决问题的方法，让学习者以自己的直接 经验促进认知发展。 ( 3 1为激发学生的学习兴趣提供了复杂而逼真的学习情境。孔予云：“知之者 不如好之者，好之者不如乐之者”，在本课题开发的学习平台中，学习者作为故事的主 角参与其中，呵以在教师预先创设的情境中自由的活动，自己发现问题，解决f u j 题， 情境化学习环境中教师工具的研究与应用 第一章引言 充分激发学生的学习兴趣和创造力。 ( 4 ) 为促进学生对知识的同化和顺应提供了支架。在接近实际的情境情境下学 习，可以利用生动、直观的形象有效地激发联想，唤醒长时记忆中的有关知识、经验 或表象，从而使学习者能利用自己原有认知机构中的有关知识与经验去同化和索引当 前学习到的新知识，赋予新知i 以某种意义；如果原有知识与经验不同同化新知识， 则要引起“顺应”过程，即对原有认知结构进行改造与重组。 ( 5 )为发展学生的智能而提供帮助。观察是智力发展的基础，没有观察就不可 能有丰富的想象、理论的概括和创造性的思维【8 1 。通过对各种逼真的情境的观察及其 声光的体验，可以训练和发展学生的思维能力。 1 3 研究问题的提出 本研究是在上一届同学司治国所作研究游戏化学习社区的开发与应用研究的基础 上继续进行的。司治国老师的研究主要集中在游戏化学习系统中的学生端和教师端的开发 与应用研究方面，作者也参与了部分开发工作和教学实验工作。司治国老师的教学实验的 焦点差要是验证游戏化学习社区的有效性。在为期6 周的教学实验中，通过单组前后测对 比实验，得出实验对象在“空间的构成”、“空间的视野”、“认识形体”、“形体的特征”、“折 合形体”等五方面能力上，在0 o l 的显著性水平上前后测成绩有显著提高：i t l = 4 9 4 ， t ( 2 7 ) o0 l = 2 4 7 3 ，l t l = 4 9 4 t ( 2 7 ) oo i = 2 4 7 3 ，则p o 0 1 。但是，在这个实验过程中，本文作者 发现，游戏的故事是由研究者所创设的，学生在体验这个故事情境时，作为应该发挥主导 作用的教师，在这个系统中却没有发挥其主导作用，教师的想法、构思以及给学生的指导 也无法通过系统提供的功能直接表现出来，这种现象最终可能会导致教师主体意识的缺失 9 1 。研究者和教师共同认识到在这个游戏社区中应该有一种工具提供给教师，支持教师充 分发挥其应有作用主导作用。为此，在王陆教授的指导下，提出了情境化学习环境中 教师工具的研究与应用。本研究重点放在教师工具的开发与研究上，研究如何提供给教师 一个方便可操作的工具，以便于教师利用该工具并结合情境化学习支持系统进行情境化教 学，并有效的发挥教师的主导作用。 情境化学习环境中教师工具的研究与应用第二章文献综述 2 1 相关概念的界定 2 1 1 游戏化学习 第二章文献综述 国内著名未来教育专家桑新民教授大力倡导“游戏化学习”作为新一代学习方法。所 谓游戏化学习 1 0 l 则是指在学习游戏化观念的指导f ，在教学设计过程中就培养目标与发 展、评价手段方面，就学习者年龄心理特征与教学策略等方面，借鉴游戏，设计、选择适 当的发展工具、评价方法、教学策略。游戏化学习研究的核心是将学生对游戏的痴迷转化 为学习的动力 1 1 1 。 2 1 2 教育游戏 教育游戏产业研究报告把教育游戏定义为【1 2 l ：能够培养游戏使用者的知识、技能、 智力、情感、态度、价值观，并具有一定教育意义的计算机游戏类软件。某些游戏虽然不 是专门为教育目的而设计，但是有较强的教育意义，也可以纳入教育游戏的范畴。 2 1 3 情境化学习 情境化学习又叫情境认知，在2 0 世纪8 0 年代基于维果茨基的心理学理论和其它人类 学、社会学和认知科学理论的背景下，产生了情境认知理论【1 3 1 ，该理论认为，知识存在于 个体和群体的行动之中，随着个体参与到新的情境中并在新情境中进行协商，知识产生了。 知识和能力的发展，就像语言的发展，发生于真实情境中不断进行的利用知识的活动中f 1 4 】。 、该理论不足把知识作为心理内部的表征，而是把知识视为个体与社会或无力情境之间联系 的属性以及互动的产物。因此，参与基于社会情境的一般文化实践是个体知识结构形成的 源泉i l ”。该理论反对把知识当作“一个整体的、自足的，从理论上讲与学习和使用他的情 境相脱离的东西【16 l ”青境认知理论超越了传统的知识观，强调知识的情境性、真实性、社 会性、应用性、互动性 1 朝。情境化学习就是在情境中学习知识与技能，这种情境反映了知 谚 在真实生活情境中的应用方式【1 7 l 与游戏化学习一样，情境化学习也注重学习者的自身体验，所不同的是，游戏化学习 注重寓教于乐，倡导快乐学习，而情境化学习更注重与现实的一致性。在本研究中，情境 化学习环境也是由电脑创设，办具有游戏化学习的寓教于乐性。 2 1 4 情境化学习环境 在情境化学习理论基础上，学者们提出，基于情境认知的学习环境具备以下特征：提 供真实的情境，这种情境反映了知识在真实的生活中使用的方式；提供真实的活动：提供 扮演多种角色的机会，从不同的视角看问题；提供合适的小组学习的任务，支持实质的合 - d 情境化学习环境中教师t 具的研究与应用第二章文献综述 作建构等1 8 i 。在本研究中，特指运用人工智能、虚拟现实等技术实现的基于网络的电脑创 设的动态虚拟情境，学习者以角色扮演的形式作为替身出现在这个虚拟的情境之中，通过 指挥替身完成相应的任务从而使学习者本人达到知识的建构。 2 1 5 动态场景 这个概念是在本研究中针对情境化学习环境提出的。在模拟现实的情境时，往往需要 几个不同场景共同来表现一个情境，不同的情境与不同的知识相互联系，他们也可能有一 定的先后关系。这样，众多的场景之间是有一定联系，相互影响的关系。动态场景使学习 者在进行情境化学习时，会根据相关的知识点为他们展现不同的情境序列，形成动态场景。 2 2 国内外该领域的研究现状 本课题所涉及到的内容包括：情境化学习理论、学习理论、游戏理论和游戏化学习理 论，教育游戏、虚拟现实技术以及游戏引擎技术等，在这一部分将对这些领域的发展情况 和现状做详细的描述与分析。 2 2 1 情境学习理论的研究现状 情境化学习理论( s i t u a t e dl e 锄i n g ) 是自2 0 世纪9 0 年代以来各受推崇的学习理论与实践。 它发源于吉布森( g i b s o n ) 的支撑理论( t h e o r yo f a f f o r d a n c e ) 和维果斯基( v y g o s k y ) 的社会学习 理论，它是在建构主义学习理论研究不断深入、知识创新人才的培养越来越成为社会现实 需求的背景下出现的一种重要学习理论，现在发展为基于计算机技术支持的一种学习理论 ”。建构主义学习理论认为，学习总是与一定的社会文化背景即“情境”( c o n t e x t ) 相联系 的，而在传统的课掌讲授中，教师试图将大量的事实性知识或信息强加给学生，由于不能 提供实际情境所具有的生动性、丰富性、不能激发联想，学生难以提取长时记忆中的有关 内容，因而，学生只是记忆这些知识以应付考试，从而对知识的意义建构发生困难【2 0 】。在 现实中，学生不知道如何在真实的情境中灵活地使用概念性知识，其所学的知识孤立而僵 化，情境学习就是利用多媒体计算机技术创设接近实际的情境进行学习，可以利用生动、 直观的形象有效地激发联想，唤醒长期记忆中的有关知识、经验和表象，从而使学习者能 利用自己原有认知结构中的有关知识与经验去同化当前学习到的新知识，赋予新知识以某 种意义f 2 l 】。 情境化学习理论认为环境对于学习的意义是至关重要的，学习是在原来掌握的基础上， 通过与所处周围环境的交互活动，积极地建立新的、认识和理解的过程。该理论认为，现实 f 垃界的情境或许是最好的学习环境，但是由于客观条件的限制，学校的学习绝大多数不可 能在现实的情境中进行。而利用计算机化的情境模拟，能够将学习安排在真实度很高的情 境中，改善传统教学的不足【2 l 】。祝智庭教授指出【2 2 】，体验学习( 基于社会场景的“e 化” 体验学习) 过程中，学习者参与到练习群体的共同的真实活动之中，学习发生于活动之中， 知识成为动态学习经验的天然“副产品”。学习者在学习过程中，几乎不会注意到自己正 在经历着个学习过程，甚至不能叙述出特别的原理，不能描述出自己行为的动机和过程。 f 自境化学习环境中教师丁具的研究与应用第二章文献综述 但是，却能够在练习中以不断增长的技能去重复同样的行为。情境化学习理论的积极倡导 者莱夫( l a v e ) 认为田】，学习就其正常的发生的形式来说，应该是情境、文化和学习活动的 共同功能。而传统的课堂学习正好相反，课堂学习的知识往往是抽象的、脱离情境的。情 境化学习的重要组成部分是社会交互，亦即让学习者成为学习团体的一员，团体有共同的 信念与行为。情境化学习常常是无意识的而不是刻意的。 基于计算机技术支持的情境化学习的典型代表主要有认知学徒制学习和抛锚式教学。 ( 1 ) 认知学徒制学习 认知学徒( c o g n i t i v e a p p r e n t i c e s h i p ) 是由布朗( b r o w n ，c o l l i n s & d u g u i d ，1 9 8 9 ) 等人提出 来的f 2 “。它与传统的学徒制不同，学习者所学的学习任务不易于观察出明显的步骤，往往 需要学习者自己思考。师傅( 教师) 利用技术支持的工具为学生提供模仿、教练和支架，之 后，教师逐渐将学习的控制权移交给学习者，学习者不断构建教师在实际操作中的多项技 能并发现技能应用的条件，通过观察、模仿、练习及合作进行知识的建构，并运用到真实 的实践中，从而获得有效的学习。 作为情境学习的重要模式之一，认知学徒模制的学习试图揭示学习的真实本质学 习是学习者跟知识以及知识得以产生的活动、背景和文化互动的结果。认知学徒模制阱】 反映了情境认知的基本原则：学习需要社会性的互动和合作；学习是在知识镶嵌于其中的 真实情境中进行的；在情境学习中学习者无意的、偶然的、边缘性的参与是合法的。认知 学徒模制还使学生有可能在某一真实领域的活动中获取、开发和利用认知工具并以此支持 某一范围内的学习。 c o l l i n s ，b r o w n ，a n dn e w m a n 等人认为认知学徒模式包括四个构件 2 4 】：内容、方法、 序列和社会性。所谓内容是指：某门学科的概念、事实和程序以及问题解决策略、认知管 理策略、学习策略；所谓方法是指：系统的激励学生进行探索和独立活动的方法；所谓序 列是指：不断变化的解决情境的序列；所谓社会性是指：所学知识所体现的真实世界的特 钎 ( 2 ) 抛锚式教学 抛锚式教学( a n c h o r i n gi n s t r u c t i o n ) 是由约翰博兰斯福特( j o h nb r a n s f o r d ) 等人在大量的 实践研究基础t 总结出来的，是使学习者适应日常生活，学会独立或共同识别问题、提出 问题、解决问题的一个t 分有效的模式。在抛锚教学模式中，“锚”指的是包含某种问题 或任务的真实情境【2 5 】。抛锚式教学的主要目的是【2 6 】：通过将学生抛锚在一个完整、真实、 复杂的问题背景中，学生产生学习的需要后，凭借自己的主动学习、生成学习，亲身体验 从识别目标到提出和达到目标的全过程，最后达到具有独立识别问题、提出问题、解决真 实问题的能力。抛锚式教学【2 5 】强调教学必须建立在感染力的真实事件或真实问题的基础 上。确定这类真实事件或问题被形象地比喻为“抛锚”，问题或情境的真实性有利于激发 学习者的学习动机，并深化学习。 建构主义认为世界是客观存在，但是对世界的理解和赋予意义却是每个人自己决定的。 每个人部是以自己的经验为基础来建构现实或者说解释现实。由于人们的经验以及对经验 的信念不同，对外部世界的理解和解释便也不同【2 ”。同样，不同类型的教材也支持着不同 缸 情境化学习环境中教师上且的研究与应用 第二章文献综述 类型的学习活动。正如杰布森所指出的【2 6 】：环境的不同特征支持着各种特殊有机体的活动。 所以，抛锚式的教学设计的应遵循以下两条原则：l 、学习与教学活动应围绕某一“锚” 来设计，所谓“锚”应该是某种类型的个案研究或问题情境。2 、课程的设计应允许学习 者对教学内容进行探索。在这种新型的教学模式中，学生改变传统的学习习惯，发挥自主 参与作用，由原来的被动学习变为主动学习，通过在生动引人的教学环境中进行体验，可 以大大激发学习兴趣、提高学习效果。 抛锚式教学方法主要有：1 搭建脚手架2 镶嵌式教学3 主动学习4 探索问题的多种 解答5 由学生担任教学的指导者6 发展有关体验的表征7 学生自己生成项目8 智能模 拟9 合作学习。在抛锚式教学中【2 6 l ，教师要从一个指导者的角色转变为一个学习者的角 色，这样才能更好的从一个学习者的角度体验学习的过程，从而更好的去设计问题情境。 2 2 2 游戏理论的研究现状 关于游戏的定义目前也有很多种说法，游戏定义的取向之一，是将游戏视为人类与生 俱来的一种倾向，而此倾向有一些共同的属性，只要所表现出来的行为具有这些属性，则 这些行为就称之为游戏。这些共同的属性包括【2 8 】： 是内在引发的行为： 重视的是过程而非目的； 游戏和探索行为不同； 游戏并非是工具性行为； 游戏不具有外在强制性的规则； 游戏是主动参与的。 另外一种说法是认为游戏是一种情境，这些情境特性有两种特点：( 1 ) 有让玩家感觉到 熟悉的人和物存在，且这些人和物能够引起他们的兴趣；( 2 ) 在情境中所发生的人际互动， 可以让玩家感觉到安全可以控制，且可以得到“自己做主”的结论。 除了这些解释之外，许多心理学家也都各自提出他们对游戏的看法和定义1 2 8 1 ，这些不 同的看法大致都有下列的强调重点： 过程中充满了欢乐； 是主动参与而非被动参加； 没有时间上的限制： 没有特别标明的学习目标： 不会有输赢的心理负担； “控制感”。 可以看出，游戏是种自愿参加的具有一定目的的活动，在这个活动过程中，参与者 一7 一 情境化学习环境中教师工具的研究与虑用第二章文献综述 在欢乐的气氛中能够培养某种技能或能力，皮亚杰在他的理论中也指出游戏给儿童提供了 巩固他们所获得新的认知结构以及发展他们情感的机会【2 9 1 。游戏是一种教育方式。大量青 少年在享受游戏的同时，也不自觉地接受了其中的世界观与价值观，因此，游戏实际上是 一种文化的推广。 基于计算机的游戏理论研究中，k u r ts q u i r e b k 为1 3 0 计算机游戏提供给玩家情境的经历， 这些经历可能很复杂或基于任务解决的。好的游戏教给玩家的不仅仅足一些常识，它还教 给玩家预见和理解问题的能力，让玩家变的能够处理更复杂的问题。j o u n is m e d 的研究总 结到f 3 ”，在计算机游戏中计算机起到三个方面的作用： ( 1 ) 控制游戏进程： ( 2 ) 呈现游戏的情境； ( 3 ) 作为玩家参与到游戏中 m a l o n e , 经过研究和分析，认为计算机游戏需要体现的三个要素【3 2 】：挑战性、想象力和 好奇心，他认为这三个要素是在制作教育游戏时所必须考虑的。 综上所述，计算机游戏作为一种辅助教育工具应用于教育具有一定的意义，上述理论 将作为理论指导，在情境化学习的教师工具设计中予以参照。 2 2 3 教育游戏的研究和发展现状 目前在国内外，一些专门研发教育游戏的公司和教学单位正在进行各种类型的教育游 戏软件的研究与开发。“g a m e s t o t e a c h ”项目是麻省理工大学( m i d “媒体对比研究”实验室 与微软( m i c r o s o f t ) 公司“学习与科学技术”实验室，于2 0 0 1 年开始合作开展的一项研究。该 项目的研究目标是：1 ) 开发下一代教育游戏范例，提供一种新的视角，即如何使游戏技 术更好地为学习服务：2 ) 研究下一代教育游戏在丌发与市场化背后可能存在的问题。该 项目在研究的第一年，即2 0 0 1 年，首先在数学、自然科学和机械工程学科的学习中使用游 戏技术，并陆续开发出1 5 套游戏范例。其中有2 个关键性的游戏程序比较具有典型性1 3 3 1 ， 是由m i t “媒体对比研究”实验室的研究生与剑桥大学的本科生于2 0 0 2 年8 月开发出来的。其 一是“s u p e r c h a r g e d ! ”游戏，主要用以絮助学生更好地学习电磁知识，该设计成果在2 0 0 3 年 春季由b e l c h e r 教授主持的“t e a l ”创新项目中加以检验，并逐步引入到课堂的学习中；其 二是“e n v i r o n m e n t a ld e t e c t i v e s ”游戏，主要用在环境学研究方面，在2 0 0 2 年秋季由m i t 主持 的“t e r r a s c o p e ”项目中进行了验证性研究后引入到课堂学习中。 韩国的k i d n k i d 公司( h t t g ：w w w b s h o o t e r c o r n ) 是专门为儿童开发南脑游戏的公司，他们 开发的“b u b b l es h o o t e re d u - p a n g p a n g ”游戏，适合从5 岁到成人玩。该公司还计划开发 “e n g l i s h p a n g p a n g ”，“c h i n e s e p a n g p a n g ”和“j a p a n e s e p a n g p a n g ”，这些游戏化学习软件 是用来教学生们学习词语、会话技能、了解商业用语以及日常用语的。而开发完成的“k o r e a n p a n g p a n g ”和“m a t h e m a t i c sp a n g p a n g ”已经难式发行了。 我国珠海奥卓尔软件有限公司( w w w a o j o y , c o m ) 在中国大陆的教育游戏企业中历史最为 悠久，早在2 0 0 2 年初成克时就定位于教育游戏的开发。其产品有三种版本：单机版、网络 情境化学习环境中教师上具的研究与应用 第一二章文献综述 版和校园网版。产品分为两种类型，一类是角色扮演( r p g ) 游戏，用户群体是学生，在设 计思路和技术实现上与常规r f g 游戏基本相同，另一类是游戏开发平台，用户群体是教师 和学生，教师可以用它设计出新内容的教育游戏给学生玩。 昱泉信息技术( 上海) 有限公司开设有教育游戏网站“游戏学堂”( w w w u c 5 2 0 t o m c n l 。 “游戏学堂”定位于“多媒体辅助学习的专业教育网站”，其产品形态是独立的f l a s h 动画 游戏，其网站本身也是一个网络学习平台，可以记录学生的成绩及排名等信息，供学生和 家长查看。“游戏学堂”也提供校园网版本，2 0 0 4 年在深圳南山区2 0 多所学校进行了试用。 创新未来电脑有限公( w w , v w a w a y a y a c o r n ) 主要业务是面向2 1 2 岁儿童的多媒体教 育软件的开发和推广，其主要产品是面向学前儿囊和小学生的教育游戏软件，产品系列有 综合知识、综合能力、英语学习、汉语学习、童话等i l ”。 从以上的文献可以看出，目前无论在教育游戏的理论上，还是在教育游戏软件的开发 上，学术界和企业界都在进行着积极的发展性研究与实践尝试。但是，就目前进行教育游 戏研发的单位还是公司企业居多，其开发产品商业性较强，且多为单机版游戏，因此其中 一个较大的缺点就是游戏不具备挑战性和合作性，游戏中人物的对话一般都是已经设定好 的，而且游戏结果单一，虽然有的单机版游戏根据用户的不同选择设置了几种不同的玩法 和结局，但这些游戏路径都很容易穷尽，故一旦玩家熟悉了游戏之后，游戏就没有吸引力 了。在本研究中，作者这是针对上述情况，提出研究基于网络的情境化学习支持系统，并 进一步聚焦研究的核心问题是：为教师提供游戏创作工具，以支持教师可以通过游戏创作 工具刨设并修改游戏场景为学生提供学习支架，从而提高游戏化学习的学习质量与效率。 2 2 4 游戏化学习理论的研究现状 现在游戏化学习的理论研究还刚刚起步【3 4 】，国内也有学者称之为“娱教技术”【3 5 l ，国 外称之为“e d u t a m a i n m e n t ”，即“e d u c a t i o n ”+ “e n t e r t a i n m e n t ”【3 6 1 。很多学者认为游戏 町以用来帮助学生学习【3 7 l 【3 8 】，他们认为游戏可以使得学习更有趣【3 9 1 ，从而提高学生解决 问题的能力、协作学习能力和其他学习能力【4 0 】【4 1 。为了更好的探索电脑游戏所蕴含的教育 潜力，世界各地的专家学者进行了大量的实验研究，比如c g e 【4 2 1 、m u v e e f 4 3 】、g a m e t o t e a c h m l 等研究项目。 游戏化学习的宗旨就是寓教于乐，但是，如何平衡游戏化学习的“游戏性”与“教育 性”还有待研引45 1 。将游戏用在教育中最大的障碍是游戏内容不一定和课程内容一致，并 且在游戏中培养的能力不一定能得到教育当局的认可，不一定有助于通过升学考试 4 6 1 。为 研究解决这一问题，k i r r i e m u i r 和m c f a r l a n e 4 7 】提出可以提供一个主流游戏的“弱游戏( l i t e ) ” 版本给课堂教学使用，即这个版本减少了游戏的成份，增加了学习内的成份。但是，这并 不能使得教育游戏在课堂教学中普及和流行，因为，无法实现“教育性”和“游戏性”的 甲衡，如果一个教育游戏缺少“游戏性”，它就无法吸引学生；如果一个教育游戏充满了 “游戏性”，就很可能因为过多的游戏成分而不能符合传统的考试标准，因此不可能被教 师或教育当局采用 4 5 j 。 可以认为游戏化学习等要是以相天的学习理论、游戏理论为基础的，应该包括教育游 情境化学习环境中教师j ：具的研究与应用第二章文献综述 戏的研究、学生模型和教师模型的研究、多媒体理论的研究和社会学、心理学的研究等。 在情境化学习环境中，学生端对于学生来浇就是以游戏的形式出现的，在没计学生端软件 时就是以游戏化学习理论为参考理论之一的，在教师端情境编辑软件的设计中，也将借鉴 游戏化学习理论来支持开发。 2 2 5 虚拟现实技术的研究现状 虚拟现实技术( r m a lr e a l i t y t e c h n o l o g y ，简称v r t ) h 8 】1 4 9 】，即通过各种技术虚拟出不 存在的或存在的事物和环境来，让人感觉到就如真实的一样。它综合了对视觉、听觉、触 觉、运动觉、体觉等感官认知模式的模拟，隔绝真实世界的信息，使人与计算机生成的环 境融为一体，让使用者仿佛置身于电脑虚构的空问，感知其中的事物并能与虚构世界的人 物、环境进行交流互动从而产生亲临真实环境的感受和体验。 一般普通意义上的虚拟现实，需要大型计算机、头盔式显示器、数据手套、洞穴式投 影、密封仓等昂贵设备的支持才能实现，显然这不是普通教育单位所能承受的。随着科学 技术的飞速发展，虚拟现实技术出现了多样化的发展趋势，其中桌面型的虚拟现实技术对 设备的要求已经非常简单，其投入成本很低，故在教育领域内迅速得到大范围推广。如 k s s o n g 着f l w y l e e t i l l 将虚拟现实技术应用于几何课程的学习中，他们指出利用虚拟现实技 术中的三维图形来学习几何对教师和学生都是非常有用的。k c w - c h e o ls h i m 等人【5 0 1 将虚拟 现实技术用于中学生生物课程的学习中，他们发现通过虚拟现实系统，学生可以与计算机 进行非常自然的交互，而且可以增加学生们的学习兴趣，有助于他们对科学概念和现象的 理解m a r i a 认为h l 】虚拟现实技术是辅助教学的一种新的工具，在教育领域具有很大的潜力， 目前已经用于历史重现、化学实验模拟等。该课题中将桌面虚拟现实技术应用于情境化学 习环境的开发。 2 2 6 游戏引擎技术的研究现状 游戏引擎( g a m ee n g i n e ) 简单地说【5