（教育技术学专业论文）计算机网络硬件通信虚拟实验系统.pdf

y 1 0 1 3 7 5 8 摘要 近年来，髓豢心理学家对人类学习过程认如翘霞研究斡不断深入，认知学习 理论的一个重要分支建构主义学习理论在西方逐渐流行。由于多媒体计算机和基于 i n t e r n e t 的网络通信技术所具有的多种特性特别适合于实现建构主义学习环境，所 以隧着多媒体计算机和i n t e r n e t 网络教商应用的飞速发展，建掏主义学习理论正 愈来愈显示出其强大的生命力，并在世界范围内曰益扩大其影响。 今天，随着科学技术的迅猛发展，新的教学媒体不断涌现，在多媒体技术逐渐 成熟的基础上，数学技术领域又出现了一种新型教学媒体，它就是虚拟瓒实技术 ( v i r t u a lr e a l i t y ) 。虚拟现实是通过多媒体技术与仿真技术相结合生成逼真的视、 听、触觉一体化的虚拟环境，用户以自然的方式对虚拟环境中的对象进行体验和交 互。目前，虚拟现实技术已广泛应嗣于航空航天、医学实习、建筑设计、军事调练、 体育训练、娱乐游戏等诸多领域。在国外，虚拟现实技术已应用于课堂教学。虚拟 现实技术作为新的教学媒体，它的出现无疑将对教学产生深远的影响。 本文主要论述以建构主义为理论指导原则，把虚拟现实技术应用到教学中来， 由此面产生的变革对教9 币和学生的影响，以及我们会从中得到哪些扇追，希望对我 国的教学改革有所助益。 为了直观的说明问题，本文着重介绍了“计算机网络硬件通信虚拟实验系统”， 包摇计算枫鼹络硬件通信虚拟实验系统篾介、设计、开发以及几令关键问题的解决， 并配合程序予以阱解。 最后，本文总结了本系统的特点，并详细介绍了该系统在c l s c 0 网络学院教学 中的应罪戬及取得的效莱。论文嗣时结合系统豹不足之处提成了一些改进意见，并 制定了下一步进行再开发的步骤以及实现的功能。 关键字：教育技术，建构主义，虔拟现实，多媒体，计算机网络硬件通信虚拟 实验系统，v i s u a ls t u d i o6 0 ，m f c 扩展类库c j 6 0 l i b a b s t r a c t r e c e n t l y , c o n s t m c t i v i s mt l a ti sa ni m p o r t a n tb r a n c ho fc o g n i t i o ns t u d yt h e o r y h a sg r a d u a l l yb e c o m ep o p u l a ri nw e s t e r na st h ed e v e l o p m e n to fp s y c h o l o g i s t s s t u d y o fh u m a nl e a r n i n gp r o c e s s b e c a u s et h ec h a r a c t e r i s t i c so fm u l t i m e d i ac o m p u t e r sa n d t e c h n o l o g yo ft l e t w o r kc o m m u n i c a t i o nb a s e do ni n t e r n e ta r ee s p e c i a l l ys u i t a b l ef o r i m p l e m e n t i n g c o n s t r u c t i v i s m s t u d ye n v i r o n m e n t t h e r e f o r e w i t ht h e r a p i d d e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dn e t w o r ke d u c a t i o n ，c o n s t m c t i v i s mh a sb e e nr e v e a l i n g m o r ea n dm o r ep o w e r f u lv i t a l i t ya n di n f l u e n c i n gt h ew o r l d n o w a d a y s ，a st h et e c h n o l o g i e sd e v e l o pr a p i d l y , al o to fn e wt e a c h i n gm e d i u m s h a v ec o m eu p b a s e do nt h ed e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i at e c h n o l o g y , an e wt y p eo f t e a c h i n gm e d i u m sh a st u r n e du p ，w h i c hi sc a l l e dv i r t u a lr e a l i t y v i r t u a lr e a l i t yi sa v i r t u a le n v i r o n m e n tt h a tu n i 丘e st h es e n s e so fv i s i o n a u d i t i o na n df e c l i n gv i at h e c o m b i n a t i o no fm u l t i m e d i at e c h n o l o g ya n dt h es i m u l a t i o nt e c h n o l o g y u s e r sc a n c o m m u n i e a t em u t u a l l yw i t ht h eo b e c to fv i r t u a le n v i r o n m e n tb yan a t u r a lw a y a t p r e s e n t ，t h ev i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g yh a sb e e nw i d c l y 印p l i e dt oa e r o s p a c e ，m e d i c a l p r a c t i c e ，a r c h i t e c t u r a ld e s i g n ，m i l i t a r yt r a i n i n g ，e n t e r t a i n m e n ta n de t c 弧ev i r t u a l r e a l i t yt e c h n o l o g yh a sa l s ob e e na p p l i e dt ot h ec l a s s r o o mi n s t r u c t i o no v e r s e a s a sa b e wt e a c h i n gm e d i u m t h ev i r t u a lr e a l i t yw i l lh a v eap r o f o u n di n f l u e n c eo nt e a c h i n g t h et h e s i s m a i n l yd i s c u s s e s t h ea p p l i c a t i o no fv i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g yi n t e a c h i n g 。t h ei n f l u e n c eo nt e a c h e r sa n ds t u d e n t s , a n dt h ei n s p i r a t i o nw eo b t a i n 王ti s h o p e dt op r o v i d eah e l pf o ro u rt e a c h i n gr e f o r m a t i o n + i no r d e rt oe x p l a i nd i r e c t l y , t h i st h e s i se m p h a t i c a l l yi n t t o d u c e s “t h ev i r t u a l e x p e r i m e n ts y s t e mo fh a r d w a r eo fn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ”i n c l u d i n gt h eb r i e f i n t r o d u c t i o no f t h ev t r t u a le x p e r i m e n ts y s t e mo fh a r d w a r eo fn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n ，t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n ta sw e l la ss e v e r a lk e yq u e s t i o n s ，a n d t h ec 0 0 r d i n a t ep r o c e d u r ec a r r y i n go nt h ee x p l a n a t i o n f i n a l l y , t h i st h e s i ss u m m a r i z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft l l i ss y s t e m a n di n t r o d u c e s t h ee f f e c to ft h i ss y s t e m sa p p l i c a t i o ni nc i s c 0n e t w o r ki n s t i t u t ei nd e t a i l a tt h e s a m et i m et h et h e s i s p u t sf o r w a r ds o m ei m p r o v a b l ep o i n t sa c c o r d i n gt o t h e d e f i c i e n c i e so ft h i ss y s t e m ，a n dm a k e st h ep l a no fn e x td e v e l o p m e n t ，i n c l u d i n gs t e p s a n df u n c t i o n s k e y w o r d s ：e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y ，c o n s t r u c t i v i s m ，v i r t u a lr e a l i t y ，m u l t im e d i a ， t h ev i r t u a le x p e r i m e n ts y s t e mo fh a r d w a r eo fn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，v i s u a l s t u d i o6 0 ，m f ce x t e n s i o nl i b r a r yc j 6 0 l i b 天津簿蓬大学硬士学攮谵文 第一耄引言 随着计算机披术的快速发展，多媒体技术，网络技术和虚拟现实技术程 教学中褥到越来鹣广泛戆痘趸窥游及，数字纯琢境菠瓷逐渐改变我翻豹工 作，学习稿垒活方式。在这令环境下，探索懿鹰翻露诗髯撬菝术提高学黧熬 学习水平并促进学生的发展是当前教脊技术界研究的纛点课题。 1 1 研究背景 近年来，蕤餐心理学家对人类学习过程诀知援德磷巍鹣蚕叛深入，认 船学蠢理论蘸一个蓬要分支建聿每主义学习理论在器方逐渐流季亍。由予多媒体 计算机所具有的多种特性特剐适合予实现建构主义学习环境，换句话说，多 媒体计算机可以作为建构主义学习环境下的理想认知工具，能有效地促谶学 生的认知发展，所以随着多媒体计辣机在教育方面威用的飞速发展，建构主 义学习理论正愈来愈显示出其强大的生命力，并在世辨范围内日益扩大其影 嫡。 今天，隧豢瓣学技零懿逐猛发麓，赣翁教学媒体不瑟溺璎，奁多媒髂技 术逐渐成熟的綦獭上，教学技术领域又出现了一种耨黧教学媒体，它羧怒震 拟现实技术( v i r t u a lr e a l i t y ) 。虚拟现实是通过多媒体技术与仿真技术相绐台 生成逼真的视、昕、触觉一体化的虚拟环境，用户以自然的方式对虚拟环境 中的对象进行体验和交互。目前，燎拟现实技术已广泛应用于航空航天、医 学实习、建筑设计、军事训练、体肖训练、娱乐游戏等许多领域。在国外， 震按理实技术曩旋楚子漂堂教学。建藏瑗实技术嚣为赣黪教学媒薅，它瓣坟 瑗无疑将对教学产生深远翡影茕。 1 2 研究的目的与意义 ，2 。1 聚究靛强麓 基于建构主义的教学设计，蹙进入9 0 年代戳后隧着多媒体和两络技术 的日益普及，才逐渐发展起来的。髓前，尚未形成具有较完整、严密的理论体 系和可操作性很强的模式，也没有处方性的解决方寨。由于对理论的理解各 不相同，在教学设计实践中会遇到大摄的难以把握的阀题，因此迫切需要种 处方性的解决方鬃，戳麓让设计囊施的难度。本文尝试馁地把建构主义毽论 与鑫援瑷实技零缝合霆亲，莰诗芳开发了“诗算飘瓣终磺传逶蒙鑫羧安骏系 统”，重点讨论了盎诧雨产生匏效梁对教师和学生酶影响，夔及我们会铁串 得到的哪些启迪浠望对我国的教学改革有所助盏，以此来促进建构主义教 学设计实践的发展。 天津师范大学硕士学位论文 本研究的主要目的是： ( 1 ) 探究建构主义理论在教学中的指导作用； ( 2 ) 研讨虚拟现实技术在教学中豹使用策略； ( 3 ) 设计并开发“计算机网络硬件通信虚拟实验系统” 1 2 2 研究的意义 本文主要探讨建构主义理论与虚拟现实技术相结合所产生的变革如何影 响教师和学生的教学工作。其意义在于： ( 1 ) 发展学生的自主学习能力是培养社会主义现代化新型人才的要求 古人云：“授人惫不如授人渔”，达尔文说：“最有价值的知识是关于方法 的知识”。可见，如果换一个角度看阅题的话，我们会发现：学习知识方法 的熏要性甚至胜过知识本身。因为，当今谶界是瞬息万变的世界，知泌也是 如此，如果学习的方法不得体，终究会被飞速发展的科学文化知识所淘汰。 ( 2 ) 本课题的研究可以为一线教师提供如何结合建构主义理论与虚拟 现实技术豹范铡以及指导 3 研究阿容 本研究的主要内容分为五个方面： ( 1 ) 研究现状分拆 ( 2 ) 相关理论探究 ( 3 ) “计算机网络硬件虚拟实验系统”的设计方鬃 ( 4 ) “计算机网络硬件虚拟实验系统”的技术实现 ( 5 ) “计算机列络硬件虚拟实验系统”豹应用测试 2 天津师瓶太学碗士学位论文 第二章关于教育技术研究的现状分析 9 0 年代以后，教育技术随着多媒体技术和网络技术的日益普及取得了巨 大豹进步。虽然教育技术敬碍了一些阶段性豹成果，但怒任何一门学科发展 到一定程度一般都会自发地萌生反思行为。研究主体的反思行为可能源于这 门学科对研究对象的认识不清晰或学科结构不稳定或学科历经沧桑蔼末见 长足发展或应用性学科在解决实际问题时的软弱无力等等。研究主体以种 批判的态度来重新审视所研究学科的性质、研究范围、理论研究的逻辑起点、 基本框架以及学科发展的动力与趋势等闫题的反露行为在攘动学科建设与 发展方面起着不可缺少的熏要作用。 2 。1 教育技术在研究过稷中取得的成果 近十凡年来，教育技术取得的了显著的进步，可选择的教学媒体也越来 越多。电子幻灯是设计成本比较低的传播媒体，虽然它与板书形式类似，但 它可以通过文字的色彩与动态、静态图像的穿插播放，鲜明的提示教学黧点； 电视教材是目前运用最广泛也是最能展示文化艺术的传播媒体，它的连续播 放，可以把握教学课时的有效集中，也可以使教学过程轻松流畅；计算机教 学课件，是由学生自行操侔、教帮终端控翱的教学方式，在电子嚣录引导下， 学生可以根据教师提示，随意选择易于接受的知识要点，相对来讲，也更能 遴过教与学的实辩交互，充分体现受者的认知概率。霞此，随着多媒体技术 和网络技术的日益普及，教育技术在教学领域的应用，已经越来越显示出重 要价值，它的理论不再是完成谍堂f = i 述难以表达的知识定义，它的实践也不 褥是形象描述事态的变化过程，丽是我们直耍学生，对夔个学习过程和学习 资源进行设计、开发、应用、管理与评价的理论与实践，这个理论，是靠教 蠢技术人员本身豹教学认知理念归纳豹，这个实践，也是学生褥以施展各是 认知水准的文化平台。 2 2 教育技术在研究过程中出现的问题 下面从教育技术的理论及实践的角度出发，对教育技术这门学科的发展 现状提出了些自己的看法，当然主要是批评意见。 近几年，_ 广大一线教掰对教育技术的兴趣越来越浓厚。但接触到教商技 术之后，很多教师( 包括有经验的教师) 都反映，除了在设计教学时自觉地完 成一些步骤外，教育技术并未给他们太多的撂等。我饲与其把教师们不能利 用教育技术的手段和方法来指导教学实践归因于他们的能力不足，倒不如客 观地承认，就我们近几年的教育技术的发展现状而言，教育技术在解决教学 问题方面确是软弱无力的。这主要表现在： 天津师范大学硕士学位论文 1 媒体利用率不高 教学媒体丰富的同时，媒体在教学中的利用率极，低近年来，虽然各种 教学媒体，尤其是计算机软j 孛，如雨质春笋般涌现出来，但能被教烬拿来用 于在教学中有效地解决实际教学问题的极少。这已经是不争的事实。听到教 师们抱怨软件不好用已经不是什么薪鲜事。教学媒体“不好用”的孤因很多。 但最根本的原因却在于教育技术的理论本身。 2 管理与评价机制不科学 虽然教育技术的理论框架中包含有教学媒体的实施、管理与评价的内容， 假在教育技术的实践领域中，这种工作几乎是空白。我们似乎已缀接受并习 馁了这样一种假设：只要我锯剩媛教学设计的系统方法和技术手段，以优秀 教师的宝贵经验或某种学习理论为依托，就能够设计开发出完全有效的教学 媒体。至予媒体有效性的验证似乎没必要去傲，更没必簧将其包含在被研究 的范围之内。 因此，即使是国家级的科研项目，在教学媒体的研制过程中，只重视前 期设计和开发，很少利用教学实验来验证教学媒体的有效性和利用实验数据 作为评绘教学媒体豹主要参考点。教学媒体的评价仅仅是靠几位专家去看去 感觉。不知道在没有来自教学实验的可靠数据的支持下，这种只靠专家经验 两得融的评价结果会为教学媒体本身增加多少含金量。两更严重的是，忽视 对媒体实际应用的研究，实际上是放弃了从媒体应用中发现教育技术理论发 展的生长点的机会，致使媒体理论也没有成为一种完全的彻底的理论。这种 理论中缺少有关媒体的使用条件、适用的目标、可能产生的预期和非预期的 学习结果、媒体适用于解决哪类教学问题同时又会在什么条件下造成哪些新 的闯题等等方面豹深入研究。体为理论研究的主体，我们不能将对这些阀题 进行理论思考的责任统统地推给一线教师。 3 不重视反馈 即使课件被教师拿来用于在教学中有效地解决实际教学问题，但是我们通常 会忽略一件事情，那就是授课之后的反馈。有教师在讲授教学内容的同时，操作 计算枫进行演示，用课件对教学内容的表达来取代传统的接图、模型等教具，实 际上这种应用方式类似传统的教学方式。只是简单的用一种“电子”的方式代替 一种“实物”豹方式，它并不是穗教育思想的改革，焉是教育手段的更薪。两 建构主义学习理论认为：教学的中心由教师向学生转移。建构主义教学的目的是 培养善于学习的终身学习者，健船能够自我控制学习过程、具有螽我分袄和评价 能力、具有反思与批判能力、具有创新精神。建构主义教学也意味着教师和学生 的作用的改变，教师和学生都要努力地适应自己的新角色。 因此，教师尤其要重视在教学过程中的反馈工作，这样才能实时的掌握教学 的成栗以及学生豹学习情况，不能片箍豹认为，有了谍件就是改革，有了谍件就 是建构主义。 4 天津顺蘸大学硕士学位论文 4 交互不够 随着多媒体技术在教学当中被越来越多的教师们所采用，我们又不得不 面对这样一个现实，缺乏交互性。闷题并不在予多媒体技术本身，丽是教师 对多媒体技术的误解，认为为多媒体技术就是静态的教学情景；或者因为其 他纛因，比翔说教师的技术水平，教舞们只毙实现静态的教学情景，这样做 的直接后果就造成了交互性不够。然而，即使教师们加入了交互的元素，那 么基于多媒体技本的交互效栗能够达到什么样的程度昵? 笔者认为所谓“交 互”，应该涉及到两个方面，第一，教师与学生的交互，第二，学生与教学 情景豹交互。总之，因为教师原因也好，多媒体技术本身固有豹原觳也好， 过往的教学系统程交互性方面做的工作不是很完善。 5 硬件条件有限 在国外，虚拟现实技术已应用手谍堂教学。戮为虚j 薹l 现实技术霹戳毒效 的解决交互性的问题，作为新的教学媒体，虚拟现实技术在近几年也广受教 师织豹青肄。然两，当蔫豹教学大多是基予普通计算规豹，要在其中善及由 视觉头盔和数字手套等设备构成的力反馈式交互v r 是极其困难的( 一是技 术原因，二是资金原因) 。但是以键盘、鼠标和鼹示器等常规输入输出设备 构成交互环境的v r 技术却日趋成熟和完善，这些3 d 技术为基础的v r 技术 同样以模拟自然、体验道真和交互极强为爨标，狂相当程度上离效、经济地 实现了v r 系统的目标。由于v r 技术的出现，绘教学带来了新的教学手段， 有效她提高了教学的质熬。因此，充分认识v r 技术在教学中的重要性、研 究v r 技术的特点及其斑用规律，从而进一步促进教学的发展，已成为当前 教学中的一个重要课题。 诧外，在现实的网络课程教育中，受限于稠络设备价格的高昂，如要模 拟一个完整的i n t c r n e t 网络来进行实验，需要巨额的投资，而作为网络教育 与培训的主体( 备个级别豹大学) 来说，是一个沉重豹负担。因噩匕，特别需 要一款系统，能够模拟计算机网络硬件的通信原理及功能。 2 3 解决方案的提出 2 。3 1 需求分析 综土所述，在教育技术取得鞫薪月异的发展豹同辩，产生这样或那样豹 问题也是一种必然的客观事实。这无疑为我们教育工作者提出更高朦次的挑 战，通过分析在磷完过程中出现的闲题，我们德到如下结论，或者说必须解 决如下问题： ( 1 ) 嚣理与评价机制 ( 2 ) 反馈机铡 ( 3 ) 交互性 ( 4 ) 硬件设备 天津师范大学碗士学位论文 2 3 2 解决方案 针对管理与评价机制和反馈机制，这要求我们弓l 入建构主义理论，建构 主义学习理论认为，学列者是学习的主体，但并没有无视教师的指导作用， 任何情况下，教师都有控制、餐理、帮助和指导的职责。教师需要在学习环 境中确定学习任务，组织学习活动，提供帮助和指导，引导学生正确使用认 知工薨。教j | 萃是教学过程的组织者、指导者、意义建构豹帮劲者、键迸者。 针对交互性，这要求我们弓l 入虚拟现实技术，因为虚拟现实技术所具有 豹多葶申特性，尤茭是交囊性特列适台予实现建构主义学习环境，因此，笔者 开发了“计算机网络硬件虚拟实验系统”，该系统以建构主义为理论指导， 以虚拟现实技术为发展方向，充分发挥微型计算机豹智能化优势，打破传统 的主要用硬件进行开发通信实验设备的观念，泥补了以往类似系统的缺陷。 在设计“计算机网络硬件虚拟实验系统”过程中，考虑到受限于计算帆 技术与网络技术水平，“计算机网络硬件虚拟实验系统”在第一期开发阶段 采用单机版的模式，该系统主要能够蜕明，以建构主义理论为指导原则，把 虚拟域实技术应用到教学中来是一个正确的途径。箍着诸如视觉头盔和数字 手套等设备的解决，以及网络技术的提高，在第二期开发阶段，笔者重点实 现孵络舨酌开发。 6 天津师范大学硕士学位论文 3 1 建构主义理论 第三章相关理论探究 3 1 1 建构主义理论由来与发展 建构主义( c o n s t r u c t i v i s m ) 也译作结掏主义，其最早提出者可追溯至瑞士 的皮亚杰( j p i a g e t ) 。他是认知发展领域最有影响的位心理学家，他所创 立的关于儿童认知发展的学派，人们称为臼内瓦学派。皮豫杰的理论充满唯 物辩证法，他坚持从内因和外因相互作用的勰点来研究j l 煮的谈知发展。他 认为，儿童楚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：“同纯”与“顺应”。固化是指把外部环境中豹有关信息汲牧进来葬结 合到儿童已有的认知结构( 也拣“图式”) 中，即个体把外界刺激所提供的信 息黎合到自己原有认知结构内的过程；顺应是指外部环境发生变化而原有 认知结构无法闻亿新环境提供的信息时所引起的j b 童认知结构发生重组与 改造的过程，即个体的认知结构熙外部刺激豹影响两发生改变的过程。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( 儿煮) 就是通过弼化与顺应这两种形式来达到与瘸 疆环境的乎袋：当j l 童筑愿现有图式去嚣化耘信息时，媲是处于一种平衡的 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( 即顾应) 的过程是寻找新的平衡的过程。儿童的认知结构就是通过 羼化与顺应过程逐步建构起来，并在“平囊一不平衡凝的平餐”豹循环中得 到不断的丰富、提高和发展。这就是皮亚杰关于建构主义的基本观点。 3 1 2 建构主义学习理论 如上所述，建构主义本来是源自关于儿童认知发展的理论，由于个体的 认知发展与学习过程密切相关，因此利用建构主义可以比较好地说明人类学 习过程的认知规律，即能较好地说明学习如何发生、意义如何建构、概念如 何形成，以及理想豹学习环境应包含哪些主要因素等等。总之，在建构主义 思想指导下可以形成一套新的比较有效的认知学习理论，并在此基础上实现 较理想的建构主义学习环境。下聪我们就从“学习的含义”f 即关予“什么是 学习”) 与“学习的方法”( 即关于“女拜留进行学习”) 这两个方瑟简要说明建 构主义学习理论的基本内容。 ( 1 ) 关于学习的含义 学习是获取知识的过程。建构主义认为，知识不是通过教师传授褥到， 矩是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人( 包括教师和学习 伙伴) 的帮助，利用必要的学习资料通过意义建构的方式而获得。由于学习 是在一定情境都社会文化背景下，借动其他人的帮助邵通过入际问的协作法 天津师范大学硕士学位论文 动而实现的意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会 话”和“意义建构”是学习环境中的四大癸索或四大属性。 1 “情境” 学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。这就对教学 设计提出了新的要求，也就是说，在建构主义学习环境下，教学设计不仅要 考虑教学目标分柝，还要考虑有利于学生建构意义的情境的创设闯题，劳把 情境翎设看作是教学设计豹最望要内容之。 2 “协作” 协作发生在学习过程的始终。协作对学习资料的搜集与分柝、假设的提 出与验涯、学习成采的译俊壹至意义豹最终建构均有重要俘用。 3 “会话” 会话是协作过程中的不可缺少环节。学习小组成员之闻必须通过会话商 讨如 霉完成规定的学习任务的计划；j 毙终，按馋学习过程也是会话过程，在 此过程中，每个学习者的思维成果( 智慧) 为整个学习群体所共享，因此会 话是达到意义建构的重要手段之一。 3 。“意义建构” 这是整个学习过程的最终强标。所要建构的意义怒指：事物的性蕊、规 律以及事物之间的内在联系。在学习过程中帮助学生建构意义就是簧帮助学 生对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的 内在联系达到较深刻的理解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是前面提 到的“图式”，也鹱是关于当裁所学内容瓣认知结构。 由以上所述的“学习”的含义可知，学习的质量魁学习者建构意义能力 的函数，而不是学习者重现教师思维过程能力的函数。换句话说，获得知识 的多少取决于学习者壤据自身缀验去建构有关知识的意义的能力，蔼不取决 于学习者记忆和鹜诵教师讲授内容的畿力。 ( 2 ) 关于学习的方法 建构主义教学强调学习者自己建构知识的学习过程，教师只是外部的辅 助者、支持者，提供学生建构知识所需要的帮助。这意味着需要重繇认识教 廊与学生的作用。 教师学生建构知识的支持者。 建构主义学习强调学生的主动学习，假同时也强调教师在学生建构知识 过程中提供一定豹黎助和支持，以使学生的理织进一步深入。 1 教师的作粥从传统的传递知识的权威转变为学生的辅导者，成为学生 学习的高级合作者。 2 教师应该给学生提供真实世界的真实问题。因而，他们不仅必须发现 这些闽遂，而且必须愿意放弃这种“知道条4 牛严密的阀题的确切答絮”观点。 3 教师必须翎设一种良好的学习环境，学生在其中可以通过实验、独立 探究、合作等方式学习。 8 天津师范大学硕士学位论文 4 教师必须调整课程以使建构主义学习活动能够与某一年级水平的学习 内容保持平衡。 5 教舞必须提供学习元认知工具和心瑷测量工其，培莽学生联系翡、批 判的认知加工策略，以及自己建构知识和理解的心理模式。 6 教耀应该认识翔教学的目标不仅包括认知目标，也包括情感强标。教 师要重视学生的情感领域，使教学与学习者个人相关。 学生知识的积极建构者 建构主义学习理论认为，学生是知识的积极建构者。学生应该逐步自我 控制学习过程。建构主义学习要求学生积极地与教师、圈伴合作，解决真实 世界的复杂问题等。 1 建构主义教学要求学生在复杂的真实情境中完成任务。因而，学生需 要采取一种新的学习风格，需要采取新的认知加工策略，需要形成自己是知 识与理解的建构者的心理模式。 2 建构主义教学要求学生承担更多的管理任务。如果学生缺乏管理皂己 学习的机会，他们就不可能成为自主的思考者和学习者。建构主义教学中， 学生应该在教爆豹帮助下。发展自己控截学习过程豹能力。 3 学生腹该认识到自我控制的重要性，并且努力学习一些自我控制的技 能和习惯。 建构主义学习理论为传统教学带来了一场的革命。教学的中心由教师向 学生转移。建构主义教学的目的是培棼颞世纪的善于学习的终身学习者，他 们能够自我控制学习过程、具有自我分析和评价能力、具有反思与批判能力、 具有创新糖神。建构主义教学也意味若教辩和学生的作用豹改变，教师和学 生都要努力地适应自己的新角色。家长、杼政管理人员、课程设计翡、评价 者以及其他豹一些关键的参与者都要改变思想观念，积极地面对建构主义所 带来的学习和教学的革命。 3 1 3 基于建构主义瑶论的教学设计模式 在研究儿童认知发展基础上产生的建构主义，不仅形成了全新的学习理 论，也正在形成全新的教学理论。如上所遮，这耱学习理论强谖以学生为中 心不仅要求学生由外部刺激的被动按受者和知识的灌输对象转变为信息加 工的主体、知识意义韵主动建构者；而且要求教师要由知识的传授者、灌输 者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。这就意味着教师应当在教学 过程中采用全新的教学模式( 彻底摒弃以教师为中心、强调知识传授、把学生 当作知识灌输对象的传统教学模式) 、全颧的教学方法秘全掰的教学设计思 想，因而必然要对传统的教学理论、教学观念提出挑战，从而在形成新一代 学习理论建搀主义学习理论豹弼对，也逐步形成了建掏主义学习理论、建构 主义学习环境相适应的新一代教学模式、教学方法和教学设计思想。 教学模式是指在定的教育思想、教学理论和学习理论指导下，在l 芝静 环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式。教学活动进程的简称就是通常 所说的“教学过程”。众所周知，在传统教学过程中包含教师、学生、教材等 三个要索。在现代化教学中，通常要运用多种教学媒体，所以还应增加“媒 9 天津师范大学硕士学位论文 体”这个要素。这四个要索在教学过程中不是彼此孤立、互不相关地简单组 合在一起，丙是彼拙相互联系、相互作用形成一个有机豹整体。既然怒有机 的整体就必须具有稳定的结构形式，由教学过程中的四个要索所形成的稳定 的结构形式，就称之为“教学模式”。例如，传统豹教学模式是：“以教筛为 中心，教师利用讲解、板书和各种媒体作为教学的手段和方法向学生传授知 识；学生则被动地接受教师传授的知识。”在这种模式中，教师是主动的施教 孝( 知识的抟授者、灌输者) ；学生是外界寮i 激的被动接受者、知识灌输的 对象：教材是教师向学生灌输的内容；教学媒体则是教师向学生灌输的方法、 手段。教郎、学生、教材、媒体等疆要潦各自的作用清楚，彼此之间瓣关系 明确，从而成为教学活动进程的一种稳定结构形式，即教学模式。 鄢么，建构主义的教学模式又应是怒祥的呢? 盘眭上所述，建构主义学习 理论提倡的学习方法是教师指导下的、以学生为中心的学习；建构主义学习 环境包含情境、协作、会话和崽义建构等四太要素。这样，我们就可以将与 建构主义学习理论以及建构主义学习环境相逶应豹教学模式概括为：“以学 生为中心，在整个教学过程中由教师起缀织者、指导者、帮助者和促进者的 作用，利用情境、协作、会话等学习拜境要素充分发挥学生的主动性、积极 性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目 的。”在这种模式中，学生楚知识意义的主动建梅者；教舜是教学进程的组织 者、指导翥、意义建构的帮助者、促进者；教材所提供的知识不再是教师传 授的内容，而是学生主动建构意义的对象；媒体也不再是帮助教师传授知识 的手段、方法，丽是用来刨设情境、进行协作学习和会话交流，即作为学生 主动学习、协作式探索的认知工具。显然，煮这种场合，教郯、学生、教材 裙媒体等黯要豢与传统教学相魄，各自有完全不嗣的佟用，彼站之溺裔完全 不同的关系。但是这些作用与关系也是非常清楚、非常明确的，因而成为教 学活进程的另外一种稳定结构形式，都建构主义学习环境下的教学模式。 3 2 基于建构主义理论学习环境下的教学设计 3 2 1 传统教学设计的内容与步骤 众所周知，传统的教学设计通常包含下列内容与步骧： 1 确定教学1 7 1 标f 我们麓望学生通过学习应达到什么榉鼢结巢) ： 2 分析学习者的特征( 是否具肖学习当前内容所需的预备知识，以及具 有哪些认知特点和个性特征等) ； 3 根据教学目标确定教学内容( 为达到教学目标所需掌握的知识单元) 和教学顺序( 对各知识单元进行教学的顺序) ； 4 。根摄教学内容和学习者特征豹分毫盱确定教学的起点； 5 制定教学策略( 包括活动进程的设计和教学方j 去的选择) ； 6 掇据教学霞标和教学内容的要求选择与设计教学瓣体； 7 进行教学评价( 以确定学生达到教学目标的程度) ，并根据评价得到 的反馈信息对上述教学设计中的某个或菜几个环节诈出修改或调整。 1 0 天津师范炎学硕士学位论文 经过多年来众多教学设计专家的努力，传统教学设计已发展成为具有较 完整、严密的理论方法体系和缀强可操作性的独立学科，弗且已有大爨的专 著及教奉于闻世但楚箕基本内容部离不开上述七个方面。传统教学设诗有许 多优点，但也存在一个较大的弊病：以教师为中心，只强调教师的“救”而 忽视学生的“学”，念部教学设计理论都是围绕如何“教”而展开，很少涉及 学生如何“学”的闷题。按这样的理论设计的课堂教学，学生参与教学活动 豹极会少，大部分日重闻处予被动接受状态，学生豹主动性、积极性很难发挥， 更不刹予创造型人材的成长。 3 2 2 建构主义学习环境下的教学设计原则 由于建构主义学习理论强调以学生为中心，认为学嫩是认知的主体，是 知识意义的主动建构者；教师只对学生的意义建构起帮助和促进作用，并不 要求教师直接向学生传授和灌输知识。可见_ 谯建构主义学习环境下，教师和 学生豹避位、作用和传统教学榻比已发生缀大豹交位。在这秘情况下，如果 仍然沿用传统的教学设计理论与方法来指导，显然是不适宜的。为此，近年 来，教育技术领域的专家们进行了大量的研究与探索，力图建立一套能与建 构主义学习理论以及建构主义学习环境相适应的全新的教学设计理论与方 法体系。尽管这种理论体系豹建立是一项艰鼷的任务，势j # 短期内能够完成。 但是其基本思想及主要原则已舔渐明朗，势已舞始实际应用于指导基予多媒 体和i n t e r n e t 的建构主义学习环境的教学设计。综观近年来在国外主要教育 技术刊物和国际会议上发表的多种建构主义学习环境，可以将其使用的教学 设计原则概括如下： ( 1 ) 强调戮学生为中心 明确“以学生为中心”，这一点对于教学设计有至关重要的指导意义，因 为从“以学生为中心”出发还是从“以教师为中心”出发将得出两种全然不 同的设计结果。至于如何体现以学生为中心，建构主义认为可以从三个方面 努力： 1 要在学习过程中充分发挥学生的主动性，要能体现出学生的罄刨精 神： 2 要让学生有多种机会在不问的情境下去应用他们所学的知识( 将知识 “步 化”) ； 3 让学生能禳据鲁身行动的反馈信患来形成对客程事物的认识和解决实 际问题的方案( 实现自我反馈) 。 以，t 三点，即发挥首创精神、将知识外化和实现自我反馈可以说是体现 以学生为中心的三个要素。 ( 2 ) 强调“情境”对意义建构的重要律用 建构主义认为，学习总是与定的社会文化背景即“情境”相联系的， 在实际情境下进行学习，可以馊学习者能利用自己原有认知结构中的有关经 验去同化和索引当前学习到的新知识，从而赋予新知识以菜种意义；如果原 有经验不能同化裁知识，则要弓| 起“颓应”过程，鞠对凝窍诀知结构进行改 造与熏组。总之，通过“同化”与“顺应”才能达到对掰知识意义的建构。 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，因 而将使学习者对知识的意义建构发生困难。 天津师范大学硕士学位论文 ( 3 ) 强调“协作学习”对意义建构的关键作用 建掏主义认为，学习者与溺围环境豹交互箨用，对于学习内容豹理解 ( 即对知识意义的建构) 起着关键性的作用。这是建构主义的核心概念之一。 学生们在教师的组织和引导下一起讨论和交流，共同建立起学习群体并成为 其中的一员。在这样的群体中，共同批判域考察各种理论、观点、信仰和假 说；进行协商和辩论，先内部协箍( 郢和自身争辩到底哪一耱鼹点延确) ，然 后孬稠匿协商( 邸对当前润题攘出各自的看法、论据及裔关材料并对剃入的 观点作出分析和评论) 。通过这样的协作学习环境，学习者群体( 包括教师 和每位学生) 的思维与智慧就w 以被整个群体所共享，即整个学习群体共同 完成对所学知识的意义建构，面不是其中的菜一位或莱凡位学生完成意义建 构。 ( 4 ) 强调对学习环境( 而j 教学环境) 的设计 建构主义认为，学习环境是学习者可以在其中进行自由探索和自燕学习 的场所。在此环境中学生可以利用各种工具和信息资源f 如文字材料、书籍、 音像资料、c a t 与多媒体课彳孛以及i n t e r n e t 上豹信息等) 来达到自穗豹学习 目标。在这一过程中学不仅煞褥到教师的帮助与支持，而置学生之间也可以 相互协作和支持。按照这种观念，学习应当被促进和支持而不应受到严格的 控制与支配；学习环境则是个支持和促进学习的场所。在建构主义学习理 论指导下的教学设计应是针对学习环境的设计丽非教学环境豹设计。这是因 为，教学意味若更多的控制与支配，露学习剩意味羞更多翡主动与鑫凑。 ( 5 ) 强调利用各种信息资源来支持“学”( 而非支持“教”) 为了支持学习者的主动探索和完成意义建构，在学习过程中要为学习者 提供各种信息资源( 包括各种类型的教学媒体和教学资料) 口但是必须明确： 这里乖翔这些媒体和资料并转熊予辘助教鲜豹讲解窝演承，两是瘸子支持学 生的自主学习和协作式探索。因此对传统教学设计中有关“教学媒体的选择 与设计”这一部分，将有全新的处理方式。例如在传统教学设计中，对媒体 的呈现要根据学生的认知心理和年龄特征作精心的设计。现在由于把媒体的 选择、使用与控制的权力交给了学生，这种没诗藏完全没有必要了。反之， 对予僖患资源应如俺获取、从哪里获取，以及如何有效逢加以利用等闯题， 则成为主动探索过程中迫切需要教师提供帮助的内容。驻然，这些问题在传 统教学设计中是不会碰到或是很少碰到的，而在建构主义学习环境下，则成 为急待解决的普遍性问题。 ( 6 ) 强调学习过程豹最终翔的是完成意义建构( 丽菲完成教学嚣标) 在传统教学设计中，教学目标是高于一切的，它既是教学过程的出发 点，又是教学过程的归宿。通过教学目标分析可以确定所需的教学内容和教 学内容的安排次序：教学目标逐是检查最终教学效果和进行教学评估的依 据。识是在建构主义学习环境中，由于强调学生是认知主体、是意义豹主动 建构者，所以是把学生对知识的意义建构作为整个学习过程的最终目的。在 这样的学习环境中，教学设计通常不是从分析教学目标开始，而是从如何创 设有利于学生意义建构的情境开始，整个教学设计过程紧紧围绕“意义建构” 这个中心恧震开，不论是学生豹独立探索、协作学习还是教师辅导，总之， 学习过程中的一切滔动都要从聪于这一中心，都要有利予完成和深化对所学 知识的意义建构。在学习过程中强调对知识的意义建构，这一点无疑是正确 的。但是，在当前建构主义学习环境的教学设计中，往往看不到教学目标分 1 2 天津疖范大学硕士学位论文 析这类字眼，“教学目标”被“意义建构”所取代，似乎在建构主义学习环 境下完全没有必要进行教学目标分析。这种看法则是片面的，不应该把二者 对立起来。因为“意义建构”是指瓣当前所学知识的意义进行建构。两“当 前所学知识”这一概念是含糊的、笼统的。某一节的课文内容显然是当前所 要学习的知识，但是一节课总是由若于知识单元( 知识点) 组成的，而各个 知识单元的重要性是不相同的：有的属于基本概念、基本原理( 是教学目标 要求必须“掌握”的内容) ；有的则属于一般的事实性知识或当前学习阶段 只需要知道还无需掌握的知谈( 对这类知识教学目标只要求“了解”) 。可鬣， 对当前所学内容不加区分一律要求对其完成“意义建构”( 即达到较深刻的理 解与掌握) 是不遥当豹。正确的作法应该是：在进行教学羁标分析豹基石l i l 上 选如当前所学知识中的基本概念、基本原理、基本方法和基本过程作为当前 所学知识的“主题”或曰“基本内容”) ，然螽再围绕这个主逡进幸亍意义建构。 这样建构的“意义”才是真正有意义的爿是符合教学要求的。 3 2 _ 3 建构主义学习环境下的教学设计内容 根据以上分析，我们认为建构主义学习环境下的教学设计应当包含下列 内容与步骤： ( 1 ) 教学目标分析 对整门课程及各教学单元进行教学餐标分掇，以确定当前所学知识豹 “主题” ( 2 ) 情境创设 刨设与主题相关的、尽可能真实的情境。 ( 3