学习技术系统设计PPT课件

1、学习技术系统设计学习技术系统设计专专 业业 ：教育技术学：教育技术学 方方 向向 ：学习技术与应用：学习技术与应用 导导 师师 ：张际平：张际平 教授教授 博士生博士生 ：马宪春：马宪春华东师范大学博士学位论文博士学位论文答辩答辩2004 - 05 - 292要点陈述要点陈述l选题目的、缘由l研究内容概要l创新点l不足及后续研究华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 3选题目的选题目的研究、设计学习技术系统，使研究、设计学习技术系统，使学习过程最优化。学习过程最优化。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 4选题缘由选题缘由华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 教育学、教学论教育学、教学论

2、研究起步较早、研究起步较早、比较成熟比较成熟起步较晚且研究不起步较晚且研究不够，虽然近些年来够，虽然近些年来发展迅速，但较之发展迅速，但较之教学论还略显稚嫩教学论还略显稚嫩其实，这是很不正其实，这是很不正常的现象，因为，常的现象，因为，没有强有力的学习没有强有力的学习理论支撑，怎么会理论支撑，怎么会有先进、可靠的教有先进、可靠的教学理论呢？学理论呢？学习（科）学、学习论学习（科）学、学习论5选题缘由选题缘由华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 教育学、教学论教育学、教学论 学习（科）学、学习论学习（科）学、学习论教育技术（学）教育技术（学）学习技术（学）学习技术（学）研究起步较早、研究起步较

3、早、比较成熟比较成熟研究还很薄弱，研究还很薄弱，尤其是系统地对学尤其是系统地对学习技术进行全面研习技术进行全面研究就更加缺乏究就更加缺乏6选题缘由选题缘由华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 教育学、教学论教育学、教学论 学习（科）学、学习论学习（科）学、学习论教育技术（学）教育技术（学）学习技术（学）学习技术（学）科学科学技术技术学习科学学习科学学习技术学习技术 山西大学王秀芳研究员在研究学习科学时指出，山西大学王秀芳研究员在研究学习科学时指出，“历史再一次告诉我们，学习科学基础理论的建设必须历史再一次告诉我们，学习科学基础理论的建设必须依托于学习技术的发展。目前，知识的急骤增加，与人依托

4、于学习技术的发展。目前，知识的急骤增加，与人们学习技术的落后已形成了尖锐的矛盾们学习技术的落后已形成了尖锐的矛盾”。学习科学是学习技术的最直接基础。鉴于学习学习科学是学习技术的最直接基础。鉴于学习科学的发展尚不成熟，因此，心理学，尤其是科学的发展尚不成熟，因此，心理学，尤其是神经心理学必然担此重任。神经心理学必然担此重任。7选题缘由选题缘由华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 综上，由于学习理论和学习实综上，由于学习理论和学习实践的需要，对学习技术系统的践的需要，对学习技术系统的研究已是当务之急。研究已是当务之急。8研究内容概要研究内容概要华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 1. 1.

5、学习技术系统结构设计学习技术系统结构设计2. 2. 学习过程模式设计学习过程模式设计3. 3. 应用应用9华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 学习技术系统结构设计学习技术系统结构设计技术技术 是人们利用相应的工具作用于对象之上实是人们利用相应的工具作用于对象之上实现特定目标的能力。现特定目标的能力。 学习技术学习技术 学习者学习者利用相应的利用相应的学习工具学习工具作用于作用于学学习对象习对象之上实现特定学习目标的能力。之上实现特定学习目标的能力。三三 要要 素：人、工具、对象素：人、工具、对象相关因素：环境相关因素：环境10学习技术系统结构学习技术系统结构华东师范大学华东师范大学 马宪春

6、马宪春 学习对象学习对象学学 习习者者工工 具具学习对象学习对象学学习习对对象象学学习习对对象象学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境工工 具具11学习技术系统结构学习技术系统结构华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 学习对象学习对象学学 习习者者工工 具具学习对象学习对象学学习习对对象象学学习习对对象象学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境工工 具具耳耳教教师师眼眼书书 本本手手实实验验 认知工具认知工具课课 件件12学习技术系统的输入输出学习技术系统的输入输出华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 工具工具学 习技 术系 统输入输入输出

7、输出环境环境L1L1L3L3资源资源学习技术系统的功能学习技术系统的功能学习者增值社会增值L 代表学习者代表学习者13学习过程模式学习过程模式l含义含义l典型学习模式及分析典型学习模式及分析l学习的生理、心理基础学习的生理、心理基础l学习过程的元控制模式学习过程的元控制模式华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 14含义含义模式模式 理论上理论上(模式的来源模式的来源)： 它是对事物发展变化它是对事物发展变化过程过程的必的必然然环节环节构成的相对固定的构成的相对固定的结构结构的抽的抽象概括的结果。象概括的结果。 实践上实践上(模式的去处模式的去处)： 它是指导人们可以照着去做的它是指导人们可以

8、照着去做的模型。模型。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 15含义含义学习过程模式学习过程模式 就是用模型的方法表示对学习就是用模型的方法表示对学习过程的基本环节的认识成果。过程的基本环节的认识成果。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 16典型学习模式及分析典型学习模式及分析华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 17华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 听觉听觉言语的言语的从短时存贮库中丧失从短时存贮库中丧失短时存贮库短时存贮库从感觉登记中丧失从感觉登记中丧失感觉登记感觉登记听觉听觉言语的言语的视觉的视觉的等等等等时间性的时间性的信息在长时存贮库中强信息在长时存贮库中强度衰减、受干

9、扰和丧失度衰减、受干扰和丧失长时存贮库长时存贮库阿特金森阿特金森- -希夫林模式希夫林模式R.C. Atkinson & R.M. Shiffring18华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 刺激输入刺激输入短时储存短时储存感觉感觉登记登记不易衰退的不易衰退的自标地址的自标地址的记忆库记忆库反反 应应 发发 生生 器器复述缓冲器复述缓冲器易迅速衰退的易迅速衰退的记忆库记忆库反应输出反应输出阿特金森阿特金森- -希夫林模式（修改）希夫林模式（修改）R.C. Atkinson & R.M. Shiffring19加涅的信息加工学习过程模型加涅的信息加工学习过程模型华东师范大学华东

10、师范大学 马宪春马宪春 环环 境境接接受受器器执行监控执行监控预预 期期感感 觉觉登记器登记器效效应应器器反反 应应生成器生成器短短 时时记记 忆忆长长 时时记记 忆忆20梅耶的学习过程模式梅耶的学习过程模式(Mayer,R.E.)华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 短时记忆短时记忆工作记忆（工作记忆（C C）长时记忆长时记忆（B B）（D D）（E E）（A A）信息信息（刺激）（刺激）行为行为（反应）（反应）A: A: 注意注意 B: B: 原有意识原有意识 C: C: 新知识的内部联系新知识的内部联系D: D: 新旧知识之间的联系新旧知识之间的联系 E: E: 新知识进入长时记忆新知

11、识进入长时记忆21计计 划划唤醒唤醒/ /注意注意记忆记忆概念上的概念上的知觉的知觉的枕枕 叶，叶， 顶顶 叶，叶， 颞叶颞叶知知识识基基础础同同 时时 和和 继继 时时第一功能单元第一功能单元记记忆忆概概念念上上的的知知觉觉的的 功功第第 能能二二 单单元元脑脑 干干第三功能单元第三功能单元记记忆忆概概念念上上的的知知觉觉的的额额 叶叶知知识识基基础础PASSPASS模型模型(J.P.DasJ.P.Das 等等) )PlanningArousal-AttentionSimultaneousSuccessive 这些功这些功能单元都依能单元都依赖于个体的赖于个体的知识基础知识基础22学习过程模

12、式存在的问题学习过程模式存在的问题l长时记忆的输出问题华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 反反 应应生成器生成器长长 时时记记 忆忆23学习过程模式存在的问题学习过程模式存在的问题l长时记忆的输出问题l记忆的快速通道问题华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 反反 应应生成器生成器长长 时时记记 忆忆感感 觉觉登记器登记器长长 时时记记 忆忆24学习过程模式存在的问题学习过程模式存在的问题l长时记忆的输出问题l记忆的快速通道问题l记忆阶段划分的问题华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 感感 觉觉登记器登记器长长 时时记记 忆忆从艾宾浩斯的长时记忆研究，从艾宾浩斯的长时记忆研究，到詹姆士的

13、二级记忆模型，到詹姆士的二级记忆模型，再到沃再到沃- -诺曼二级到三级的转化，诺曼二级到三级的转化，又到阿特金森又到阿特金森- -希夫林三级存贮模型的提出与修改，希夫林三级存贮模型的提出与修改，易瑞克松和克印赤易瑞克松和克印赤(Ericsson & Kintsch(Ericsson & Kintsch) “) “长时工作长时工作记忆记忆” ” (long-term working memory)(long-term working memory)的划分的划分至此，似乎形成了记忆的四级模型。至此，似乎形成了记忆的四级模型。25从艾宾浩斯的长时记忆研究，从艾宾浩斯的长时记忆研究，到

14、詹姆士的二级记忆模型，到詹姆士的二级记忆模型，再到沃再到沃- -诺曼二级到三级的转化，诺曼二级到三级的转化，又到阿特金森又到阿特金森- -希夫林三级存贮模型的提出与修改，希夫林三级存贮模型的提出与修改，易瑞克松和克印赤易瑞克松和克印赤(Ericsson & Kintsch(Ericsson & Kintsch) “) “长时工作长时工作记忆记忆” ” (long-term working memory)(long-term working memory)的划分的划分至此，似乎形成了记忆的四级模型。至此，似乎形成了记忆的四级模型。学习过程模式存在的问题学习过程模式存在的问题l长时

15、记忆的输出问题l记忆的快速通道问题l记忆阶段划分的问题l记忆的加工、学习控制问题l生理、心理机制问题l其它过程问题华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 26学习过程的生理基础学习过程的生理基础frontal lobe额叶额叶parietal lobe顶叶顶叶Occipital Lobe枕叶枕叶颞叶颞叶temporal lobe华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 27华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 海马海马杏仁核杏仁核扣带回扣带回穹窿穹窿乳头体乳头体28神经元结构神经元结构华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 感觉神经感觉神经细胞体细胞体细胞体细胞体树突树突细胞体细胞体树突树突轴

16、突轴突轴突轴突传导方向传导方向运动神经运动神经联合神经联合神经29神经系统输入输出简图神经系统输入输出简图华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 感受器得到的感受器得到的信息经由信息经由PNS传导至传导至CNS，经过计算整合经过计算整合后，再由后，再由CNSCNS发出指令通过发出指令通过PNSPNS至效应器，至效应器，使人体产生相使人体产生相应的运动。应的运动。30 反射 31视觉信息在人脑内的传输过程视觉信息在人脑内的传输过程华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 视神经视神经第一第一视区皮质视区皮质眼眼32听觉信息在人脑内的传输过程听觉信息在人脑内的传输过程华东师范大学华东师范大学 马宪春

17、马宪春 33嗅觉信息在人脑内的传输过程嗅觉信息在人脑内的传输过程olfactory bulb嗅球嗅球olfactory receptor嗅觉感受器嗅觉感受器Olfactory cortex嗅觉皮质嗅觉皮质34各种感觉信息的传播路径各种感觉信息的传播路径华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 35多级信息传递流程图多级信息传递流程图华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 36学习过程的生理模式学习过程的生理模式感感受受系系统统肌肌肉肉组组织织感感觉觉神神经经系系统统运运动动神神经经系系统统颞颞叶叶新新皮皮质质元元控制控制中中 心心神经递质神经递质控制信号控制信号37学习过程元控制模式学习过程元控

18、制模式感感觉觉器器官官反反应应系系统统感感觉觉登登记记系系统统反反应应生生成成系系统统短短时时记记忆忆系系统统长长时时记记忆忆系系统统运运 算算系系 统统元元控制控制系系 统统数据流数据流控制流控制流38感感觉觉器器官官反反应应系系统统感感觉觉登登记记系系统统反反应应生生成成系系统统短短时时记记忆忆系系统统长长时时记记忆忆系系统统运运 算算系系 统统元元控制控制系系 统统应用应用39应用应用l解释学习现象l设计具体学习技术系统40解释学习现象解释学习现象l长时记忆的输出问题学习过程元控制学习过程元控制模式显示，模式显示，LTMLTM系系统的信号可以直统的信号可以直接达到反应生成接达到反应生成系

19、统，但这是有系统，但这是有条件的。条件的。这个条件就是：行这个条件就是：行动或提取记忆不需动或提取记忆不需要或很少需要注意要或很少需要注意资源，也就是不需资源，也就是不需要很多的控制或元要很多的控制或元控制。控制。可以称为快速反应。可以称为快速反应。此为智能型快速反应，此为智能型快速反应，另外还有本能型快速反应。另外还有本能型快速反应。41解释学习现象解释学习现象l长时记忆的输出问题长时记忆的输出问题符合这个条件的事例有：符合这个条件的事例有： 接近自动化的技能、习惯；接近自动化的技能、习惯； “ “脱口而出脱口而出”现象；现象； 直觉、灵感；直觉、灵感； 其它突然涌现在脑海中的情景等其它突然

20、涌现在脑海中的情景等42解释学习现象解释学习现象l记忆的快速通道问题记忆的快速通道问题阿特金森和希夫林早期模型之指出了这种可能阿特金森和希夫林早期模型之指出了这种可能43记忆的快速通道问题记忆的快速通道问题在二十一世纪中小学生素质教育文库(记忆与思维)中多次使用“一次性印入”这个词语。l外界信息通过感觉器官时，按输入的原样，保持一个极短的时间，这就是感觉登记或感觉记忆系统。信息在这里保持1秒钟左右。其中一部分信息受到特别注意或模式识别则进入短时记忆系统；若信息极为强烈深若信息极为强烈深刻，也可一次性印入长时记忆系统。刻，也可一次性印入长时记忆系统。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 44记

21、忆的快速通道问题记忆的快速通道问题l长时记忆将现在的信息保持下来供将来使用，或将过去储存的信息提取出来用于现在。它把人的活动的过去、现在和未来联系起来。它的信息主要来自对短时记忆的内容的复述，也有一些是在感知中印象深刻的内容一次性印入一次性印入的，特别是那些激动人心引起强烈情绪体验的内容可直接进入长时记忆系统被储存起来。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 45记忆的快速通道问题记忆的快速通道问题类似的现象很多，有的称之为“闪光灯记忆” (flashbulb memory) 、“闪光灯效应” (flashbulb effeect)、情绪记忆。l指对引人震撼的事件，容易使使留下深刻的记忆。l长

22、时记忆也有印象深刻一次达成的，持别是情绪记忆。l某些记忆，特别是情景记忆被称为“一次性”或“闪光快门式”学习。仅仅一个事例就可记得很清楚。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 46记忆的快速通道问题记忆的快速通道问题lBartsch 推测，感情刺激可通过募集脑内众多调节性递质系统，其中一部分可解除CREB2样抑制，这就可以启动记忆系统作用从而使单次事件能够直接进入涉及编码长时记忆的处理机制。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 47记忆的快速通道问题记忆的快速通道问题l根据目前的研究报道，杏仁体在一次性尝试学习中起关键作用l明晰性学习学得快，只需一次尝试即可学会。此种学习往往涉及同时出现的

23、数种刺激的联合，允许储存关于一次事件发生的时间和地点信息；因此这种学习对先前的事件提供一种熟悉的感觉。l种种现象表明，快速通道是存在的，生理机制是比较清楚的，情绪投入在记忆中有重要作用。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 48设计具体学习技术系统设计具体学习技术系统l理想化学习技术系统建模理想化学习技术系统建模l理想化学习技术系统是学习技术系统的理想化形式，在这种形式下学习，可以获得最佳的学习效果。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 49设计具体学习技术系统设计具体学习技术系统l基本假设 理想的学习就是在真实情境中的学习，这个真实情境一般指实践环境，“实践出真知”，实践中的学习（简称实

24、践学习）是最佳的学习方式。 这种学习有利于知识的掌握、技能的获得和品格的形成，最重要的是，有利于学习成果的直接应用。因为心理学研究表明，在熟悉的环境中，更容易做事。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 50设计具体学习技术系统设计具体学习技术系统l附加假设 实践学习，也就是基于真实情境的学习，它不能始终实现，只能是有条件的。在不能实现的情况下，虚拟现实是最佳的选择。 虚拟现实(Virtual Reality，VR)，就是把真实的(或设想的)实践环境用技术手段展现出来。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 51设计具体学习技术系统设计具体学习技术系统l 早期（古代后期，因为古代只能学习直接经

25、验）的教学理早期（古代后期，因为古代只能学习直接经验）的教学理论或学习理论强调学习人类积累的间接经验的重要性，认论或学习理论强调学习人类积累的间接经验的重要性，认为如果事事身体力行，势必浪费时间，因此就以书本知识为如果事事身体力行，势必浪费时间，因此就以书本知识的教、学为主，长此以往，也就造成了死读书、读死书的的教、学为主，长此以往，也就造成了死读书、读死书的不良后果。不良后果。l 有些有远见卓识的专家学者提倡有些有远见卓识的专家学者提倡“做中学做中学”就是为了克服就是为了克服此类弊端，但由于受当时历史条件（主要是技术条件）的此类弊端，但由于受当时历史条件（主要是技术条件）的限制，不能做到或很

26、少能做到直接实践，因而没有达到预限制，不能做到或很少能做到直接实践，因而没有达到预期的效果。期的效果。l 现代社会，由于技术的发展，很多事情我们都可以获得第现代社会，由于技术的发展，很多事情我们都可以获得第一手资料，以前很多不可能的事情现在变成了现实，越来一手资料，以前很多不可能的事情现在变成了现实，越来越多的知识、能力、品格（学习成果）需要也能够直接从越多的知识、能力、品格（学习成果）需要也能够直接从实践中获得，技术扩展了学习的力量。这里的实践不仅仅实践中获得，技术扩展了学习的力量。这里的实践不仅仅是是“做做”，它包括学习的一切活动。因此，这里所说的实，它包括学习的一切活动。因此，这里所说的

27、实践学习是比古代直接实践、近代践学习是比古代直接实践、近代“做中学做中学”更高层次的学更高层次的学习。习。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 52设计具体学习技术系统设计具体学习技术系统理想的实践学习环境应遵循以下几个基本原理想的实践学习环境应遵循以下几个基本原则：则：（1） 人际环境的人际环境的“情情”字原则字原则（2） 学习资源的充分供给原则学习资源的充分供给原则（3） 学习工具的得心应手原则学习工具的得心应手原则（4） 虚拟现实原则虚拟现实原则华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 53设计具体学习技术系统设计具体学习技术系统l理想的实践学习环境，是理想的实践学习环境，是“事事为我事

28、事为我”的的学习环境，即完全为学习者服务、满足学学习环境，即完全为学习者服务、满足学习者需要的学习环境。在这种环境里，学习者需要的学习环境。在这种环境里，学习者能充分获得直观的第一手资料，学习习者能充分获得直观的第一手资料，学习者的学习需求能得到最大的满足。者的学习需求能得到最大的满足。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 54理想化学习技术系统设计案例理想化学习技术系统设计案例 l学习中的虚拟现实可以有多种不同分类和层次，下面以物理学习中的虚拟现实为例进行讨论。l根据学习者与环境的关系，可以分为以提供观察为主的虚拟现实环境，提供单向操作为主的虚拟现实环境，双向交互多感觉通道虚拟现实环境和环境积极辐射的虚拟现实。华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 55华东师范大学华东师范大学 马宪春马宪春 学习对象学习对象学学 习习者者交交 互互学习对象学习对象学学习习对对象象学学习习对对象象学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境学习环境虚拟现实学习技术系结构虚拟现实学习技术系结构观观 察察操操作作随随意意56观察虚拟观察虚拟（1） 超时空的物理情境的创设超时空的物理情境的创设 1) 展示过去展示过去 2) 设计未来设计未来 3) 时间缩放时间缩放 4) 空间缩放空间缩放 6) 场景移植场景移植 7) 展