【正文】 山東師范大學碩士學位論文 5 第二章 研究的理論 基礎 本章通過對學習情境、認知學徒制理論等方面進行綜述，以獲取基于認 知學徒制的虛擬學習情境研究的 基本理念 。從狹義上來認識，則指在課堂教學環(huán)境中，作用于學生而引起積極學習情感反應的教學過程” [5]。在 認知學徒制教學模式中， 學習者通過參與專家實踐共同體的活動和社會交互， 來 進行某一領域的學習 [9]。 9 位老師分別進行一門寫作課的教學，而他們又分為使用腳手架支持組、沒有使用腳手架 兩組 ，使用腳手架進行教學的教師在教學山東師范大學碩士學位論文 7 前分別進行了 6 個小時的培訓。通過對問卷的分析，得出了該項目能激發(fā)學生的 學習動機 ，提高學生的自我學習能力、合作能力和專業(yè)實踐能力 。 虛擬現(xiàn)實在教學中創(chuàng)設逼真的現(xiàn)場感與實時的交互性可以充分調動學習者的感覺和思維器官，從根本上改變人們的思維習慣和對傳統(tǒng)學習環(huán)境的概念，在教育教學中起到了普通媒體所無法取代的作用 [10]。而在麥克斯韋世界中，學習者可以根據自己的需要構建虛擬的電磁場，并可以操縱力的大小及形狀。 但 在實踐過程中 容易受時間、天氣等方面的影響 ， 而應用虛擬技術構建虛擬植物，學生可以在一臺電腦中進行全部的實踐，而不會受到其他條件的限制 。為解決這一問題，美國匹茲堡大學和美國空軍結合了認知學徒制要素聯(lián)合設計開發(fā)了的 Sherlock 項目。工業(yè)革命后，學校教育成為主要的教育方式，教師在課堂中向學生教授知識。 基于虛擬 現(xiàn)實 技術 的學習理念 所謂基于虛擬現(xiàn)實的學習 理念 是指 將虛擬現(xiàn)實技術應用于教育領域， 學習者應用虛擬現(xiàn)實技術 或在虛擬學習情境中通過交互來 學習相關內容 的思想觀念 。 轉變 傳統(tǒng)學習中，學習者通過教師的實時教授來獲取知識，教師和學習者應在同一時間、同一地點 。 山東師范大學碩士學位論文 13 第 三 章 虛擬學習情境的教學設計 本章對認知學徒制與虛擬現(xiàn)實情境結合的可行性進行分析，并對基于認知學徒制的虛擬學習情境的構成要素進行分析，以 分析教學設計的基本 框架。 理想的虛擬環(huán)境中應當和現(xiàn)實完全相同，在人們和虛擬環(huán)境進行交互時人的感覺器官所感知的事物與在真實環(huán)境中一樣。 （ 4） 構想性 。而在現(xiàn)實中，由于學習者所處的地理位置的不同，可能會有一些活動不能實現(xiàn)。 2．方法 方法即虛擬學習情境中的教學方法，設計教學方法的目的是為了幫助學生獲得或整合那些運用、管理和發(fā)現(xiàn)知識的認知和元認知策略。他們認為這就是情境學習的精髓，也是認知學徒制成功的原因。 虛擬學習情境教學設計的要素分析 本研究 所 開發(fā) 的虛擬學習情境是基于認知學徒制教學模式的，所以 ， 該學習情境應符合認知學徒制相關理念，其主要構成要素應包括內容、方法、 序列和社會性 等 四個方面。 2．虛擬現(xiàn)實學習情境對認知學徒制教學方法支持的思想 認知學徒制的相關理念和虛擬現(xiàn)實技術的特征決定了應用虛擬現(xiàn)實技術能夠構建符合認知學徒制的虛擬學習情境。 山東師范大學碩士學位論文 14 （ 2） 浸沒性 。 認知學徒制的教學方法選擇 學習情境的應用過程中可選擇的教學方法 有 很多，如研究 性 學習， 國內外一些研究者對其進行了大量的研究，如 基于虛擬現(xiàn)實技術的研究性學習的設計與開發(fā) 等文，但是具體的應用過程中，由于注重學生之間的探索學習，缺乏教師對學生的指導，使得學習效果不盡理想，而應用認知學徒制教學模式，學生在具體的學習實踐中既可以 進行 相互探討，又可以與教師進行交流，獲取教師指導，使學生盡快地獲取學習知識。而如果教師與學習者身處不同時空，教師講授的內容學習者無法得知，學習者的學習情況教師也無法得知，學習者與他人進行合作學習更無從談起。 傳統(tǒng)學習與基于虛擬現(xiàn)實的學習中，學習的目標都是使學習者獲取知識，不同的是在傳統(tǒng)學習中，學習者所獲取的知識多為理論性知識，缺乏實踐性知識 ； 多為領域型知識，缺乏策略型知識。為改變這一狀況，各國研究者紛紛提出一些新的教學模式，認知學徒制就是其中的一種。 通過 對 Sherlock 項目有效性的評價表明 , 使用該系統(tǒng) 25 小時的新手的實 作能力相當于有 4 年真實經驗的熟練技術人員的能力。 認知學徒策略指導的虛擬現(xiàn)實情境設計 與 研究概況 隨著信息技術的發(fā)展，各國專家 和 學者 充分運用多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術以及交互式電子網絡 技術 于認知學徒制教學中，使認知學徒制更加適合 當前 教學 發(fā)展 的需要 。 2．國內的相關研究 國內一些組織和機構也對虛擬現(xiàn)實技術應用于教育領域進行了研究，如 中國農業(yè)大學進行的虛擬植物研究和大連理工大學研究開發(fā)的儀器分析虛擬實驗室等。下面分別就國內外相關研究做簡要概述。在該研究中把 高職學生的學習 分成 兩 個 方面，一是用 1/3 的時間在校進行理論學習，其余 2/3 的時間在企業(yè)接受認知學徒制 的 培訓，企業(yè)指派一名師傅對其進行監(jiān)督和指導。 研究的 事實表明，應用認知學徒制可以使學生更為方便準確地獲取知識，促進學習活動的開展。 相關研究綜述 本研究 的 目標是為構建基于認知學徒制的虛擬學習情境，而要想 對其 基本要素進行評析，就必須把握現(xiàn)在國內外對認知學徒制和虛擬現(xiàn)實技術的研究概況，下面分別對利用認知學徒制促進學習者學習活動的相關研究、利用虛擬現(xiàn)實支持學習活動的相關研究和認知學徒策略指導的虛擬現(xiàn)實情境設計與研究概況等內容進行 分析和評述 。 虛擬學習情境 的涵義 一般來說，學習情境可以分為兩大類，即真實情境和虛擬情境 [6]。 學習情境 的涵義 1．情境的涵義 《現(xiàn)代漢語詞典》中將情境定義為“情景，境”也 [1]。 第二章， 論述 情境、虛擬學習情境及基于認知學徒制的虛擬學 習情境的定義，并對相關研究進行簡要概括。通過 分析 建構主義學習理論支持下的 學習 情境 在教學中的應用 方法 ，進而 探究 認知學徒制 教學方法指導下 虛擬現(xiàn)實學習情境設計方法， 結合具體 教學內容進行 案例設計 和開發(fā) ， 研究 虛擬現(xiàn)實技術在教學中的應用方式。 2．研究的意義 隨著社會的不斷發(fā)展和新的教育范式的出現(xiàn)，教與學的形式也隨之發(fā)生了改變，以學習者為中心的教學模式開始得到應用，認知學徒制教學模式正是其中的一種。在現(xiàn)有的條件下，有許多真實的教學情境是根本不可能實現(xiàn)的，如核反應實驗等。 國家新世紀初所推出的 新一輪基礎教育課程改革中明確提出要 大力推進信息技術在教學過程中的普遍應用，促進信息技術與學科課程的整合，逐步實現(xiàn)教學內容的呈現(xiàn)方式、學生的學習方式、教師的教學方式和師生互動方式的變革 。該系統(tǒng)以 Virtools 和 ASP 為平臺，系統(tǒng)開發(fā)完成后，設計者將其應用于實踐并對應用結果進行了評析，了解了案例系統(tǒng)的優(yōu)缺點。 虛擬現(xiàn)實技術是一門新興的技術類學科，在教育教學中 有著廣泛的應用 。 最后，我要特別感謝我的導師趙達睿老師、和研究生助教熊偉麗老師。 最后，我要感謝我的父母對我的關系和理解，如果沒有他們在我的學 習生涯中的無私奉獻和默默支持，我將無法順利完成今天的學業(yè)。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。 本聲明的法律后果由本人承擔。 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下進行的研究工作所取得的成果。 學友情深，情同兄妹。再次對周巍老師表示衷心的感謝。本次畢業(yè)設計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結尾了。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。（保密的學位論文在解密后適用本授權書） 學位論文作者簽名： 導師簽字： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。這期間凝聚了很多人的心血，在 此我表示由衷的感謝。 最后，我要感謝我的父母對我的關系和理解，如果沒有他們在我的學習生涯中的無私奉獻和默默支持，我將無法順利完成今天的學業(yè)。 最后，我要特別感謝我的導師趙達睿老師、和研究生助教熊偉麗老師。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 致 謝 時間飛逝，大學的學習生活很快就要過去，在這四年的學習生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關心幫助我的人分不開的。郭謙功老師淵博的 知識、嚴謹的作風和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 回首四年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學習都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導。 本文的目的是通過構建基于認知學徒制的虛擬學習情境，來探討如何使用虛擬現(xiàn)實技術改良認知學徒制教學模式 。 由于研究者的時間及技術開發(fā)能力有限， 案例系統(tǒng)的 開發(fā)仍然存在許多問題和不山東師范大學碩士學位論文 II 足，未來 將圍繞這方面進行進一步的完善 。在這種大背景下柯林斯 （ Allan Collins） 和布朗 （ John Seely Brown） 等學者提出了認知學徒制理論。 虛擬現(xiàn)實技術是隨著計算機技術的不斷發(fā)展與成熟而產生的 一種 新的技術， 由于虛擬現(xiàn)實技術具有 多感知性 、 浸沒性 、 交互性 和 構想性 等特征， 因此 ， 研究者期望能夠 利用虛擬現(xiàn)實技術 改進認知學徒制教學模式 ， 并為此做了大量的實踐 研究。 其 研究 內容 主要 包括 以下 三個方面 。本研究 用來 文獻研究法 分析 國內外關于虛擬學習情境 有關內容的研究現(xiàn)狀，指明虛擬學習情境構建的必要性和可行性， 并 通過對 基于認知學徒制的虛擬學習情境 現(xiàn)狀 研究， 體現(xiàn)出 本研究 所設計內容的框架及結構。 第五章，基于認知學徒制的虛擬學習情境的應用案例開發(fā)，對案例的內容、組成部分及功能進行介紹進行分析，并開展 了 應用研究。 心理學認為情境是對人有直接刺激作用，有一定的生物學意義和社會意義的 具體環(huán)境，情境在激發(fā)人的情感方面有特定作用 [3]。 本 研究中的虛擬是指利用虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)的虛擬，因此是一種模擬的虛擬 。 下面分別從國內和國外兩方面對相關研究進行簡述。 PDIMBTS 是以軟件項目的開發(fā)設計 為任務驅動， 在項目的開發(fā)過程中使學生獲取相關知識的過程，學生通過親自參與真實的項目開發(fā)來獲得專業(yè) 實踐 能力的提高 。 利用虛擬現(xiàn)實支持學習活動的相關研究 虛擬現(xiàn)實是在計算機技術不斷發(fā)展 基礎上興起的新興 研究領域，是繼多媒體技術之后在計算機應用方面的又一重大突破。 為了幫助學生理解現(xiàn)實世界的科學知識，由美國 NASA 項目資金和 NSF 的高級技術應用程序項目資金資助開發(fā) 了 ScienceSpace 項目 ，該項目 運用了物理性沉浸、建構主義學習方式和多種感覺器官 等多種技術，學生可沉浸于該虛擬系統(tǒng)中并進行探索， 最終達到促進學生學習科學知識的目的。在這一階段中， 利用虛擬現(xiàn)實技術為學習者提供了真實訓練中可能遇到的情況，學生在應對的過程中獲取相關技能。 Sherlock 項目是用于培訓飛機技術員的。 王培 就遠程學徒制教學模式進行了探究，對其 構成要素進行了分析，并與認知學徒制教學模式進行了比較 ，認為認知學徒模式由真實走向虛似是必然的選擇，遠程學徒制比認知學徒制更能適合現(xiàn)代教學的需要。 認知學徒制是情境認知理論發(fā)展的結果， 是在情境認知和學習理論 [12]指導下建立起來的， 它的提出和應用可以彌補學校教育中的不足。虛擬現(xiàn)實技術的應用，使得學習者的學習方式發(fā)上了重大轉變，學習者通過自身與虛擬環(huán)境之間的交互來獲取知識和經驗，而不僅僅是通過教師的教授來間接獲取知識和經驗?，F(xiàn)代學習中，要求學習者通過學習能夠促進 知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀 的全面發(fā)展， 強調 學習者能夠在 獲得基礎知識與基本技能的過程同時 學會 如何進行 學習并 形成正確 的 價值觀 。 1．虛擬現(xiàn)實技術的 基本 特點 虛擬現(xiàn)實技術具有多感知性、浸沒性、交互性和構想性等 基本特點 。 （ 3） 交互性 。 （ 2） 認知學徒制關注的不是概念和事實知識 的獲得 ，而是重視專家 知識 的 獲取或運用知識解決復雜現(xiàn)實生活問題所關涉的推理過程與認知 策略 或 元認知策略。 領域知識指關于某個專業(yè)領域或學科內容中能清晰識別的概念、事實和程序 [15]。 3．序列 認知學徒制教學模式重視學習者技能的獲得研究，要求設計者能認識到不同技能獲得階段的學生學習需要在不斷變化，這就要求設計者能夠遵循一