“趣味性”虚拟实验的设计研究

宋金刚　杨　雪　黄海林

【摘要】“趣味性”虚拟实验将教学内容和实际问题有机结合,注重激发学习者积极的情感体验,能有效提高学习质量。“趣味性”虚拟实验的设计可以从情感、表现和行为三个层次进行。“认识人民币”趣味性虚拟实验的设计与开发案例,使这三个层次得到了有效的体现。

【关键词】趣味性;虚拟实验;设计;层次;情境

【中图分类号】G40—057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097(2009)10—0134—04

一 引言

从目前虚拟实验的研究来看,多数局限在研究虚拟实验的开发、虚拟实验的优缺点以及虚拟实验的教学模式等问题上,而对虚拟实验如何与学习者建立情感上的交流,从而激发学习者的学习兴趣、增强学习者的求知欲望等问题上,关注的较少,这也正是虚拟实验教学效果优劣的关键因素之一。例如中学物理电学实验要求学生掌握电学的基本元器件和连接方法,互联网上相关的虚拟实验大多可以实现元器件的识别和绘制电路图这些基本功能,然而这些虚拟实验仅仅是对教学内容的呈现,并没有创设与之相关的情境和任务,缺乏与学习者的情感交流,在交互行为上也较为复杂,导致了学习者对该类虚拟实验不感兴趣、没有好奇心,很容易产生厌烦、急躁和排斥情绪,学习效果大打折扣。爱因斯坦曾说过:“兴趣是最好的老师”。兴趣是求知的巨大动力、发明创造的源泉。对于正处于学习厌倦期的青少年来说,学习兴趣对他们知识的掌握、能力的发展乃至才能的形成都有巨大影响。因此,虚拟实验如何能更有趣味性、更能激发学习者的求知欲望是非常值得研究的,构建这类虚拟实验即“趣味性”虚拟实验具有一定现实意义。

二 “趣味性”虚拟实验设计的三个层次

“趣味性”虚拟实验通过创设虚拟情境,优化学习者学习的外部条件,能激发学习者的学习兴趣,但还要保证学习者在学习过程中全身心投入、避免产生厌烦情绪。“趣味性”虚拟实验的设计应从情感、表现和行为三个层次把握(如图1),每一个层次在虚拟实验中发挥的作用不同,每一层次也需要不同的设计风格。

1 情感层次——结合实际问题创设虚拟情境的设计

情境教学是指在教学过程中,教师有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的生动具体的场景,以引起学生一定的态度体验,从而达到对教材的深入理解和熟练把握。“趣味性”虚拟实验借鉴了情境教学的理念,将教学目的、教学内容同实际问题联系起来,创设能引起学生态度体验的虚拟情境。对于实际问题,学生看得见,摸得着,有的亲身经历过,当学生在学习过程中遇到这些问题时,他们都跃跃欲试,想学以致用。结合实际问题创设虚拟情境,学生置身其中,身临其境,触景生情,能激发学生的情感体验,调动学生的积极性,使学习由被动变为主动,学生由旁观者变为参与者,发挥了学生的最大潜能。此外,在创设的情境中,要体现具有一定挑战性的任务,根据学生完成任务的情况,给予相应的奖励与惩罚,有助于提高学习的内在吸引力,使学习更有意义。

2 表现层次——恰当地运用多媒体元素的界面设计

多媒体技术对教育的发展起着巨大的推动作用,并逐步影响着教学手段、教学方式的变化和教学观念的更新。“趣味性”虚拟实验不仅是对现实世界的模拟,更是在创设一个有益于激发学生兴趣和探究欲望,并引起学生思维和想象的环境。这种环境的创设离不开多媒体元素,一方面多媒体元素形象鲜明,画面逼真,形象直观,可以真实的再现现实世界中的景物,很容易将学习者带入情境中,进而激发学生兴趣,有利于学习活动的持续进行;另一方面将图片、声音、视频等多媒体元素加入到“趣味性”虚拟实验中来,对学生的感官起到一定得刺激作用,使枯燥的学习变得生动活泼。

在“趣味性”虚拟实验中运用多媒体元素要恰如其分,必须注意“度”的问题。例如有些虚拟实验设计者会在角落里放一个活泼生动的小动物,这虽然可以激发学习者的学习兴趣,但同时也分散了学生的注意力,很容易产生负面影响。因此,“趣味性”虚拟实验中的多媒体元素要和主题息息相关,慎重选择,合理运用。

3 行为层次——操作简捷、适时准确的交互设计

心理学研究表明:人的认知心理虽然有求新求变的特点,但在完成具体任务时却要求越简单越好,即认知负荷越轻越好[1]。“趣味性”虚拟实验在提高中小学生的学习效果方面更为明显,由于他们的计算机水平、思维能力有限,根据认知负荷理论,对于控制虚拟物体的设计方面,要在能体现真实行为的前提下,控制方式越简捷越好,过于复杂的控制方式往往会增加学习者的认知负载,从而降低学习者的学习动机甚至放弃学习。而且,对于学习者容易出现疑问、错误的地方和学习结果要给予适时准确的提示和反馈,适时、准确、人性化的提示和反馈信息能对学习者进行鼓励和引导,提高其学习的自信心并激发其进一步学习的欲望。

三 “趣味性”虚拟实验的设计流程

按照“趣味性”虚拟实验设计的三个层次,同时借鉴电脑游戏故事情节、环境设置和角色控制三个要素及教育性原则,将“趣味性”虚拟实验的设计分为教学分析、情境创设、界面设计、交互设计和测试发布五个环节,这五个环节相互影响,层层递进,逐步细化,其中情境创设、界面设计和交互设计三个环节同“趣味性”虚拟实验设计的三个层次相互照应,是构建“趣味性”虚拟实验的关键(如图2)。下面结合“认识人民币”虚拟实验来具体分析“趣味性”虚拟实验的设计流程、实现方法以及注意事项。

1 教学分析

为了保证“趣味性”虚拟实验的教育性和科学性,首先要运用教学系统设计的理论进行需求分析、教学内容分析、教学目标分析和学习者分析,明确构建虚拟实验的必要性、所要解决的问题及达到的程度。

“认识人民币”是小学一年级数学课本中的教学内容。小学生的好奇心强、自制力差、思维水平较低,对学习有一定的厌烦心理。“认识人民币”这一教学内容是在学习者初步的生活经验基础上对人民币进行的系统学习。经调查发现,在讲授该教学内容时存在两个问题:①学生的学习积极性不高、注意力不集中;②部分学生虽能掌握“一元=10角,一角=10分”这一知识点,但对换毕、取币、购物等问题始终模糊不清。针对这些问题有必要开发虚拟实验,以提高学习者的学习动机,进而更好的掌握“认识人民币”这一知识点及其应用。

2 情境创设

德国教育家第斯多惠说:“教育的艺术不在于传播的本领,而在于激励、唤醒和鼓舞”。教学情境的创设正是激励、唤醒和鼓舞学生的一种教学手段。在“趣味性”虚拟实验中创设教学情境应遵循以下原则:①真实性:所设情境必须符合学生学习的认知规律,注重联系学生的现实生活,不能盲目创设。②形象性:形象的、具体的、感性的情境能有效的激发和刺激学生的想象和联想。③任务性:所创设情境需体现一定的任务,这样学习者的注意力容易稳定下来,也愿意围绕这一任务展开思考。

“趣味性”虚拟实验的特点是将人的学习与虚拟环境相统一、将抽象的知识和生动的情境相结合。结合教学分析,将“认识人民币”的教学内容划分为基础知识和模拟购物两个模块(如图3)。

基础知识模块包括识币、换毕和取币三个基本知识点,模拟购物模块用于创设“购买物品”的情境。学习者在完成基础知识后,进入购物模块,对基本知识进行巩固、提高和应用。购物模块的设计具体分为情节、挑战和帮助三个部分:

(1) 情节:在“虚拟商店”中设置了食品、动物和用品三类商品,教师(即实验说明)要求学生到虚拟商店购买若干种物品,并说明相应的惩罚与奖励措施。

(2) 挑战:在模拟购物模块中设置了生命值和时间,随着时间的推移生命值逐渐降低,当生命值为零或时间耗尽时,系统自动退出该模块。学习者若正确购买所选物品,回馈一定的生命值,并随机奖励玩具、鲜花等,反之,则惩罚臭鸡蛋或炸弹,根据学习者奖励和惩罚所获得的分数,进行英雄榜排名。学习者可以通过“查看成绩”模块查看排名情况。

(3) 帮助:为学习者提供学习方面的支持与帮助。学习者在虚拟实验学习中遇到困难时,如不知某个物品该付多少钱,通过寻求帮助系统会给出正确的答案,每个学习者共有三次使用帮助的机会。

人都有力求成功的天性,在创设了这样的情境后,以任务和排名为诱因,一方面激发了学习者学习的积极性和主动性,另一方面也有利于学习者对所学知识的深入理解,顺利的实现了知识的迁移和应用。学习者在娱乐的同时,也收获了知识。

3 界面设计

学习者与虚拟实验的一切操作都是通过界面进行的,界面设计的好坏直接影响着学习者的学习兴趣和学习效果。虚拟实验的界面设计包括风格和布局两方面,风格是指虚拟实验的整体形象给学习者的综合感受,包括虚拟实验的色彩、字体、标志等诸多内容;布局是指虚拟实验的分块结构,功能元素的尺寸位置,涉及的内容有结构、标题、导航等。风格独特、美观大方的界面会对学习者的学习产生激励作用,否则,就会使学习者感到单调、乏味。“趣味性”虚拟实验的应用对象主要是中小学生,其风格应体现学科特性与卡通风格,一般以暖色调为主,布局要注意尽量避免界面元素过于复杂,遵循合理、清晰、简捷、层次分明的原则,让学习者在使用时有一个愉快的心情。“认识人民币”趣味性虚拟实验的界面设计如图4所示,实验的整体风格为暖色调,根据不同的场景选择不同的色彩合理搭配,根据不同情况灵活运用文字、符号、声音、图片、动画等多媒体信息,从视听方面加大对学习者的刺激,给学习者带来享受,促进其对学习内容的理解和掌握。实验的导航包括实验说明、基础知识、模拟购物、查看成绩、帮助文档和退出程序几个模块,模拟购物模块具体又分为商店页面、付款页面、购买成功或失败页面三个小部分,整体清晰直观、简便易用。

4 交互设计

在“趣味性”虚拟实验中,交互不仅是学习者同虚拟实验之间的信息交流,也是虚拟情境展开的手段。“趣味性”虚拟实验中的交互设计包括控制虚拟物体和呈现提示与反馈信息两个方面:

(1) 虚拟物体的控制

虚拟物体的控制是指学习者操作虚拟物体的方式。“趣味性”虚拟实验控制物体的方式有多种,如键盘、鼠标点击、鼠标双击、鼠标滑过、鼠标拖动、鼠标右键等。采样哪种控制方式,应根据实验本身的特点、功能、创设的情境以及技术实现,遵循方便、易懂、合理的原则,要尽量与真实实验控制方式相近或有明显的操作提示。鼠标操作能实现的尽量不使用键盘,鼠标点击能实现的不用双击,而且对于同一类物体要采用相同的控制方式,如控制物体A采用鼠标拖动的方式,控制同类物体B也要采用这种方式,否则二者的操作行为不一致,很容易使学习者产生混乱、不适应。在“认识人民币”趣味性虚拟实验中,选择虚拟物体的行为采用了鼠标滑过和点击两种方式,当鼠标滑时虚拟物体变大并呈现价钱和名称信息(图5A),当鼠标点击后,进入购买页面,可以进行付款操作;对付款的操作采用鼠标拖动的方式,学习者将钱币从位置A拖动到位置B时,即可完成操作,采用这种方式简便、实用,可以降低学习者的认知负载(图5B)。

(2) 提示和反馈信息的呈现

提示和反馈信息是虚拟实验的主要构成元素。提示信息出现在操作动作之前,用以对学习者未来的操作进行引导;反馈信息出现在操作动作之后,用以对当前操作的确定或对错误予以纠正,让学习者及时了解自身状况[2]。在“趣味性”虚拟实验中,主要是针对重难点、学习结果以及学习者可能出现疑问的地方提供适当的提示和反馈。运用提示和反馈信息必须及时准确,能够给学习者针对性的指导,任何的滞后和延时都会给学习者带来思维中断、兴趣转移甚至是厌烦心理的产生;此外提示和反馈信息尽量要人性化,语言要有感情色彩,尽量以鼓励性的语言来调控学习者的情绪、注意力等,从而促进学习者保持最佳学习状态。在“认识人民币”趣味性虚拟实验中,当学习者选择物品或付款之后,系统都会给出提示信息,以便学习者确认或取消操作;在付款操作之后,若学习者所付金额和物品价格相等,系统给出购买成功反馈并奖励鲜花或玩具,对学习者进行鼓励,见图5(C);若学习者所付金额和物品价格不等,系统给出购买失败的反馈,并告知二者的差距,以便学习者及时纠正自己的错误。

5 测试与发布

测试是指在“趣味性”虚拟实验完成后进行的整体功能、性能、稳定性的调试和优化,如不同场景之间色彩搭配、交互和链接的可用性、是否存在断点等问题。发布是将整个虚拟实验程序打包,以便在服务器或单机上运行,可以根据实际情况选择不同的格式,本文开发的“认识人民币”趣味性虚拟实验最终发布为HTML格式。

四 结语

学习兴趣是保证教学有效性最重要的因素之一。“趣味性”虚拟实验在传统虚拟实验构建的基础上,充分发挥了多媒体技术和虚拟现实技术的优势,以激发学习者兴趣、提高学习动机为主线,将实际问题和教学内容有机结合,创设虚拟情境,界面设计和交互设计围绕虚拟情境展开,给学生创造了一个愉快、轻松、和谐的学习环境,有利于学习者深入理解教学内容,使学习变得更有意义。

参考文献

[1] 杨哲.网络课程的信息表征与信息结构设计研究[J].中国远程教育,2006,(7):46-48.

[2] 王荣芝,辛日华.网络虚拟实验的界面交互设计[J].实验室研究与探索,2009,28(2):82-85.