【正文】 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 第二章 研究的理論 基礎(chǔ) 本章通過對學(xué)習(xí)情境、認知學(xué)徒制理論等方面進行綜述，以獲取基于認 知學(xué)徒制的虛擬學(xué)習(xí)情境研究的 基本理念 。從狹義上來認識，則指在課堂教學(xué)環(huán)境中，作用于學(xué)生而引起積極學(xué)習(xí)情感反應(yīng)的教學(xué)過程” [5]。在 認知學(xué)徒制教學(xué)模式中， 學(xué)習(xí)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(lǐng)域的學(xué)習(xí) [9]。 9 位老師分別進行一門寫作課的教學(xué)，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(xué)的教師在教學(xué)山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 前分別進行了 6 個小時的培訓(xùn)。通過對問卷的分析，得出了該項目能激發(fā)學(xué)生的 學(xué)習(xí)動機 ，提高學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力、合作能力和專業(yè)實踐能力 。 虛擬現(xiàn)實在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)逼真的現(xiàn)場感與實時的交互性可以充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的感覺和思維器官，從根本上改變?nèi)藗兊乃季S習(xí)慣和對傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境的概念，在教育教學(xué)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(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的需要構(gòu)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(yīng)用虛擬技術(shù)構(gòu)建虛擬植物，學(xué)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(xué)和美國空軍結(jié)合了認知學(xué)徒制要素聯(lián)合設(shè)計開發(fā)了的 Sherlock 項目。工業(yè)革命后，學(xué)校教育成為主要的教育方式，教師在課堂中向?qū)W生教授知識。 基于虛擬 現(xiàn)實 技術(shù) 的學(xué)習(xí)理念 所謂基于虛擬現(xiàn)實的學(xué)習(xí) 理念 是指 將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域， 學(xué)習(xí)者應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù) 或在虛擬學(xué)習(xí)情境中通過交互來 學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容 的思想觀念 。 轉(zhuǎn)變 傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者通過教師的實時教授來獲取知識，教師和學(xué)習(xí)者應(yīng)在同一時間、同一地點 。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 第 三 章 虛擬學(xué)習(xí)情境的教學(xué)設(shè)計 本章對認知學(xué)徒制與虛擬現(xiàn)實情境結(jié)合的可行性進行分析，并對基于認知學(xué)徒制的虛擬學(xué)習(xí)情境的構(gòu)成要素進行分析，以 分析教學(xué)設(shè)計的基本 框架。 理想的虛擬環(huán)境中應(yīng)當(dāng)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(gòu)想性 。而在現(xiàn)實中，由于學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)情境中的教學(xué)方法，設(shè)計教學(xué)方法的目的是為了幫助學(xué)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(xué)習(xí)的精髓，也是認知學(xué)徒制成功的原因。 虛擬學(xué)習(xí)情境教學(xué)設(shè)計的要素分析 本研究 所 開發(fā) 的虛擬學(xué)習(xí)情境是基于認知學(xué)徒制教學(xué)模式的，所以 ， 該學(xué)習(xí)情境應(yīng)符合認知學(xué)徒制相關(guān)理念，其主要構(gòu)成要素應(yīng)包括內(nèi)容、方法、 序列和社會性 等 四個方面。 2．虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)情境對認知學(xué)徒制教學(xué)方法支持的思想 認知學(xué)徒制的相關(guān)理念和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征決定了應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠構(gòu)建符合認知學(xué)徒制的虛擬學(xué)習(xí)情境。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 14 （ 2） 浸沒性 。 認知學(xué)徒制的教學(xué)方法選擇 學(xué)習(xí)情境的應(yīng)用過程中可選擇的教學(xué)方法 有 很多，如研究 性 學(xué)習(xí)， 國內(nèi)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(shù)的研究性學(xué)習(xí)的設(shè)計與開發(fā) 等文，但是具體的應(yīng)用過程中，由于注重學(xué)生之間的探索學(xué)習(xí)，缺乏教師對學(xué)生的指導(dǎo)，使得學(xué)習(xí)效果不盡理想，而應(yīng)用認知學(xué)徒制教學(xué)模式，學(xué)生在具體的學(xué)習(xí)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(dǎo)，使學(xué)生盡快地獲取學(xué)習(xí)知識。而如果教師與學(xué)習(xí)者身處不同時空，教師講授的內(nèi)容學(xué)習(xí)者無法得知，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況教師也無法得知，學(xué)習(xí)者與他人進行合作學(xué)習(xí)更無從談起。 傳統(tǒng)學(xué)習(xí)與基于虛擬現(xiàn)實的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)的目標(biāo)都是使學(xué)習(xí)者獲取知識，不同的是在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者所獲取的知識多為理論性知識，缺乏實踐性知識 ； 多為領(lǐng)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(xué)模式，認知學(xué)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(dāng)于有 4 年真實經(jīng)驗的熟練技術(shù)人員的能力。 認知學(xué)徒策略指導(dǎo)的虛擬現(xiàn)實情境設(shè)計 與 研究概況 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各國專家 和 學(xué)者 充分運用多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及交互式電子網(wǎng)絡(luò) 技術(shù) 于認知學(xué)徒制教學(xué)中，使認知學(xué)徒制更加適合 當(dāng)前 教學(xué) 發(fā)展 的需要 。 2．國內(nèi)的相關(guān)研究 國內(nèi)一些組織和機構(gòu)也對虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域進行了研究，如 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)進行的虛擬植物研究和大連理工大學(xué)研究開發(fā)的儀器分析虛擬實驗室等。下面分別就國內(nèi)外相關(guān)研究做簡要概述。在該研究中把 高職學(xué)生的學(xué)習(xí) 分成 兩 個 方面，一是用 1/3 的時間在校進行理論學(xué)習(xí)，其余 2/3 的時間在企業(yè)接受認知學(xué)徒制 的 培訓(xùn)，企業(yè)指派一名師傅對其進行監(jiān)督和指導(dǎo)。 研究的 事實表明，應(yīng)用認知學(xué)徒制可以使學(xué)生更為方便準(zhǔn)確地獲取知識，促進學(xué)習(xí)活動的開展。 相關(guān)研究綜述 本研究 的 目標(biāo)是為構(gòu)建基于認知學(xué)徒制的虛擬學(xué)習(xí)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(nèi)外對認知學(xué)徒制和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究概況，下面分別對利用認知學(xué)徒制促進學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動的相關(guān)研究、利用虛擬現(xiàn)實支持學(xué)習(xí)活動的相關(guān)研究和認知學(xué)徒策略指導(dǎo)的虛擬現(xiàn)實情境設(shè)計與研究概況等內(nèi)容進行 分析和評述 。 虛擬學(xué)習(xí)情境 的涵義 一般來說，學(xué)習(xí)情境可以分為兩大類，即真實情境和虛擬情境 [6]。 學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)情境及基于認知學(xué)徒制的虛擬學(xué) 習(xí)情境的定義，并對相關(guān)研究進行簡要概括。通過 分析 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論支持下的 學(xué)習(xí) 情境 在教學(xué)中的應(yīng)用 方法 ，進而 探究 認知學(xué)徒制 教學(xué)方法指導(dǎo)下 虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)情境設(shè)計方法， 結(jié)合具體 教學(xué)內(nèi)容進行 案例設(shè)計 和開發(fā) ， 研究 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)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(xué)的形式也隨之發(fā)生了改變，以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)模式開始得到應(yīng)用，認知學(xué)徒制教學(xué)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(xué)情境是根本不可能實現(xiàn)的，如核反應(yīng)實驗等。 國家新世紀(jì)初所推出的 新一輪基礎(chǔ)教育課程改革中明確提出要 大力推進信息技術(shù)在教學(xué)過程中的普遍應(yīng)用，促進信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合，逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)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(shè)計者將其應(yīng)用于實踐并對應(yīng)用結(jié)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(shù)是一門新興的技術(shù)類學(xué)科，在教育教學(xué)中 有著廣泛的應(yīng)用 。 最后，我要特別感謝我的導(dǎo)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(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學(xué) 習(xí)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(xué)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(dān)。 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行的研究工作所取得的成果。 學(xué)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(shè)計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)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(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書） 學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽字： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)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(guān)系和理解，如果沒有他們在我的學(xué)習(xí)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(xué)業(yè)。 最后，我要特別感謝我的導(dǎo)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(jié)果由本人承擔(dān)。 （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(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。郭謙功老師淵博的 知識、嚴謹?shù)淖黠L(fēng)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(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。 本文的目的是通過構(gòu)建基于認知學(xué)徒制的虛擬學(xué)習(xí)情境，來探討如何使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)改良認知學(xué)徒制教學(xué)模式 。 由于研究者的時間及技術(shù)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(xué)碩士學(xué)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(xué)者提出了認知學(xué)徒制理論。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟而產(chǎn)生的 一種 新的技術(shù)， 由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有 多感知性 、 浸沒性 、 交互性 和 構(gòu)想性 等特征， 因此 ， 研究者期望能夠 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù) 改進認知學(xué)徒制教學(xué)模式 ， 并為此做了大量的實踐 研究。 其 研究 內(nèi)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(nèi)外關(guān)于虛擬學(xué)習(xí)情境 有關(guān)內(nèi)容的研究現(xiàn)狀，指明虛擬學(xué)習(xí)情境構(gòu)建的必要性和可行性， 并 通過對 基于認知學(xué)徒制的虛擬學(xué)習(xí)情境 現(xiàn)狀 研究， 體現(xiàn)出 本研究 所設(shè)計內(nèi)容的框架及結(jié)構(gòu)。 第五章，基于認知學(xué)徒制的虛擬學(xué)習(xí)情境的應(yīng)用案例開發(fā)，對案例的內(nèi)容、組成部分及功能進行介紹進行分析，并開展 了 應(yīng)用研究。 心理學(xué)認為情境是對人有直接刺激作用，有一定的生物學(xué)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(shù)實現(xiàn)的虛擬，因此是一種模擬的虛擬 。 下面分別從國內(nèi)和國外兩方面對相關(guān)研究進行簡述。 PDIMBTS 是以軟件項目的開發(fā)設(shè)計 為任務(wù)驅(qū)動， 在項目的開發(fā)過程中使學(xué)生獲取相關(guān)知識的過程，學(xué)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(xué)習(xí)活動的相關(guān)研究 虛擬現(xiàn)實是在計算機技術(shù)不斷發(fā)展 基礎(chǔ)上興起的新興 研究領(lǐng)域，是繼多媒體技術(shù)之后在計算機應(yīng)用方面的又一重大突破。 為了幫助學(xué)生理解現(xiàn)實世界的科學(xué)知識，由美國 NASA 項目資金和 NSF 的高級技術(shù)應(yīng)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(gòu)主義學(xué)習(xí)方式和多種感覺器官 等多種技術(shù)，學(xué)生可沉浸于該虛擬系統(tǒng)中并進行探索， 最終達到促進學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識的目的。在這一階段中， 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供了真實訓(xùn)練中可能遇到的情況，學(xué)生在應(yīng)對的過程中獲取相關(guān)技能。 Sherlock 項目是用于培訓(xùn)飛機技術(shù)員的。 王培 就遠程學(xué)徒制教學(xué)模式進行了探究，對其 構(gòu)成要素進行了分析，并與認知學(xué)徒制教學(xué)模式進行了比較 ，認為認知學(xué)徒模式由真實走向虛似是必然的選擇，遠程學(xué)徒制比認知學(xué)徒制更能適合現(xiàn)代教學(xué)的需要。 認知學(xué)徒制是情境認知理論發(fā)展的結(jié)果， 是在情境認知和學(xué)習(xí)理論 [12]指導(dǎo)下建立起來的， 它的提出和應(yīng)用可以彌補學(xué)校教育中的不足。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，使得學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式發(fā)上了重大轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)者通過自身與虛擬環(huán)境之間的交互來獲取知識和經(jīng)驗，而不僅僅是通過教師的教授來間接獲取知識和經(jīng)驗?，F(xiàn)代學(xué)習(xí)中，要求學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)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(diào) 學(xué)習(xí)者能夠在 獲得基礎(chǔ)知識與基本技能的過程同時 學(xué)會 如何進行 學(xué)習(xí)并 形成正確 的 價值觀 。 1．虛擬現(xiàn)實技術(shù)的 基本 特點 虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有多感知性、浸沒性、交互性和構(gòu)想性等 基本特點 。 （ 3） 交互性 。 （ 2） 認知學(xué)徒制關(guān)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(fù)雜現(xiàn)實生活問題所關(guān)涉的推理過程與認知 策略 或 元認知策略。 領(lǐng)域知識指關(guān)于某個專業(yè)領(lǐng)域或?qū)W科內(nèi)容中能清晰識別的概念、事實和程序 [15]。 3．序列 認知學(xué)徒制教學(xué)模式重視學(xué)習(xí)者技能的獲得研究，要求設(shè)計者能認識到不同技能獲得階段的學(xué)生學(xué)習(xí)需要在不斷變化，這就要求設(shè)計者能夠遵循一