【文章內(nèi)容簡介】 支持建構(gòu)性的學(xué)習(xí)，成為有效的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境。 ? 對建構(gòu)主義情境中的微型世界， Pufall建議將“微型世界”中的“世界”作為真實(shí)世界，它包含原理而非教誨式表現(xiàn)知識。 ? 微型世界是一個(gè)小的但是完整的知識領(lǐng)域，提供學(xué)生進(jìn)行探索式學(xué)習(xí)的真實(shí)可靠的環(huán)境。在微型世界中，學(xué)生能夠更清晰地思考，更有效地探索某一領(lǐng)域的知識，檢驗(yàn)自己的假設(shè)，發(fā)現(xiàn)微型世界中的事實(shí)。 ? 計(jì)算機(jī)微型世界常常會與模擬相混淆，但微型世界有兩個(gè)重要因素是模擬所不具備的。 ? 首先，微型世界提供某一領(lǐng)域的“最小化模型”，學(xué)習(xí)者能夠?qū)Υ诉M(jìn)行重構(gòu)，以探索更復(fù)雜的情況，產(chǎn)生更復(fù)雜的思想。 ? 其次，微型世界與學(xué)習(xí)者的認(rèn)知與情感相一致。相反，模擬是由被模擬的內(nèi)容或領(lǐng)域決定的，對模擬的判斷取決于模仿的逼真程度。但是，模擬還是有許多特性與微型世界是一致的，如二者都提供真實(shí)可靠的情境。 ? 微型世界的特點(diǎn)是學(xué)習(xí)者能進(jìn)行自我組織的學(xué)習(xí)。自我組織的學(xué)習(xí)思想與建構(gòu)主義的思想相一致，即認(rèn)為學(xué)習(xí)過程應(yīng)該以學(xué)習(xí)者為中心，學(xué)習(xí)是個(gè)體在原有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新的意義的過程，學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)負(fù)有主要的責(zé)任。 ? 自我組織的學(xué)習(xí)環(huán)境必須具備以下特點(diǎn)：首先，學(xué)習(xí)環(huán)境必須具有內(nèi)在驅(qū)動力，即學(xué)生愿意參與學(xué)習(xí)環(huán)境的活動是由于學(xué)習(xí)環(huán)境的原因，而非外部的刺激。 ? 其次 ,自我組織的學(xué)習(xí)者必須自己確定學(xué)習(xí)的目標(biāo)、計(jì)劃，并能對自己的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和評估。最后，自我組織的學(xué)習(xí)者必須積極地進(jìn)行學(xué)習(xí)活動，選擇、組織學(xué)習(xí)環(huán)境，使之適合自己的學(xué)習(xí)風(fēng)格。 ? 在情景化學(xué)習(xí)方面（ situated learning），微型世界在它們的結(jié)構(gòu)中包含了有益于學(xué)習(xí)過程的情境和關(guān)系。 ? 在知識建構(gòu)方面，微型世界提供了比真實(shí)世界更有效的情境，知識被適當(dāng)、快速地用一種功能形式轉(zhuǎn)移到其他情境。 ? 在 Logo案例中，我們期望學(xué)習(xí)者獲得一些有用的幾何原理理解，而不是否認(rèn)一般意義上的知識。 ? 從建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的角度，我們可以發(fā)現(xiàn)微型世界具有以下特征： ? 允許實(shí)驗(yàn)性的學(xué)習(xí)，包括探索、調(diào)查并建立預(yù)測； ? 基于概念的； ? 包含探索內(nèi)容的基本結(jié)構(gòu)； ? 允許主要的認(rèn)知重構(gòu)和提供學(xué)生有意義建構(gòu)知識的工具； ? 允許學(xué)生產(chǎn)生反饋，從反饋中他們能判斷思考方式的有效性； ? 提供足夠的興趣使學(xué)生想與其他學(xué)生討論有關(guān)探索的策略，因此允許社會性的建構(gòu)； ? 促進(jìn)反思性的提取； ? 容易開始。 ? 從以上分析來看，由于微型世界是一種提供學(xué)生進(jìn)行探索式的自我組織的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)者能表達(dá)、探索和建構(gòu)知識，因此常常被看作為體現(xiàn)建構(gòu)主義思想的理想學(xué)習(xí)環(huán)境。 三、微型世界的概念擴(kuò)展 ? 對 Microworld這個(gè)詞語各人有自己的理解，現(xiàn)在人們將這個(gè)概念擴(kuò)展到構(gòu)成虛擬現(xiàn)實(shí)（ Virtual reality）或賽博空間（ Cyberspace）的計(jì)算機(jī)環(huán)境。 在虛擬現(xiàn)實(shí)上 ? 在有限經(jīng)歷方面，例如，微型世界和虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)特點(diǎn)是危險(xiǎn)的降低，所以經(jīng)常認(rèn)為微型世界提供了一種更安全的環(huán)境，孩子們能探索和經(jīng)歷各種復(fù)雜世界。 ? 對虛擬現(xiàn)實(shí)的討論是將重點(diǎn)放在人與人之間的交互以及與抽象概念或數(shù)據(jù)的交互。 ? 對傳統(tǒng)微型世界的批評認(rèn)為它不具有充分的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)經(jīng)歷的社會維度在傳統(tǒng)的微型世界情境中沒有很好的表現(xiàn)。 在賽博空間上 ? Cyberspace已經(jīng)以全球網(wǎng)絡(luò)的形式而存在，計(jì)算機(jī)使用者在其中能隨意移動和交互。在這樣一個(gè)環(huán)境中，可以建構(gòu)多維空間的模擬，所有類型的信息以類似物理形式（如：圖書館、人物）呈現(xiàn)。 ? Cyberspace基本上是一個(gè)純粹的抽象環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中，抽象的信息用一些“物理”形式更容易理解和控制。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能構(gòu)造更好的微型世界，特別是能解決社會維的缺乏問題。 四、微型世界應(yīng)用的一般實(shí)例 ? 微型世界是利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一種反應(yīng)性的學(xué)習(xí)環(huán)境，我們可建立各種形式的微型世界，從而滿足不同的需要。 ? （ 1）利用 Logo語言可建立一種程序設(shè)計(jì)語言形式的微型世界，它提供的海龜作圖世界允許學(xué)習(xí)者進(jìn)行操縱并觀察其反應(yīng)。例如學(xué)生對點(diǎn)、線這樣的抽象幾何概念往往難以理解，而海龜幾何中的點(diǎn)則不同，它有位置和指向兩個(gè)重要參數(shù)，學(xué)生理解起來就容易得多。 ? 海龜幾何中的線是海龜爬出來的，學(xué)生能看到也容易理解線的概念。學(xué)生使用 Logo即語言的命令驅(qū)動海龜畫出各種各樣的圖形，就相當(dāng)于佩柏特?cái)[弄齒輪箱一樣，可以將數(shù)學(xué)中的規(guī)律和現(xiàn)實(shí)中的點(diǎn)線關(guān)系聯(lián)系在一起，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)，培養(yǎng)他們利用原有知識來解決各種問題的學(xué)習(xí)能力。此外，當(dāng)遇到疑難問題時(shí)，學(xué)生還可使用“扮演海龜”的方式在屏幕上走一走。 ? （ 2）國外有一套《 MIMI旅行》課件，它是模擬型、操練與練習(xí)、咨詢等類型課件組合的微型世界。它包括一套觀察鯨的生活旅行活動的電視錄像及一套 CAI軟件。 ? （ 3）電子工作臺（ Electronic Workbench；EWB） 五、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的微型世界應(yīng)用 ? 隨著網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)支持的微型世界也應(yīng)運(yùn)而生。 LCSI公司適用這樣的需要，推出了一些網(wǎng)上微型世界產(chǎn)品。 探索牛頓物理概念的協(xié)作微世界 ——TurboTurtle ? TurboTurtle是一個(gè)生動活潑的模擬牛頓物理的多用戶徽世界。通過調(diào)整地心引力、摩擦力、速率等屬性，學(xué)生在移動的海龜行為（一個(gè)球）上能立即看到這些變化的效果，通過研究行為和交互來學(xué)習(xí)概念，探索牛頓物理概念。 ? TurboTurtle是群件系統(tǒng)，本地合作者或分布的群體在控制海龜時(shí)能討論模擬。 LogoExpress系統(tǒng) ? 由 LCSI開發(fā)的 LogoExpress系統(tǒng)主要使用了公告牌技術(shù)，除了文本以外，允許傳送 Logo程序、圖形或任意類型的文件。教師使用該系統(tǒng)作為一般的通訊，讓學(xué)生共享課堂主題思想和 Logo工具程序，并得到技術(shù)支持。 ? 網(wǎng)上協(xié)同實(shí)驗(yàn)室（ Collaboratory或簡稱 Collab）是對真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的集成，它實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)的問題求解過程。 ? 傳統(tǒng)的做法，學(xué)生實(shí)驗(yàn)都是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，教師只能要求檢查最終結(jié)果，而很難對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程進(jìn)行觀察。學(xué)生也不會主動去對相關(guān)的知識進(jìn)行探究，因?yàn)樗麄兺耆蕾噷?shí)驗(yàn)手冊。 第四節(jié) 協(xié)同實(shí)驗(yàn)室 ? 在網(wǎng)上協(xié)同實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以同學(xué)習(xí)伙伴一起設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并通過模擬軟件觀看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。直到他們認(rèn)為方案成熟以后，就可以轉(zhuǎn)移到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證真實(shí)的情形。學(xué)生的所有行為都會被系統(tǒng)記錄，以供進(jìn)一步研究找出最佳學(xué)習(xí)路徑或分析實(shí)驗(yàn)中的交互行為之用。 一、協(xié)同實(shí)驗(yàn)室的理論基礎(chǔ) ? 協(xié)同實(shí)驗(yàn)室是在基于共享的概念基礎(chǔ)上來組織協(xié)同的。協(xié)同實(shí)驗(yàn)室為個(gè)人和群體提供了一個(gè)開放的電子平臺，他們有共同的興趣，有效地交換、發(fā)布和創(chuàng)造問題、思想和知識。 ? 協(xié)同實(shí)驗(yàn)室可應(yīng)用在各個(gè)學(xué)科，不像私有系統(tǒng)只為用戶提供一些定制的選擇，有限的程序界面；開放系統(tǒng)如 Inter為我們開發(fā)協(xié)同實(shí)驗(yàn)室提供了一個(gè)廣泛的設(shè)計(jì)機(jī)會。 ? 在概念和技術(shù)正確組織下， Web能為協(xié)同實(shí)驗(yàn)室提供一個(gè)非常高效的基礎(chǔ)，它能聚集全世界各個(gè)領(lǐng)域的專家和學(xué)習(xí)者。同時(shí)，如果沒有用于評價(jià)專家和學(xué)習(xí)者之間交互價(jià)值實(shí)效的理論基礎(chǔ)，我們也不能在 Web上正確從事將來的技術(shù)開發(fā)。 ? 協(xié)同實(shí)驗(yàn)室的理論基礎(chǔ)源于經(jīng)濟(jì)學(xué)上的補(bǔ)償理論（ Complementarity Theory），它將一個(gè)協(xié)同實(shí)驗(yàn)室用戶的網(wǎng)上價(jià)值與設(shè)計(jì)特色連接起來。 ? 在協(xié)同實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)上，補(bǔ)償理論建議：當(dāng)協(xié)同實(shí)驗(yàn)室通過簡單開放的界面提供一套相關(guān)（補(bǔ)充）因素時(shí)、它加強(qiáng)了使用者的方便性，減小了耗費(fèi)在使用系統(tǒng)上的時(shí)間和費(fèi)用。 ? 從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，我們能開發(fā)各種形式的協(xié)同實(shí)驗(yàn)室，如 MIS協(xié)同實(shí)驗(yàn)室。 MIS協(xié)同實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)能組織信息的 Web服務(wù)器，該協(xié)同實(shí)驗(yàn)室也集成了一個(gè)在線電子論壇、公告和研究特性。 ? 該實(shí)驗(yàn)室有兩個(gè)目標(biāo)：（ 1）通過有組織的信息資源、研究和資源連接能力來有效發(fā)布信息。（ 2）實(shí)現(xiàn)同步和異步交互的全球論壇，包括MIS問題、思想和研究文章。在協(xié)同實(shí)驗(yàn)室使用時(shí)，我們能報(bào)告實(shí)驗(yàn)以及一些收集于論壇上的全球參與者的總結(jié)性數(shù)據(jù)。 二、協(xié)同實(shí)驗(yàn)室的工具 ? 協(xié)同實(shí)驗(yàn)室可使用在各個(gè)學(xué)科上，通常涉及到理科項(xiàng)目，需要許多協(xié)同工具，下面介紹幾種有關(guān)項(xiàng)目的工具： 視頻會議控制臺 ? 視頻會議控制臺是一個(gè)新的全球多路發(fā)送骨干網(wǎng)（ Multicast Backbone； Mbone）工具，它允許用戶容易地使用視頻會議的視頻和音頻部分。 ? 視頻會議工具能從視頻會議控制臺端發(fā)動并在遠(yuǎn)端控制。一個(gè)遠(yuǎn)端的使用者可使用當(dāng)前的設(shè)置并能改變設(shè)置。它被用來允許控制一個(gè)現(xiàn)場無人參加的視頻會議傳送并幫助沒有經(jīng)驗(yàn)的使用者。 電子記事簿 ? 電子記事簿用來保存和檢索與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的信息。除此，當(dāng)電子筆記本提供相似的使用界面時(shí)，能夠集成數(shù)據(jù)庫管理和各種協(xié)同工具。 共享的屏幕視窗工具 ? 虛擬網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)遠(yuǎn)距離展示系統(tǒng)．在來自 Inter架構(gòu)上任何一處的計(jì)算機(jī)桌面環(huán)境下都可以共享屏幕。例如在我們的 PC桌面上可使用共享的屏幕視窗工具（ Shared Screen Televiewers）去展示 Unix環(huán)境。 用于協(xié)同研究的電子實(shí)驗(yàn)室記事簿 ? 用于協(xié)同研究的電子實(shí)驗(yàn)記事簿在科學(xué)研究中是一個(gè)必要的工具。它是一個(gè)有關(guān)推理和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、有關(guān)結(jié)果的分析。 ? 有關(guān)將來研究的計(jì)劃的信息倉庫。筆記本能捕獲科學(xué)進(jìn)程從而給科學(xué)家有意義的觀察。共享筆記能幫助協(xié)同研究者去建立一個(gè)對工作的共同理解。但是，在現(xiàn)代研究工具中，能跨越全球并提供遠(yuǎn)距離研究者去使用實(shí)驗(yàn)記事簿是一件比較困難的事情。 三、建立協(xié)同實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)架構(gòu) ? 網(wǎng)上協(xié)同實(shí)驗(yàn)室一般是建立在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上，下面為幾種可行的架構(gòu)。 IP多路發(fā)送骨干網(wǎng) ? IP的基于多路發(fā)送路由（ IP Multicastbased routing）促進(jìn)了分布式應(yīng)用，從而能在廣域網(wǎng)上形成關(guān)鍵的實(shí)時(shí)通訊。相對單獨(dú)的 IP主機(jī)， IP多路發(fā)送路由采用了分布式和復(fù)制的多路傳送數(shù)據(jù)流來到達(dá)目的地。 ? Mbone拓?fù)湓O(shè)計(jì)使得能促進(jìn)有效地信息包分發(fā)而沒有充滿任何節(jié)點(diǎn)。除此以外，幾個(gè)共享的和商業(yè)的視頻會議系統(tǒng)也可在 Mbone上使用。 Java平臺 ? Java是一個(gè)面向?qū)ο蟮?、平臺獨(dú)立的、多線程動態(tài)通用程序環(huán)境。在為 Inter、 Intra以及其它復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建 applets及應(yīng)用時(shí)很有效。一個(gè) Java applet能像圖形一樣被包含在 HTML頁面中。當(dāng)你使用兼容 Java的瀏覽器來瀏覽包含 Java applet頁面時(shí)， applet代碼被傳到你的系統(tǒng)并被瀏覽器執(zhí)行。 CORBA平臺 ? 使用 CORBA標(biāo)準(zhǔn)可建立非常強(qiáng)大的分布式環(huán)境。CORBA對象可以用各種語言編寫， CORBA對象通過 CORBA軟件總線（ ORB）連接，可擴(kuò)展Java在網(wǎng)絡(luò)、語言、操作系統(tǒng)中的各種應(yīng)用。 Totem系統(tǒng) ? Totem系統(tǒng)是使用一套通訊協(xié)議可用來忍受故障的分布式系統(tǒng)。信息的發(fā)送機(jī)制允許在出現(xiàn)錯(cuò)誤情況下保持分布和復(fù)制的信息一致性。在一個(gè)簡單的局域網(wǎng)上或者由網(wǎng)關(guān)相連的多個(gè)局域網(wǎng)上，Totem系統(tǒng)都提供了可靠的信息傳送過程。 可靠的多路發(fā)送協(xié)議 ? 可靠的多路發(fā)送協(xié)議是一個(gè)建立在可靠廣播協(xié)議（ Reliable Broadcast Protocol）上的協(xié)議。 RMP在 IP多路發(fā)送的頂端上提供了可完全定制的，可靠的多路發(fā)送服務(wù)。 四、分布式協(xié)同實(shí)驗(yàn)室在科學(xué)研究上的應(yīng)用 ? 下面給出幾個(gè)協(xié)同實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，它們主要是應(yīng)用在遠(yuǎn)距離的科學(xué)研究上。 分布的協(xié)同實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)環(huán)境 ? 分布式協(xié)同實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)環(huán)境（ Distributed，Collaboratory Experiment Environments）提供了為遠(yuǎn)距離使用的各種昂貴、難以復(fù)制的器材，從電子顯微鏡到熔解反應(yīng)堆，而在以前科學(xué)家則必須實(shí)地操作。通過這些實(shí)驗(yàn)臺并使用它們來進(jìn)行真實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)，我們能研究技術(shù)以及控制器件、采樣、與遠(yuǎn)地同事交互的社會性問題。 數(shù)字化顯微解剖協(xié)同實(shí)驗(yàn)室 ? 網(wǎng)格瀏覽器（ Gridbrowser）是用于顯微化數(shù)字解剖協(xié)同實(shí)驗(yàn)室的客戶端界面。數(shù)字化顯微解剖協(xié)同實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)正在開發(fā)的系統(tǒng)，提供了遠(yuǎn)程問詢、分析、數(shù)據(jù)的可視化，其中數(shù)據(jù)來自位于加利福尼亞大學(xué)國家顯微和圖像研究中心的中介高伏電子顯微鏡。 高空大氣研究協(xié)同實(shí)驗(yàn)室 ? 高空大氣研究協(xié)同實(shí)驗(yàn)室 (UARC)是一個(gè)由高空大氣、空間物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)、行為科學(xué)的研究者聯(lián)合進(jìn)行的工作。 ? UARC項(xiàng)目已開發(fā)了一個(gè)國際網(wǎng)絡(luò)協(xié)同實(shí)驗(yàn)室，計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的聯(lián)合使得物理上分布的科學(xué)家能工作在一起，這些科學(xué)家通過網(wǎng)絡(luò)使用一個(gè)在丹麥的格棱