基于活动理论的全息教室设计

2019-09-09姬永倩吴建平

中国教育信息化·高教职教 2019年7期

姬永倩　吴建平

摘要：随着科学技术的不断发展，社会对教育提出了更高的要求，将全息技术应用于教育中，使教育更加直观化、信息化，同时为教育提供了一种新的发展思路。本设计将全息技术应用于教学中，以活动理论作为支撑，以初中地理“地形和地势”为例。通过具体的教学设计与技术手段将整节课程以全息的方式呈现出来，结合自主学习以符合现代学生的学习体验以及知识的快速构建，使学生在立体空间中进行全方位观察与学习，真正实现学习的自主化、情境化、个性化。全息教室不仅解决了现存信息化教学的困境，更是为教育发展提供了新的方向和思路。

关键词：全息技术;全息教室;自主学习;活动理论

中图分类号：G420 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2019）13-0093-04

教育的信息化發展顺应了社会的发展趋势，克服了现存的众多信息化教学的局限性。全息技术提供给学生虚拟的仿真学习环境，克服先前众多信息化教学媒体的不足，更重要的是满足了学生真正意义上的知识建构。全息教室是一种全新的学习环境，强调学生的临场感，为学生提供自主化的学习环境，注重学生与学习环境的交互，全息投影立体感强烈的学习内容更有助于学生的学习。

一、全息教室的可行性分析

1.技术可行性分析

全息技术主要涉及计算机、光学领域，利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像，是真正的三维立体影像，使用者不需要佩戴带立体眼镜或其他任何的辅助设备，就可以在不同的角度裸眼观看影像。由于全息再现光波保留了原有物光波的全部振幅与相位的信息，再现与原物有着完全相同的三维特性。[1]

2.理论可行性分析

全息教室的设计主要依据人本主义学习理论和建构主义学习理论以及建构主义下的众多理论。人本主义学习理论强调人自身的价值，人有发展的潜能、有实现自我的倾向，同时学习是意义的学习。在全息教室的设计中，教师只是学生的监督者，学生是课堂的主体，知识是学生与虚拟影像之间、学生与学生之间交互的结果;建构主义学习理论中皮亚杰的认知发展理论，认为知识既不是客观的也不是主观的，是学生在与环境交互中逐渐构建出来的。全息教室强调学习过程就是学生与外界刺激的交互过程，学生将外部刺激同化、顺应到原有认知结构中，将提高自己的原有的认知水平;维果斯基的活动理论是全息教室的有力支撑。[2]维果斯基认为人的心理发展主要是依据社会、文化和历史的发展为前提，人的较低级心理机能主要以活动、社会交往和语言为中介，并内化为人的较高级心理机能。以此进行分析，便得出全息技术对教学活动的支持水平;斯皮若的认知灵活性理论关注的是复杂知识的获得与迁移，是一种基于案例的学习，要求学生用多种方式、多种视角，灵活地建构出自己的知识体系。[3]全息教室中学生通过多方位、多角度观察对象，总结知识;建构主义的学生观认为学生是意义的主动建构者，即可以进行自我定向、自我分析、自我建构、自我评价和协作学习。[4]教师观认为教师是学生学习动机的激发者、学习环境和资源的设计者、学习过程的策划者和学习评价的指导者。全息教室依据人本主义学习理论和建构主义学习理论进行设计和搭建，将是未来教育发展的需要。

二、基于活动理论的全息教室设计

1.全息教室中学生活动结构设计

维果斯基的心理发展理论揭示了教育活动的共同特征，也是全息教室学习活动展开的主要依据。从维果斯基的人类活动结构模型中，将整个全息学习活动进行透彻的分析，便得出全息技术对教学活动的支持水平，如图1所示。

如图1所示，全息教室中学生活动结构主要由学生、学习目标、学习共同体、全息投影、学习规则、学习任务分工六个要素组成。其中，学生是主体，可指活动中的个人或学习小组，整个活动按学生意愿开展;学习目标是客体，即学生要达到的学习水平;学习共同体由若干个体或小组组成，通过共同努力达到学习目标;全息投影是全息教室的主要学习工具，通过虚拟影像呈现学习内容;学习规则是对整个活动开展的约束规定、政策、法律或惯例，及学习共同体之间的关系等，用于维护学习活动的正常开展;学习任务分工用于共同体中对工作和权力的分配。[5]

学生活动结构中要素的主要关系为：自主学习，学生以学习目标为方向指导，在学习过程中借助全息投影进行自主学习，学生的学习是按照一定的规则以及步骤进行的，最后达到学习目标;小组学习，学习小组按照学习目标展开学习，借助全息投影进行学习，学习小组以共同体的形式按照一定的学习规则对任务进行分工，最终达到学习目标。所有要素联系紧密，相互作用共同实现学习活动的顺利开展。

2.全息教室技术设计原理

全息教室的设计过程主要分为两部分，一是教学设计，二是学习环境搭建。全息教室即将全息技术应用到课堂学习中，利用全息投影对学习内容进行呈现，供学生学习，学习环境依据学习内容及学习方式进行搭建。[6]设计原理如图2所示。

如图2所示，全息教室由电脑、音响、投影仪、显示器、全息影像、光学玻璃组成。通过电脑将全息影像进行播放，声音由音响传递，投影仪将视频投射至显示器上，显示器用于对全息视频的放大呈现，光学玻璃放置在显示器上方用于立体成像，将投影仪、显示器、光学玻璃组放在桌子上，位置如图2所示。这样的安排方式更有利于学生自主学习或小组学习，教师作为辅助者，控制电脑主控台。

3.全息教室技术路线

全息教室的技术路线如图3所示。

技术路线主要有六个步骤。第一，教师编写教学设计，依据学生特征、学习内容、环境条件等等进行;第二，录制全息视频，根据学习内容录制全息视频;第三，对录制的全息视频进行编辑;第四，根据学习的人数选择选择显示器，若学生的人数较多选择投影仪和大型显示屏，若人数较少选择电脑显示器、ipad、手机等;第五，制作透明的四面椎体，根据所选择显示器大小制作;第六，搭建整个设备并进行调试。[7]

三、全息教室的应用设计及学习活动分析

1.应用设计：全息教室——初中地理“地形和地势”

（1）科目

初中地理“地形和地势”。

（2）教学对象

初中学生。

（3）课时

一课时。

（4）教学内容分析

地形和地势既是中国地理环境的重要组成部分，又是初中地理教学中的基础内容。本节课程主要呈现中国地形和地势的立体影像以供学生学习。

全息教室的影响：全息技术为学生提供立体感强烈的地形和地势影像。

（5）教学目标

知识目标：

①了解山脉走向;

②了解我国复杂多样的地形和地势。

能力目标：培养学生自主学习的能力。

情感目标：激发学生学习热情，使其热爱地理知识。

（6）学生特征分析

初中学生已经具备了一定的观察和分析能力，但是水平仍然较低，需要进一步锻炼和培养。学生对地理知识充满好奇，因此要抓住学生的这一特点，采用生动、形象、更加直观的方法进行教学，激发其学习兴趣和动机，培养自主学习的能力。

（7）教学策略选择

采用自主学习结合小组学习，教师做适当引导。

全息教室的影响：全息影像的空间立体效果更有利于小组学习与相互讨论。

（8）教学重点及难点

重点：记忆山脉及其地理位置。

难点：我国的主要山脉走向。

（9）教学过程

导入：我国有着广阔的地域，谁知道我国都有哪些著名的山脉？大家都去过哪些山脉呢？

学生：我去过秦岭，它是我国的南北分界岭，但是我还是不太了解。

教师：那接下来我们通过全息视频进行学习，看看我国都有哪些山脉，观察它们的具体特征。

学生通过全息视频画面观察我国的地形和地势，了解我国有哪些地形，有哪些著名的山脉。小組讨论，相互交换所学到的知识，并进行深入学习。教师总结知识点，并进行回顾加深记忆。

全息教室的影响：全息教室为学生提供形象生动的地理环境立体影像，使学生更加深入地学习，培养学生自学的能力。

（10）教学评价

立体感强烈的全息影像不仅能激发学生的学习动机，还能培养学生自主学习的能力，锻炼学生观察事物并对其进行总结的能力，最后将知识点内化为自己的知识体系。在小组学习的交流中培养学生的合作能力、交流能力、概括能力和评价能力等等。

2.全息教室设计方案

（1）编写教案

编写本节课教案。突出重点地形和地势等内容。

（2）录制全息教室视频

依据教学设计录制全息视频。视频质量要高。

（3）编辑视频

将录制好的全息视频进行编辑，着重体现地形和地势。要求显示器的尺寸能够满足所有学生观看。

（4）确定所需显示器

选择显示器，若学生较少可采用一般的电脑显示器、ipad、手机，若学生较多则采用投影仪。这里选择电脑显示器。

（5）制作透明四面锥体

依据所选显示器的大小制作透明四面锥体，这里选择透明硬塑料。

（6）设备搭建

搭建设备可采用两种方式，第一种将显示器放置在透明四面锥体的下方。第二种将显示器放置在透明四面锥体的上方。本次选择将显示器置于透明四面锥体的上方。

（7）设备调试

对搭建完成的整套设备进行调试，使显示器和透明四面锥体的位置相对应，并且查看其成像的位置是否合适。

（8）模拟上课

进行模拟上课及设备调试。成像完整清晰。

（9）成果图

全息教室效果如图4所示。

3.全息教室学习活动分析

（1）确定活动的目的

①确定结果：学生说出我国的主要地形和地势。

②理解主体的动机：自学后学生能对我国的地理环境有一定了解，并能在今后的生活当中有所应用。

③分析与活动相关的环境：以学习小组为主，学生通过观察立体的地理环境进行自主学习，同时学生之间可相互交流。

④预测可能出现的问题：在学习过程中没有有效地组织自己的知识结构，与同伴的交流中没有有效地评价及总结。

（2）分析活动的核心步骤

①主体：初中学生年龄介于13至15岁之间，对新鲜事物充满好奇，具有一定的知识背景。

②共同体：学习活动以小组形式展开，小组成员之间具有相似的知识背景以及学习特征等，相互之间交换知识和评价，共同建构知识体系。

③客体：学习内容为中国的地形和地势，通过全息技术将地形和地势立体呈现出来，供学生全方位地观察和学习。

（3）分析中介

①工具中介物：全息教室中配有电脑、显示器、透明四面椎体等。

②规则中介物：学习以小组形式开展，小组内选出组长起带头作用，由组长制定发言顺序，学生依次发言或随机发言，相互交流和评价，建构个人知识的同时生成小组内知识。

③角色中介物：组长由组内成员选出，组长须有一定的管理和总结能力，其他组员配合组长的安排学习。

（4）分析活动的子系统

①生产系统：全息影像展示地形和地势，学生通过观察学习，达到本节课的学习目标。

②交换系统：组内交流可采取轮流或随机发言的形式阐述观点或评价他人。

③分配系统：学习过程中，学生观察学习后与小组同伴进行交流和评价。

（5）分析活动结构

①分析活动自身

学习活动的开展经历内容引入、自主学习、交流互动和总结建构阶段。活动的动机是让学生了解我国的地理环境、增长地理知识，活动的目的是让学生知道我国的主要地形和地势。

②将活动分解成行为

内容引入：教师引入课程内容，让学生回忆有关地理的原有认知;

自主学习：学生进行自学，学生可自己发现问题、解决问题;

交流互动：小组内进行交流互动，扩展学生已总结的知识;

总结建构：建构个人知识体系和小组知识体系。

③将行为分解成操作

内容引入：教师由问题引入本节课程的学习内容;

自主学习：学生自主观察虚拟地形和地势模型并进行学习;

交流互动：组内进行交流互动，可发表观点或评价他人发言;

总结建构：由组长带领组员总结知识，建构知识体系。

（6）分析活动所处的环境

①内部环境：组内关系由组员自主调节，学生都有自主学习的权利和时间。

②外部环境：不同学生与环境交互所得经验不同，有形成正确的认知，也有不恰当的，这些都会在小组交流中进行分享和纠正。

（7）分析活动的发展性

①要素之间有什么样的关系：學习过程中，学生通过全息影像学习知识、总结经验最终达到学习目标，整个过程发生在学习共同体中并按照一定的学习规则进行。

②这些关系是如何形成的：活动的核心在于学习目标的确定，学生和共同体朝着学习目标一起努力，将六要素紧密相连。

③这些关系会如何改变：学生间的关系会变得更加紧密，会更喜欢全息教室，小组成员间的任务分工和规则会熟记于心。

四、总结

全息教室为学生提供了一个可自主学习或合作学习的虚拟学习环境，在全息教室中学生通过观察立体感强烈的全息影像，实现人与环境的交互，在观察中建构知识，在合作学习中实现知识的补充和整合，让学生在达到学习目标的同时，培养其自主学习或合作学习的能力，更是培养其发现问题和解决问题的能力。全息教室中所展开的学习活动符合维果斯基活动理论的基本观点，即意识和活动是相互统一的、学习的内化与外化是并存的、学习活动是具有目标导向性的、学习活动的展开以工具为中介、学习活动是系统性的。利用维果斯基的活动理论分析全息教室，发现全息学习环境有利于学生的自主学习与合作学习，是实现建构主义学习思想的有利途径。全息教室将打破传统的教学环境，为学生提供新的学习模式，为教育发展提供新的思路。