【正文】 統(tǒng)模式和教學(xué)媒體理論。由于WWW的信息管理和通信方式與單機(jī)的巨大差別，可視化多媒體集成環(huán)境已經(jīng)不能使用Internet網(wǎng)上應(yīng)用的要求，新的適用于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的編程語言便產(chǎn)生了。Java是一種支持Internet網(wǎng)上編程的獨(dú)立于平臺的程序設(shè)計(jì)語言，它能夠充分利用分布在網(wǎng)上的學(xué)習(xí)環(huán)境，具有良好的跨平臺性、面向?qū)ο笮?，而且簡單易學(xué)。VRML（Virtual Reality Modeling Language）的推出改變了信息局限于二維空間的歷史，它允許人們通過瀏覽器操縱三維空間的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境和對象。它包括一個(gè)網(wǎng)上教學(xué)發(fā)送工具（IIDT）、網(wǎng)上寫作工具（IIAT）和四個(gè)知識/數(shù)據(jù)庫。用它開發(fā)一個(gè)課件需要三個(gè)步驟：知識獲取、課程構(gòu)建（curriculum construction）和教學(xué)策略形成。課程構(gòu)建包括設(shè)置預(yù)定學(xué)習(xí)者的特征，設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)，選擇教學(xué)內(nèi)容，形成課件結(jié)構(gòu)，決定教學(xué)序列?？梢娫诮?gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下，教師和學(xué)生的地位、作用和傳統(tǒng)教學(xué)相比已發(fā)生很大變化。以“學(xué)”為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)理論正是順應(yīng)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境的上述要求而提出來的，因而很自然地，建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論就成為以“學(xué)”為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)[1]。其教學(xué)設(shè)計(jì)的目的是如何幫助教師把課備好、教好，而很少考慮學(xué)生“如何學(xué)”的問題。但是在個(gè)別化的學(xué)習(xí)中，按這種理論設(shè)計(jì)的教學(xué)系統(tǒng)中學(xué)生的主動性、積極性往往受到一定的限制，難以充分體現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知主體作用。[1]⑵ 強(qiáng)調(diào)“情境”對意義建構(gòu)的重要作用[1]建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)總是與一定的社會文化背景即“情境”相聯(lián)系的，在實(shí)際情境下進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以使學(xué)習(xí)者能利用自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)去同化當(dāng)前學(xué)習(xí)到的新知識，從而賦予新知識以某種意義；如果原有經(jīng)驗(yàn)不能同化新知識，則要引起“順應(yīng)”過程，即對原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造與重組。在傳統(tǒng)的課堂講授中，由于不能提供實(shí)際情境所具有的生動性、豐富性，因而將使學(xué)習(xí)者對知識的意義建構(gòu)發(fā)生困難。這是建構(gòu)主義的核心概念之一。在這樣的群體中，共同批判地考察各種理論、觀點(diǎn)、信仰和假說；進(jìn)行協(xié)商和辯論，先內(nèi)部協(xié)商(即和自身爭辯到底哪一種觀點(diǎn)正確)，然后再相互協(xié)商(即對當(dāng)前問題擺出各自的看法、論據(jù)及有關(guān)材料并對別人的觀點(diǎn)作出分析和評論)。⑷ 強(qiáng)調(diào)對學(xué)習(xí)環(huán)境(而非教學(xué)環(huán)境)的設(shè)計(jì)[1]建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)環(huán)境是學(xué)習(xí)者可以在其中進(jìn)行自由探索和自主學(xué)習(xí)的場所。在這一過程中學(xué)生不僅能得到教師的幫助與支持，而且學(xué)生之間也可以相互協(xié)作和支持。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)是針對學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)而非教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)。⑸ 強(qiáng)調(diào)利用各種信息資源來支持“學(xué)”(而非支持“教”)[1]為了支持學(xué)習(xí)者的主動探索和完成意義建構(gòu)，在學(xué)習(xí)過程中要為學(xué)習(xí)者提供各種信息資源(包括各種類型的教學(xué)媒體和教學(xué)資料)。因此對傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)中有關(guān)“教學(xué)媒體的選擇與設(shè)計(jì)”這一部分，將有全新的處理方式?，F(xiàn)在由于把媒體的選擇、使用與控制的權(quán)力交給了學(xué)生，這種設(shè)計(jì)就完全沒有必要了。顯然，這些問題在傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)中是不會碰到或是很少碰到的，而在以“學(xué)”為中心的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下，則成為急待解決的普遍性問題。通過教學(xué)目標(biāo)分析可以確定所需的教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)目標(biāo)還是檢查最終教學(xué)效果和進(jìn)行教學(xué)評估的依據(jù)。在這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境中，教學(xué)設(shè)計(jì)通常不是從分析教學(xué)目標(biāo)開始，而是從如何創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生意義建構(gòu)的情境開始，整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)過程緊緊圍繞“意義建構(gòu)”這個(gè)中心而展開，不論是學(xué)生的獨(dú)立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)還是教師輔導(dǎo)，總之，學(xué)習(xí)過程中的一切活動都要從屬于這一中心，都要有利于完成和深化對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。但是，在當(dāng)前建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)設(shè)計(jì)中，往往看不到教學(xué)目標(biāo)分析這類字眼，“教學(xué)目標(biāo)”被“意義建構(gòu)”所取代，似乎在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下完全沒有必要進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)分析。因?yàn)椤耙饬x建構(gòu)”是指對當(dāng)前所學(xué)知識的意義進(jìn)行建構(gòu)，而“當(dāng)前所學(xué)知識”這一概念是含糊的、籠統(tǒng)的?？梢?，對當(dāng)前所學(xué)內(nèi)容不加區(qū)分、一律要求對其完成“意義建構(gòu)”(即達(dá)到較深刻的理解與掌握)是不適當(dāng)?shù)摹＿@樣建構(gòu)的“意義”才是真正有意義的，才是符合教學(xué)要求的。這些情景包括以下幾個(gè)要素：⑴ 運(yùn)用多種知識的表示形式；⑵ 將抽象的概念融于具體實(shí)例之中；⑶ 將復(fù)雜知識的概念間的網(wǎng)狀聯(lián)系表示出來；⑷ 強(qiáng)調(diào)知識的聚合而不是重復(fù)性記憶；⑸ 較早地引入概念的復(fù)雜性與學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)雜性；3）情景認(rèn)知理論情景認(rèn)知理論（Situated Cognition Theory，SCT）認(rèn)為認(rèn)知過程基本上是建立在活動情景之中的。在學(xué)習(xí)中建構(gòu)認(rèn)知情景可以從以下幾個(gè)方面著手：⑴ 在真實(shí)活動中建模知識；⑵ 通過臺架或教練來引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)；⑶ 讓學(xué)生連接、組織其零散的知識并區(qū)分無效的策略與錯(cuò)誤的觀念；⑷ 逐漸減少幫助，以培養(yǎng)學(xué)生能力；4）主動學(xué)習(xí)環(huán)境主動學(xué)習(xí)環(huán)境（Action Learning Environment，ALE）正是在認(rèn)知理論的基礎(chǔ)上提出的。二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述1．虛擬現(xiàn)實(shí)及其基本特征虛擬現(xiàn)實(shí)（簡稱VR：Virtual Reality），又稱臨境技術(shù)，是最近幾年得到迅速發(fā)展的技術(shù)。隨著人們不同的動作，這些感覺也隨之改變。事實(shí)上，虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)不僅僅是指那些戴著頭盔和手套的技術(shù)，而且還應(yīng)該包括一切與之有關(guān)的具有自然模擬、逼真體驗(yàn)的技術(shù)與方法。它的最重要的目標(biāo)就是真實(shí)的體驗(yàn)和方便自然的人機(jī)交互，能夠達(dá)到或者部分達(dá)到這樣目標(biāo)的系統(tǒng)就稱為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。從概念上講，任何一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都可以用三個(gè)“I”來描述其特性[18]，這就是“沉浸（Immersion）”、“交互（Interaction）”和“想象（Imagination）”，如下圖所示：虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征這三個(gè)“I”反映了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵特性，就是系統(tǒng)與人的充分交互，它強(qiáng)調(diào)人在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的主導(dǎo)作用。這種體驗(yàn)就是“沉浸”或“投入”，即全心地進(jìn)入，簡單地說就是產(chǎn)生在虛擬世界中的幻覺。這種沉浸感的意義在于可以使用戶集中注意力。第二，系統(tǒng)要能提供方便的、豐富的、主要是基于自然技能的人機(jī)交互手段。實(shí)時(shí)性是非常重要的，如果在交互時(shí)存在較大的延遲，與人的心理經(jīng)驗(yàn)不一致，就談不上以自然技能的交互，也很難獲得沉浸感。參與者在虛擬環(huán)境中的活動或者經(jīng)歷有兩種形式，一種是主觀參與（Firstperson activities），另一種是客觀參與（Secondperson activities）。交互和沉浸是任何虛擬現(xiàn)實(shí)經(jīng)歷的兩個(gè)實(shí)質(zhì)性的特征，因此，根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的不同，即沉浸的程度，它可以分成不同的類別。有的應(yīng)用也不需要完全的沉浸和投入，例如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。例如，受資金限制裝備不上最先進(jìn)的硬件設(shè)備，或是硬件本身性能達(dá)不到要求，這樣系統(tǒng)的計(jì)算速度、交互手段可能要受到影響，此時(shí)只能從軟件上著手彌補(bǔ)缺陷，產(chǎn)生了許多基于軟件的技術(shù)，例如基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、虛擬仿真等。2．虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)類型的劃分VR最本質(zhì)的特征用戶對虛擬場景的沉浸，根據(jù)用戶參與VR的不同形式以及沉浸的程度不同，我們可以把各種類型的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)劃分四類：1) 桌面級的虛擬現(xiàn)實(shí)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，計(jì)算機(jī)的屏幕用來作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口，各種外部設(shè)備一般用來駕馭虛擬境界，并且有助于操縱在虛擬情景中的各種物體。它要求參與者使用位置跟蹤器和另一個(gè)手控輸入設(shè)備，如鼠標(biāo)，追蹤球等，坐在監(jiān)視器前，通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時(shí)參與者并沒有完全投入，因?yàn)樗匀粫艿街車F(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。常見桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有：基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：這種技術(shù)不采用傳統(tǒng)的利用計(jì)算機(jī)生成圖像的方式，而采用連續(xù)拍攝的的圖像和視頻，在計(jì)算機(jī)中拼接以建立的實(shí)景化虛擬空間，這使得高度復(fù)雜和高度逼真的虛擬場景能夠以很小的計(jì)算代價(jià)得到，從而使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可能在PC平臺上實(shí)現(xiàn)。VRML的最大特點(diǎn)在于利用文本描述三維空間，大大減少了在Internet網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而使得需要大量數(shù)據(jù)的虛擬現(xiàn)實(shí)得以在Internet網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)。這種技術(shù)在某種意義上來說也是一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它通過計(jì)算機(jī)計(jì)算來生成三維模型，模型的復(fù)雜度和真實(shí)感受桌面計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的限制。它利用頭盔式顯示器或其它設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個(gè)新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其它手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中、并能全心投入和沉浸其中的感覺。通過語音識別、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等先進(jìn)的接口設(shè)備，從而使參與者以自然的方式與虛擬世界進(jìn)行交互，如同現(xiàn)實(shí)世界一樣。投影式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：它可以讓參與者從一個(gè)屏幕上看到他本身在虛擬境界中的形象，為此，使用中電視技術(shù)中的“鍵控”的技術(shù)，參與者站在某一純色（通常為蘭色）背景下，架在參與者前面的攝像機(jī)捕捉參與者的形象，并通過連接電纜，將圖像數(shù)據(jù)傳送給后臺處理的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將參與者的形象與純色背景分開，換成一個(gè)虛擬空間，與計(jì)算機(jī)相連的視頻投影儀將參與者的形象和虛擬境界本身一起投射到參與者觀看的屏幕上，這樣，參與者就可以看到他自己在虛擬空間中的活動情況。遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)：遠(yuǎn)程存在系統(tǒng)是一種虛擬現(xiàn)實(shí)與機(jī)器人控制技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，當(dāng)某處的參與者操縱一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時(shí)，其結(jié)果卻在另一個(gè)地方發(fā)生，參與者通過立體顯示器獲得深度感，顯示器與遠(yuǎn)地的攝像機(jī)相連；通過運(yùn)動跟蹤與反饋裝置跟蹤操作員的運(yùn)動，反饋遠(yuǎn)地的運(yùn)動過程（如阻尼、碰撞等），并把動作傳送到遠(yuǎn)地完成。這種類型虛擬現(xiàn)實(shí)典型的實(shí)例是戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)和導(dǎo)航偏差。目前最典型的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)和SIMNET，作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)(Defense Simulation Internet， DSI)是目前最大的VR項(xiàng)目之一。SIMNET由坦克仿真器(Cab類型的)通過網(wǎng)絡(luò)連接而成，用于部隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練。3．問題的提出和研究的方向建構(gòu)主義認(rèn)為[2]，學(xué)習(xí)環(huán)境是學(xué)習(xí)者可以在其中進(jìn)行自由探索和自主學(xué)習(xí)的場所。在這一過程中學(xué)生不僅能得到教師的幫助與支持，而且學(xué)生之間也可以相互協(xié)作和支持。在傳統(tǒng)的課堂講授中，由于不能提供實(shí)際情境所具有的生動性、豐富性，因而將使學(xué)習(xí)者對知識的意義建構(gòu)發(fā)生困難。情景認(rèn)知理論（Situated Cognition Theory，SCT）認(rèn)為認(rèn)知過程基本上是建立在活動情景之中的。按照這種觀念，在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)是針對學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)而非教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)。教育是一個(gè)傳授知識的過程，通過親身經(jīng)歷能加速這一過程和鞏固所傳授的知識，為此而設(shè)計(jì)的很多方法中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是最有效的，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著不可替代的、令人鼓舞的應(yīng)用前景，因?yàn)樗试S學(xué)生與現(xiàn)有的各種信息發(fā)生交互作用，學(xué)生可以在仿真過程中經(jīng)歷不同的時(shí)間和空間、可以與各種仿真物體接觸、還可以與虛擬境界的各個(gè)部分接觸。將世界上各種教育虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，這對增強(qiáng)學(xué)習(xí)實(shí)踐提供了數(shù)不清的途徑。在物理課上，學(xué)生可以參與一種科學(xué)可視化，使得他（她）可以在一個(gè)虛擬境界內(nèi)去發(fā)現(xiàn)各個(gè)物理定律；在文學(xué)課上，學(xué)生可以接受虛擬的莎士比亞的拜訪，而且，這位虛擬的莎士比亞可以親自對他講解他的話劇。各種應(yīng)用，幾乎不可勝數(shù)。利用該系統(tǒng)，實(shí)習(xí)者可以感受由計(jì)算機(jī)仿真產(chǎn)生的各種傷病員的危險(xiǎn)癥狀，可從系統(tǒng)中選擇某種操作規(guī)程對當(dāng)前的傷病情況進(jìn)行處理，并可立即看到這種處理所產(chǎn)生的后果。這樣，醫(yī)學(xué)院的大學(xué)生不必冒任何醫(yī)療事故的風(fēng)險(xiǎn)就可以反復(fù)實(shí)習(xí)手術(shù)中的各種實(shí)際操作。北卡羅萊納大學(xué)的科學(xué)家們研制了一種可以讓用戶用手操縱分子運(yùn)動的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，用戶戴上頭盔并通過數(shù)據(jù)手套進(jìn)行控制，可以使分子按某種方式結(jié)合在一起，這種不僅在教學(xué)上很有效，而且在科研上也有重大價(jià)值，因?yàn)榘葱路绞浇Y(jié)合在一起的分子結(jié)構(gòu)很可能成為治療某種疾病的新藥或工業(yè)上所需的特殊材料。由于設(shè)備昂貴，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)只是應(yīng)用于少數(shù)高難度的軍事和醫(yī)療模擬訓(xùn)練，以及一些研究部門，一些很具有應(yīng)用前景中小單位，如學(xué)校等，往往是由于無法購置這些昂貴的設(shè)置，只能望而興嘆。這些昂貴的設(shè)備是普通單位難以企及的。正是因?yàn)橐酝奶摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)過分依賴于昂貴的專業(yè)設(shè)備，雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域具有其他媒體不可比擬的“真實(shí)性”優(yōu)勢，但卻不能廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域。它在技術(shù)上有它自己獨(dú)特的特色，它在三個(gè)方面優(yōu)于普通意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：首先，在環(huán)境要求上，普通意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要特殊的專用設(shè)備，如頭盔式顯示器、數(shù)據(jù)手套、高性能的圖形工作站等，價(jià)格昂貴難以普及，而本系統(tǒng)對硬件沒有特殊要求，在普通微機(jī)上便可實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，它的成本極低，能夠得到廣泛的應(yīng)用。而本系統(tǒng)采用360度全景攝影照片作素材，所以圖象質(zhì)量高，立體效果好，因?yàn)槭歉鶕?jù)真實(shí)世界影像來進(jìn)行三維建模，因而真實(shí)性極強(qiáng)，另外，本系統(tǒng)采用先進(jìn)的圖像壓縮與還原算法，不僅使造型數(shù)據(jù)量小，而且在空間呈獻(xiàn)時(shí)，沒有很大的延遲；第三，目前大部分VR系統(tǒng)的制作都需要復(fù)雜的編程來生成三維模型、檢測特殊外部設(shè)備的狀態(tài)及反饋、進(jìn)行交互控制等，這就限制了普通人涉及這個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)。 數(shù)字化（掃描）224。 生成場景，使得素材的準(zhǔn)備工作變得非常簡單。因此利用本課件寫作系統(tǒng)開發(fā)的多媒體教學(xué)軟件，還可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)向全世界發(fā)布。利用Internet作為遠(yuǎn)距離教育的新型手段，為我們解決傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育模式中存在的問題帶來了希望。1978年，MIT的媒體實(shí)驗(yàn)開發(fā)了一個(gè)稱為Aspen Movie Map的項(xiàng)目，首次利用了實(shí)景，通過開車穿行ASPEN這個(gè)小城市的街道，四架攝像機(jī)同時(shí)拍攝了四個(gè)方位的照片，將這些照片連接起來，然后裝入到模擬的視盤中，并在每個(gè)街道的路口加入了分支的交互手段。對小城的一些有名建筑，還能在那里停下來存有關(guān)的資料（資料可以是圖象，聲音，文本，視頻……）。1991年，Apple公司的人機(jī)接口實(shí)驗(yàn)組(ATG)建立了一個(gè)基于實(shí)景的成象環(huán)境，(Navigable Movie)，接口稱為航行電影播放機(jī)(Player)，通過他們用戶能進(jìn)人虛擬空間。因?yàn)轱@示器每時(shí)刻只能顯示一部分景象，所以在這里還能通過全局圖象來指導(dǎo)用戶交互，目的是給用戶提示上下文信息，讓用戶具有對景象的整體感和先驗(yàn)知識，利用實(shí)景像已為全景視頻的發(fā)傳打下了基