（教育技术学专业论文）基于j2ee的协作式学习系统的研究与开发.pdf

摘要 随着我国网络教育的快速发展，基于网络的协作学习作为一种新型教 学形式，已成为当前网络教育中研究的热点问题之一。虽然网络远程教育 取得了很多成果和经验，但同时也存在着许多不尽人意的地方。首先，调 查显示，所有的网络课程基本上没有协作学习的设计。网络的最大优势之 一在于交流和沟通，但大多网络课程在协作学习支持上仅停留在理论分析 和论述阶段。网上的协作学习如何设计与实现? 协作学习的设计与实施是 通过网络课程来实现还是属于平台的功能? 这些都是需要思考的问题。其 次，一个完整的基于w e b 的教学平台的体系结构目前没有严格的标准，国 内很多这方面的专家及平台开发者都提出了自己的体系结构。导致平台自 身升级和平台拆装和平台间各模块相互组合困难。如何从技术上解决平台 的模块化、可拆装化也是需要思考的问题。 本文主要对系统建立的理论基础、设计思想以及系统的具体开发过程 作详细讲述。前两章对c s c l 背景、国内外动态、系统环境、设计思想及其 理论基础进行简单介绍，重点分析协作学习系统中学生模型的建造和分组 策略的实现。后三章对系统设计、系统技术、系统功能、系统实现进行详 细介绍，主要依据面向对象开发流程来分章节具体讲述。第三章系统设计 中，基于j 2 e e 平台对软件设计模式进行分析，并结合c s c l 系统功能结构， 设计出系统技术框架。然后应用u m l 工具对系统进行用例分析、顺序图分 析、状态图分析、类框图分析。第四章系统开发中，通过分析系统实体类 创建关系型数据库表，然后根据数据库表完成持久层、模型层、控制层、 表示层代码编写，重点介绍了模型层的业务逻辑流程以及控制层的流程控 制。系统主要采用的技术：j 2 e e 、s t r u t s 、h i b e r n a t e 和网络数据库m y s q l 。 第五章对论文期间所完成的工作进行总结，并指出仍需完善和改进之处。 关键词：协作学习、c s c l 、j 2 e e 、设计模式 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y l sn e t w o r ke d u c a t i o n ，t h e c s c lh a sb e c o m eo n eo f h o tt o p i c si nt h en e t w o r ke d u c a t i o ns t u d i e s a l t h o u g h t h en e t w o r kd i s t a n c el e a r n i n gh a sa c q u i r e dm u c h a c h i e v e m e n t ，s i m u l t a n e o u s l yi t a l s oh a sm a n yd e f e c t s f i r s t l y , t h ei n v e s t i g a t i o nd e m o n s t r a t e dt h a t ，a l ln e t w o r k c o u r s e sb a s i c a l l yh a sn o tt h ec o o p e r a t e ds t u d yd e s i g n o n eo fn e t w o r kb i g g e s t s u p e r i o r i t yl i e si ne x c h a n g e sa n dc o m m u n i c a t e s ，b u tt h em o s t l yn e t w o r kc o u r s e s o n l yp a u s e s i nt h et h e o r e t i c a l a n a l y s i s m i dt h ee l a b o r a t i o n s t a g e i nt h e c o o p e r a t i o ns t u d ys u p p o r th o w d o e st h ec s c l d e s i g n sa n dr e a l i z e s ? t h ec s c l i sr e a l i z e dt h r o u g ht h en e t w o r kc o u r s e ，o rb e l o n g st ot h ep l a t f o r mf u n c t i o n ? t h e s ea l la r et h eq u e s t i o n st h a tn e e dt op o n d e r s e c o n d l y , ac o m p l e t ea r c h i t e c t u r e t h a tb a s e do nt h ew e bt e a c h i n gp l a t f o r mh a sn o tas t r i c ts t a n d a r dn o w i n d o m e s t i cm a n ye x p e r t sa n dt h e p l a t f o r me x p l o i t e r sp r o p o s e dt h e i ro w n a r c h i t e c t u r e s t h a tc a u s ed i f f i c u l ti nt h ep l a t f o r m so w np r o m o t i o n h o wt o s o l v et h ep r o b l e mt h a tt h ep l a t f o r m sm o d u l a t i o na n dd i s a s s e m b l ei nt e c h n o l o g y a l s on e e d st op o n d e r t h i sa r t i c l em a i n l yd i s c u s s e dt h es y s t e mc o n c r e t ep e r f o r m a n c eh i s t o r ya s w e l la st i l e d e s i g nc o n c e p t ，i nt h ef i r s tt w oc h a p t e r si ts i m p l yi n t r o d u c e dt h e b a c k g r o u n d ，t e n d e n c i e s ，d e s i g ne n v i r o n m e n t ，r a t i o n a l ea n da n a l y z e dw i t h e m p h a s i st h ec o n s t r u c t i o no ft h es t u d e n tm o d e la n dt h er e a l i z a t i o no ft h e g r o u p i n gs t r a t e g yi nt h ec s c ls y s t e m i nt h el a t t e rt h r e ec h a p t e r s i ti n t r o d u c e d 啦ed e s i g no fs y s t e m ，t h et e c h n o l o g yt h a ts y s t e mu s e d ，t h em a i nf u n c t i o no f s y s t e m ，t h er e a l i z a t i o np r o c e s so fs y s t e ma n ds oo n , i nw h i c ha c t sa c c o r d i n gt o t h eo b j e c t o r i e n t e dd e v e l o p m e n tf l o wt on a r r a t ev a r i o u sc h a p t e r ss p e c i f i c a l l y i n t h et h i r dc h a p t e r , i tc a r r i e do nt h ea n a l y s i so ft h es o f t w a r ed e s i g np a t t e r n ，t h e c s c l s y s t e mf u n c t i o ns t r u c t u r ea n dt h es y s t e mt e c h n o l o g yf r a m e o nt h es i d e ，i t u s e dt h eu m lt o o l st om a k et h ee x a m p l ea n a l y z e s ，t h es m o o t hc h a r ta n a l y s i s ，_ t h es t a t ed i a g r a ma n a l y s i s ，t h ek i n do fd i a g r a m a n a l y s i sa n ds oo n i nt h ef o u r t h c h a p t e r , i tf o u n d e dt h et a b l e so ft h er e l a t i o nd a t a b a s ea n dc o m p l e t e dt h el a s t i n g l e v e l ，t h em o d e ll e v e l ，t h ek e y c o u r s e ，t h ee x p r e s s i o nl e v e l sc o d ec o m p i l a t i o ni n t h ed a t a b a s et a b l ef o u n d a t i o n ，i nt h i sc h a p t e ri tw i t he m p h a s i si n t r o d u c e dt h e m o d e ll e v e ls e r v i c el o g i cf l o wa sw e l la st h ek e y c o u r s ef l o wc o n t r 0 1 t h e t e c h n i c a lt h a tt h es y s t e mm a i n l yu s e di s ：j 2 e e ，s t r u t s ，h i b e r n a t ea n dn e t w o r k d a t a b a s et e c h n o l o g ym y s q l i nt h el a s t c h a p t e r , i ts u m m a r i z e dt h em a i n l y c o m p l e t i n gw o r ki nt h ep e r i o d ，a n dp o i n t e do u tt h ep l a c et h a ts t i l ln e e dt o i m p r o v e k e yw o r d s ：c o o p e r a t i o ns t u d y , c s c l ，j 2 e e ，d e s i g np a t t e r n f l 1 1 研究背景 第一章概述 在远程网络教育飞速发展的同时，传统的网络教育平台的建设已经远远 滞后于远程网络教育的发展。因此如何以远程教育的实际需求为切入点，结 合计算机应用技术，把先迸的教育思想和计算机技术结合起来，加快实现教 育现代化的步伐，更好地为人们服务，已经成为广大教育工作者和计算机工 作者紧迫的任务和研究方向。目前，在远程网络教育领域，发展的热点和趋 势主要在以下几个方面：远距离教学( d i s t a n c e l e a r n i n g ) 、数字化学习 ( e - l e a r n i n g ) 和计算机支持的协作学习( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v e l e a r n i n g ，c s c l ) 。 c s c l ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v el e a r n i n g ) 计算机支持的协 同学习是当今计算机远程教育发展和研究的重要领域之一，它是在继承c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ew o r d ) 计算机协同工作的理论和技术 的基础之上并将协同学习等方面的教育理论融入其中而发展演变来的，它打 破了“背靠背”网络教学模式引发的交流障碍，在充分继承和发扬网络教学 优势的基础上，更加强调老师和学生之间、学生和学生之目j 各种教学信息的 实时交互性和学习的协同性，从而将传统课堂教学与网络教学的优势充分地 结合起来。 本课题采用w e b 方式设计，即在w e b 环境下设计和开发c s c l 系统。 1 2 协作学习系统现状 1 2 1 国外协作学习系统现状 目前，国外对协作学习的研究比较多，无论是在理论上还是在实践上都 。赵建华，李克东w e b 环境下协作学习系统开发的现状及趋势( 下) 电化教育研究2 0 0 4 2 有很大发展，因此也涌现了一批优秀的基于网络的协作学习支撑平台。国外 比较有特色的网络协作学习支撑平台如下： 1 c s i l e ( c o m p u t e rs u p p o r t e di n t e r t i o n a ll e a r n i n ge n v i r o n m e n t s ) 是由安大略省教育研究院的s c a r d am a l i a 等人为大学生和研究生层次的学生 开发的，用来帮助他们思考应如何处理研究文献的思想和课掌计划( s c a r d a m a l i a ，& b e r e i t e r ，1 9 9 4 ) 。该系统是文本和图形组成的一个协作学习环境和 公共数据库，也是第一个为协作学习和探究提供跨课程支持的网络系统。 2 c a m i l e ( c o l l a b o r a t i v ea n d 籼l t i m e d i ai n t e r a c t i v el e a r n i n g e n v i r o n m e n t ，协作和多媒体交互学习环境) 是由a r p a 、国家科学基金、教育 技术协会和g t e 基金会联合资助的研究项目，在g u z d i a l 博士的指导下创立的 一个协作学习环境。” 3 v i r t u a l - v 是加拿大s i m o nf r a s e r 大学开发的基于w e b 的教学和培训集 成工具。它可以使老师方便的建立和管理协作小组，创建会议以方便主题讨 论，允许学生进行角色扮演，在消息中插入多媒体素材。 4 c l a s s f r o n t e r ( 课堂先锋) 是由挪威f r o n t e r 公司开发的网络教学平台。 它提供了4 0 多个模块，包括日历表、活动计划、联系人名单、聊天室、论坛、 写字板、测试等部分，它可以实现多个学生实时合作书写同一个文件的功能。 1 2 2 国内协作学习系统现状 在国内的c s c l 系统开发中，己经或多或少地有了一点协作学习的机制， 有代表性的平台如下： ， 1 w e b c l 网络教学平台是由北京师范大学网络教育实验室开发的一套完 整的协作学习系统。该系统除了支持资源共享、不同分组策略和互动协作等 功能外，还具有任务调度、项目( 活动) 管理等功能。该系统具有i n t e r n e t 教学平台、资源库管理平台、电子阅览室平台和学校i n t r a n e t 应用平台，可 以优化教学过程，创建开放试资源建设机制，在国内处于领先地位。据称是 国内第一个真正全面支持协作学习的网络教学支撑平台。 2 “方正校园解决方案”是采用i n t e r n e t 技术，配合多媒体网络教学 软件的一个软硬件一体化的现代化教学、管理的解决方案。协作学习需要借 。赵建华，李克东w e b 环境下协作学习系统开发的现状及趋势( 下) 电化教育研究2 0 0 4 2 2 助一定的信息资源，如在互联网环境中检索信息，需要计算机支持下的通迅 交流手段，从“小资料室”( 虚拟资料室) 中查阅资料等，而“方正校园解决 方案”可满足这种需求，在利用“方正校园解决方案”进行协作学习时，可 在局域网内实现i n t e r n e t 仿真浏览，快速进行网络搜索、方便地收发电子邮 件，还可实现网上讨论，网上会话、网上教学等功能。 3 v c l a s s 系统是国内开发比较全面的一套基于w e b 的教学支撑平台，包 括网上课程开发系统，网上教学支持系统，网上教务管理系统和网上教学资 源管理系统几部分，在网上教学支持系统中，它提供了学生的管理系统，可 以记录学习过程，对学习效果进行评估、具有讨论、搜索、公告等功能。从 部分上支持协作学习和协同工作。 1 3j 2 e e 平台及开源软件s t r u t s 、h i b e r n a t e 介绍 1 3 1j 2 e e 平台 1 概述 j 2 e e 是一种利用j a v a2 平台来简化企业解决方案的开发、部署和管理 相关的复杂问题的体系结构。j 2 e e 技术的基础就是核心j a v a 平台或j a v a2 平台的标准版，j 2 e e 不仅巩固了标准版中的许多优点，例如“编写一次、随 处运行”的特性、方便存取数据库的j d b ca p i 、c o r b a 技术以及能够在 i n t e r n e t 应用中保护数据的安全模式等，同时还提供了对e j b ( e n t e r p r i s e j a v a b e a n s ) 、j a v as e r v l e t sa p i 、j s p ( j a v as e r v e rp a g e s ) 以及x m l 技 术的全面支持。其最终目标是成为一个支持企业级应用开发的体系结构，简 化企业解决方案的开发，部署和管理等复杂问题。事实上，j 2 e e 已经成为企 业级开发的工业标准和首选平台。其次，j 2 e e 并非一个产品，而是由s u n 公司提出的一系列的标准。符合这个标准的产品叫“实现”。其中s u n 公司 提供的j 2 e e 开发包中就有一个这样的“实现”，市场上可以看到很多实现了 j 2 e e 的产品，如b e aw e b l o g i c ，i b mw e b s p h e r e 以及开源的j b o s s 等。 2 j 2 e e 四层模型 j 2 e e 使用多层的分布式应用模型，应用逻辑按功能划分为组件，各个应 】 用组件根据它们所在的层分布在不同的机器上。事实上，s u n 公司设计j 2 e e 的初衷正是为了解决两层模式( c l i e n t s e r v e r ) 的弊端，在传统模式中，客 户端担当了过多的角色而显得臃肿，在这种模式中，第一次部署的时候比较 容易，但难于升级或改进，可伸展性也不理想，而且经常基于某种专有的协 议如某种数据库协议。它使得重用业务逻辑和界面逻辑菲常困难。现在j 2 e e 的多层企业级应用模型将两层化模型中的不同层面切分成许多层。一个多层 化应用能够为不同的每种服务提供一个独立的层，以下是j 2 e e 典型的四层 结构：卿 ( 1 ) 运行在客户端机器上的客户层组件。 ( 2 ) 运行在j 2 e e 服务器上的w e b 层组件。 ( 3 ) 运行在j 2 e e 服务器上的业务逻辑层组件。 ( 4 ) 运行在e i s 服务器上的企业信息系统( e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n s y s t e m ) 层软件。 客户层组件包括应用客户端程序和a p p l e t s 。 w e b 层组件即s e r v l e t 和j a v a s e r v e rp a g e s ( j s p ) 。w e b 层组件功能是动 态处理请求及响应。动态网页中包含的各种标记语言( 如t f f m l ，x m l 等) 都 是由运行于w e b 层的w e b 组件产生的，浏览器从服务器端的w e b 层接收信息 并显示在页面上。s e r v l e t 和j s p 都是j a v a 类，而j s p 页面是基于文档的， 不但能像s e r v l e t 一样执行而且还能处理更多的静态页面内容。此外，w e b 层还可以包含j a v a b e a n 组件用来管理用户输入和发送输入到逻辑层的e j b 以处理。静态h t 札页面及a p p l e t s 域网络组件绑在一起，但j 2 e e 规范没有 认为这些为w e b 组件。 业务逻辑层组件主要是指e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ( e j b ) 。业务逻辑层的 目的是解决、达到特定业务领域的需求，如银行、零售、金融等。e j b 可以 重新从存储器找回数据，如果必要并处理它，然后发送到客户程序。这个过 程也可以逆向进行，即从客户端程序接收数据，进行处理( 如果必要的话) ， 并发送到e i s 层储存。总共有三种类型e j b ：会话( s e s s i o n ) b e a n ，实体 ( e n t i t y ) b e a n ，消息驱动( m e s s a g e d r i v e n ) b e a n 。会话b e a n 代表短暂的 t e p h a n i eb o d o f f 等著，s h a r e t o p w o r l d h e a r t 等译j 2 e et u t o r i a l 中文舰铁道出版社 4 与客户的会话，当客户结束执行时，会话b e a n 及它的数据就消失了。与会 话b e a n 相比，实体b e a n 代表存储在数据库的表，如果客户结束程序或服务 器关闭，潜在的服务方法会将数据存储。消息驱动b e a n 结合了会话b e a n 和 j m s 的消息监听器的特性，允许一个业务层组件异步接收m s 消息。 企业信息系统( e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 层处理企业信息系统 软件包括企业基础建设系统例如企业资源计划( e r p ) ，大型机事务处理，数 据库系统，和其它的遗留信息系统。如j 2 e e 应用组件可能为了数据库连接 需要访问企业信息系统。 1 3 2 开源框架s t r u t s 、h i b e r n a t e 介绍 s t r u t s 是一个m v c 框架( f r a m e w o r k ) ，用于快速开发j a v a w e b 应用。s t r u t s 实现的重点在c ( c o n t r o ll e r ) ，包括a c ti o n s e r v l e t r e q u e s t p r o c e s s o r 和开 发者定制的a c t i o n ，也为v ( v i e w ) 提供了一系列定制标签( c u s t o mt a g ) 。但 s t r u t s 几乎没有涉及m ( m o d e l ) ，所以s t r u t s 可以采用j a v a 实现的任何形式的 商业逻辑。 h i b e r n a t e 是d a 0 0 跚的一种实现，表现为一个免费的开源j a v a 包，它方 便我们进行数据库的开发，就像数据库中包含普通j a v a 对象一样，使我们可 以专注于应用程序的对象和功能，而不必担心如何保存它们或稍后如何找到 它们。h i b e r n a t e 读取映射文档，然后动态构建j a v a 类，以便管理数据库与 j a v a z 问的转换。在h i b e r n a t e 中有一个简单而直观的a p i ，用予对数据库所 表示的对象执行查询。要修改这些对象，一般情况下只需在程序中与它们进 行交互，然后告诉h i b e r n a t e 保存修改即可。类似地，创建新对象也很简单； 只需以常规方式创建它们，然后告诉h i b e r n a t e 有关它们的信息，这样就能 在数据库中保存它们。 1 4 本文研究内容及意义 1 4 1 研究内容 1 协作学习系统体系结构和功能研究。包括学生模型、协作学习分组 策略、基于角色的权限管理、协作交流工具如系统论坛、聊天室的设计与实 现等。 2 利用u m l 进行协作学习系统建模。 3 面向对象的分布式开发技术体系研究，即j 2 e e 、s t r u t s 、h i b e r n a t e 等。 4 设计出系统框架模型，l ；i 满足当前系统应用的模块化和拆装化需求。 包括运用业务代理接口来降低表现层和逻辑层的耦合；运用d a o 模式来设计 持久层以降低持久层和逻辑层的耦合；运用s t r u t s 框架和t i l e s 标签实现 表现层的组件化筹。 l4 2 课题意义 1 系统技术 j 2 e e 是一种利用j a v a2 平台柬简化企业解决方案的开发、部署和管理 相关的复杂问题的体系结构。j 2 e e 技术的基础就是核心j a v a 平台或j a v a2 平台的标准版，j 2 e e 不仅巩固了标准版中的许多优点，例如“编写一次、随 处运行”的特性、方便存取数据库的j d a ca p i 、c o r b a 技术以及能够在 i n t e r n e t 应用中保护数据的安全模式等等，同时还提供了对e j h ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 、j a v as e r v l e t sa p i 、j s p ( j a v as e r v e rp a g e s ) 以及x 扎技术的全面支持。其最终目的就是成为一个能够使企业开发者大幅 缩短投放市场时间的体系结构。 2 系统功能表现 网络教学平台是网络教育的载体，是体现网络教育优势的关键。网络教 学平台具有网络课程的开发、教学实施、网络教学管理和学生学习支持服务 等重要功能。是网络课程教学活动和学习活动开展的支撑环境，给学习者的 课程学习提供了一个交互、共享，开放、协作、自主的学习环境。网络教学 平台的状况很大程度上反映了我国现代远程教育的发展状况，我国网络教学 平台的应用和开发正处于探索中，对现状的了解和对经验的总结意义深远。 6 第二章c s c l 系统的有关概念 2 1c s c l 、c s c w 及c l 关系 计算机支持的协作学习( c s c l ，c o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i v e l e a r n i n g ) 、计算机支持的协同工作( c s c w ，c o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i v e w o r k ) 和协作学习( c l ，c o o p e r a t i v el e a r n i n g ) 三者有着密切的联系。可以 说计算机支持的协作学习( c s c l ) 是在计算机支持的系统工作( c s c w ) 和协作 学习( c l ) 的广泛研究的基础上产生的，因此了解计算机支持的系统工作 ( c s c w ) 和协作学习( c l ) 对研究分析计算机支持的协作学习( c s c l ) 具有重 要的指导意义。 计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i v ew o r k ) 的概念： 即在计算机技术支持的环境下( b p c s ) ，特别是计算机网络和多媒体环境下， 一个群体协同工作完成一项共同的任务( 即c w ) ，它的目标是要设计支持各种 各样的协同工作的应用系统。一个c s c w 系统的三个要素为：通信、合作和协 同。1 c s c l j 是由三种要素构成的，分别为通信、合作、协调。 通信是c s c w 的基础，通信发生在地理位置分布的用户之间，并且在组 协作环境中要处理多媒体信息传输和数据控制是很复杂的。而基于计算机的 或者以计算机为媒体的通信，作为组协作的主要通信形式，并没有与其他通 信形式相结合。因此把计算机处理技术和通信技术结合起来可以帮助解决一 些问题。 合作是c s c w 的形式。与通信相似，合作是小组活动的重要内容。在群 体活动中，任意一项活动都必须是多入合作完成。有效的合作要求人们必须 共享信息。但是当前的信息系统尤其是数据库系统在很多情况下把人们互相 隔离开。许多任务都需要良好的共享环境，即“你见即我见”“1 】n s 1 w i s ”， 。张艳，张b 目顿文涛c s c w 在科络教育中的府用河南教育学院学报( 自然科学版) 2 0 0 5 6 。赵建华计算帆支持的悱作学习上海教育出版社2 0 0 6 6 7 “你见即我想你见”“w y s i w i t y s ”。可以在适当的时候友好的通知群组的活 动信息以及各个用户的活动。 协调是c s c w 的关键。如果一个组的活动是协调的，那么它的通信和合 作将会大大得到加强。一个不能很好的进行协调的工作小组，它的成员之问 势必会经常发生冲突和重复劳动。当几个部分共同组成一个任务时，协调本 身被看作是一个必不可少的活动。当前的数据库应用提供了对共享对象的访 问，然而大多数软件工具只提供对单用户的支持，对支持小组的协调这一重 要功能所做的却很少。 c s c w 系统的目标是向人们提供一个“开放的分布式集成化的协同工作环 境”。目前，c s c w 领域的研究主要集中于小组工作，并由此产生了术语“组 件”( g r o u p w a r e ) ，以同其他计算机产品相区别。c s c w 术语发明者之一 g r e i f ( 1 9 8 8 ) 提出相对严格的描述，即c s c w 是关注小组工作中计算机角色的 一个特定的研究领域。总的来说，c s c w 研究领域的范围比c s c l 的大，而且 两者有很多的共同点，比如说在关于如何应用技术支持小组交互层面上可以 共亭研究成果。 协作学习( c l ) 是一种通过小组或团队的形式组织学生进行学习的一种 策略。小组成员的协同工作是实现班级学习目标的有机组成部分。小组协作 活动中的个体可以将其在学习过程中探索、发现的信息和学习材料与小组中 的其他成员共享，甚至可以同其他组或班级同学共享。1 协作学习包括五个组成要素( j o h n s o n 兄弟1 9 9 9 ) ； ( 1 ) 正互依赖性( p o s i r i v ei n t e r d e p e n d e n c e ) 。 ( 2 ) 个体职责( i n d i v i d u a la n dg r o u pa c c o u n t a b i l i t y ) 。 ( 3 ) 面对面的促进性交流( f a c e t o - f a c ep r o m o t i v ei n t e r a c t i o n ) 。 ( 4 ) 人际与小组技能( i n t e r p e n s o n a la n ds m a l lg r o u ps k i l i s ) 。 ( 5 ) 小组加工( g r o u pp r o c e s s i n g ) o c s c l 是c l 的一个子集，也就是说c s c l 同样要包含协作学习的相关理念， 。赵建华计算机支持的协作学习上海教育出版社2 0 0 6 6 唧a n ad a p h n el i nh s l a o c s c l t h e o r i e s d b o l h t t p ：m d e b u t e x a s e d u c s c l s t u d e n t d h s i a o t h e o r i e s h t m l 。赵建华，李克末c s c l 的绦理0 基本结构( 上) 2 0 0 3 5 8 要体现协作学习的组成要素。因此说c l 的五个组成要素给c s c l 的设计提供 了有益的借鉴。 2 2c s c l 理论基础 c s c l 的理论基础比较广泛，有许多学习理论都在一定程度上对c s c l 有 一定支持，主要包括社会文化理论、活动理论、建构主义学习理论、情景认 知理论、分布式认知理论、认知灵活理论、认知精制理论、元认知理论、群 体动力学、基于问题的学习等。这些理论都基于共同的和具有潜在意义的 一个假设，即个体是在有意义的环境中有目的地探索和建构知识的能动参与 者。 其中尤以社会文化学习理论和建构主义学习理论对c s c l 影响较大，下 面将分别介绍。 2 2 1 社会文化学习理论 学习的社会文化理论起源于心理的文化一历史观，其基本观点是人们所 处的环境与人们的内部心理有着密切的联系，人们所处的环境充斥着先辈们 的文化以及与此相关的物化成果。 社会文化理论的倡导者，前苏联心理学家维果茨基强调人类的智能来自 于我们的社会或文化，个体的认知发展首先是通过人际间( 人与社会环境之 间) 的交互实现的，而不是首先通过内在的过程( 内化过程) 实现的。由此， 维果茨基对皮亚杰从生物学的观点看待儿童的发展，将儿童心理发展看成是 受内部力量驱使的、由内在逻辑支配的过程提出了批评，他认为皮亚杰脱离 了文化，脱离了儿童周围的环境考察儿章思维的发展，皮亚杰并没有真正理 解和认识儿童发展的本质。 “最近发展区”理论是维果茨基社会文化学习理论的一个重要组成部 分。他认为认知发展的潜力受限于“最近发展区”。最近发展区就是学习 者个体在能力更高的同伴、成人或工具的帮助下可以达到的行为区域。按照 维果茨基的观点，同伴之问的交互和脚手架对于学生个体的认知发展和知识 获得是非常重要的，协作活动能够使学习者可能在彼此的最近发展区内操 作，从而表现出较单独活动时更高级的行为。维果茨基对协作活动的影响作 9 了如下描述：功能首先是在集体中以儿童间的关系为形式形成的，然后才成 为个体的心理功能等等研究表明，反省源自于争辩。 2 2 2 建构主义学习理论 建构主义也译作结构主义，最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰。他坚持 从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知发展。他认为，儿童是在与 周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的知识，从而使自身 认知结构得到发展。儿童与环境的相互作用涉及两个基本过程：“同化”与 “顺应”。同化是指把外部环境中的有关信息吸收进来并结合到儿童已有的 认知结构( 也称“图式”) 中，即个体把外界刺激所提供的信息整合到自己 原有认知结构内豹过程；顺应是指外部环境发生变化，而原有认知结构无法 同化新环境提供的信息时所引起的儿章认知结构发生重组与改造的过程，即 个体的认知结构因外部刺激的影响而发生改变的过程。可见，同化是认知结 构数量的扩充( 图式扩充) ，而顺应则是认知结构性质的改变( 图式改变) 。 认知个体( 儿童) 就是通过同化与顺应这两种形式来达到与周围环境的平衡： 当儿童能用现有图式去同化新信息对，他是处于一种平衡的认知状态；而当 现有图式不能同化新信息时，平衡即被破坏，而修改或创造新图式( 即顺应) 的过程就是寻找新的平衡的过程。儿童的认知结构就是通过同化与顺应过程 逐步建构起来，并在“平衡一不平衡一平衡”的循环中得到不断的丰富、提高 和发展。“情景”、“协作”、“会话”、“意义建构”是建构主义的四大要素。 2 3c s c l 分类及结构模型1 从不同的角度考虑c s c l 系统可以得到不同的分类结果。以下分类分别从 c s c l 的技术层面、教育层面、协作层面、系统要素、时空位置来细致论述。 最后得出本系统的基本结构模型。 2 3 ic s c l 类型 1 技术层面 ( 1 ) 通讯系统，包括同步文本、音频、音画和视频通讯、同步电子邮件、 8 趣建华计算帆支持的协作学习1 ：海教育m 版杜2 0 0 6 6 “黄荣怀c s c l 的理论0 方泷电化教育研究1 9 9 9 6 1 0 计算机会议、音频邮件和传真等。 ( 2 ) 资源共享系统，包括同步屏幕共享和电子白板、概念图工具、异步 进入文件系统和数据库等。 ( 3 ) 小组支持系统，包括项目管理系统、共享日历、合作创作工具、投 票工具、观念产生和头脑风暴工具等。 以上是k a y e 的观点，他主要是从技术角度思考如何解决支持协作学习 的问题，代表了c s c l 研究与开发领域的基本现状。 2 教育层面 从教育层面划分共有九种类型的c s c l ：教室内的应用、教室之间的应用、 教室外使用、同步、异步、呈现或模拟学习问题、作为通讯的媒介、为小组 工作的成果建立档案、支持让学习者模拟他们对新概念理解的分享。总之， 通过这种方式的划分使c s c l 同教学环境结合在一起，有利于指导c s c l 系统 开发和教学应用。 3 协作层面 该分类方式强调了协作层面的问题，即关注c s c l 是如何通过计算机支 持协作学习过程的。主要包括协作任务的本质、协作者的本质、协作者的数 量、协作者之间曾具有的关系、协作的动机、协作的环境和协作的时间。这 种分类方式考虑了协作者、协作任务、环境及其时间等，其核心在于如何支 持及处理协作。有利于提高协作处理问题和c s c l 研究效果。 4 系统要素 对c s c l 的组成要素进行对比分析，分为三大类，即技术、协作环境和 协作者。技术层面包括数据库、小组支持、视频、音频、动画、文本等；协 作环境层面包括小组、实验室、课落、想像、演化、教室等；协作者层面包 括学生、儿童、成人、教师、代理等。这种分类方式非常具体，对于全面把 握和控制c s c l 的有关要素具有积极的意义。 5 时空位覆 黄荣怀( 1 9 9 9 ) 认为应该根据学习者在时间和空间中的位置关系对c s c l 进行分类，主要包括实时同地、非实时同地、实时远程和非实时远程四种类 型。该分类方式是以c s c l 的应用环境及其功能为考察对象的。 2 3 2c s c l 结构模型 学习者进入系统后，学习者隶属于不同的课程和小组，分组活动是依托 于课程情景来进行的。在不同的课程中，分组方式也不尽相同，分组方式包 括随机分组以及按照学生模型进行分组等多种可选方案。在不同的小组中， 参与者扮演不同的角色，并且能够根据任务的不同动念改变。该系统包括同 步和异步两种方式，协作活动主要通过电子邮件、论坛( 如公共论坛、课程 论坛、小组论坛) ，在线聊天、电子白板和其它通讯工具以及协同写作、设 计、研究、问题解决等协同工作组织形式来支持。系统的基本结构模型如图 所示： 图2 - i 系统的基本结构模型 2 4c s c l 的学生模型 学生模型是对学习者信息的抽象描述和表示。它为c s c l 分组实现提供 了学生特征值的测量判断支持。c s c l 也在很大程度上强调了个体学习的责 任，设计一个优良的协作学习系统，必须首先建造学生模型，将学生的认知 结构予以详细的记录，才能保证系统或者教师可以随时检查学生的认知结 构，了解学生的知识水平、认知能力、个体差异等。据此实现合理的分组策 略和个别化教学策略，实现小组协作化学习的最优化。 2 4 1 学生模型类型 根据学生知识表示方法的不同，学生模型一般分为三类。：1 。陈品德李克东基于w e b 的适心件导学系统及创作t 具的研究 黄荣怀主编2 0 0 2 拿球华人计算 机教育心用丈会( g c c c e 2 0 0 2 图新、会议) 论文集 c 北京：中央广播电视人学出版社。2 0 0 2 ，0 。谢忠新士林泉。葛，智能教学系统中认知型学生模型的建口计算机工程吁应用2 0 0 5 31 2 1 覆盖模型把学生知识表示为领域专家知识的一个子集，通过学生 行为和计算机对相同任务或问题给出的专家行为加以比较而建造的模型。 2 偏差模型是通过把学生的错误概念，表示为领域专家知识的偏差 而获得学生行为的模型。 3 认知型学生模型既能反映学生的知识水平，又能反映学生认知能 力及心理因素的模型。 2 4 2 认知学生模型的结构与功能 学生模型主要包括个体身份、个体差异、认知能力、知识水平、学习活 动五个方面的内容。对于学生的个性差异都有相应的教学策略提供支持。 1 个体身份记录了学生的基本信息，其中，帐号是学生在系统中的 唯一标识。包括学号、帐号、真实姓名、登录密码、性别、出生年月、年级、 地址、电子邮件、专长、简介、证件号码、电话号码、主页、状态码等。 2 个体差异个人在认识、情感、意志等心理活动过程中表现出来的 相对稳定而又不同于他人的心理、生理特点。主要包括学习风格、个人能力、 协作素质、心理个性等方面的信息。 ( 1 ) 学习风格学习风格的测量选用f e l d e r 的i l s ( t h ei n d e xo f l e a r n i n gs t y l e s ) 测量问卷，学习者通过学习风格测量后，其结果保存在 学习风格测量信息表中。f e l d e r 认为学习风格是学习接受和处理信息的方 式。有的信息是具体的，比如事实、经验、数据等；有的信息是抽象的，如 理论、模型、符号信息等。有的是视觉表征型信息，比如图片、图表等；而 更多的信息来自于符号语言的表述。基于个人对学习接受和处理信息的方式 不同，f e l d e r 提出了一种学习风格模型，该模型包括四个维度，