【正文】 明白，這些策略怎樣和他們的真實知識和概念知識相適合，他們知道應怎樣利用社會和物理環(huán)境中的各種資源[17]。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。在虛擬學習情境中教學方法大致可以分為三種。第一種包括示范、指導和腳手架的搭建與拆除，這些教學方法的設計是為了幫助學生通過觀察和有指導的實踐來獲得一套整合的技能；第二種是清晰表達和反思，它是為了幫助學生注意觀察專家的問題解決，有意識地進入和控制他們自己的問題解決策略；第三種是探究，應用探究的目的是為了鼓勵學習者自主地解決問題。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定的活動原則，了解怎樣去支撐知識和復雜技能整合和一般化的各個階段，從而為這些階段恰當安排材料和活動的順序。鑒于此，基于認知學徒制的虛擬學習情境應當具備以下基本原則。（1）復雜性的遞增原則。復雜性的遞增是指在學習者在完成學習任務的過程中應當越來越多地用到專家實作所需要的概念或技能。為確保學習過程中復雜性遞增原則的實現(xiàn)，可以考慮兩種方法。一是將任務排序，以便能控制任務的復雜性。二是任務開始時使用腳手架，隨著學習過程的進行逐漸拆除腳手架。（2）多樣性遞增原則。多樣性的遞增指建構(gòu)一系列的任務，在任務解決中用到更加多樣化的策略和技能。當某種技能變得很熟練時，引入需要多樣化技能和策略的任務，讓學習者去區(qū)分它們適用或不適用的條件。當學習者學會把技能應用于更加多樣化的問題以后，他們的策略就獲得了更豐富的情境聯(lián)系網(wǎng)絡，從而更容易遷移到不熟悉或新的問題中。（3）整體技能先于局部技能原則。整體技能先于局部技能是指在學習任務開始時，學習者應當對整個學習任務有一個比較清晰的印象。這能幫助學習者理解他們正在執(zhí)行的部分，從而提高他們監(jiān)控自己進步的能力，發(fā)展他們的自我糾錯技能。4．社會性人們在進行教學研究中經(jīng)常忽略社會性維度，事實上社會性對教學研究的過程及結(jié)果具有極大的影響。如專家對學習者的鼓勵會使學習者產(chǎn)生一定的信念，而這些信念對學習者的動機、自信和對他們所遇到的問題的定向是非常重要的[18]。在虛擬學習情境中，專家與學習者之間應有交流，他們通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對學習者進行鼓勵，增強學習者的自信心。不僅專家和學習者能夠互相交流，學習者之間也應能夠互相交流，對某一問題互相探討、共同學習。5. 虛擬活動虛擬活動是人類在生產(chǎn)生活中創(chuàng)造和使用的一種新的活動形式，其內(nèi)涵是人類為了滿足自己的需要，在一定的社會關(guān)系中及非現(xiàn)實、非主觀的虛擬世界中，創(chuàng)造性地進行的有意識、有目的地制造和使用符號作用于對象物的自覺行為。虛擬活動與動物的本能活動有著本質(zhì)的區(qū)別，也不同于傳統(tǒng)的人的常規(guī)活動，它是一種新型的人類活動。虛擬活動具有虛擬實在性、即時交互性、超越時空性、智能創(chuàng)新性、自由開放性等特征。在基于認知學徒的虛擬學習情境中，學習者應當進行虛擬活動，通過虛擬活動來學習到相關(guān)知識。本研究根據(jù)上述分析用圖的形式描述了虛擬學習情境的基本構(gòu)成要素及其相互關(guān)系。學習者內(nèi)容方法序列社會性專家虛擬活動圖31 虛擬學習情境的要素構(gòu)成圖圖31描述了專家、學習者與虛擬學習情境各構(gòu)成要素之間的關(guān)系，專家通過構(gòu)建情境設計，在虛擬學習情境中體現(xiàn)內(nèi)容、方法、序列、社會性和虛擬活動這五方面要素，學習者通過進行虛擬活動與虛擬學習情境進行交互，在交互的過程中，專家對學習者進行指導、交流等體現(xiàn)虛擬學習情境的另外四個要素。 虛擬學習情境的細化框架設計在虛擬學習情境的構(gòu)成要素分析中，本研究認為基于認知學徒制的虛擬學習情境包括內(nèi)容、方法、序列、社會性和虛擬活動五種構(gòu)建要素，而在具體的教學情境中每種構(gòu)建要素均要從各種方面來進行實施以適應具體的教學活動，這就需要對虛擬學習情境中的要素進行細化，建構(gòu)適應具體學習過程的具體設計框架。1．內(nèi)容方面在虛擬學習情境系統(tǒng)中，為體現(xiàn)學習者應獲取的知識，設計者應用界面對學習者應當學習到的內(nèi)容進行簡要介紹，使學習者能夠明確學習目標。在情境的學習過程中，應設計相關(guān)內(nèi)容，是學習者能直接獲取領域型知識，并通過相關(guān)操作來獲取策略型知識2．方法方面在虛擬學習情境中，為使學習者能夠更準確方便地獲取知識，專家應構(gòu)建一定的方法，并通過以下過程體現(xiàn)：（1）專家通過應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對學生進行親身示范，或通過其他手段對學生進行示范。（2）應當構(gòu)建專家與學習者之間的交流平臺，專家與學習者通過交流平臺進行交互，共同探討問題，指導學習者的學習活動。（3）專家應采用技術(shù)手段幫助學生進行學習，由此提供腳手架支撐。（4）在學習情境中，專家應構(gòu)建平臺用以促進學習者清晰表達能力的表現(xiàn)。3．序列方面在虛擬學習情境中，學習者進行學習應有一定的規(guī)則或秩序：（1）在專家所構(gòu)建的學習情境中，學習者在學習過程中應當由易到難逐漸學習，由此體現(xiàn)復雜性遞增原則。（2）在虛擬學習情境學習中，應提供虛擬現(xiàn)實情境、網(wǎng)絡交流平臺等多種工具，學習者也可以開展網(wǎng)上閱讀、探索等多項活動，從而體現(xiàn)學習的多樣性。（3）在學習情境中，應當首先明確學習任務，讓學習者對學習內(nèi)容有了一個整體的圖景，而后分步學習相關(guān)知識，這樣有助于學習者理解分步過程的情況，由此體現(xiàn)全局技能先于局部技能原則。4．社會性方面社會性是認知學徒制教學模式中應有的一個構(gòu)成要素。在具體的應用過程中，應構(gòu)建專家與學習者交流的平臺，專家通過平臺對學習者進行鼓勵；而學習者之間通過平臺互相探討，彼此鼓勵、共同進步。在虛擬學習情境中，學生應有動手實踐的機會，應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來體現(xiàn)這一過程。 虛擬學習情境要素的細化構(gòu)成框架本研究根據(jù)前面對虛擬學習情境的構(gòu)成要素細化分析，在此基礎上構(gòu)建了虛擬學習情境要素的細化構(gòu)成框架作為指導虛擬學情境設計的理論指導，如圖32所示。圖32 虛擬學習情境要素的細化構(gòu)成框架圖在虛擬學習情境中，專家是情境的構(gòu)建者，而學習者也是情境的重要組成部分，專家通過構(gòu)建情境，使學習者明確學習內(nèi)容，由此體現(xiàn)內(nèi)容方面；通過示范、腳手架等方法輔導學習者學習到相關(guān)知識，由此體現(xiàn)方法層面；按一定的規(guī)則來設計學習者的學習秩序，由此體現(xiàn)序列層面；通過構(gòu)建交流的平臺使學習者可以與專家和其他學習者進行交流，由此體現(xiàn)社會性；最重要的是在情境中，專家應構(gòu)建相應的虛擬活動，學習者通過虛擬活動與情境進行交互，由此獲得知識。第四章 虛擬學習情境案例的教學設計與技術(shù)實現(xiàn)本研究中以“認識釘子”課程為例，從教學設計和技術(shù)實現(xiàn)的視角出發(fā)描述了基于認知學徒制的虛擬學習情境的教學設計過程?！罢J識錘子”的教學設計本研究通過一個關(guān)于認識錘子的案例來詳細介紹虛擬學習情境的相關(guān)內(nèi)容，其教學設計的過程包括了學習者分析、學習目標分析等。本研究選取的課程主要面向小學四年級學生的課程內(nèi)容而設計的。這一階段學生的思維活動很大程度上局限于具體的事物或事情，缺乏抽象性，因此，在具體的教學過程中，如果只是單純的進行介紹或演示，學生所能夠獲取的知識相對有限；另外，該階段的學生具有很強的好奇心，能夠善于發(fā)現(xiàn)和認識新鮮事物，但在學習過程中也容易受到外來因素的影響，因此，在本節(jié)課的開展過程中為學生提供一個生動逼真的不受外界干擾的虛擬學習環(huán)境變得非常重要。 學習目標和學習內(nèi)容分析“認識錘子”的主要內(nèi)容是讓學習者認識錘子的各個部位，并對應用錘子釘釘子的過程進行觀摩和學習，其所要達到的學習目標包括以下三個方面。(l)知識水平。認識了解錘子的各個部位，對釘釘子過程進行學習。(2)情感方面。使學生對木工制作過程有一定的了解，體會到工人在工作中的艱辛。(3)技能方面。掌握虛擬學習情境的應用方法，以及學會運用網(wǎng)絡搜索自己所需要的知識。 學習策略分析本研究中虛擬學習情境是基于認知學徒制教學模式而開發(fā)的，因此，“認識錘子”課程的教學中應遵循其應用原則。 學習過程分析1．準備過程在學生進行學習前，教師應向?qū)W生講解虛擬學習系統(tǒng)的使用方法，包括如何進入學習系統(tǒng)，從哪里開始學習活動等，并向?qū)W生明確提出學習的目的、學習過程中可能會遇到的問題，以及解決的方法。具體到案例系統(tǒng)來說，教師在學生應用前應向?qū)W生說明系統(tǒng)的注冊方法、如何進入系統(tǒng)等方面的問題。2．提出問題在進入虛擬學習系統(tǒng)后，系統(tǒng)應讓學生明確本次學習應當解決什么問題，具體在本案例中，則需要向?qū)W生們明確一下兩個問題：（1）你知道錘子由哪兩部分組成嗎？（2）你知道怎么用錘子釘釘子嗎？ 3．專家指導在虛擬學習系統(tǒng)中，作為學習的組織者——教師，應對學生的學習給予幫助，對他們進行指導，提醒他們注意學習任務中被忽略的一些地方，以便能夠夠好地獲取知識。在案例系統(tǒng)中，教師通過播放錄像、在線交流等方式對學生進行指導。4．自主學習學生在教師的指導和幫助下，對虛擬學習系統(tǒng)進行操作，并通過相關(guān)操作獲取知識。在案例系統(tǒng)中，學生自主學習包括兩個方面，一是在觀看完錄像后對虛擬的錘子進行操作；二是在操作完畢后通過互聯(lián)網(wǎng)搜索關(guān)于錘子的相關(guān)內(nèi)容，并進行學習。5．作業(yè)制作在明確了學習內(nèi)容及操作學習完成之后，學生通過互聯(lián)網(wǎng)對問題的相關(guān)內(nèi)容進行搜索，將相關(guān)內(nèi)容制成課件等作品，完成作業(yè)。具體到案例系統(tǒng)中，教師向?qū)W生發(fā)布作業(yè)，如請制作一個關(guān)于錘子的作品，采用PPT演示文稿、Word文檔都可以。學生則根據(jù)自己所學習到的知識制作作業(yè)，并通過作業(yè)上傳系統(tǒng)提交給教師，讓教師進行評判。6．學習總結(jié)在學習總結(jié)階段，教師可以引導學生對所研究問題進行深入思考，對所要解決問題之外的知識進行延伸性的講解和分析，幫助學習者更加全面、深刻的理解問題，培養(yǎng)學習者知識的全面發(fā)展。由于技術(shù)的限制，在案例系統(tǒng)中，研究者沒有設計學習的總結(jié)項目。 虛擬學習情境開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)在“認識錘子”學習情境的開發(fā)中，主要需要設計開發(fā)兩個方面的內(nèi)容：系統(tǒng)的界面框架和基于3D的學習場景的構(gòu)建與交互。針對這兩方面的內(nèi)容，分別選擇ASP和Virtools軟件來進行系統(tǒng)開發(fā)。 開發(fā)工具簡介Virtools是法國全球交互三維開發(fā)解決方案公司VIRTOOLS開發(fā)的一款三維互動程序開發(fā)工具，是一種具備豐富的互動行為模塊的實時3D環(huán)境虛擬實境編輯軟件，可以制作出許多不同用途的3D產(chǎn)品[19]。設計者用Virtools可制作出具有沉浸感的虛擬環(huán)境，它對參與者生成諸如視覺、聽覺等各種感官信息，給參與者一種身臨其境的感覺。Virtools包括開發(fā)、生成和發(fā)布三大模塊。因其具有良好的人機交互圖形化界面，強大的VSL腳本語語言，開放的架構(gòu)，便捷的網(wǎng)絡傳播，模塊化的技術(shù)開發(fā)路線，高效的協(xié)作平臺，強大的渲染引擎等特點，為設計開發(fā)者提供了一個良好的工作平臺，因此受到眾多虛擬現(xiàn)實開發(fā)設計者所歡迎。ASP是一種服務器端腳本編寫環(huán)境，可以用來創(chuàng)建和運行動態(tài)網(wǎng)頁或Web應用程序。ASP網(wǎng)頁可以包含HTML標記、普通文本、腳本命令以及COM組件等。利用ASP可以向網(wǎng)頁中添加交互式內(nèi)容，也可以創(chuàng)建使用HTML網(wǎng)頁作為用戶界面的Web應用程序[20]。用ASP編寫的網(wǎng)頁具有以下特點。（1）利用ASP可以實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)； （2）因為ASP文件是包含在HTML代碼所組成的文件中的，所以，它可比較容易地進行測試和運行； （3）服務器可以將ASP程序解析為HTML格式，因此用戶可以很方便地用瀏覽器ASP所產(chǎn)生的網(wǎng)頁； （4）ASP提供了一些內(nèi)置對象，使用這些對象可以使服務器端腳本功能更強大；（5）ASP可以使用服務器端ActiveX組件來執(zhí)行各種各樣的任務； （6）服務器可以將ASP程序轉(zhuǎn)換為HTML格式回傳給客戶瀏覽器，所以使用者不會看到ASP源代碼，可以有效地防止代碼的剽竊； (7) ASP可以很方便地連接Oracle、SQL和Access等數(shù)據(jù)庫。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，設計者采用了Asp和Virtools工具軟件，下面就實際開發(fā)過程中為實現(xiàn)相關(guān)功能，設計者的相關(guān)思路和設計過程中一些關(guān)鍵技術(shù)和設計原理進行分析。1．利用Virtools工具開發(fā)虛擬現(xiàn)實情境的關(guān)鍵技術(shù)在錘子系統(tǒng)中，應用錘子釘釘子過程的設計是整個系統(tǒng)制作的關(guān)鍵點，由于實際中錘子的具體使用比較復雜，為達到這一目標，設計者采用了比較簡單的模型來設計，簡化了其使用過程，其基本實現(xiàn)過程如圖41所示。圖41 釘釘子過程原理設計圖圖41所示表示的是當使用者點擊釘釘子圖標后，錘子捶打五次后釘子被釘入桌面。其設計的基本思路包括以下幾個方面：先使用Mouse Waiter獲取鼠標單擊的消息，然后用Test判斷是否是要釘釘子（需要的釘?shù)尼斪樱即娣旁贒ingzi的group里），如果單擊的是需要被釘?shù)尼斪?，即is in group為true，那么移動（Set Position）并顯示（Show）當前使用的錘子到釘子的上方，并且用力均勻的敲打5次（用Counter計數(shù)），伴隨著敲打，釘子被釘入桌面內(nèi)。錘子敲擊的動畫是使用Move To實現(xiàn)的，就是從釘子的上方移動到釘子位置，然后往返移動，同時被敲擊的釘子Translate；當敲擊完成后，使用Hide將使用的錘子隱藏消失。釘釘子過程中背包中的釘子數(shù)量會相應減少，為做到這一效果，設計者采用了以下方法，如圖42所示。圖42 釘子減少原理設計圖釘釘子過程是由學生點擊背包中的釘子圖標觸發(fā)的，當觸發(fā)后，學生手中拿著釘子，但是此時背包中的釘子數(shù)量還沒有立即減少，當鼠標點擊桌子面時，此時釘子被放下，使用OP中的減法，減少了剩余釘子數(shù)量。每次減少時都判斷一次是否還有剩余的釘子，如果釘子的數(shù)量為0，則釘釘子過程將無法再次進行。2．利用Asp工具開發(fā)網(wǎng)絡學習平臺的關(guān)鍵技術(shù)在本系統(tǒng)中考試的環(huán)節(jié)是重要的組成部分，這個子系統(tǒng)所涉及到的服務包括Web服務和數(shù)據(jù)庫服務，Web服務采用的是Microsoft IIS ，數(shù)據(jù)庫服務采用的是Microsoft SQL Server 2000，在考試過程中，設計的困難是設計者為使用者添加了時間剩余時間提示功能，用以提醒學生剩余的考試時間，并在規(guī)定時間過后強制交卷，防止學生在考試期間做其他事情。，用JS腳本判斷，其實現(xiàn)代碼是：代碼script