羅 虹,王士勇

(第二軍醫(yī)大學(xué):1教育技術(shù)中心;2網(wǎng)絡(luò)信息中心,上海 200433)

基于認(rèn)知彈性理論的虛擬教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐探討

羅 虹1,王士勇2

(第二軍醫(yī)大學(xué):1教育技術(shù)中心;2網(wǎng)絡(luò)信息中心,上海 200433)

以《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》為例,探討了認(rèn)知彈性理論在虛擬教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其具體運(yùn)用。

虛擬教學(xué)系統(tǒng);認(rèn)知彈性;隨機(jī)通達(dá)教學(xué)

虛擬教學(xué)系統(tǒng)是將桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué),通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開發(fā)工具,將抽象的和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中再現(xiàn)。同時(shí),虛擬教學(xué)系統(tǒng)也將根據(jù)學(xué)習(xí)者對(duì)虛擬環(huán)境中對(duì)象的操作提供實(shí)時(shí)的反饋信息。通過學(xué)習(xí)者與虛擬教學(xué)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)內(nèi)容的信息交互,促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)相關(guān)內(nèi)容的熟練掌握。而這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),必須在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中以正確的理論作為指導(dǎo)。

認(rèn)知彈性理論 (cognitive flexibility theory)是由斯皮羅等針對(duì)復(fù)雜和非良構(gòu)領(lǐng)域中學(xué)習(xí)的本質(zhì)問題提出并倡導(dǎo)的。根據(jù)知識(shí)的復(fù)雜性,斯皮羅等將知識(shí)劃分為良構(gòu)領(lǐng)域的知識(shí)和非良構(gòu)領(lǐng)域的知識(shí)。所謂良構(gòu)領(lǐng)域的知識(shí),是指有關(guān)某一主題的事實(shí)、概念、規(guī)則和原理等;非良構(gòu)領(lǐng)域的知識(shí)則是將良構(gòu)領(lǐng)域的知識(shí)應(yīng)用于具體問題情境時(shí)而產(chǎn)生的,即有關(guān)概念應(yīng)用的知識(shí)。所謂認(rèn)知彈性,就是指學(xué)習(xí)者通過多種方式同時(shí)建構(gòu)自己的知識(shí),以便在情境發(fā)生根本變化的時(shí)候能夠做出適宜的反應(yīng),也就是我們所說(shuō)的“活學(xué)活用”[1]。認(rèn)知彈性理論認(rèn)為,在復(fù)雜和非良構(gòu)領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)過程是學(xué)習(xí)者主動(dòng)進(jìn)行的雙向建構(gòu)過程。斯皮羅等提出了針對(duì)非良構(gòu)領(lǐng)域?qū)W習(xí)的隨機(jī)通達(dá)教學(xué)。其核心是對(duì)同一內(nèi)容的學(xué)習(xí)要在不同時(shí)間、不同情境,以不同目的、從不同角度多次進(jìn)行,以達(dá)到獲得復(fù)雜和非良構(gòu)領(lǐng)域知識(shí)的目標(biāo)[2]。換句話說(shuō),學(xué)習(xí)者可以隨意通過不同途徑、不同方式進(jìn)入同一教學(xué)內(nèi)容開展學(xué)習(xí),從而獲得對(duì)同一事物或同一問題的多方面的認(rèn)識(shí)與理解。

考慮到虛擬教學(xué)系統(tǒng)所呈現(xiàn)的知識(shí)大多屬于非良構(gòu)領(lǐng)域的知識(shí),即強(qiáng)調(diào)知識(shí)的遷移和應(yīng)用。因此,在設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的功能和目標(biāo)時(shí),需力求為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)一個(gè)能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的實(shí)踐平臺(tái)。

虛擬教學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)、導(dǎo)航策略設(shè)計(jì)、系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

認(rèn)知彈性理論認(rèn)為,學(xué)習(xí)者對(duì)新信息的理解是通過運(yùn)用已有經(jīng)驗(yàn),從記憶系統(tǒng)中提取出與之相關(guān)的知識(shí)結(jié)構(gòu),再針對(duì)當(dāng)前具體情境進(jìn)行新的組裝。在這一過程中,只有對(duì)知識(shí)進(jìn)行多維表征時(shí),學(xué)習(xí)者才能達(dá)到對(duì)知識(shí)的全面理解和靈活運(yùn)用[3]。

在設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)系統(tǒng)時(shí),首先,要盡量將相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者,并運(yùn)用多種媒體形式對(duì)知識(shí)進(jìn)行多維表征,以便為進(jìn)一步的知識(shí)建構(gòu)打下理論基礎(chǔ);其次,在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中不應(yīng)該用抽象的理論知識(shí)來(lái)講解概念是如何應(yīng)用,而應(yīng)把概念具體到不同的案例中,并與具體情境聯(lián)系起來(lái),從不同方面說(shuō)明其含義以及與其他知識(shí)的聯(lián)系。因此,虛擬教學(xué)系統(tǒng)中每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)都應(yīng)該盡量包含充分的實(shí)例,分別用于說(shuō)明不同方面的含義。這將有助于學(xué)習(xí)者在具體情境中形成對(duì)知識(shí)的多維理解,并使其原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)對(duì)新知識(shí)的信息處理進(jìn)行加工和重構(gòu)。

因此,在《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》中,我們將系統(tǒng)劃分為四大功能模塊,如圖 1所示。

圖 1 《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》總體結(jié)構(gòu)圖

第一模塊是圖文教學(xué)部分。即用文字、圖片等傳統(tǒng)媒體手段向?qū)W習(xí)者展示腕踝針療法的含義、優(yōu)點(diǎn)、特點(diǎn)、步驟等基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容。

第二模塊是虛擬教學(xué)部分。即通過三維虛擬人體模型顯示身體的分區(qū)和針刺點(diǎn),并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與三維虛擬人體模型的交互,從而幫助學(xué)習(xí)者對(duì)教學(xué)要點(diǎn)的理解和掌握。

第三模塊是病癥體驗(yàn)教學(xué)部分。即將與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的典型病例集成到系統(tǒng)中,使學(xué)習(xí)者通過對(duì)不同病例的具體分析與操作實(shí)踐,完成對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入理解和記憶,最終達(dá)到熟練運(yùn)用的目標(biāo)。

第四模塊是學(xué)習(xí)交流部分。便于學(xué)習(xí)者隨時(shí)將自己的學(xué)習(xí)心得、學(xué)習(xí)體會(huì)以及學(xué)習(xí)過程中遇到和發(fā)現(xiàn)的問題通過留言版進(jìn)行交流。這樣既可以促進(jìn)學(xué)習(xí)者之間的交流,又便于教師掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài),及時(shí)給予引導(dǎo)與解惑。

從以上分析可知,《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》的四大功能模塊的內(nèi)容是相對(duì)獨(dú)立且完整的。圖文教學(xué)模塊和虛擬教學(xué)模塊,主要通過多種媒介完成對(duì)知識(shí)內(nèi)容的多維表征,幫助學(xué)習(xí)者有計(jì)劃地建立自己的知識(shí)體系。病癥體驗(yàn)教學(xué)模塊則是通過運(yùn)用已有知識(shí)在解決實(shí)際問題的過程中形成對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入理解和靈活應(yīng)用,同時(shí)也幫助學(xué)習(xí)者清楚地了解自己對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況,對(duì)存在的不足及時(shí)改進(jìn)和提高。而學(xué)習(xí)交流模塊則是為使用虛擬教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者形成一個(gè)學(xué)習(xí)型組織,從而營(yíng)造活躍的學(xué)習(xí)氛圍,促進(jìn)組織成員之間進(jìn)行交流,鼓勵(lì)知識(shí)轉(zhuǎn)化與創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享的目標(biāo)。

2 界面設(shè)計(jì)

屏幕界面是學(xué)習(xí)者與虛擬教學(xué)系統(tǒng)交互的窗口。好的界面設(shè)計(jì)不僅方便學(xué)習(xí)者的使用,更有助于他們對(duì)知識(shí)的理解與記憶,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。界面設(shè)計(jì)主要包含界面的布局、色彩和字體設(shè)計(jì)等多方面因素。其設(shè)計(jì)原則是在遵循藝術(shù)美學(xué)原則的基礎(chǔ)上富有自己的個(gè)性特征,充分利用其形狀、位置、色彩等對(duì)比關(guān)系,追求多種信息元素的平衡與和諧。這樣不但可以強(qiáng)化教學(xué)系統(tǒng)所要表達(dá)的主題,淡化非主流信息,吸引學(xué)習(xí)者的注意力,而且可以體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容在表現(xiàn)形式上的層次感和節(jié)奏感。此外,還要合理安排界面中的各種教學(xué)信息和進(jìn)行交互作用對(duì)象的位置及其大小。由于認(rèn)知彈性理論強(qiáng)調(diào)概念與案例的交叉,系統(tǒng)中必然會(huì)出現(xiàn)大量用來(lái)與學(xué)習(xí)者進(jìn)行交互作用的對(duì)象,在進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)時(shí),要對(duì)這些對(duì)象的大小、位置、表現(xiàn)形式等進(jìn)行合理安排,使布局更合理,以助于學(xué)習(xí)者開展自主學(xué)習(xí)。

在《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》的界面設(shè)計(jì)中,我們采用了綠色為主的色調(diào),因?yàn)橥篚揍槸煼ㄊ且环N使用安全、有效,將病人引向健康的重要診療手段。然后,通過調(diào)整色彩的透明度和飽和度來(lái)產(chǎn)生圖標(biāo)和文字的色彩,從而使整個(gè)界面看上去色彩統(tǒng)一又不乏層次感。對(duì)于交互對(duì)象的設(shè)計(jì)則是運(yùn)用立體按鈕以及較大面積高明度的圖標(biāo)來(lái)凸現(xiàn)其位置。

3 導(dǎo)航策略設(shè)計(jì)

基于隨機(jī)通達(dá)教學(xué)理念,虛擬教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)該讓學(xué)習(xí)者對(duì)同一教學(xué)內(nèi)容在不同的時(shí)間多次進(jìn)行學(xué)習(xí),而且每次的學(xué)習(xí)情境都是有變化的,其目的是著眼于同一問題的不同側(cè)面。這將有助于揭示知識(shí)相互之間存在的多種關(guān)聯(lián)的特性,并幫助學(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)到知識(shí)應(yīng)用的多樣性。

因此,我們需要在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中創(chuàng)設(shè)超文本學(xué)習(xí)環(huán)境,以便更好地實(shí)現(xiàn)隨機(jī)通達(dá)教學(xué),提高非良構(gòu)領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)的認(rèn)知彈性。因?yàn)?超文本可以是線性的,但更多的是以非線性結(jié)構(gòu)組織信息,內(nèi)容呈現(xiàn)沒有固定順序,也不要求學(xué)習(xí)者必須按照某種順序?qū)W習(xí)。這種非線性特征使它變得更靈活。同時(shí),隨機(jī)通達(dá)信息也是超文本的一大特點(diǎn)。由于有了知識(shí)點(diǎn)之間的超鏈接,同一信息可以由不同路徑得到。這種接近信息的方式不是先前決定的,它近似于隨機(jī),學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況選擇通達(dá)的道路。由上可知,在設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)給學(xué)習(xí)者構(gòu)造一個(gè)非線性的網(wǎng)狀學(xué)習(xí)情境,以達(dá)到隨機(jī)通達(dá)信息的目標(biāo)。

因此,《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》在設(shè)計(jì)系統(tǒng)導(dǎo)航時(shí)主要采用直接導(dǎo)航配合導(dǎo)航條的設(shè)計(jì)策略。學(xué)習(xí)者既可以直接進(jìn)入界面所呈現(xiàn)的教學(xué)模塊中學(xué)習(xí),也可以通過導(dǎo)航條隨時(shí)自主選擇所需的教學(xué)模塊進(jìn)行學(xué)習(xí),然后再點(diǎn)擊教學(xué)內(nèi)容的超鏈接,進(jìn)入到相應(yīng)的界面中開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。同時(shí),系統(tǒng)的四大功能模塊之間也設(shè)計(jì)成非線性的,學(xué)習(xí)者可以不受任何路徑的約束,根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容。

4 交互設(shè)計(jì)

隨機(jī)通達(dá)教學(xué)模式提倡在教學(xué)過程中以學(xué)習(xí)者為中心,學(xué)習(xí)者在教師的指導(dǎo)下變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這正是針對(duì)發(fā)展和促進(jìn)學(xué)習(xí)者的理解能力和知識(shí)遷移而提出的,也是根據(jù)認(rèn)知彈性理論的要求而提出的。該模式的教學(xué)過程一般是[4]:

①確定主題:通過目標(biāo)分析確定若干主題,并圍繞主題借助多種媒體來(lái)對(duì)知識(shí)進(jìn)行多元表征。同時(shí),由于概念的復(fù)雜性、實(shí)例的差異性以及知識(shí)的交互作用,還應(yīng)建立教學(xué)信息資源庫(kù);

②創(chuàng)設(shè)情境:隨機(jī)通達(dá)教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和發(fā)展,只有通過他們自己的實(shí)踐才能實(shí)現(xiàn)。因此,教學(xué)內(nèi)容應(yīng)基于情境、基于案例、基于問題解決,強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的建構(gòu),而不是信息的傳遞與接受;

③獨(dú)立探索:學(xué)習(xí)者可以根據(jù)意愿選擇不同的主題開展學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)某一主題的過程中,學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)是自主的、獨(dú)立的。他們可以隨意觀看有關(guān)這一主題的教學(xué)資源,以便從不同側(cè)面加深對(duì)該主題的認(rèn)識(shí)和理解,同時(shí)促進(jìn)其探索能力與建構(gòu)能力的發(fā)展;

④協(xié)作學(xué)習(xí):在上述獨(dú)立探索基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)者可以與教師或者其他學(xué)習(xí)者展開專題討論,在討論過程中教師可對(duì)學(xué)習(xí)者布置作業(yè),也可對(duì)討論中的觀點(diǎn)加以評(píng)判并進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)等;

⑤自我評(píng)價(jià):為檢驗(yàn)對(duì)知識(shí)的建構(gòu)與掌握,學(xué)習(xí)者在上述學(xué)習(xí)階段后應(yīng)進(jìn)行自我評(píng)價(jià),從而針對(duì)性地對(duì)薄弱環(huán)節(jié)作補(bǔ)充學(xué)習(xí)和練習(xí)。

由此,在《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》的交互設(shè)計(jì)中,注意了以下5點(diǎn):

①以“學(xué)”為中心:在《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》中,通過學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)中的三維虛擬人體模型的信息交互,充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性,幫助他們?cè)谔摂M的教學(xué)情境中去運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。同時(shí),系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)者的操作行為提供相應(yīng)的反饋信息,以此幫助學(xué)習(xí)者對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行自我評(píng)價(jià);

②以情境設(shè)計(jì)為重點(diǎn):在《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》中,力求將教學(xué)內(nèi)容與一定的情境相聯(lián)系。運(yùn)用三維建模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),構(gòu)建了病癥體驗(yàn)教學(xué)模塊,將教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)與相應(yīng)的病癥聯(lián)系起來(lái),通過一個(gè)個(gè)病例讓學(xué)習(xí)者運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析、判斷并在所構(gòu)建的虛擬情境中模擬腕踝針療法的診療過程;

③以協(xié)作學(xué)習(xí)為導(dǎo)向:學(xué)習(xí)者與周圍環(huán)境的交互對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解起著關(guān)鍵性的作用。我們?cè)凇锻篚揍樚摂M教學(xué)系統(tǒng)》中設(shè)計(jì)了留言版模塊,學(xué)習(xí)者可以將自己的學(xué)習(xí)心得、學(xué)習(xí)體會(huì)以及學(xué)習(xí)過程中遇到和發(fā)現(xiàn)的問題在此進(jìn)行討論和交流。通過相互協(xié)作,學(xué)習(xí)者群體(包括教師和每位學(xué)習(xí)者)的思維和智慧可以被整個(gè)群體所共享;

④以自主學(xué)習(xí)為核心:《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到隨即通達(dá)教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)者獨(dú)立探索和自主學(xué)習(xí)能力的需求,盡可能把教學(xué)內(nèi)容以最恰當(dāng)?shù)拿襟w形式進(jìn)行表現(xiàn),幫助學(xué)習(xí)者理解和掌握。同時(shí),設(shè)計(jì)了虛擬體驗(yàn)教學(xué)模塊,在此通過學(xué)習(xí)者與典型病例的交互,讓學(xué)習(xí)者在解決實(shí)際問題的過程中形成對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深刻理解和認(rèn)識(shí);

⑤以教學(xué)信息資源為基礎(chǔ):為了支持學(xué)習(xí)者的主動(dòng)探索和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí),在《腕踝針虛擬教學(xué)系統(tǒng)》中為學(xué)習(xí)者提供了與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的各種教學(xué)信息資源,包括各種類型的教學(xué)媒體和教學(xué)資源,用于支持學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)。

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Prac tice of v ir tua l teach ing system design based on cogn ition flex ib ility theory

Luo Hong1,W ang Shiyong2
(1Cen ter of Educa tiona l Technology;2Cen ter ofN etw ork Inform a tion, Second M ilitaryM ed ica lUn iversity,Shanghai200433,China)

Taking V irtual Teaching System of"W rist-Ank le A cupunctu re"as an examp le,the paper d iscusses the app lication of cognition flexibility theo ry du ring virtual teaching system design.

virtual teaching p latfo rm;cognition flexibility;random access instruction

G434

A

:1004-5287(2010)01-0028-03

2009-08-31

羅虹 (1981-),女,碩士,講師,主要研究方向:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。