ＬＯＧＯ思想与教育信息化（中）应用篇——ＬＯＧＯ思想在教育领域的应用

　　LOGO思想或LOGO方法论素养是信息技术课程的重要内容，是深层次的信息素养，只有重视这种素养，才能高效支持认知与创新，使学生得到现代化的教育。把信息的分析、综合与建构观点应用于教育，就会看到教育领域的底层。
　　
　　● 儿童早期信息教育
　　
　　在教育上的应用，首先是考虑如何把这个方法论的精华，即要素分析、综合建构、重组测试，逆向求解潜移默化地用于设计儿童早期的信息教育。搭积木是其重要思路之一。
　　学习的搭积木隐喻
　　在学习上应用这种学习方法论，就像儿童自由搭积木。积木块就是基本成分组合起来，数量是巨大的，从简单到复杂，千变万化，大部分不见得有意义。但其中却可找到某些非常有意义的组合（相当于案例、模型、模式），非常吸引人，令搭积木的儿童产生成就感。现在流行的机器人就是现代的积木（已经加上了传感器与根据反馈信息作出决策的重要认知要素的积木）。
　　创新的源泉
　　大量组合中可能找到人们从来没有组合过的具有非凡意义的组合。所以，建构式的综合过程就是一种创新的源泉。以搭积木为例，如果基本积木块有限，要达到新的创新，就要设法增加基本积木块（新的要素）类型。但是最大的创新源泉，就是要重新分解基本成分开始，需要对原成分进一步分析，设计出新的更好的基本成分组，然后再在新的基本成分上进行搭建，也就是重组。从七巧板到十五巧板，再到用程序编程实现对机器人的灵活控制，重组提供愈来愈大创新的可能性。
　　自由生成与问题求解
　　简化的问题求解包含生成与测试两个步骤，大量的事例由基本成分进行组合或重组生成，每个事例都需要再按是否符合目标要求进行测试，合乎目标要求就得到答案，就解决了问题；不符合要求，则通过与目标的比较进行反思、重组，再进行测试，如此反复生成再测试，可以提出对于复杂问题的创新的解决方法。
　　基本成分，外在的是积木，在头脑内就是概念。搭积木是外在操作的建构过程，而学习是内化到头脑上的概念建构过程。LOGO方法论的发展，从丰富情境形成了概念的内容含义描述，与其他概念的关系，各个概念与其间的关系合起来就是抽象结构，可以有多层次抽象的结构。概念内涵用各种属性特征描述。对结构间可以传递信息，从接收到的信息可以对结构进行各种操作变换。这就是面向对象语言的结构，也就是现代的程序设计。因此，编程也可以看成搭积木。同样是建构思想的体现，但比儿童玩的积木要复杂得多。同时积木块是死的，不能再分解。而程序模块基本成分则容易再分解，再重组，就有更大创新的可能性。
　　主动学习的重要性
　　搭积木强调搭建者的积极投入，主动思考，理解每个组合的意义，判断其价值与理想目标还有多大距离，还缺乏什么基本成分才能达到理想目标等，这是典型的问题解决的过程。这种搭积木式的学习，在“做中学”不断反馈修正，取得学习效果的特点。实际过程式知识的学习，自然要求学习者的积极性、主动性。搭积木过程正是这样手脑并用的过程。但比单纯被动听讲、记忆，所涉及情境与过程要丰富得多，学习效果自然要好得多。这可能是学习者主动学习的重要性比较本质而简要的说明。陈德怀教授大力提倡一对一即每个学生都有自己的计算设备的重要意义也是非常好的说明。
　　往事回顾
　　从搭积木实践来理解如何应用LOGO方法论编程来解决问题。这是教育界对于LOGO的早期认识，有相当的深度，可以用于指导儿童早期的信息技术教育的设计。大可以向前发展，继续深入。可惜，我国早期的LOGO活动，限于海龟画图，从理论思想高度分析不够，中华学习机也显得太简单，知识的表示仅限于文字，符号程序，比较简单枯燥，使用范围狭窄。所以，多媒体计算机出现，以为过时，国内就消退下来。但国外LOGO活动没有停止，保留精华，改进局限，继续向深层发展。国内也仍有个别老师坚持下来，取得有意义的成果，这是十分不容易的。
　　
　　● 概念层面——知识表示与多种学习的特性分析
　　
　　知识的结构化表示——多种智能
　　学习获取的是知识。知识是人类实践经验的结晶。人们不可能事事都亲自摸索，因此学习前人与他人总结好的知识，是大量的。间接知识是学习的主要内容，是教学资源的主要部分。因此，知识表示的好坏，对学习效果的作用是首要的。探讨更好知识的表示形式是十分有意义的。
　　由于人类有接受信息的多样感官，从听觉器官进来的是音频信息，从视觉器官进来的是图像视频信息，这些信息经过大脑抽象提取形成语言与文字形式，以及简化的符号（数字、逻辑）形式来表示与交流，因此，知识就有多种不同的形式。
　　知识表示注重结构化，也重视表示的多元化。他经历了长期的历史发展过程：
　　1.早期发展非常完善的是文字形式。字、词有丰富共通的语义，由字、词组成句，由句组成段，由段组成篇章。丰富的语义、规范的结构，文字原则上已可以表示任何复杂的思想，有很强的表达能力。文字缺点是不够直观，要理解内容意义很费劲。掌握文字形式的理解与表达是语文智能。
　　人们希望计算机出现，能够出现新的知识表示形式，有更强大的表达能力。
　　2.计算机出现，发展了多种符号形式概念地图——语义网络，突出知识的宏观符号联系结构。每个概念节点除文字外，还可以符号程序表示。可以具有多层模块结构，特别是给模块或程序段以名字，并具有参量，可以通过点击名字调用，灵活运行。赋予参量值与点击名字调用复杂程序蕴涵着简化复杂度的可能性，应该给以足够注意与利用，理解与表示符号形式的是数学逻辑智能。
　　3.多媒体(主要指音频，视频的媒体)。生动活泼，丰富多彩。计算机出现初期的知识表达只是简单的抽象与符号化的。现在计算机则也可以做到模拟仿真，生动活泼地复制世界，给学习提供类似真实的情境。相当于视听感官及右脑得到与处理的丰富信息。计算机出现声像的多媒体是巨大的进步，给人们以惊喜，这高兴延续了很长时间。但从认知角度看，多媒体也是有缺陷的。首先多媒体信息大量是多余的，不能清楚表达对象的本质，大量信息还容易出现信息超载。所以情境学习还要帮助进一步过渡到意义理解，这也就是单纯形象思维的不足，需要抽象思维训练，需要左脑的功能的配合的原因。
　　知识可以有多种不同的形式表示，每种形式都各有千秋，操作也需要不同的能力 (通常提到的多种智能，前五种可以看做处理不同知识表示形式的能力)。但它们之间又有共通之处，有共同的结构模式。因此某种智能的缺陷，一定程度上可以通过其他正常智能来相互弥补。同时我们也强调多种智能尽可能平衡发展、结合起来，就是出现计算机上的先进的知识表示形式——微世界。
　　微世界的知识表示——表示的创新
　　微世界是从LOGO思想发展过来的，现在指从由基本成分综合成为各种模型(Model)，模式（Pattern）的先进知识表示方法。
　　首先是客观世界的模拟、仿真、可视化。由底层成分建构，到达有意义的知识层次，就成为崭新的知识表示形式。它包含了多媒体，但可以灵活再分解。它包含通常的虚拟现实，但又比虚拟现实要广。可以是仿真的，但对于认知更有用的是适当抽象的模型。微世界是在不同抽象层次上对客观对象结构化的表示，它抓住了主要的关系结构，而省掉次要多余的信息，减少了复杂度，这样反而要容易理解得多。
　　数字地球、数字中国、人造生命、虚拟教学系统，都可以看做大型的微世界知识表示形式。而交互软件，几何画版则是大家熟悉的小型的微世界。
　　其二，更重要的是微世界还可以灵活操作，自由转换。对象通过操作变换，仍能够正确反应客观的性质，好象软件有一定的知识一样。这样的表示就能够有力支持自我探试的思路，大大便于深入理解，成为有力的认知工具，比一般的多媒体资源要丰富灵活得多。通常看到很有吸引力的几何画板，就是一种表现几何抽象空间结构的微世界。平台上提供一批可以灵活操作巨大可能的菜单项，在自由操作中学习，大大有助于几何的理解与创新探索。所以微世界是计算机出现后非常先进的知识表示思路与方式，有着巨大的发展空间。
　　
　　多种学习的特性分析与学习方式的优化
　　一段程序，如果是常用的，可以给该程序以名字。需要时可以以名字调用，程序无须重编。类比于编程序，相同的许多事物，可以形成共同概念，概念有明确的语义，这样个人思考时，用概念可以减少复杂性，而容易进行高层的思考。类比到通常语言交流(对话)方面，语义是通过其下层语义成分结构来建构表示的，如有概念的共同理解，可以以高层词语谈论复杂的事项，而仍能彼此沟通。在网络时代，互联网发展了标注语言，对结构信息（程序）给以标签（tag），假如双方有对标签的共同解释程序即协议，传递时只要传递标签，则传递信息量不大，却可以得到丰富的信息与理解。
　　通过以上讨论，类比到教学，我们看到接受性学习的好处在于通过营造双方师生共同的词语理解，可以高效进行高层次思想的传授。名师的演讲，听众是很辛苦的，不是被动地受灌，而是主动地不断在紧张思考，频繁与讲解内容进行对话，因而有丰富的收获。问题是，对老师的词语意义的理解，需要有前提即对于词语含义的共识。没有共识时，就要回到词语定义本身，从底层沟通起。但即使进行解释，也可能不是抽象的词语能够容易传递的，除了创设形象的情境外，最好还需要学生亲身经历，通过在学习平台上操作，进行探试式学习，运用“做中学”来体验。动作是外在的，在探试过程中在亲身体验基础上把知识内化，营造师生双方共同的词语理解基础，这是单纯接受性学习之所以低效，需要强调做中学（通过直接动手或通过活动亲身经历）来补救的道理。
　　特别复杂问题，需要多个角度的视角来理解，个人视角有限，理解常有局限，而同伴间群体的质疑讨论，常可以从不同角度进行比较交流。从比较中促进思维不断重组，得到更深入的理解，就是说群体的合作性学习是非常有效的学习。但这里讨论、合作，以及相同意见与不同意见的协商、融合，都涉及应用分析再综合的LOGO方法论的。而且不同意见的交锋、讨论、协商、融合，思维的复杂度是很高的，因而有效率的合作学习成果也是很丰富的。
　　这里通过LOGO方法论的应用，清楚指明多种学习模式各自的特性。有效的教学，应该是在给定教学目标与特定学情下，综合应用其特性，由教师进行有效设计。如何在传统接受性的基础上，进一步提高认知效率，减低复杂度，得到更有效学习的途径。以接受性学习为主，到整合自主性，探试性，合作性多种先进学习的方式，灵活结合，是教育现代化的重要方面。教学理念层面模式的变化更新，实际也是通过运用LOGO方法论，在概念层面进行优化思考的结果。本节着重于概念层面的分析讨论，有了这基础，可以进行下节的技术层面的设计讨论。
　　
　　● 技术层面——基于建构思想的学习平台的设计
　　
　　学习平台操作界面的基本结构
　　学习平台界面可将视窗（Windows）字处理的界面、几何画板的界面进行类比中来理解。视窗字处理界面是典型的工作平台，而几何画版界面是学习平台的布置。他们的共同特点是：把对象（在字处理平台上是文稿，在几何画板平台上首先是几何图形，然后还有数字、表达式、方程与必要的文字，都是视觉可以直接把握的）放在窗口上，而菜单（多级菜单）选项则提供对窗口上的某些对象进行操作的多种多样的功能（编辑、构图、变换、度量等）。操作时，先指明对象，然后在菜单上点击所要功能的选项、窗口上的对象，即接受信息而进行相应的操作，使之变换成为新的对象（仍在原来对象窗口上）。操作者可以通过不断进行试探操作而达到设定的目标。
　　学习平台支持学习的机制分析
　　这里要着重说明的是：每个菜单中的选ppDeJAixBZVyI6VIHdW2ty21odwRE8xvvC4m+ily2eo=项背后都连着程序，可能是相当复杂的程序。我们在平台前操作时，不必编程，也不必知道这个程序是怎样的，所需要的只是了解所要的功能，据以做简单的选择，代替复杂的程序编写，只要点击菜单项，功能即可以实现，发挥了计算机的计算工具的作用。使得编辑文稿时得心应手(在字处理视窗情况下)。
　　于是学习者在平台菜单的支持下，摆脱了十分繁琐、艰辛、恼人的劳作，即时地把隐藏的几何关系外在化，就可以在高级层次（不同层次的几何：平面几何，立体几何，解释几何，动态几何等）进行非常灵活的学习、探索和思考。对于数学问题在探试中进行问题求解，每一步都要观察当时情境，对如何向目标接近，进行判断，作出决策，选择操作，再观察思考新的结果，如此不断前进，既解决问题，同时又实现思维的训练，起到认知工具的作用。
　　另外在窗口上，可以对照表示同一主题不同形式的知识，在几何画板中，除图形外还同时有表达式、以及相应的数值显示，还通过文本表示简单的文字，这样多种表示形式自动的同屏（程序与相应的图象）对照显示，互相启发，可以同时促进左右脑交互，还可以手脑并用，大大增强学习、理解的效果。
　　在计算机支持学习的机制上，有人看到作为计算工具的快速计算的作用，另外的人则看到其作为认知工具促进思维的作用，各有其独到之处，但是都不全面。以上简单的分析，企图阐明即使在通常的学习平台上，已经是两种作用结合同时呈现。底层的快速计算的支持作用与高层的促进思维训练作用两者的结合。仅看到前者，则未免太肤浅，而仅看到后者，难以理解如何能够支撑促进高级的思维。这也可能是数学教育界不易相信技术对于数学学习的重要价值的认知障碍所在。
　　对于基础教育阶段的数学（包含初中，高中），可以对这一阶段的整个知识内容加以分析、设计，建立整个知识的微世界（例如各类画板）。具体学习时，需要对每个知识单元进行二次设计开发，对每个基本概念分别学习。而到最后复习时，又可以整体呈现，帮助学习者把握整体的规律。开始时，可以在底层的平台学习，掌握后可以上升，进到高一级的平台上再学习。
　　这里讨论表明，学习平台具有支持学习的巨大潜力，是很精心设计的高效的通用模式，是课件很好组织形式，而且可以进一步扩展为个人自主建构式的学习工作环境。
　　环境提供课件库、问题库、案例库等基本工具库，以及探试解题平台等交流合作工具。环境首先支持学生进行自主探试性学习，可以引进资源进行接受性学习，可以运用网络进行广域合作性学习。学习者可以自由灵活选择学习环境。
　　如果对一种平台，讲清楚平台设计的思路意义与操作，通过练习掌握，其他平台以后就可以通过自学掌握了。能够应用掌握控制这样环境的能力，也就是全面的信息素养，就为个人的终生学习打下坚实的基础。这种可能实现学习方式的巨大变革，需要人手一机这样的设备条件，还需要在使用中根据不同科目的特点，增加各种辅助的功能，提高服务的效率，不断完善，使得学习者感到方便，而乐意接受使用。也还需要进行认真科学的实验，研究与完善。这是教育信息化的远景蓝图。
　　
　　● 课堂教学设计取得反馈信息的重要性课堂信息化
　　
　　课堂教学在教育信息化过程中的重要地位
　　我国近年投入巨资建立校校通工程，从网上可以下载学习资源材料，也能在远程的虚拟课堂上进行学习。即使如此，长期课堂仍是素质教育的主阵地，因为他是最密集、最正规、也是最高效的教学场所。人类在长期生活中，已经积累了丰富教学经验，特别是引进技术后，还有巨大的发展空间。在信息技术恰当支持下，教改的新理念会真正显示出效果，师生和谐而活跃的学习局面将是学习的最佳效果，而还将进一步成为网络上课程、远程虚拟教育课堂模仿改进的重要背景与经验来源。因此必需足够重视课堂教学的改进、革新，并注意与互联网的沟通连接。为了建网，凭空建构虚拟课堂，而忽视实际真实课堂教学活动的推进，实际断掉生动教室教学经验的来源，是非常错误的。
　　
　　教学设计既是科学也是艺术
　　课堂的教学设计原则是对于整个课程某一定范围的知识系统，按一节课进行选择、提取、组织，作为该节课的教学目标。另一方面要了解估计学情，作为教学设计的背景起点。教学设计实际可以看作如何从学习起点朝向实现目标解决问题的策略设计。
　　下面是共同的模式:
　　○ 预备阶段：旧课回顾与引进新课，明确目标，激发动机。
　　老师通过情境创设演示，（用演示文稿，及相关的多媒体软件），提出、明确新问题。
　　○ 新课展开：都还可以再细分为若干教学小环节。老师以多种方式引导学生参与。
　　较为传统是教师讲解与课上个别提问、对话。新理念还重视提倡引进学生通过交互软件（多媒体课件的改进）进行互动中观察与猜想，探究。
　　分组活动在互动白板前群体进行讨论与辩论，强调发展学生的合作探试学习。
　　○ 最后总结：老师扩展应用，布置课外作业。
　　每次课堂教学设计都应是独特的创造性的精品成果。这里包含着上述科学的共同框架，针对不同内容、不同学生情况而艺术地灵活应用。
　　课堂不断取得反馈信息的重要性
　　接受式的学习，可以使知识系统、高效地得到传授。在基础教育阶段的课堂上，仍占据很重要的地位。但这种接受式的传递，远不像录音磁带那样可以简单地被复制，由于原来脑内已有记忆信息（前概念）的作用，学生接受时常常会发生复杂变形。这种变形，从积极方面来说，是理解、创新的基础。然而，此类变形中的相当一部分却属于错误、歪曲与误解。另外接受式的学习，容易忽视学习者的主体作用，使知识的传授变成机械的灌输，不利于发挥学生的学习主动性与积极的思维，常常是低效的，为大家所批评。
　　课堂是一个包含学生、教师、教学内容与媒体、环境技术的系统。而教师处于主导的地位。按控制论的观点，取得反馈信息是系统优化的必要条件。所以，在课堂上，教与学必须交互，包括不断地测试，取得反馈信息，进行评价，以便对教学进行调控，进行更有针对性的弥补与纠正。
　　因此在教学的设计中，应该注意安排取得反馈信息，据此进行调控。但由于传统教室中，老师的手段所限，这一重要环节未得到充分落实。即使通过察颜观色，提问对话，甚至课堂小测验，也未能及时得到真实而全面的信息，所以即使老师备课认真，课堂活跃，也经常会掩盖不少差生的存在。这一直是传统课堂的瓶颈，难以解决。
　　课堂教学技术的使用出现新型的师生和谐活跃的新课堂
　　在转变教师的观念，发挥学生的主体地位，进行合作探索性的学习，没有应用技术，也会提高课堂教学效果，但是经过多年的教师的革新试验，引进技术后，会更大增强课堂的效果。
　　在引进新课阶段，我们可以利用多媒体软件演示，构造学习情境，再通过组织多种活动迅速把学生引进角色。教师通常在情境下提出问题，指定个别学生进行对话，在对话中引导全体学生思考，利用微世界的交互软件进行探试，利用交互白板进行聚焦共享展示，利用遥感技术全面收集反馈信息，支持即时评价等。技术对于每个环节都提供更好的支持，减少教师的辛劳，可以提高教学效果，使教学设计的新理念得到更好的落实，取得实效。
　　目前信息技术已经有基于红外线或无线的遥控器技术的互动反馈系统。教师在教案设计关键点的设问，通常是多项选择题形式。利用技术可以在大屏幕显示，全体学生能在一分钟内，用遥控器按键向接收器进行反馈回答，而计算机马上可以进行统计，显示整体的情况与个人信息，还可以保留下来。由于取得反馈信息对于课堂教学的有效性具有极其重要的意义，因此信息技术对此要素进行设计，得到较为理想的解决，所有国内外的实验都迅速显示出明显的效果，对于课堂现代化有极大的推进作用。
　　我们通过多媒体教室，再加上交互白板与交互反馈系统两者，就形成交互教室，可以加强师生间的交互、生生互动，与课件的交互，大大活跃课堂，而且老师及时得到反馈的信息及时调控，大大增加教学的针对性，提高课堂教学效率。
　　目前技术发展的历史，不同环节的技术是由不同厂家开发并推广的，但由于课堂是统一的，老师各环节使用的技术可能互相不配套，而学校也需要与不同的厂家分别打交道，这是需要进一步解决的问题。