虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下協(xié)作學(xué)習(xí)的研究

1、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下協(xié)作學(xué)習(xí)的研究 摘要：以學(xué)習(xí)者為中心的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式得到了迅速發(fā)展，為協(xié)作學(xué)習(xí)提供了良好的條件。網(wǎng)絡(luò)不受時(shí)間和空間限制的特點(diǎn)，使得學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)發(fā)生在不同地域、不同背景、不同學(xué)歷的學(xué)生間，他們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)目標(biāo)，互相切磋學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，展開(kāi)學(xué)習(xí)競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)行情感交流和研究合作，在交流與合作中結(jié)成小組或團(tuán)隊(duì)。 關(guān)鍵詞：協(xié)作學(xué)習(xí) 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下的協(xié)作學(xué)習(xí)是指在學(xué)習(xí)者借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)建的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境（虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）中，讓兩個(gè)或兩個(gè)以上的學(xué)習(xí)者，通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與同伴溝通、協(xié)調(diào)、合作、互促學(xué)習(xí)，以完成對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)的一種學(xué)習(xí)形式。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的協(xié)作學(xué)習(xí)給學(xué)生提供了共享信

2、息、交流合作的學(xué)習(xí)環(huán)境，不僅有助于學(xué)習(xí)者高級(jí)認(rèn)知能力的發(fā)展、健康情感的形成和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，還有助于增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的合作意識(shí)、社會(huì)交往技能，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者共同學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步的協(xié)作精神。 一、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用 虛擬實(shí)驗(yàn)提出的目的在于彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所存在的不足，它利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把一系列軟件和硬件有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算機(jī)虛擬。 1虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，具備先進(jìn)性和精確性 （2）基于模塊化和層次化設(shè)計(jì)思想，具備靈活性和開(kāi)放性 （3）共享程度高 （4）強(qiáng)大的交互能力 （5）支持協(xié)作 2虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分類(lèi) 按實(shí)驗(yàn)對(duì)象分類(lèi)，可分為虛擬實(shí)驗(yàn)室和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室。

3、各學(xué)校研發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)室等系統(tǒng)已成為學(xué)生交流、學(xué)習(xí)、研究的對(duì)象，這也己經(jīng)成為一種時(shí)尚。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)習(xí)者身臨其境，按照自己的判斷與意向進(jìn)行各方面的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，能更好感同身受學(xué)習(xí)，總結(jié)出知識(shí)道理，有更深刻的印象和更愉快的實(shí)驗(yàn)感受。 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室以學(xué)校、設(shè)計(jì)院、研究所等機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)際的物理對(duì)象作為遠(yuǎn)程用戶(hù)實(shí)驗(yàn)的對(duì)象。因此，它的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在安全性和容錯(cuò)能力上比網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)難得多。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)常常伴有視頻和音頻反饋到客戶(hù)端。從研究角度看，還可以根據(jù)控制器是在本地還是在遠(yuǎn)程，將遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 按多媒體軟件分類(lèi)，可分為電子白板系統(tǒng)和紅蜘蛛等教學(xué)應(yīng)用軟件。 電子白板是一

4、種多用途的實(shí)時(shí)交流工具，可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議、多媒體實(shí)時(shí)教學(xué)、科研討論等范疇。電子白板系統(tǒng)主要分為兩大類(lèi)：一是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸機(jī)制的電子白板系統(tǒng)；二是基于組播傳輸機(jī)制的電子白板系統(tǒng)。 紅蜘蛛軟件主要在局域網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)多媒體信息的教學(xué)廣播，是一款實(shí)現(xiàn)在電子教室、多媒體網(wǎng)絡(luò)教室或者電腦教室中進(jìn)行多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的非常好的軟件產(chǎn)品，集電腦教室的同步教學(xué)、控制、管理、音視頻廣播、網(wǎng)絡(luò)考試等功能于一體，并能同時(shí)實(shí)現(xiàn)屏幕監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制等網(wǎng)絡(luò)管理的目的。 二、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下的協(xié)作學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)和局限性 存在的優(yōu)勢(shì)，一共享程度高，由于實(shí)驗(yàn)中使用的儀器設(shè)備都是用軟件實(shí)現(xiàn)的，因此該類(lèi)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)克服了前一類(lèi)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在

5、共享方面的限制，真正保證了用戶(hù)可以隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)；二實(shí)驗(yàn)成本低，由于所有的儀器材料都通過(guò)軟件來(lái)模擬，因此不需要再另外購(gòu)買(mǎi)虛擬儀器或是實(shí)驗(yàn)材料，大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)開(kāi)支。 局限性包括，一實(shí)驗(yàn)成本還是相對(duì)較高。雖然相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，這類(lèi)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)降低了成本，不過(guò)由于虛擬儀器是特殊的實(shí)驗(yàn)儀器，又需要特殊的接口卡，因此其價(jià)格也相對(duì)較貴，維護(hù)成本也較高；二共享程度有限，需要解決訪(fǎng)問(wèn)沖突的問(wèn)題。雖然這類(lèi)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)異地用戶(hù)的資源共享，但其共享程度有限，同一時(shí)間只能允許一個(gè)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)一臺(tái)虛擬儀器，若多個(gè)用戶(hù)多時(shí)訪(fǎng)問(wèn)，還需要解決訪(fǎng)問(wèn)沖突的問(wèn)題；三必須考慮虛擬儀器的安全問(wèn)題。由于用戶(hù)通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)操作的是真

6、實(shí)的儀器，因此要防止由于用戶(hù)的錯(cuò)誤操作或者惡意操作所導(dǎo)致的對(duì)虛擬儀器的破壞。同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)的學(xué)生數(shù)量較多，在這種情況下，如果所有的信息處理請(qǐng)求都需要傳回服務(wù)器端執(zhí)行，無(wú)疑會(huì)使服務(wù)器端的工作負(fù)載過(guò)重，同時(shí)，這還會(huì)引起響應(yīng)的延遲，影響交互。 總之，協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)主要圍繞學(xué)習(xí)內(nèi)容開(kāi)展，并根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平的不同采用不同的活動(dòng)形式。在活動(dòng)中，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者本身的能力及教師的組織引導(dǎo)能力。在此過(guò)程中首先是學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)資源，認(rèn)知策略進(jìn)行自學(xué)；然后在自學(xué)結(jié)束后進(jìn)行協(xié)商對(duì)話(huà)，就自己的問(wèn)題或因?yàn)樵趨f(xié)作小組中擔(dān)當(dāng)某種角色，去和其他小組成員或輔導(dǎo)教師進(jìn)行協(xié)商與對(duì)話(huà)；最后學(xué)習(xí)者在和

7、協(xié)作成員協(xié)商探討后，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行意義建構(gòu)。 虛擬實(shí)驗(yàn)以多層共享為前提，實(shí)現(xiàn)了跨越時(shí)間和空間的多方協(xié)作，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ骄邆淞斯蚕硇院蛥f(xié)作性。虛擬實(shí)驗(yàn)方法和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式結(jié)合在一起，以其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制作用，形成了一個(gè)大的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在這個(gè)教學(xué)平臺(tái)上，教師與學(xué)生之間，學(xué)生之間以其多層共享和多方協(xié)作的方法特點(diǎn)，可以輕松地進(jìn)行信息溝通和知識(shí)交流，有益于培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)研究中的協(xié)作能力和互助合作精神。根據(jù)在虛擬實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)研究主體之間協(xié)作形式的不同，我們分別探討在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何從四種不同的協(xié)作形式來(lái)幫助提高學(xué)生的協(xié)作能力，培養(yǎng)互助合作精神。這四種協(xié)作形式是“傳導(dǎo)式”互助合作、“反射式”互助合作、“遙感式”互助合作、“對(duì)流式”互助合作。 精心營(yíng)造的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)環(huán)境下的協(xié)作學(xué)習(xí)能讓學(xué)習(xí)者在認(rèn)知上、生理上、感情上和心理上主動(dòng)的投入到學(xué)習(xí)中去，可有效地提高學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的效率?！伴_(kāi)放大學(xué)”、“虛擬學(xué)?！薄ⅰ叭蚪淌摇钡纫慌滦偷慕逃虒W(xué)系統(tǒng)迅速發(fā)展。分布式人工智能領(lǐng)域的智能代理技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)作學(xué)習(xí)領(lǐng)域有著非常廣闊的前景。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)環(huán)境下的協(xié)作學(xué)習(xí)也必將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)： 1楊開(kāi)城著.以學(xué)習(xí)活動(dòng)為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)理論教學(xué)設(shè)計(jì)理論新探索m.北京電子工業(yè)出版社，2005. 2劉海，汪俊芳.基于web的光纖