基于认知弹性理论的虚拟教学系统设计实践探讨

罗 虹,王士勇

(第二军医大学:1教育技术中心;2网络信息中心,上海 200433)

基于认知弹性理论的虚拟教学系统设计实践探讨

罗 虹1,王士勇2

(第二军医大学:1教育技术中心;2网络信息中心,上海 200433)

以《腕踝针虚拟教学系统》为例,探讨了认知弹性理论在虚拟教学系统的设计及其具体运用。

虚拟教学系统;认知弹性;随机通达教学

虚拟教学系统是将桌面虚拟现实技术应用于教学,通过虚拟现实软件开发工具,将抽象的和实践性较强的教学内容在虚拟教学系统中再现。同时,虚拟教学系统也将根据学习者对虚拟环境中对象的操作提供实时的反馈信息。通过学习者与虚拟教学系统中学习内容的信息交互,促进学习者对相关内容的熟练掌握。而这些目标的实现,必须在整个设计过程中以正确的理论作为指导。

认知弹性理论 (cognitive flexibility theory)是由斯皮罗等针对复杂和非良构领域中学习的本质问题提出并倡导的。根据知识的复杂性,斯皮罗等将知识划分为良构领域的知识和非良构领域的知识。所谓良构领域的知识,是指有关某一主题的事实、概念、规则和原理等;非良构领域的知识则是将良构领域的知识应用于具体问题情境时而产生的,即有关概念应用的知识。所谓认知弹性,就是指学习者通过多种方式同时建构自己的知识,以便在情境发生根本变化的时候能够做出适宜的反应,也就是我们所说的“活学活用”[1]。认知弹性理论认为,在复杂和非良构领域中的学习过程是学习者主动进行的双向建构过程。斯皮罗等提出了针对非良构领域学习的随机通达教学。其核心是对同一内容的学习要在不同时间、不同情境,以不同目的、从不同角度多次进行,以达到获得复杂和非良构领域知识的目标[2]。换句话说,学习者可以随意通过不同途径、不同方式进入同一教学内容开展学习,从而获得对同一事物或同一问题的多方面的认识与理解。

考虑到虚拟教学系统所呈现的知识大多属于非良构领域的知识,即强调知识的迁移和应用。因此,在设计虚拟教学系统的功能和目标时,需力求为学习者创设一个能够运用所学知识解决问题的实践平台。

虚拟教学系统的系统设计主要包括结构设计、界面设计、导航策略设计、系统交互设计等内容。

1 结构设计

认知弹性理论认为,学习者对新信息的理解是通过运用已有经验,从记忆系统中提取出与之相关的知识结构,再针对当前具体情境进行新的组装。在这一过程中,只有对知识进行多维表征时,学习者才能达到对知识的全面理解和灵活运用[3]。

在设计虚拟教学系统时,首先,要尽量将相应的基础知识呈现给学习者,并运用多种媒体形式对知识进行多维表征,以便为进一步的知识建构打下理论基础;其次,在虚拟教学系统中不应该用抽象的理论知识来讲解概念是如何应用,而应把概念具体到不同的案例中,并与具体情境联系起来,从不同方面说明其含义以及与其他知识的联系。因此,虚拟教学系统中每个知识点的教学都应该尽量包含充分的实例,分别用于说明不同方面的含义。这将有助于学习者在具体情境中形成对知识的多维理解,并使其原有的认知结构对新知识的信息处理进行加工和重构。

因此,在《腕踝针虚拟教学系统》中,我们将系统划分为四大功能模块,如图 1所示。

图 1 《腕踝针虚拟教学系统》总体结构图

第一模块是图文教学部分。即用文字、图片等传统媒体手段向学习者展示腕踝针疗法的含义、优点、特点、步骤等基础教学内容。

第二模块是虚拟教学部分。即通过三维虚拟人体模型显示身体的分区和针刺点,并运用虚拟现实技术实现学习者与三维虚拟人体模型的交互,从而帮助学习者对教学要点的理解和掌握。

第三模块是病症体验教学部分。即将与教学内容相关的典型病例集成到系统中,使学习者通过对不同病例的具体分析与操作实践,完成对教学内容的深入理解和记忆,最终达到熟练运用的目标。

第四模块是学习交流部分。便于学习者随时将自己的学习心得、学习体会以及学习过程中遇到和发现的问题通过留言版进行交流。这样既可以促进学习者之间的交流,又便于教师掌握学习者的学习动态,及时给予引导与解惑。

从以上分析可知,《腕踝针虚拟教学系统》的四大功能模块的内容是相对独立且完整的。图文教学模块和虚拟教学模块,主要通过多种媒介完成对知识内容的多维表征,帮助学习者有计划地建立自己的知识体系。病症体验教学模块则是通过运用已有知识在解决实际问题的过程中形成对教学内容的深入理解和灵活应用,同时也帮助学习者清楚地了解自己对相关教学内容的掌握情况,对存在的不足及时改进和提高。而学习交流模块则是为使用虚拟教学系统进行学习的学习者形成一个学习型组织,从而营造活跃的学习氛围,促进组织成员之间进行交流,鼓励知识转化与创新,实现知识共享的目标。

2 界面设计

屏幕界面是学习者与虚拟教学系统交互的窗口。好的界面设计不仅方便学习者的使用,更有助于他们对知识的理解与记忆,激发学习兴趣。界面设计主要包含界面的布局、色彩和字体设计等多方面因素。其设计原则是在遵循艺术美学原则的基础上富有自己的个性特征,充分利用其形状、位置、色彩等对比关系,追求多种信息元素的平衡与和谐。这样不但可以强化教学系统所要表达的主题,淡化非主流信息,吸引学习者的注意力,而且可以体现教学内容在表现形式上的层次感和节奏感。此外,还要合理安排界面中的各种教学信息和进行交互作用对象的位置及其大小。由于认知弹性理论强调概念与案例的交叉,系统中必然会出现大量用来与学习者进行交互作用的对象,在进行界面的设计时,要对这些对象的大小、位置、表现形式等进行合理安排,使布局更合理,以助于学习者开展自主学习。

在《腕踝针虚拟教学系统》的界面设计中,我们采用了绿色为主的色调,因为腕踝针疗法是一种使用安全、有效,将病人引向健康的重要诊疗手段。然后,通过调整色彩的透明度和饱和度来产生图标和文字的色彩,从而使整个界面看上去色彩统一又不乏层次感。对于交互对象的设计则是运用立体按钮以及较大面积高明度的图标来凸现其位置。

3 导航策略设计

基于随机通达教学理念,虚拟教学系统应该让学习者对同一教学内容在不同的时间多次进行学习,而且每次的学习情境都是有变化的,其目的是着眼于同一问题的不同侧面。这将有助于揭示知识相互之间存在的多种关联的特性,并帮助学习者认识到知识应用的多样性。

因此,我们需要在虚拟教学系统中创设超文本学习环境,以便更好地实现随机通达教学,提高非良构领域知识学习的认知弹性。因为,超文本可以是线性的,但更多的是以非线性结构组织信息,内容呈现没有固定顺序,也不要求学习者必须按照某种顺序学习。这种非线性特征使它变得更灵活。同时,随机通达信息也是超文本的一大特点。由于有了知识点之间的超链接,同一信息可以由不同路径得到。这种接近信息的方式不是先前决定的,它近似于随机,学习者可以根据自己对知识点的掌握情况选择通达的道路。由上可知,在设计虚拟教学系统时,应给学习者构造一个非线性的网状学习情境,以达到随机通达信息的目标。

因此,《腕踝针虚拟教学系统》在设计系统导航时主要采用直接导航配合导航条的设计策略。学习者既可以直接进入界面所呈现的教学模块中学习,也可以通过导航条随时自主选择所需的教学模块进行学习,然后再点击教学内容的超链接,进入到相应的界面中开展学习活动。同时,系统的四大功能模块之间也设计成非线性的,学习者可以不受任何路径的约束,根据自己的实际情况选择学习内容。

4 交互设计

随机通达教学模式提倡在教学过程中以学习者为中心,学习者在教师的指导下变被动学习为主动学习。这正是针对发展和促进学习者的理解能力和知识迁移而提出的,也是根据认知弹性理论的要求而提出的。该模式的教学过程一般是[4]:

①确定主题:通过目标分析确定若干主题,并围绕主题借助多种媒体来对知识进行多元表征。同时,由于概念的复杂性、实例的差异性以及知识的交互作用,还应建立教学信息资源库;

②创设情境:随机通达教学模式强调学习者的学习和发展,只有通过他们自己的实践才能实现。因此,教学内容应基于情境、基于案例、基于问题解决,强调学习者对知识的建构,而不是信息的传递与接受;

③独立探索:学习者可以根据意愿选择不同的主题开展学习,在学习某一主题的过程中,学习者的学习活动是自主的、独立的。他们可以随意观看有关这一主题的教学资源,以便从不同侧面加深对该主题的认识和理解,同时促进其探索能力与建构能力的发展;

④协作学习:在上述独立探索基础上,学习者可以与教师或者其他学习者展开专题讨论,在讨论过程中教师可对学习者布置作业,也可对讨论中的观点加以评判并进行个别辅导等;

⑤自我评价:为检验对知识的建构与掌握,学习者在上述学习阶段后应进行自我评价,从而针对性地对薄弱环节作补充学习和练习。

由此,在《腕踝针虚拟教学系统》的交互设计中,注意了以下5点:

①以“学”为中心:在《腕踝针虚拟教学系统》中,通过学习者与系统中的三维虚拟人体模型的信息交互,充分调动学习者的学习兴趣和主动性,帮助他们在虚拟的教学情境中去运用所学的知识。同时,系统会根据学习者的操作行为提供相应的反馈信息,以此帮助学习者对自己的学习过程进行自我评价;

②以情境设计为重点:在《腕踝针虚拟教学系统》中,力求将教学内容与一定的情境相联系。运用三维建模技术和虚拟现实技术,构建了病症体验教学模块,将教学重点和难点与相应的病症联系起来,通过一个个病例让学习者运用所学知识进行分析、判断并在所构建的虚拟情境中模拟腕踝针疗法的诊疗过程;

③以协作学习为导向:学习者与周围环境的交互对于学习内容的理解起着关键性的作用。我们在《腕踝针虚拟教学系统》中设计了留言版模块,学习者可以将自己的学习心得、学习体会以及学习过程中遇到和发现的问题在此进行讨论和交流。通过相互协作,学习者群体(包括教师和每位学习者)的思维和智慧可以被整个群体所共享;

④以自主学习为核心:《腕踝针虚拟教学系统》在设计时考虑到随即通达教学对学习者独立探索和自主学习能力的需求,尽可能把教学内容以最恰当的媒体形式进行表现,帮助学习者理解和掌握。同时,设计了虚拟体验教学模块,在此通过学习者与典型病例的交互,让学习者在解决实际问题的过程中形成对教学内容的深刻理解和认识;

⑤以教学信息资源为基础:为了支持学习者的主动探索和发现学习,在《腕踝针虚拟教学系统》中为学习者提供了与教学内容相关的各种教学信息资源,包括各种类型的教学媒体和教学资源,用于支持学习者的自主学习和协作学习。

[1]Patricia Carrillo,Chimay Anumba.Know ledgem anagement in the AEC sector:an exp loration of themergersand acquisitions context[J].Know ledge and ProcessM anagem ent,2002,9 (3):149-161

[2]曹贤中.认知弹性理论的逻辑结构分析[J].继续教育研究,2005,(6):170-173

[3]曹贤中,何仁生.基于认知弹性理论的教学设计模式[J].电化教育研究,2008,(1):80-84

[4]李梦欣.多媒体环境下随机通达英语教学模式初探[J].广西社会科学,2007,(5):194-197

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

罗虹 (1981-),女,硕士,讲师,主要研究方向:虚拟现实技术在医学教学中的应用。