虚拟情境下探究式学习及评价平台的构建

　　本文从构建虚拟情境下的探究式学习平台入手，分别阐述了行为目标预置式、活动目标随机式和行动目标导向式三种探究式学习方式的虚拟情景构建。通过对探究式学习的特性分析，分别设计和实现了基于探究行动结果、探究行动过程和探究行动思想的三种学习评价方法。
　　
　　一、虚拟情境下的探究式学习与评价平台介绍
　　
　　虚拟情境学习平台是一种特殊的解决问题和学习知识的环境，利用虚拟现实技术在计算机中创建逼真的虚拟环境，学习者通过友好的人机交互界面进行虚拟化的操作，能够获得与真实世界中相同的体验。虚拟现实平台解决了现实实验中场地和时间的限制，并为探究学习、教师指导、学生交流、学习评价、过程记录等活动提供技术支撑。
　　基于虚拟情境的探究式学习与评价平台提供的学习过程如下：学习者首先设定学习目标和基本学习思路，再通过探究式的操作，逐步学习，不断总结，形成自己的见解并构建完整的作品，提交到虚拟学习平台的数据管理模块。由教师和学生组成的评价小组调用并重现学生的探究式学习过程，并对学生的结论和作品进行评价，提出疑问或建议，研究者再根据这些意见进一步改进其研究成果，最终形成完善的科学见解或作品。
　　
　　二、虚拟环境下探究式学习平台设计
　　
　　探究式虚拟情境学习平台的基本功能是利用虚拟现实技术创设开放式虚拟学习平台，支持学生进行自主探索学习。评价者以系统自动记录的学生的学习结果和过程作为进行个性化学习评价的依据如图1。
　　
　　从数据流的角度看，系统结构从上到下可分为三层：（1）由人机交互界面实现的数据呈现层，主要实现操作指令、实验数据、可视化实验结果之间的转化；（2）由仿真运算、实验过程重现及实验过程分析三大模块组成的数据处理层。实验过程重现模块主要是调用过程数据并传达给仿真运算；（3）由实验数据管理模块及各底层数据库组成的数据管理层。实验过程重现模块根据评价者的指令，通过实验数据管理模块把相应的实验过程数据读取出来，重新提交给仿真运算模块，从而重现整个实验过程。实验过程分析模块负责分析学生的实验行为，得出一些可辅助评价的信息。评价信息也一并保存到实验数据管理模块中，这样，学生便可以根据评价者的意见及反馈信息来完善原来的学习，然后再次提交评价，一直到满意为止。
　　在做虚拟实验时，人机交互界面一方面把实验者的操作行为转化成内部指令及数据传递给仿真运算模块，另一方面则将仿真运算后的结果数据（即实验操作的结果）以可视化的形式直观地传达给实验者，实现了虚拟实验结果的即时反馈。在做实验评价时，人机交互界面则负责调用数据处理层的各个模块，为评价者重现实验过程，并对实验过程做出初步分析，辅助评价者完成评价活动。在整个实验与评价活动中产生的所有数据都由实验数据管理模块进行统一管理。数据的内容包括学生初始的实验目标和思路、实验操作过程和结果，以及相应的评价信息。
　　需要强调的是，该系统中所标注的评价者既可以是教师，也可以是学生。大量的研究表明，交流是获取知识的主要途径之一。因此，应当鼓励学生参与到探究式学习平台中的评价环节。
　　
　　三、探究式学习方式的虚拟设计与实现
　　
　　按照学习方式的不同，探究式学习可以划分为三类，即行为目标预置式、活动目标随机式和行动目标导向式。行为目标预置式和行动目标导向式的探究学习目标明确，操作进程和学习时间易于控制，因而使用较多；活动目标随机式虽然符合个性化学习与发展，但由于其发散性、时间难以控制等原因而不利于阶段性的达标式学习，更多地用于课外辅助学习。
　　1．行为目标预置式
　　教师预先把探究学习的路径（进程）、目标与标准答案设置好，学生在虚拟情境下，通过探究式的学习、实验或设计，获得探究结果，将其与标准答案对照，检查学习结果的正误。例如，在图2所示的《影视制作》课件中，设计了“越轴”虚拟环境探究练习，学习者在探究轴线规律的过程中，每用鼠标拖动一次机位2，课件就会根据机位是否越轴反馈提示信息。
　　
　　2．活动目标随机式
　　教师给出一个学习或设计任务，没有既定的学习目标，学生可以按照自己的思路设计探究计划、实施学习进程、完成学习或设计任务，并在学习过程中发散性地吸取各类知识。例如，在图3所示的《影视照明》课件中，设计了“舞台布光”虚拟情境探究练习，学生可以发挥想象力，自由摆放舞台上灯具的位置，调节灯具光线的明暗，达到特定的布光效果。
　　3．行动目标导向式
　　教师给出探究学习的目标，开展案例教学，并根据案例设计探究任务，虽然没有标准答案，但有目标或探究过程的针对性和倾向性。学生自主开展个性化探究过程设计，完成学习任务。例如，在图4所示的《会展工程》课件中，设计了“施工过程”虚拟情景探究练习，学习者通过选择不同展台，了解这些展台的结构，认识施工材料和工具，观察不同展台的施工方法和施工步骤，达到学习制作各类展台的目的。
　　
　　四、探究式学习评价体系的设计与实现
　　
　　现代教育评价已经从单一的结果评价逐步走向结果、过程、思想和情感等多元化评价。
　　1．基于探究行动结果的评价
　　基于结果的评价就是将学生探究学习获得的最终结果与教师预设的结果进行比较、评判和打分。得分越高，说明探究者的学习越成功。最终的正误比对可以是探究操作结果，也可以是探究学习后对考核问题的回答结果。
　　2．基于探究行动过程的评价
　　（1）探究过程拷贝：将探究者的操作过程全屏拷贝到计算机内。虽然这是最为简单的一种过程记录方式，但是由于其占用存储空间太大而很少使用。
　　（2）探究过程记忆：在虚拟情境下，探究者的每一步学习进程都是通过点击鼠标完成的。通过记录鼠标的操作步骤、时间，再加以处理，就可以回放探究者的操作过程。
　　3．基于探究行动思想方法的评价
　　学习评价应该反映学生的探究思路和思维方式，这才符合现代教育理念。虽然画面、文字和语言都能够表现学生在虚拟情境下的探究思想和思路，但是，在具体的探究过程中，能够深入和同步表现出学生操作思想的只有语言最为快捷、准确和全面。因此，基于探究行动思想方法的评价对象可以由三个部分组成，一是学生探究学习过程中的具体操作过程记录，二是学生在操作过程中同步的语言描述，三是探究结束后学生的文字总结描述。
　　就技术角度而言，学生的总结文档可以非常方便地被调用，学生的语音也可以通过麦克风录入到计算机中，并为评价者所调用。难点是如何保证学生操作过程中的讲解与其操作进程画面的同步，以便评价者正确了解学习者的即时思想。我们通过用语音解说时间控制操作画面的进程实现两者的同步。
　　探究式虚拟实验平台是探究性学习和虚拟现实技术的有效结合。在系统架构方面，我们采用三层的松耦合结构，有利于分布式计算。每一个模块都可以在独立的服务器上运行，并且可用多台服务器来共同承担某一模块的功能。这样的设计有利于构建大型的探索性虚拟学习平台。在学习评价方面，我们强调了对过程的记录和分析。在过滤无效信息、提供实验数据分析、学习过程重现等方面，我们做了很大努力，为学习评价提供了有力的辅助信息。多维度的学习评价是平台开发中最大的技术难点，还可通过建立知识库更好地协助评价活动。
　　
　　参考文献
　　[1]Walter D