首页 -> 2006年第11期
远程仿真实验系统研究与设计
作者：许晓宁 孙 荣
一､现代教育理论与仿真实验课件的教学设计
1.行为主义学习理论的指导作用
以斯金纳为代表的行为主义学派的程序教学法将学习看做是刺激与反应之间建立新关系的过程,主张以小步子､多刺激来促进学习者掌握与熟练教学内容｡基于行为主义的学习理论,在开发多媒体课件时,要注意以下两方面的内容｡
(1)提供适当的刺激和及时的反馈｡行为主义认为在计算机辅助教学中,教学人员的作用是安排刺激,观察学生反应,对令人满意的反映给与鼓励,而对不满意的反应则应及时补救和纠正｡因此,在设计多媒体CAI课件时,要充分发挥计算机本身存储容量大和处理速度快的特点,给学生提供适当的刺激､及时的强化和补救的机会｡
(2)提供内容丰富的资源库和完善的检索功能｡基于行为主义学习理论的咨询性软件运行的基本过程是由学习者提出学习的目标､要求,计算机作出相应的回答,并从资源库中检索出相应的教学信息提供给学生进行学习｡
2.认知主义学习理论的指导作用
认知主义学习理论强调学习者的内部行为,主张学习就是把外在事物的关系内化为学习者自己的心理结构的过程｡该理论特别强调促进学生的学习动机,使学生对所学的内容出于预先的准备和期待状态,这样才能使学生对所学内容产生高度的选择性注意｡从这个基本思想出发,在多媒体CAI课件设计时,可采取如下策略｡
(1)由抽象到具体策略｡美国教育心理学家奥苏贝尔认为,新知识的学习必须以已有的认知结构为基础｡学习新知识的过程是学习者积极主动地从自己已有的认知结构中提取与新知识最有联系的旧知识,用来“固定”或“归属”新知识的过程｡因此,在设计多媒体CAI课件知识内容时,可以从最一般的､包容性最广的概念开始,然后根据具体细节加以分化｡
(2)积极参与策略｡所谓积极参与策略是指在学习过程中,学习者不是在被动地接受刺激后才作出反应,而是积极主动地参与学习活动｡美国认知心理学家布鲁纳强调知识的学习过程是一种积极的认知过程,他认为积极参与学习有四大优点,即激发智慧潜力,培养内在动机,学会发现的技巧,有利于记忆的保持｡因此,我们在设计多媒体CAI课件时,以发展学生探索能力为主线来组织教学过程,主张学习者内部积极的思维活动,是学习者已有的认知结构产生“同化”或“顺应”的变化｡
(3)综合协调策略｡所谓综合协调策略是指要对不同学科中相关的内容加以综合协调､整合,使学习者的认知结构进一步完善,提高其解决实际问题的能力｡这项策略针对分科教材中只追求某一学科内容自成体系,而不考虑与其他相关学科知识配合的倾向｡对多媒体课件内容的设计不仅要注意本学科的知识体系,把握好内部的逻辑联系,还要注意将有关知识向其他学科延伸,或对相关知识点给与更多辅助信息的支持,从而培养学习者解决实际问题的能力｡
3.建构主义学习理论的指导作用
建构主义认为知识不仅是通过教师传授所得到的,而且是学习者在一定的情境下,即一定的社会文化背景下,借助于他人(如教师和学习伙伴)的帮助,利用一定的学习材料等,通过学习者主体建构而获得的｡建构主义不仅要求学习者由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主题､知识意义的主动建构者,而且要求教师要由知识的输出者､灌输者转变为学习者主动建构意义的帮助者､促进者｡从这个基本思想出发,在多媒体CAI课件设计时,可采取如下策略｡
(1)随机性策略｡随机性策略指设计的多媒体CAI课件应有多个学习起点和多条学习路径｡建构主义理论强调事物的复杂性和多样性,强调对事物的了解和对知识的掌握应从多层次､多角度入手,认为知识是围绕着关键概念所组成的网络结构,学习可以从网络的任何部分随机进入或开始｡遵循随机性策略指设计的多媒体CAI课件应有多个学习起点和学习路径,为学习者从多角度､多层次进入学习活动提供课件环境,为灵活地展开学习进程创造良好条件｡
(2)创设问题情境策略｡情景性教学是指多媒体CAI课件要各学习者提供与其现实生活相类似的或真实的情景,以利于学习者在这种环境中去探索或发现问题､解决问题,从而促进学习的质量｡因此,在设计多媒体CAI课件时应充分发挥多媒体的功能,甚至借助于虚拟现实技术给学习者创设真实或类似的情景,激发学习者的内在动机｡用多种方式揭示复杂的现象或过程,解决学习者由直观感觉到抽象思维的过渡,从而完成所学知识的意义建构｡
(3)创造协作机会策略｡协作学习者在学习过程中所发生的他人对学习者的帮助,从而产生的人际间的交流活动,可使学习者的思维成果为整个群体所共享,产生真正意义上的学习｡在设计多媒体CAI课件时,可以借助多媒体计算机的特性,尤其是多媒体计算机在网络中的特性｡在设计多媒体网络课件时,可以设计一个课程讨论区系统｡
行为主义学习理论､认知主义学习理论､建构主义学习理论三者不是对立的,而是互相补充的,他们对改进学习都可以在不同层面上起作用｡我们应根据教学实践的需要,运用不同的学习理论,解决不同的学习中的问题｡
二､智能化仿真实验课件的设计
1.仿真系统设计
大型仿真系统开发的重点是设计数学模型,对线性系统的时间模型作适当的拉氏变换再求解,对多变量的非线性系统则依据系统的平衡原理建立非线性微分方程组,通过实验选择合适的求解算法｡为配合实验的课堂教学,把课件做成实验子系统的形式,开发多个实验项目仿真子系统,这样可以增强学习的系统性,也方便课堂演示和安排实验｡根据教学需要,把课件设计成具有课堂演示和仿真实验的双重功能｡作为一套完整的课件,还应设计实验讨论题库,通过讨论题引导学生模仿设计,巩固学习知识｡为便于学习者自学,课件均应提供详尽的在线帮助文件,说明实验特点､数学模型和仿真实验要求,使学生无需任何文字资料也可容易地使用仿真实验软件｡
2.交互系统设计
多媒体仿真软件应能给人以舒适的视听感觉和充分的人机交互性｡在多媒体课件的集成性､交互性､智能性三大基本特性中,交互性处于中心地位,起桥梁和沟通作用｡优秀的交互设计使课件中的多种教学媒体信息不再是孤立､线性的或纯粹简单的因果关系,而是相互联系､按照一定的逻辑关系相互链接､非线性､具有人类联想思维特点､依据教学规律完美地组合起来的｡由于交互设计封装了丰富的交互控制､用户跟踪和反馈信息,因而使课件表现出一定的智能性｡
3.智能代理设计
智能代理可以作为虚拟的教师､虚拟的学习伙伴､虚拟的实验室设备､虚拟的图书馆管理员等出现在远程教育系统中,增加教学内容的趣味性和人性化色彩,改善教学效果｡通过基于代理技术的网上协作学习环境的运作方式中整个过程信息的交流､传递都是基于代理来实现的,由于代理能够通过与学习者的交流了解学习者自身的特点,并作出反应,得出并纪录和修改学习者的学习特征､学习风格及判断学习者的知识水平等,从而使整个学习环境具有个性化､智能性的特点｡
三､仿真实验课件的实现
在对现代教育理论和智能仿真课件设计方法研究的基础上,确定了仿真实验课件的设计思想､设计目标和研制方法｡从前面的论述中我们知道,智能化仿真实验课件系统能够构建出支持自主学习的学习环境,而这种学习环境又以保证学习者获得有效学习为最终目的,能满足不同学习者的不同学习需要,依托智能化仿真实验课件系统开展实验｡
仿真实验课件设计过程包括总体设计､教学设计､软件设计､界面设计､网络发布等步骤｡总体设计是设计过程中最重要的一环,它是形成课件设计总体思路的过程,决定了后续开发的方方面面｡课件设计过程所要遵循的所有原则,都要在这一阶段得到充分体现,所以总体设计要具有规范性,组织结构要具有条理性｡设计网络课件时,要遵循如下教学设计原则:注重教学目标及教学内容分析;设计教学活动时注意情境创设,强调“情境”在学习中的重要作用;注意信息资源设计,强调利用各种信息资源来支持“学”;强调以学生为中心,注重自主学习设计;强调“协作学习”,要注重协作学习环境设计,注重基于网络教学的策略设计｡软件结构合理,开发技术先进,多媒体表现力强,多媒体元素配合协调,并考虑到对运行平台的兼容性｡由于仿真实验课件直接运行在Internet或Intranet上,所以必须考虑其在低带宽下运行的流畅性｡
在应用程序界面设计上,充分体现了仿真实验系统的功能模块｡有实验准备阶段的学习功能模块,帮助学生复习实验所用的知识点,预习实验要求､实验目的｡有实验操作模块,仿真实现各实验的实验过程､操作要求和运行结果｡有更新功能模块,可随时更新运行代码库｡本系统采用条件组合覆盖､路径覆盖､等价类划分､边值分析等测试方法检测内核与界面功能的正确性,使仿真系统越来越稳定｡
(参考文献本刊略)
(责任编辑 张茂林)