發(fā)布時間：2023-06-21 09:07:29
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的人工智能研究性學習樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞:計算機課程教學；研究性學習；教學改革；探討性研究
一、研究性學習的概念和特點
研究性學習與接受性學習是學習的兩種基本方式，也是兩種不同的教學模式。
接受性學習就是按照預定的教學內(nèi)容、固定的教學方法由教師將知識傳授給學生，學生被動地予以接受、理解和消化。在這種教學模式中，教師是教學過程的主體。長期以來，我國大多數(shù)學校在實施教學中沿用這種舊模式和舊方法，學生習慣于被動地接受老師灌輸?shù)闹R，學習缺乏自主性和研究性，學習興趣受到限制，創(chuàng)造性不能很好發(fā)揮。學生遇到實際問題時，常常缺乏綜合運用所學的知識和技術(shù)，提出高效解決方案的能力，學生缺少實踐的機會，動手能力不強。
研究性學習是對傳統(tǒng)的接受式學習的一種改革，是培養(yǎng)創(chuàng)新精神、創(chuàng)造性思維與實踐能力的新教育理念在教學實踐中的體現(xiàn)。研究性學習具有開放性、探究性和實踐性的特點，在這種教學模式中，師生雙方以相互合作和交流的方式，共同完成提出問題、收集信息、選題和立題、設計研究方案、進行具體實施、總結(jié)研究成果、完成探索新知識的學習過程。在研究性學習的教學中，教師與學生的地位發(fā)生了根本的變化，學生處于自主的主動地位，教師則處于輔助的指導地位。
計算機課程具有知識面廣、技術(shù)更新快、可操作性強等特點，教學目的就是使學生掌握計算機基礎知識、常用平臺和工具，提高學生在計算機上的操作動手能力，重點培養(yǎng)學生自主運用計算機的新理論、新技術(shù)和新方法去解決各種復雜的實際問題。因此，計算機課程特別適宜于采用研究性學習的教學方法。
二、研究性學習的目標
結(jié)合計算機課程教學的特點，我們可以確定研究性學習實現(xiàn)的總體目標是以人為本、勇于探究、綜合學用、自主創(chuàng)新、實踐求真。展開來看，具體包括以下幾個方面的內(nèi)容。
（一）在研究性學習的過程中，通過認真踏實的探究，讓學生逐步培養(yǎng)嚴謹求實的科學態(tài)度、勇攀高峰的意志品質(zhì)、克服困難的進取精神，同時更深入地理解科學知識對于社會發(fā)展與人類進步的意義和價值，樹立報效國家、造福社會和服務民眾的人身價值觀，從思想上
樹立認真學習的積極性。
（二）學生真正成為研究性學習的主體，充分發(fā)揮他們思維開闊、敢闖敢拼的精神，通過參與一些與計算機科研相關(guān)的學習活動，逐步培養(yǎng)勇于質(zhì)疑、樂于探索、努力求真的心理傾向，產(chǎn)生自發(fā)運用所學知識解決社會發(fā)展中的實際問題的積極欲望。學生可以在研究性學習的過程中實現(xiàn)學習進程安排、考試及成績管理、日常財務結(jié)算、班級人事管理等綜合事務的計算力管理，分析業(yè)務需求，開發(fā)相關(guān)應用軟件。
（三）教師在研究性學習中，要從鋪墊知識、方法指導、組織管理、疑難點撥、士氣激勵等諸多方面發(fā)揮導師的掌舵作用。教師在指導過程中，不僅要轉(zhuǎn)變指導觀念，更要講究指導藝術(shù)和策略。教師要不斷跟蹤國際國內(nèi)計算機技術(shù)發(fā)展的最新動態(tài)，為學生提供大量可供選擇的研究性學習課題，指導學生采用合理的技術(shù)方法和應用研發(fā)平臺，幫助學生卓有成效地完成學習及探索過程。
（四）學生在研究性學習過程中，圍繞著一個需要解決的實際問題，持續(xù)激活自身原有的知識儲備，通過多種渠道收集所需信息，設計高效可行的研究方案。通過計算機硬件和軟件的開發(fā)實驗活動，對設計方案進行修正調(diào)整，最終獲得解決問題的研究成果。在研究性學習螺旋式前行的進程中，學生的綜合運用計算機新技術(shù)與自主創(chuàng)新能力將顯著提高，研究過程中進行溝通與合作的良好空間得以建立，師生的研究學習潛能得到深入挖掘，教師的主導作用和學生的主體作用達到和諧統(tǒng)一。
三、研究性學習的內(nèi)容設計
研究性學習內(nèi)容的選擇是開展好研究學習過程的前提和關(guān)鍵。如果課題內(nèi)容選擇得不恰當，不僅影響研究學習的進程，還有可能導致整個研究半途而廢，甚至影響到學生開展研究性學習的積極性以及創(chuàng)新精神和實踐能力的發(fā)展提高。計算機課程具有“研究性學習”課程所要求的整體性、開放性、實踐性、應用性等特征，最適合采用研究性教學模式。因此，教師必須認真分析計算機各門專業(yè)課程的特點，結(jié)合課程的安排與進度，對研究性學習的過程進行精心策劃，對研究性學習的內(nèi)容進行反復斟酌，確保研究課題的可行性和創(chuàng)新性。
（一）研究性學習內(nèi)容的選擇要與文獻資料的利用和計算機科研項目的開展相結(jié)合，盡可能選定既采用最新計算機軟硬件理論與技術(shù)，又能解決社會發(fā)展生產(chǎn)實踐中現(xiàn)實問題的好課題。在研究性學習的過程中，要求學生提出系統(tǒng)解決實際問題的總體方案，并靈活運用所積累的計算機開發(fā)方法和工具，通過實驗獲得研究成果。
在講授《數(shù)據(jù)庫應用技術(shù)》課程時，可以讓學生選擇“學生考務管理系統(tǒng)的設計”作為研究性學習的題目?！皩W生考務管理系統(tǒng)”包括考生報名管理、考生成績管理、系統(tǒng)維護等子模塊，分別由不同的學生負責設計研究。前臺開發(fā)工具可以選擇 VC或VB，數(shù)據(jù)庫平臺選用SQL Server 2000。學生在教師的指導下，自主完成系統(tǒng)功能確定、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設計、數(shù)據(jù)庫設計、各模塊應用程序窗體設計等工作。在進行總體設計時，啟發(fā)學生思考“學生考務管理系統(tǒng)”的系統(tǒng)架構(gòu)應采用C/S（客戶端/服務器）體系結(jié)構(gòu)或B/S（瀏覽器/服務器）體系結(jié)構(gòu)，兩者的異同之處；每種體系結(jié)構(gòu)應選用的DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）和前臺應用程序最新開發(fā)工具。在數(shù)據(jù)庫設計時，讓學生了解當前計算機軟件開發(fā)公司的程序設計員常用的幾種計算機輔助設計CASE工具，學習流行技術(shù)，積累開發(fā)經(jīng)驗。在研究性學習的過程中，學生基于軟件工程的思想，運用所學的數(shù)據(jù)庫應用技術(shù)、VC或VB程序設計方法，解決與考務有關(guān)的實際問題。
（二）針對不同學生在知識積累、學習方法和動手能力等方面的差異，根據(jù)學生自己的興趣、愛好和具體條件，結(jié)合學校的專業(yè)優(yōu)勢和教育資源現(xiàn)狀，教師應當幫助學生自主選擇恰當可行的研究課題，提高研究性學習的成效。
對于數(shù)學基礎扎實的學生，可以指導他們選擇與計算機理論研究相關(guān)的課題。例如，“基于神經(jīng)網(wǎng)絡的人臉識別系統(tǒng)研究”涉及人工智能、模式識別、數(shù)字圖像處理、程序設計方法等多學科知識，并且可以在VC或MATLAB等平臺上進行研發(fā)，要求參與該課題研究的學生具有較強的數(shù)學功底和編程能力。
硬件設計、調(diào)試能力強的學生則可以選擇開發(fā)小型的計算機應用軟件系統(tǒng)和實用的電子產(chǎn)品，如“采樣頻率可編程的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”“聲―光報警器”“智能門禁系統(tǒng)”“無接觸智能水電讀取系統(tǒng)”等設計課題。
（三）對于涉及多個學科的綜合性課題，按照不同的學科組建研究小組來實現(xiàn)各個模塊的研究學習工作。在研究性學習過程中，既培養(yǎng)了學生獨立解決各自問題的能力，又增強了學生的團隊精神和溝通協(xié)調(diào)能力，為將來走向工作崗位后承擔大型課題研究和項目開發(fā)打下堅實的基礎。“高速公路收費站汽車視頻監(jiān)控及收費系統(tǒng)設計”是一個涉及光、機、電、通信和計算機等多學科的綜合性課題，包括硬件設計和軟件開發(fā)，必須有多個研究小組分工協(xié)作，才能較好地完成該課題的研究性學習任務。在課題實施過程中，每個研究小組除獨立完成各個子模塊的設計工作，還必須考慮各子系統(tǒng)綜合的需求。
總之，在計算機課程的教學過程中實施研究性學習是十分必要，也是切實可行的。只要明確研究性學習的目標，認真分析研究性學習的特點，確定研究性學習的實施內(nèi)容，針對提出的問題設計切實可行的解決方案，通過創(chuàng)新的實踐過程，一定能取得解決實際問題的成果。
參考文獻:
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摘要:該文主要介紹計算機課程中開展研究性學習的必要性和優(yōu)勢,并分析實施步驟和注意事項,這對當前計算機課程教學改革有一定借鑒意義。
關(guān)鍵詞:研究性學習;計算機課程;教學模式
中圖分類號:G640文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)28-7997-02
The Application of Project Learning in College Computer Teaching
HUANG Shu-qin
(School of Information Engineering, Anhui University of Finance & Economics, Bengbu 233041, China)
Abstrat: The article introduces the necessary and the advantage in computer teaching, and analyzes implementation steps and attention items. It is significant to computer teaching innovation.
Key words: project learning; computer course; teaching mode
傳統(tǒng)的“講解,演示,上機操作”教學方式是以教師為主體,學生被動接受、模擬操作,這種模式難以激發(fā)學生的學習興趣,不能充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新能動性,沒有充分體現(xiàn)計算機課程操作性強、實踐性強的特點,也就未能很好的實現(xiàn)教學目標。對此需要一種開放、主動、多元的教學模式對傳統(tǒng)教學模式進行革新,研究性學習正是適合這種要求的一種模式。
研究性學習是我國教學改革的新理念和新模式,指學生在教師指導下,以類似科學研究的方式獲取知識和應用知識的學習方式。它以學生的自主性、探索性學習為基礎,從學科領域和社會生活中選擇和確定研究專題,主要以個人和小組合作的方式進行。這種方式靈活性強,自主性高,對培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力有重要意義。
1 計算機課程開展研究性學習的必要性及優(yōu)勢
計算機課程開展研究性學習有明顯的優(yōu)勢,我們從計算機課程和研究性學習的特點上來分析其共性。
1.1 計算機課程的特點
計算機課程的特點主要體現(xiàn)在以下四個方面:
1) 計算機學科是一門發(fā)展迅速的學科,知識更新快是其一大特點。計算機軟硬件發(fā)展迅速,學到的知識可能也很快就會過時,這就要求老師和學生要不斷的學習。
2) 計算機學科是一門新興學科,有很多問題沒有解決,盲點較多,需要不斷的探索研究。
3) 計算機學科操作性強,動手能力要求較高。老師課堂上講的內(nèi)容使學生感覺像過眼煙云,不能消化吸收,失去了學習的積極性。
4) 它是一門綜合性強的學科,尤其與數(shù)學、電子科學聯(lián)系緊密,知識點多。
計算機課程特點決定采用傳統(tǒng)教學模式效果不理想,需要進行改革。
1.2 研究性學習的特點
研究性學習特點:開放性、自主性、實踐性、探究性。
開放性是指學生研究的內(nèi)容來源于生活,是多方面的、全方位的、不是固定的;自主性是指學生是學習的主體,完全自主的決定學習的過程,在研究過程中發(fā)現(xiàn)自我價值,從而實現(xiàn)自我價值;實踐性是指研究性學習強調(diào)學生主動參與,而不是被動接受,培養(yǎng)學生的實踐動手能力;探究性是指學生在主動學習的過程中,培養(yǎng)科學態(tài)度和科學探索精神。
1.3 計算機課程開展研究性學習的必要性和可行性
現(xiàn)在的計算機課程采用的教學方式理論課多是“課件+多媒體”,即“講解+演示”,實驗課堂即上機練習,這種形式使很多學生不能很好的消化課堂上講的內(nèi)容,上機練習時往往不知所措,出現(xiàn)理論課和實驗課脫節(jié)的現(xiàn)象比較嚴重。而采用研究性學習,使學生完全自主的操縱每一步,對每一步都要動腦去思考,去探索,給了學生更大的選擇空間,這樣會增強學生的學習效果,激發(fā)學生的學習興趣。另外,高校的一個重要教學目標是培養(yǎng)學生的科研能力,研究性學習模式對提高學生的科研能力有極大幫助。所以鑒于當前傳統(tǒng)計算機教學方式的缺陷和當前高校的培養(yǎng)目標采用研究性學習模式具有必要性。
計算機課程的主要使用工具是計算機,這也是開展研究性學習的一個有力工具,學生借助于圖書館的電子資料和電子期刊數(shù)據(jù)庫,網(wǎng)絡等途徑可以方便的搜索、收集、整理所需的資料。計算機教育水平和研究性學習的關(guān)系緊密,可以說,計算機課程教育水平提高了,開展研究性學習的手段也提高了,反之亦然。另外,計算機課程涉及的學科較多,為開展研究性學習提供了更多的選擇空間。所以說,對計算機課程使用研究性學習的模式可行性較強。
1.4 計算機課程開展研究性學習的優(yōu)勢
計算機課程的和研究性學習的特點兩者之間有相通性。首先,就實踐性而言,研究性學習為學生提供了良好的實踐環(huán)境,而計算機學科操作性強,要求學生有較高的動手實踐能力;其次,研究性學習具有探究性、開放性、自主性,而計算機學科是一門新興學科,很多問題沒有解決,為研究性學習提供良好的前提和基礎。所以計算機課程采用研究性學習有明顯優(yōu)勢,效果會更好。
2 開展研究性學習的步驟
2.1 學習目標的設置
研究性學習目標是為了使學生具備分析問題、解決問題的能力,提高學生的創(chuàng)新能力和動手能力、培養(yǎng)科學態(tài)度科學和探索精神及靈活運用所學知識的綜合素質(zhì)。
2.2 課題設置
進行研究性學習,要根據(jù)學生的能力個性特點設置課題。課題可以由學生自己設置,也可以有老師命題。當然,由學生命題的要由老師把關(guān),考核課題的可行性。針對不同能力的學生課題的設置要有區(qū)別。例如擅長理論推導的學生可以設置一些算法的課題,人工智能、圖像處理等課程比較適合;編程能力較強的學生可以結(jié)合社會應用,進行軟件開發(fā)的課題;藝術(shù)修養(yǎng)較強的學生,可以設置網(wǎng)頁制作,動畫設計等方面的課題?？傊?設置的課題要針對不同學生,難度適中。
2.3 實施過程
研究性學習是強調(diào)學生在“做中學”,以任務驅(qū)動法激發(fā)學生的學習興趣,培養(yǎng)創(chuàng)新和主動性。課題定好后,最好以小組形式進行課題研究,可以增強學生之間的協(xié)作能力,培養(yǎng)團隊精神,遇到問題,共同討論,提出解決問題的方案。小組首先明確課題的預期目標和成果形式,制定實施方案,采用什么樣的設計方法。確定任務和方案后,查閱搜集資料,對資料整合。對課題研究,解決相關(guān)問題,形成結(jié)論性成果。在整個過程中,學生是主體,教師起著監(jiān)督和引導作用。可以定時召開課題進展報告會,了解課題進展情況及每個學生的學習情況。及時糾正學生出現(xiàn)的方向偏差和催促沒有積極投入課題研究中的學生。也可以采取其它形式,如分組討論、角色扮演等形式,鼓勵學生主動參與,充分發(fā)揮其主動性。
2.4 結(jié)果評價
研究性學習的評價體系應該多元化,一是評價的主體要多元化。有學生自評、小組評價和教師評價。二是評價的要素要多元化,可以考慮知識運用能力評價、探究能力評價、分析思考能力評價、綜合表達能力評價等多個方面綜合考慮,單純靠終結(jié)性評價的方法是不可取的。三是評價的時間更要注重整個研究過程,而不僅僅是最后。例如在課題設定階段,考察學生設定課題的能力;在研究過程中,考察知識的獲取情況、能力的培養(yǎng)情況及運用所學知識解決問題的能力;在課題完成后,匯報,交流階段考察學生的綜合表達能力。要重視對過程的評價和在過程中的評價,重視學生在學習過程中的自我改進,體現(xiàn)形成性評價的特點,使評價成為促進學生培養(yǎng)科學探索精神的催化劑。
3 實施過程中的注意事項
1) 師生角色的轉(zhuǎn)變。教師不再是知識的占有者和傳播者,而是指導者和組織者。教師的作用已經(jīng)不是傳統(tǒng)方式中的中心主體,由傳統(tǒng)學生學習的控制者,知識的仲裁者、實施者轉(zhuǎn)換為決策者,引導者,設計者,評價者。在研究性學習過程中,教師一方面引導學生進入正確的方向,另一方面監(jiān)督學生的學習情況。
2) 教師素質(zhì)的提高。開展研究性學習給了學生更大的自由空間,似乎對教師的要求降低了。其實不然,教師要具備因材設定課題的能力,具備課題方向的引導能力,要對整個課題牽涉的學科有一個全局的把握,對課題前沿問題要充分了解。這些都要求老師不斷的學習,加強自身素質(zhì)的修養(yǎng)。
3) 加強教師的監(jiān)督作用。由于開展研究性學習的主要途徑是網(wǎng)絡,網(wǎng)絡方便、快捷,同時也有更多的誘惑,教師要在學生開展研究性學習的過程中加強監(jiān)督,正確引導。
4) 課題內(nèi)容要考證可行性。設定的課題特別是學生設定的課題一定認真審查可行性,否則在做課題的過程中會半途而廢,影響課程的學習,達不到預期學習效果。
4 結(jié)束語
研究性學習的開展范圍有兩種:一是課堂教學,另外一個是課外形式。這兩種形式都有教師使用并取得一定的成果。研究性學習的優(yōu)越性必將引起各學科教師應用這種模式,這對教學改革起到重要促進作用。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞：虛擬實驗系統(tǒng)；研究性學習；VR-Platform
中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2014）07-0068-04
引言
新課改實施后，高中信息技術(shù)課程體系發(fā)生了很大的變化，選修模塊增加了很多實驗性的課程內(nèi)容，例如計算機硬件組裝、網(wǎng)線的制作、網(wǎng)絡服務配置、機器人裝配與調(diào)試等都具有很強的操作性，其目的是要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。但目前很多學校由于實驗設備的缺乏學生無法真正動手進行實驗，為了解決實驗教學環(huán)境缺失這一難題，我們設計與開發(fā)了虛擬實驗系統(tǒng)。
近年來隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外的學者在虛擬實驗這方面做了大量的研究和開發(fā)工作，但主要面向的是高等教育理工科實驗教學，基礎教育中的研究比較少，主要也是針對物理、化學、生物等主科，作為副科的信息技術(shù)長期不受重視，在虛擬實驗方面的研究屈指可數(shù)：有文獻介紹了用虛擬機技術(shù)搭建虛擬實驗平臺的方法；[1]也有文獻介紹了用3Ds Max和VR-Platform（以下簡稱VRP）開發(fā)一個可交互的課件。[2]從技術(shù)實現(xiàn)的角度來看，采用虛擬機技術(shù)能夠解決硬件設施不足的問題，方便硬件設備的管理，但是平臺缺乏交互性；[1]也有的給高中信息技術(shù)實驗教學帶來了新思路，卻僅僅是一個單獨的虛擬實驗實例，不具有擴展性。[2]
本文針對上述不足，提出利用VRP構(gòu)建研究性虛擬實驗系統(tǒng)的方案，即以VRP作為虛擬場景的開發(fā)工具，以研究性學習理論為基礎指導虛擬實驗系統(tǒng)教學設計。該方案能夠克服上述方法中技術(shù)實現(xiàn)的不足，同時注重系統(tǒng)的教學特性，具有交互性、平臺擴展性，易于實現(xiàn)和自主性、探究性等特征。
一、研究性虛擬實驗系統(tǒng)的設計
本文以高中信息技術(shù)選修課程《網(wǎng)絡技術(shù)應用》為例，依據(jù)《網(wǎng)絡技術(shù)應用》課程實驗要求設計和實現(xiàn)基于VRP的研究性虛擬實驗系統(tǒng)，系統(tǒng)設計的總目標是要改善目前實驗設備缺乏的現(xiàn)狀以及培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。其中研究性虛擬實驗系統(tǒng)中的“研究性”，指的是以研究性學習理論為指導思想，設計出來的虛擬實驗具有研究性學習的特點，能使學生通過實驗增強實踐探究能力和創(chuàng)新意識。目前對研究性學習的定義沒有統(tǒng)一的界定，《普通高中研究性學習實施指南（試行）》給出的定義是：研究性學習特指學生在教師指導下，從自然、社會和生活中選擇和確定專題進行研究，并在研究過程中主動地獲取知識、應用知識、解決問題的學習活動。[3]根據(jù)此定義，這里將研究性學習理解為一種學習方式，它相對應于接受性學習，學生的學習是一個主動探究問題、創(chuàng)造性地解決問題的過程。具有自主性、開放性、主題性、實踐性、探究性和創(chuàng)造性等特點。[4]
1.教學設計
（1）學習者分析
學生是虛擬實驗系統(tǒng)使用的主體，因此在系統(tǒng)開發(fā)前必須充分考慮學生的特點、認知水平和認知風格等基本特征，為后續(xù)的開發(fā)工作提供依據(jù)。高中生的生理和心理都進入成熟期，思維具有創(chuàng)造性和靈活性，喜歡新事物和創(chuàng)造性的活動，因此在新穎而有趣的虛擬實驗環(huán)境中進行自主探究學習，能夠激發(fā)學生的學習興趣，滿足學生的求知欲和探索精神。
（2）研究性教學內(nèi)容與學習資源設計
本系統(tǒng)中包含《網(wǎng)絡技術(shù)應用》教材中大部分的實驗內(nèi)容，通過對實驗內(nèi)容的整合，選取能夠體現(xiàn)虛擬實驗系統(tǒng)教學優(yōu)勢、實踐體驗性強的實驗內(nèi)容，每個實驗都是以問題的形式呈現(xiàn)，學生在這個問題情境下，可以提出具體的研究問題作為實驗學習目標。為輔助學生自主實驗，系統(tǒng)提供理論豐富的學習資源，如文本學習資料、圖片、動畫及視頻案例等，學生可以自由地組織和獲取各種學習資源。
以上設計體現(xiàn)了研究性學習開放性的特點，學生可以自主選擇實驗內(nèi)容與學習資源進行實驗，另外，虛擬實驗系統(tǒng)能夠使學生不受時間和空間的限制隨時隨地進行實驗，體現(xiàn)了整個研究性虛擬實驗系統(tǒng)的開放性。
（3）教學目標分析
教學目標是教學的出發(fā)點和歸宿，也是對學生學習效果評價的依據(jù)。虛擬實驗的具體目標分為兩個：知識、技能目標和實驗活動目標，其中實驗活動目標中包含情感態(tài)度、精神素養(yǎng)方面的要求。
（4）自主實驗策略制定
研究性學習強調(diào)學生的主體地位，要充分發(fā)揮學生的主動性，因此自主實驗的設計應以學生為中心，學生自主對實驗引導的問題進行探索，從實驗儀器的選擇、實驗操作步驟的確定、學習資源的利用到實驗報告的填寫，都是由學生自主安排，教師不參與實驗過程，而是給出相關(guān)知識點解析、視頻或PPT演示示例供學生參考，學生可以根據(jù)自己的學習情況安排自己實驗進度。整個實驗過程具有自主性、探究性和實踐性，同時學生探究實驗的過程也是一個創(chuàng)造性的過程。
（5）反饋評價設計
研究性虛擬實驗系統(tǒng)的反饋評價設計，主要是通過填寫實驗報告進行的，同時也注重學生在實驗過程的評價與學生的自我評價。目的在于讓學生及時了解自己的實驗情況，反復修正和探索實驗問題，教師也可以通過學生的實驗反饋了解學生的學習情況。
2.系統(tǒng)框架設計
虛擬實驗系統(tǒng)包括簡介、儀器庫、實驗列表、背景音樂、幫助和退出系統(tǒng)六個組成部分，其中最核心的部分是虛擬實驗模塊，每個虛擬實驗功能設計大致一樣，主要由實驗介紹、演示示例、儀器選擇、自主實驗及反饋自測五大功能模塊組成。系統(tǒng)的框架設計如圖1所示。
實驗介紹模塊：介紹每個虛擬實驗的學習背景概述、教學目標、教學重點和難點。示例演示模塊：包括視頻教程和PPT動畫演示文稿，通過鼠標點擊虛擬投影屏幕模型上的按鈕進行播放。儀器選擇模塊：虛擬儀器桌上主要有水晶頭、雙絞線、網(wǎng)線測試儀、壓線鉗、路由器、交換機等虛擬儀器，通過鼠標點擊虛擬儀器模型實現(xiàn)交互，從而選擇實驗所需要的儀器設備。自主實驗模塊：這是學生進行自主虛擬實驗的開放性場所，學生在虛擬小女孩角色的引導下進入虛擬實驗室中進行自主實驗探究。本模塊中提供的資源包括動畫漫游、問題引導、知識點解析、操作內(nèi)容和實踐拓展，學生實驗前可以通過動畫漫游熟悉整個實驗環(huán)境，然后根據(jù)給出的操作內(nèi)容，自主進行實驗探究，實驗中有疑惑可查看教師給出的問題引導及相關(guān)知識點解析，學有余力的學生還可以完成實踐拓展中的內(nèi)容，進一步提高自己能力。反饋自測模塊：附有實驗記錄表、實驗中問題分析和實驗結(jié)論填寫。
3.流程設計
根據(jù)系統(tǒng)設計實現(xiàn)的先后順序，虛擬實驗系統(tǒng)的實現(xiàn)流程圖包括前期準備階段、3D建模階段和交互設置階段三個步驟，如圖2所示。
（1）素材收集
在系統(tǒng)實現(xiàn)的前期準備階段，除了對教學設計“軟”素材的準備，還要對虛擬場景制作的“硬”素材進行收集。由于虛擬實驗系統(tǒng)是以實體實驗室為基礎進行仿真構(gòu)建的，因此要對實驗室的外形構(gòu)造信息和紋理材質(zhì)、貼圖照片等進行采集。
（2）三維模型建立
本文采用功能強大、界面友好的3ds Max 2010進行《網(wǎng)絡技術(shù)應用》虛擬實驗環(huán)境的構(gòu)建，主要包括虛擬實驗室、虛擬實驗儀器設備如水晶頭、雙絞線、壓線鉗、PC機、路由器等模型的構(gòu)建。模型框架創(chuàng)建后，為模型添加材質(zhì)和貼圖、布置燈光及場景烘焙，其效果如圖3所示。
（3）交互設計
在3ds Max 2010中完成虛擬實驗環(huán)境建模后，通過安裝好的VRP-for-Max插件導入VRP編輯器中，導出的時候可以進行預覽。成功導入VRP編輯器后便可對虛擬實驗場景進行編輯和調(diào)整，進行交互設計。本文所實現(xiàn)的是桌面式虛擬實驗系統(tǒng)，學習者與系統(tǒng)的交互主要是通過鼠標、鍵盤及界面的按鈕進行，通過設置模型或按鈕的事件觸發(fā)腳本命令實現(xiàn)與場景中對象的各種互動，如實現(xiàn)對模型的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)及在場景中進行漫游、行走等。
（4）虛擬實驗系統(tǒng)
VRP虛擬實驗系統(tǒng)的比較簡單靈活，既可以將文件編譯成單機可獨立執(zhí)行的*.exe文件，也可以輸出為Vrpie文件通過互聯(lián)網(wǎng)在線瀏覽交互。
二、具體實現(xiàn)案例
1.開發(fā)環(huán)境介紹
VR-Platform(Virtual Reality Platform，簡稱VRP)是北京中視典數(shù)字科技有限公司獨立開發(fā)的虛擬現(xiàn)實軟件，VRP軟件的適用性比較強，操作簡單，軟件功能強大，已經(jīng)廣泛應用于城市規(guī)劃、室內(nèi)設計、教育科研、古跡復原、工業(yè)仿真及軍事模擬等領域。
本文采用VRP軟件最新版本VRP12.1212作為虛擬實驗系統(tǒng)開發(fā)平臺，選擇的理由：一是VRP軟件是全中文界面，高度可視化，所見即所得，最大的特點就是易學易用，可以說在目前虛擬現(xiàn)實軟件中是最容易上手的。[5]對編程基礎沒有大的要求，這可以打消很多高中信息技術(shù)一線教師“想做虛擬現(xiàn)實卻苦于編程基礎一般”的疑慮，激勵更多一線教師參與進來，設計出更多符合高中生學習特點的虛擬實驗。二是交互性良好，在VRP中模型和二維界面都可以進行鼠標事件或距離觸發(fā)事件的腳本編寫，簡單設置參數(shù)后，就可以實現(xiàn)功能強大的交互。三是與3Ds Max 無縫集成，支持3Ds Max中絕大多數(shù)的燈光、材質(zhì)、貼圖，支持3ds Max中的相機動畫、骨骼動畫、位移動畫和變形動畫，這些模型和動畫都可以很方便快捷地導入到VRP中，導出時還可以進行預覽。[6]四是VRP具有良好的兼容性，能夠兼容大多數(shù)Windows系統(tǒng)，VRP中還提供了ActiveX插件方式、基于腳本方式和基于C++源碼的SDK三種強大的二次開發(fā)接口，具有良好的擴展性。
2.具體實現(xiàn)
下面通過部分實例來說明如何利用VRP實現(xiàn)研究性虛擬實驗系統(tǒng)：
（1）演示示例的實現(xiàn)
當用鼠標單擊二維界面“演示示例”按鈕時，虛擬實驗場景切換到投影儀屏幕，用鼠標單擊屏幕上的開始播放按鈕，即可播放虛擬實驗的演示示例視頻或PPT動畫演示文稿。圖4為實驗案例一“網(wǎng)線的制作”演示示例效果。
其中“演示示例”按鈕的腳本代碼設置為：
切換相機（通過名稱），定點-投影屏幕，1
開始播放按鈕腳本設置為：加載視頻,E:\li\實驗 例子\VRP文件\網(wǎng)線的制作.avi,0
應用視頻到模型,網(wǎng)線視頻按鈕,1
視頻播放控制,網(wǎng)線視頻按鈕,1
變量賦值,視頻顯示,1
（2）虛擬儀器選擇的實現(xiàn)
單擊“儀器選擇”按鈕，系統(tǒng)通過定點相機切換場景到儀器桌，儀器桌上的儀器設備信息都記錄在連接的Access數(shù)據(jù)庫中，鼠標左鍵雙擊儀器可以調(diào)出數(shù)據(jù)庫顯示面板查看儀器信息，如圖5所示。學習者根據(jù)實驗需要自主選擇儀器，單擊鼠標中鍵可選擇所需儀器，當選擇錯誤儀器時，系統(tǒng)會給出溫馨提示，學生自己考慮選擇或取消，取消選擇點擊鼠標右鍵即可。
“儀器選擇”按鈕腳本設置如下：
切換相機（通過名稱），定點-儀器桌，1
時間軸播放，儀器操作時間軸
更改時間軸播放方式，儀器操作時間軸，0，1
激活時間軸，儀器操作時間軸，1，1
（3）自主實驗的實現(xiàn)
學生進行自主實驗是虛擬實驗系統(tǒng)的核心部分，單擊二維界面上“自主實驗”按鈕，進入自主實驗開始場景，其界面如圖6所示。學生通過小女孩角色引導進入虛擬實驗室進行虛擬實驗探索，如圖7所示為學生正在通過ping命令測試網(wǎng)絡連接，界面用大窗口實現(xiàn)電腦桌面內(nèi)容便于觀看和操作，使用到的是VRP12版新增加的“渲染到貼圖”功能。[7]
“自主實驗”按鈕腳本設置為：切換相機(通過名稱),定點-室外,1。
“漫游”按鈕腳本：切換相機（通過名稱），動畫相機漫游，1。
小女孩角色腳本設置為：時間軸播放,室外行走動畫。
切換相機（通過名稱），角色控制-小女孩，1。
開門動作腳本：播放剛體動畫，vrp_rigid開門，0，0，1。
三、結(jié)束語
本文以高中信息技術(shù)選修課《網(wǎng)絡技術(shù)應用》為例，設計和實現(xiàn)研究性的虛擬實驗，打破了傳統(tǒng)的教學方式，為高中信息技術(shù)實驗課程提供了新的教學模式和學習方式。注重實驗內(nèi)容的研究性教學設計和界面設計，可以提高學生的興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。選用VRP作為虛擬實驗的開發(fā)工具，并且給出了整個開發(fā)流程，為高中信息技術(shù)一線教師自主研究開發(fā)提供參考。只有信息技術(shù)教師首先重視學科教學，信息技術(shù)學科的地位才能得到有效提升。
參考文獻：
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[關(guān)鍵詞]學習環(huán)境；虛實融合；學習環(huán)境設計；關(guān)聯(lián)主義；物聯(lián)網(wǎng)
[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-0008f2013）03-0003-07
一、引言
學習環(huán)境的研究最早可追溯到心理學家勒溫（KurtLewin，1890-1947），他認為學習環(huán)境的設計應滿足學習者的心理需求，與之充分互動，從而影響其外在行為表現(xiàn)。隨著研究的深入。學者們將學習環(huán)境的概念延伸到課堂氛圍、學校文化等方面，認為教與學的過程類似于社會交往。需要一定的文化氛圍起外在引導作用。
20世紀90年代以來，以網(wǎng)絡、多媒體為代表的信息技術(shù)得到迅速發(fā)展，信息技術(shù)工具已將“現(xiàn)實”的學習環(huán)境拓展到基于網(wǎng)絡和多媒體的“虛擬”學習環(huán)境，打破了傳統(tǒng)教學活動的時空限制，可以有效地激發(fā)學習者的學習熱情，促進協(xié)作和分布式學習。然而，單純的現(xiàn)實環(huán)境和網(wǎng)絡中的虛擬環(huán)境對教學的影響各有利弊，在增強學習者臨場體驗、培育學習者實際操作能力、拓寬學習者視野、培育學習者協(xié)作式解決問題能力等等方面，實和虛的學習環(huán)境不可兼得。
為此，有必要在關(guān)聯(lián)主義學習理論的支撐下，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的應用，將課堂內(nèi)/外的“現(xiàn)實”學習環(huán)境與基于網(wǎng)絡/多媒體的“虛擬”學習環(huán)境進行“融合”，使之成為有機的整體。營造“虛實融合”的學習環(huán)境。該環(huán)境既能滿足學習者獲取真實的學習體驗，促進開展基于網(wǎng)絡的協(xié)作學習，又有利于教師在探究過程中為學習者提供多方位的指導。拓展學習者的視野。
二、學習環(huán)境及其構(gòu)成要素
（一）學習環(huán)境的內(nèi)涵
隨著建構(gòu)主義理論的興起，教學范式的關(guān)注點逐步從“教”轉(zhuǎn)向“學”，在強化情境認知理論的同時，學習環(huán)境的重要性日益受到關(guān)注。
國外學者大多從學習活動的視角來定義學習環(huán)境，認為學習環(huán)境是促進學習有效開展的活動空間。較早關(guān)注學習環(huán)境設計的學者（Jonassen，D.H，1999）從建構(gòu)主義的視角出發(fā)。認為學習環(huán)境是一種以技術(shù)為支持的環(huán)境，有利于學習者開展有益的學習。Hannafin（1992）將學習環(huán)境看作是一個全面、綜合的系統(tǒng)，它通過以學習者為中心的活動來促進人們參與學習。
國內(nèi)學者更多的是通過描述學習環(huán)境的要素來界定該概念。例如，何克抗、李文光（2002）將學習環(huán)境具體化為學習資源和人際關(guān)系的組合。其中，學習資源包括學習材料（即信息）、幫助學習者學習的認知工具（獲取、加工、保存信息的工具）、學習空間（比如教室或虛擬網(wǎng)上學校）等等；人際關(guān)系則包括學生之間和師生之間的人際交往。鐘志賢（2005）認為學習環(huán)境是為促進學習者發(fā)展，“特別是為高階能力發(fā)展而創(chuàng)設的學習空間”。包括物質(zhì)空間+活動空間+心理空間。
（二）學習環(huán)境的構(gòu)成要素
新的理論與技術(shù)為學習環(huán)境的設計研究提供了新的視角，同時也豐富和拓展了學習環(huán)境的構(gòu)成。由于人們立足于不同的基礎理論與支持技術(shù)。其關(guān)注點各不相同，對構(gòu)成要素的理解也有所不同。表1列出了根據(jù)時間順序，研究者們對學習環(huán)境構(gòu)成要素的不同觀點。
目前，國內(nèi)外關(guān)于學習環(huán)境構(gòu)成要素的研究大多基于計算機網(wǎng)絡技術(shù)與建構(gòu)主義理論，主要關(guān)注學習環(huán)境的設計，協(xié)作學習、基于資源的學習的有效支持等。通過文獻分析可知，研究者們對學習環(huán)境要素的理解有廣義和狹義兩個方面。在廣義上，學習環(huán)境包含了教學系統(tǒng)的各個要素，例如，教師、學生、內(nèi)容、方法和媒體等；在狹義上，學習環(huán)境為某一類型的學習活動提供相關(guān)工具、資源與教學策略支持。此外，學習環(huán)境要素的描述也受到研究者關(guān)注視角的影響。例如，在建構(gòu)主義視角下，學習環(huán)境離不開資源、工具與情境等要素（鐘志賢的“7+2”模型與Jonassen的建構(gòu)主義學習環(huán)境）：在協(xié)作學習的視角下，學習環(huán)境需具備協(xié)作學習的空間、工具或硬件等（李繼穎、張振亭，2001；葉賜添；李克東，2009；安維琪，2011）。
三、虛實融合學習環(huán)境及其特征
（一）虛實融合環(huán)境的內(nèi)涵
隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，基于網(wǎng)絡和多媒體的虛擬學習環(huán)境逐步走入人們的視野，早在1999年就有研究者討論了學習環(huán)境由實變虛的歷程，具體表現(xiàn)在學習伙伴、學習資源與學習方法三個方面。隨著技術(shù)的革新、教學理念的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)實的物理教學環(huán)境與虛擬的網(wǎng)絡教學平臺都暴露出各自的不足之處，為了支持開展有效的教學活動，需要將二者進行融合。現(xiàn)實的物理世界能為學習者提供真實的體驗，在提升學習者情感和動機方面要優(yōu)于虛擬的網(wǎng)絡環(huán)境，虛擬的網(wǎng)絡平臺和工具則能夠打破限制，極大地拓展學習者的探究與學習領域。
在本文中，將支持現(xiàn)場講授、演示、操作練習的方法開展教學活動的真實環(huán)境稱之為“現(xiàn)實”學習環(huán)境，而借助于網(wǎng)絡和多媒體手段、支持非面對面形式的學習活動的場所稱之為“虛擬”學習環(huán)境。由于這兩類學習環(huán)境在學習者的能力培養(yǎng)方面各有長處和短處，十分有必要將其進行融合，從而構(gòu)建“虛實融合”的學習環(huán)境。
所謂虛實融合的學習環(huán)境，是指一類通過傳感器設備識別、獲取真實環(huán)境中與學習活動相關(guān)的客觀信息，通過互聯(lián)網(wǎng)將基于課堂和社會的真實學習環(huán)境與基于網(wǎng)絡和多媒體的虛擬學習環(huán)境融為一體的新型學習環(huán)境。
虛實融合的學習環(huán)境主要借助于傳感器，通過互聯(lián)網(wǎng)連接現(xiàn)實世界與虛擬世界。傳感器設備作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，識別、獲取真實世界中對促進學習活動開展起著重要作用的信息，經(jīng)過數(shù)字化處理后直接為學習者所采用?；ヂ?lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)的應用，主要表現(xiàn)在虛擬學習環(huán)境和數(shù)字化學習資源的構(gòu)建，學習者通過個性化學習環(huán)境獲得學習主題相關(guān)的資源，避免了在海量的網(wǎng)上資源中迷航，提高學習效率，并有效支持協(xié)作學習活動的開展。
當前，支持學校開展科學探究活動的學習環(huán)境主要有兩類：一是基于學校課堂內(nèi)/外的“現(xiàn)實世界”。二是基于網(wǎng)絡/多媒體的“虛擬世界”。在圖1所示的“學習環(huán)境一學習模式”坐標系中。傳統(tǒng)的課堂教學活動、傳統(tǒng)的研究性學習活動分別位于A、D兩個象限之中；基于信息技術(shù)的教學演示活動位于B象限：基于信息技術(shù)的研究性學習活動則位于c象限。其中包括網(wǎng)絡探究（WebQuest）、網(wǎng)絡探究科學環(huán)境（Web-basedInquiry Science Environment，簡稱WISE）、信息問題解決模式（BIG6）等典型的研究性學習模式。
圖中虛線勾畫出的橢圓是“虛實融合環(huán)境中的研究性學習”活動，它將虛擬環(huán)境與現(xiàn)實環(huán)境有機地結(jié)合起來，既充分利用虛擬環(huán)境中豐富的網(wǎng)絡信息資源、認知與交互工具來開展研究性學習活動，又將學習活動置于現(xiàn)實環(huán)境中的真實情景，使得學習任務更具真實性與挑戰(zhàn)性，更加激發(fā)學習者的動機與興趣。
（二）虛實融合環(huán)境的特征
一般說來，本文所討論的虛實融合的學習環(huán)境具有以下特征：（1）基于傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持，實現(xiàn)真實學習環(huán)境與虛擬學習環(huán)境的有機結(jié)合；（2）通過虛擬環(huán)境向?qū)W習者提供真實環(huán)境中難以獲取的數(shù)據(jù)，將基于校內(nèi)的正式學習活動與基于社會的非正式學習活動有機結(jié)合；（3）支持現(xiàn)實環(huán)境中的問題解決型教學活動，借助虛擬化的工具和手段開展科學探究。通過協(xié)作與互動解決現(xiàn)實世界中的真實問題：（4）通過傳感器和網(wǎng)絡實時獲取和傳遞現(xiàn)實環(huán)境中的數(shù)據(jù)，擁有虛擬環(huán)境中海量的數(shù)字化學習資源，有利于開展跨時空的自主學習：（5）參與者能夠最大限度地參與學習活動并有所收益，參與者既是某一領域的學習者也可能是某一領域的專家。
總之，虛實融合的學習環(huán)境結(jié)合了真實環(huán)境與虛擬環(huán)境的優(yōu)勢，可以彌補二者在培養(yǎng)學習者協(xié)作創(chuàng)新與滿足學生真實體驗等方面的不足。使用基于傳感器和通信網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為學習者提供真實、同步的科學探究工具與手段，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)編織起巨大的知識網(wǎng)絡，使所有參與者都能從中學到知識。獲得體驗。拓展視野。從而滿足不同層次的學習需求。
基于課堂的“現(xiàn)實”學習環(huán)境、基于網(wǎng)絡和多媒體的“虛擬”學習環(huán)境，以及“虛實融合”學習環(huán)境三者在理論基礎、技術(shù)支持等方面均有所不同，但在促進學習者有效學習的根本目標上是一致的，如表2所示。
四、虛實融合學習環(huán)境的理論與技術(shù)支持
（一）情境認知理論與分布式認知
建構(gòu)主義理論的四要素（情境、會話、協(xié)作、意義建構(gòu)）奠定了學習環(huán)境的理論基礎。建構(gòu)主義認為，情境在促進學習者意義建構(gòu)過程中的作用不容忽視，學是與一定的社會文化背景即“情境”相聯(lián)系的，學習者在實際情境下進行學習，通過“同化”與“順應”才能達到對新知識意義的建構(gòu)。會建構(gòu)主義理論觀點更是認為，學校中的學習應該在一種有意義的情境中發(fā)生，它不可能與兒童在“真實世界”中所獲得的知識相分離。因此。學習過程類似于社會交往過程。社會文化氛圍與學習情境對存在于其中的主體有很大的影響，舒適融洽的情境能夠滿足主體的心理需求，促進有意義的交流。
情境認知理論認為，學習者的生活經(jīng)驗以及在新知識的獲得與應用中利用這一生活經(jīng)驗對于學習是十分重要的。事實上，情境認知的研究正是試圖通過設置基于工作的、模仿從業(yè)者真實活動的學習環(huán)境?；蚪柚畔⒓夹g(shù)設計的逼真、仿真環(huán)境和虛擬實境來提高學習的有效性，并保證知識向真實情境的遷移。
雖然。目前現(xiàn)代信息技術(shù)工具已經(jīng)實現(xiàn)了對真實情境的復制和虛擬化，但在滿足學習者的真實感和臨場體驗方面，真實的情境與活動仍然不可替代。因此。在重視基于網(wǎng)絡的虛擬學習環(huán)境的同時，也要重視真實環(huán)境中的活動、情境與評價，二者相輔相成。
分布式認知是一種認知活動，既是對內(nèi)部和外部表征的信息加工過程，也是一個包括認知主體和認知環(huán)境的學習系統(tǒng)。分布式認知強調(diào)認知現(xiàn)象在認知主體和環(huán)境間分布的本質(zhì)，它認為認知分布于學習者個體的大腦內(nèi)。大腦是一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)，具有社會性。該理論把人的學習過程與大腦的自然學習過程類比，強調(diào)要設計合適的學習環(huán)境以使人類學習過程與大腦的自然學習過程相一致。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，基于計算機和網(wǎng)絡的學習環(huán)境正在分布式認知學習中扮演著愈來愈重要的角色。
在分布式認知的相關(guān)理論中，制品（artifact）被理解為支持分布式學習的設備或?qū)W習技術(shù)，學習者與制品的交互過程促進了有效學習，人與制品構(gòu)成了動態(tài)的學習環(huán)境系統(tǒng)，這是一個復雜的分布式學習系統(tǒng)。分布式學習環(huán)境中的“制品”被認為帶有認知能力，例如，智能教學系統(tǒng)中的智能被認為擁有類似于專家的“智力”，當學習者帶著大腦中的知識參與到分布式的學習環(huán)境中，將與“制品”產(chǎn)生交互。為了促進學習者知識體系的完善與提升，就必須科學設計和正確使用“制品”，使之與學習者的大腦知識互補。從而有效提升學習效率。
（二）關(guān)聯(lián)主義學習觀與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
加拿大學者喬治·西門斯（George Siemens）于2005年提出一種有別于傳統(tǒng)學習理論的數(shù)字化時代的學習觀，即關(guān)聯(lián)主義（connectivism）的學習觀。其基本原理包括：學習與知識建立于各種觀點之上：學習是一種將不同專業(yè)節(jié)點或信息源連接起來的過程：學習可能存在于非人的工具設施中；學習的能力比當前知識的掌握更重要：為促進持續(xù)學習，需要培養(yǎng)與保持各種連接；發(fā)現(xiàn)不同領域、理念與概念之間聯(lián)系的能力至關(guān)重要：知識的流通是所有關(guān)聯(lián)主義學習活動的目的。該學習觀認為。數(shù)字化時代的學習建立在與信息節(jié)點保持高度連通的基礎上，知道“從哪里尋找答案”比知道“答案是什么”更加重要。根據(jù)關(guān)聯(lián)主義的觀點，在學習環(huán)境的構(gòu)建與應用中，應當更加注重個體知識的有效管理，支持快速獲取信息、加工信息。例如。在相關(guān)的研究中所提出的關(guān)注信息節(jié)點的聚合、打造嵌入型的學習場域、注重個人知識管理以及延展社會網(wǎng)絡等等。
物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things。IOT）近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用的拓展與延伸，國際電信聯(lián)盟（1TU）2005年的報告認為，物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品到物品（Thing to Thing，T2T1、人到物品（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之間的互連。t23r2008年，歐洲信息社會與媒體委員會的報告《2020年的物聯(lián)網(wǎng)：未來之路》中，將物聯(lián)網(wǎng)定義為：由一些“具有身份標識與虛擬的個性化特征，可以利用智能化接口在智能空間進行相關(guān)操作，并可以與社會的、環(huán)境的、用戶的上下文相互連接并進行有效溝通”的物體所構(gòu)成的網(wǎng)絡。鑒于此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于學習環(huán)境建設，應當是以傳感器為基礎元件，實時采集現(xiàn)實環(huán)境中人們難以直接獲得的、與學習活動相關(guān)的數(shù)據(jù)并進行可視化，與基于網(wǎng)絡和多媒體的虛擬學習環(huán)境中大量的社群節(jié)點進行無縫的關(guān)聯(lián)（連接），進而構(gòu)建起一個高度連通的、有效支持協(xié)作學習活動的龐大的學習環(huán)境。
物聯(lián)網(wǎng)體系通常由圖2所示的感知層、網(wǎng)絡層和應用層三部分構(gòu)成。在這里。感知層是基礎，通過無線射頻識別（RFID）標簽或各類傳感器。實時采集現(xiàn)實環(huán)境或真實物體的相關(guān)信息，實現(xiàn)物物相連，感應器將其與網(wǎng)絡接口連接；在網(wǎng)絡層，云計算平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的最大范圍共享，并進行信息加工與處理，最后在應用層使用并推廣；在應用層，就學習環(huán)境的應用而言，可以進行針對特定主題的探究學習，與異地學習者開展協(xié)作式學習，在虛擬仿真平臺上編程并對實體機器人進行運行調(diào)試。進行數(shù)字化科學實驗等等。
在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的虛實融合學習環(huán)境中，包含有各種類型的信息節(jié)點，例如，參與者個體所代表的專業(yè)知識庫，虛擬網(wǎng)絡空間的資源庫，以及傳感設備提供的信息數(shù)據(jù)庫等等。應當在關(guān)聯(lián)主義學習觀的指導下，合理利用這些資源節(jié)點構(gòu)建符合“數(shù)字化一物物相連”特點的有效學習環(huán)境。
基于關(guān)聯(lián)主義學習觀的虛實融合的學習環(huán)境，可以支持學習者快速獲取學習資源，管理個人知識空間，提高學習效率，在加強與拓展知識節(jié)點的同時。提高協(xié)作解決實際問題的能力和多視角的探究能力?；陉P(guān)聯(lián)主義學習觀的視角，虛實融合的學習環(huán)境既繼承了傳統(tǒng)學習環(huán)境的關(guān)鍵要素，又豐富和發(fā)展了其結(jié)構(gòu)與內(nèi)涵。
五、虛實融合學習環(huán)境的應用實例
近年來，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)與現(xiàn)代教學理念的發(fā)展，國內(nèi)外先后出現(xiàn)了一些典型的虛實融合學習環(huán)境實例。臺北市的校園數(shù)字氣象站就是一個較早將傳感設備應用于中小學氣象數(shù)據(jù)觀測和教學活動的典型例子，其他的例子還有：東北師范大學的基于概念構(gòu)圖的網(wǎng)絡協(xié)作學習環(huán)境、香港培正中學的e一小區(qū)協(xié)作學習環(huán)境、臺灣科技大學研究團隊圍繞科學探究主題構(gòu)建的情境感知泛在學習環(huán)境、美國面向科學教育的可視化協(xié)作學習環(huán)境（covis）等等?？梢?，虛實融合的數(shù)字化學習環(huán)境的研究已逐步從理論走向?qū)嵺`，在各種新型的信息技術(shù)硬、軟件的支持下，其內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)將更加豐富和多樣。
（一）校園環(huán)境信息觀測與研究性學習
“基于社區(qū)/校園的環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)及其教育應用”是我們承擔的一項浙江省公益性技術(shù)應用項目。校園環(huán)境信息觀測系統(tǒng)（Campus Environment Information System。以下簡稱CEIS）是其中的主要成果之一。
CEIS系統(tǒng)將單純的環(huán)境數(shù)據(jù)的觀察與應用進行拓展，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立一個虛實融合的，集硬/軟件、環(huán)境信息服務、環(huán)境知識普及、在線協(xié)作探究為一體的區(qū)域環(huán)境觀測與環(huán)境教育信息化平臺。
CEIS系統(tǒng)的總體構(gòu)成如圖3所示。整個系統(tǒng)由室外采集器、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫、信息門戶構(gòu)成，學習者既可利用在線工具開展探究學習。也可通過移動設備查詢實時數(shù)據(jù)開展活動。其中，室外采集器（如圖4左圖所示）由太陽能供電、分布式傳感器網(wǎng)絡感知和無線數(shù)據(jù)傳輸三個部分組成，可以實時或定時采集本區(qū)域的各類環(huán)境數(shù)據(jù)并上傳到遠程服務器中，包括氣象要素（溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓和總輻射）、環(huán)境噪聲、空氣質(zhì)量（二氧化碳、臭氧、有毒有害氣體和粉塵顆粒物）等12個環(huán)境要素。此外，本系統(tǒng)具有較好的擴展性，可以根據(jù)需要增減傳感器的類型和數(shù)量。信息門戶網(wǎng)站（如圖4右圖所示）向用戶提供環(huán)境要素的實時數(shù)據(jù)信息以及相關(guān)的學習資源，如科普知識，供學習者在線開展科學探究。
CEIS系統(tǒng)將虛擬環(huán)境（包含了在線的信息資源、在線協(xié)作學習工具）與真實的校園環(huán)境（包含了真實的校園、基于真實情景的環(huán)境數(shù)據(jù)）有機融合，學習者既可以基于真實的環(huán)境問題，在真實的世界中，通過真實的評價反饋開展研究性學習。又能夠充分利用虛擬的在線學習平臺及網(wǎng)絡工具，跨越時空界限，進行無障礙的交流與協(xié)作。在學校環(huán)境教育領域，可以較好地解決傳統(tǒng)的課堂教學中的難點，通過該系統(tǒng)采集難以直接從真實情景中獲取的環(huán)境信息，開展跨校間的分布式協(xié)作學習，在學習活動過程中逐步積累相關(guān)數(shù)據(jù)和優(yōu)秀案例，促進學習者知識的吸收與內(nèi)化，以及科學探究能力的提升。在這里，我們以面向小學3-6年級的環(huán)境教育為例，列出利用CEIS系統(tǒng)開展科學探究的活動設計方案如表3所示。
（二）GLOBE全球性學習與觀察
“有益于環(huán)境的全球性學習與觀察”（Global Learning andObservations to Benefit the Environment，簡稱GLOBE）是美國副總統(tǒng)戈爾在1994年世界地球日發(fā)起的一個國際性的環(huán)境教育遠程合作項目。截至到目前，已有112個國家參與到GLOBE項目中，包含分布在2.4萬個學校中的約5.8萬個受過GLOBE項目訓練的教師。此外，通過在線參與全球性的科學探究項目，150萬的學生貢獻并分享了多達2300萬的數(shù)據(jù)。GLOBE項目通過GLOBE學校網(wǎng)絡將學生、教師以及科學家聯(lián)系在一起，同時，鼓勵家長、科學家以及參與過GLOBE項目的校友支持學生開展活動。
2006年，我國的首都師大團隊參與了GLOBE項目中的“夜晚觀星”（GLOBE at Night）子項目。該子項目要求在全球范圍內(nèi)對星空的清晰度進行觀察，通過收集的數(shù)據(jù)來評估夜晚照明對星空的污染程度。分布在全球各地的參與者在網(wǎng)站平臺上根據(jù)學習指導，下載活動信息手冊。選擇觀測周期內(nèi)的一個時間。觀察記錄當?shù)氐男畔?shù)據(jù)，與參與者通過網(wǎng)絡工具匯報、共享觀測情況。最后通過郵件收到組織者對此次活觀測活動的總結(jié)報告。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，GLOBE項目也在不斷地完善發(fā)展。如圖5右所示。利用谷歌地球。篩選科學探究中所需的數(shù)據(jù)類別，如大氣、地質(zhì)、水文等，選取州、學校所在的地理位置，即可下載獲取這些開放共享的數(shù)據(jù)資源。
GLOBE項目在社會各界人士的支持下，構(gòu)建了一個全球范圍的、開展科學探究活動的“虛實融合”學習環(huán)境，具有如下特征：（1）提供網(wǎng)絡平臺開展分布式學習活動，同時，使用物聯(lián)傳感設備獲取、加工、共享真實情境的數(shù)據(jù)信息；（2）為學習者構(gòu)建豐富的人際關(guān)系網(wǎng)絡，如教師、參與者、科學家、伙伴等，學習者可以隨時與這些擁有豐富信息資源的知識節(jié)點溝通交流。獲取指導：（3）在全球范圍內(nèi)開展基于現(xiàn)實生活主題的探究活動，提供輔助認知的技術(shù)工具，如將獲得數(shù)據(jù)信息實時生成圖表（需要項目參與者身份），從而激發(fā)學習者的動機。促進有效學習：（4）使用“實踐檢驗法”來評價學習效果。學習者的成果轉(zhuǎn)化為真實問題的解決方案，其學習結(jié)果可直接在現(xiàn)實中得到檢驗。
（三）虛實融合的機器人教育
所謂機器人教育通常是指學習機器人的基本知識與基本技能，或利用教育機器人優(yōu)化教育教學效果的理論與實踐，這是人工智能技術(shù)在教育領域中的應用，是信息技術(shù)教育的一個領域，近年來已成為培養(yǎng)學生編程能力、創(chuàng)新技能的重要載體。由于傳統(tǒng)的機器人教育大都基于實體機器人開展教學與實踐活動，設備成本比較高，加之地區(qū)之間在經(jīng)濟和師資水平等方面的差異，難以大面積推廣，在較大程度上制約了機器人教育活動的開展。
虛擬機器人的出現(xiàn)不僅解決實體機器人教育存在的一些問題。而且已有研究發(fā)現(xiàn)，在信息技術(shù)課程中利用虛擬機器人教學起到一舉兩得的作用，使學生不僅學習了程序設計的基本知識，也學習了機器人相關(guān)的知識，同時利用虛擬機器人與程序設計教學，在一定程度上提高了學生學習程序設計的興趣和動力。以機器人足球比賽為例，它融合了實時視覺系統(tǒng)、機器人控制、無線通訊、多機器人控制等多個領域的技術(shù)，是一個有趣且復雜的人工智能研究領域。然而，真實的足球機器人比賽所需的硬件設備比較昂貴。為了降低研究機器人足球比賽相關(guān)領域的成本，一方面，人們開發(fā)了虛擬的足球機器人仿真平臺（如圖6左圖所示），能夠完全模擬實際足球機器人和比賽場地的尺寸、比例關(guān)系，調(diào)節(jié)摩擦、反彈、線性阻尼、能量消耗等物理參數(shù)。能夠使仿真平臺具有很高的仿真度。隨著機器人足球的迅猛發(fā)展，虛擬機器人足球比賽已成為一項獨立的、參加人數(shù)最多的機器人足球比賽類別。
近年來，將虛擬機器人和實體機器人結(jié)合而成的“虛實融合”機器人的教學環(huán)境，正在受到人們的重視，在學校的機器人教育中具有十分廣闊的前景。例如，微軟的機器人平臺M-icrosoft Robotics Studio能以多種方式遠程控制實體機器人，還可以利用PC通過電纜或者無線傳輸（藍牙，wifi，ZigBee）等。
虛擬的機器人教育仿真平臺與實體機器人的結(jié)合，有利于構(gòu)建一個功能相對完善的虛實融合的機器人教學環(huán)境。在實踐教學中，可借助上述環(huán)境采用“虛擬一實體一創(chuàng)新”的教學策略，即第一階段開展以虛擬機器人為載體的程序設計教學；第二階段結(jié)合實體機器人，進行設計、編程、調(diào)試等步驟，完善實體的運作，培養(yǎng)學生的動手能力、解決問題的能力；第三階段，學生制作自己的創(chuàng)新機器人作品，多角度地培養(yǎng)學生的分析問題、解決問題的能力，同時增加學生的動手能力和團結(jié)合作能力。
（四）數(shù)字化探究實驗室
【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；網(wǎng)絡；教學模式
隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡信息資源逐漸成為新型的教育資源，在教育中得到越來越多的應用。網(wǎng)絡教育成為教育信息化的重要發(fā)展方向，尤其新一輪課改進行后，信息技術(shù)教育已成為一門獨立的知識型和技能型相結(jié)合的學科，如何充分利用網(wǎng)絡技術(shù)與資源，改革傳統(tǒng)的教學模式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力提高學生素質(zhì)，是當前教學研究的重要內(nèi)容。
1 信息技術(shù)的課程特點
信息技術(shù)學科是一門新興學科，與傳統(tǒng)學科相比較它的教學理論體系、教學模式、教學思想都還沒有定型，具有以下兩個突出特點：
1.1 信息技術(shù)課程內(nèi)容的迅速變化性和鮮明的社會時代性。信息技術(shù)的變化日新月異，軟硬件技術(shù)的更新非?？?。要求信息技術(shù)課程教材體系和課堂教學必須跟得上更新?lián)Q代后的需求。
1.2 信息技術(shù)教育是知識性與技能性的統(tǒng)一。信息技術(shù)課程的綜合性很強，兼有基礎文化課程的特點，也兼有學科課程、綜合課程和活動課程的特點。所以信息技術(shù)課程要求學生既要學好理論知識，又要掌握實際操作技能。
2 網(wǎng)絡環(huán)境下的信息技術(shù)教學
網(wǎng)絡教學是指將網(wǎng)絡技術(shù)作為構(gòu)成新型學習生態(tài)環(huán)境的有機因素，充分體現(xiàn)學習者主體地位，以探究學習為主要學習方式的教學活動。
信息技術(shù)教學的核心要求一切以學生為主，全面提高學生的信息素養(yǎng)為根本目的。網(wǎng)絡環(huán)境下信息技術(shù)教學正是以建構(gòu)主義學習理論為基礎，學生在一定情景下借助學習和其他人（教師、學習伙伴）的幫助下，利用必要的學習資料，進行知識的自我構(gòu)建（情境、協(xié)作、會話、意義建構(gòu)）。
2.1 網(wǎng)絡教學應用于信息技術(shù)課程的優(yōu)越性。
2.1.1 內(nèi)容豐富、在表現(xiàn)形式上，將文字、圖形、圖象、動畫、音頻、視頻等多媒體集中于一體，采用可視化窗互操作，擴充了信息量，營造了信息環(huán)境。
2.1.2 檢索信息方便。瀏覽器、搜索引擎提供了強大的檢索功能，極大方便了信息的獲取。
2.1.3 適時交流計算機網(wǎng)絡具備高速傳輸信道，教師可充分利用在線功能，實現(xiàn)師生、生生之間交流，提高課堂教學效率，同時雙向交互，既加大了學生參與度，又使學生處于主動地位。
2.2 網(wǎng)絡教學對信息技術(shù)課程的影響。
2.2.1 豐富了教學內(nèi)容。
2.2.2 優(yōu)化了教學過程的變化。
2.2.3 自主性學習方式。
2.2.4 指導性的教師角色。
2.2.5 互動性的教學媒體。
2.2.6 多樣化的教學模式。
3 網(wǎng)絡環(huán)境下信息技術(shù)課程教學模式
教師在網(wǎng)絡環(huán)境中開展有效教學，必須充分發(fā)揮網(wǎng)絡的優(yōu)勢同教學目標、教學組織過程以及學生學習過程緊密聯(lián)系在一起，達到良好的效果。
根據(jù)網(wǎng)絡自身的優(yōu)勢，在課堂教學中以以下幾種教學模式適合網(wǎng)絡教學。
3.1 采用任務驅(qū)動法，明確學習目標。
“任務”是指我們將教學目標和教學要求設計成一系列的“學習實踐”任務。網(wǎng)絡環(huán)境的適時性，交互性使教師實施教學任務，學生完成教學任務變得更加方便、快捷。例如在多媒體信息加工與表達教學時，可以設計諸如節(jié)日賀卡等形式的任務，在進行人工智能教學時，可以設OCR漢字識別等形式的任務。在完成任務的過程中，教師加以指導、幫助適時點撥，讓學生作品于網(wǎng)上，供師生、學生間相互交流。潛移默化地使學生掌握計算機的基本技能。
實施任務教學，應注意主題任務可操作性，強化任務的合理性，任務與任務之間的相關(guān)聯(lián)性。
3.2 采用研究性教學法，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神。
研究性學習能使學生形成積極的學習態(tài)度和良好的學習策略，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。
研究性教學在信息技術(shù)課程實施過程中大致經(jīng)歷三個階段：進入問題情境、實踐體驗和表達交流。比如：可以選擇中學生走進網(wǎng)絡的利與弊，暢想Internet未來生活等學生感興趣的問題進行探究。我們還可以讓學生查找有關(guān)社會、科技問題等資料，極大發(fā)揮學生學習的能動性，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性學習和研究能力。
3.3 采用合作式教學法，培養(yǎng)學生團隊精神。
合作式教學法常與任務驅(qū)動、研究性教學法結(jié)合起來，基于教學組織形式的教學方法，為了達到共同的學習目標，學生成立學習小組，利用網(wǎng)絡環(huán)境的開放性，交互性，最大化個人和他人的學習效果，實現(xiàn)資源共享，優(yōu)勢互補。例如相互教學法、基于任務的協(xié)作學習。
3.4 學科整合教學法。
新課改中最重要的一點就是要促進信息技術(shù)和各學科的整合，整合教學法是把信息技術(shù)課程教學與其他學科教學結(jié)合起來，克服信息技術(shù)課單純學習技術(shù)的觀點，使學生學以致用，培養(yǎng)學生運用信息技術(shù)知識解決實際問題的能力。
4 Internet網(wǎng)絡環(huán)境下教學設計
網(wǎng)絡環(huán)境下信息技術(shù)課的教學設計包括：教學目標、教學內(nèi)容設計、教學活動過程設計、教學評價設計。網(wǎng)絡教學中教學活動過程設計包括教學策略設計，教學方法設計，教學組織形式設計，知識材料，學生活動，學習環(huán)境設計等。知識材料組織上，要將教學資源與教材知識重組，形成新的系統(tǒng)知識提供給學生或者作為學生探究的對象和學習的內(nèi)容。對于某些專題，還需要教師能夠設計專題學習網(wǎng)站，把零散的知識集成在一起，便于教師的教學和學習的自主學習。例如可以利用BBS、E-mail、留言簿、共享文件夾對學習過程評價。
Internet網(wǎng)絡教學，作為一種有效的教學手段，信息技術(shù)教育中已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，但如何充分運用網(wǎng)絡教學的特點，充分發(fā)揮網(wǎng)絡教學的作用，如何解決網(wǎng)絡教學中遇到的問題，是擺在教師面前的重要問題，存在的制約因素還還很多，這就需要我們信息技術(shù)教師在以后的教學中不斷嘗試探索，適應新時代教育改革的需要。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】 教育技術(shù)；信息技術(shù)教育
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097 (2009) 02―0107―03
引言
對于一些重點院校，教育技術(shù)專業(yè)的招生和就業(yè)目前還不存在太大壓力，但對內(nèi)蒙古師范大學的教育技術(shù)專業(yè)來說，近年來的招生和就業(yè)形式十分嚴峻。與本校其他專業(yè)相比，在招生上，教育技術(shù)專業(yè)不僅少有第一志愿或上一本線的考生，而且還基本是從其他各專業(yè)調(diào)劑來的；在就業(yè)上，真實的一次就業(yè)率數(shù)字極低。這種情況使我們不能不想，教育技術(shù)專業(yè)還有社會需求嗎？還有存在的必要嗎？
教育技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)出來的人員到底干什么？仁者見仁、智者見智。但招不到學生、學生找不到工作，這可不是見仁見智的問題了。教育部03年出臺文件，允許中小學信息技術(shù)課教師由計算機專業(yè)和教育技術(shù)專業(yè)共同培養(yǎng)，使我們看到了生機；而由教育技術(shù)界人士領銜制定的《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》也于07年了，更使我們感到振奮。但在閱讀《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》后，我們不禁汗顏：教育技術(shù)專業(yè)的學生能承擔這樣的任務嗎？或者說，為承擔這樣的任務，還要做哪些努力？
《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》中提到，信息技術(shù)教育已經(jīng)超越了單純的計算機技術(shù)訓練階段，發(fā)展成為與信息社會人才需求相適應的信息素養(yǎng)教育（信息技術(shù)與計算機技術(shù)有什么不同？信息技術(shù)（即IT）行業(yè)的人士很少討論，他們只是努力跟上和推動信息技術(shù)的發(fā)展，至于名稱是什么無關(guān)緊要。既然從事IT行業(yè)的人士都這樣，這里就更沒必要討論什么是信息技術(shù)、什么是計算機技術(shù)了）?！镀胀ǜ咧屑夹g(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》對信息素養(yǎng)是這樣描述的：學生信息素養(yǎng)應該表現(xiàn)在具備信息的獲取、加工、管理、呈現(xiàn)與交流的能力；對信息及信息活動的過程、方法、結(jié)果進行評價的能力；流暢地發(fā)表觀點、交流思想、開展合作并解決學習和生活中的實際問題的能力；遵守道德與法律法規(guī)，形成與信息社會適應的價值觀和責任感。筆者認為，《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》所指的信息素養(yǎng)更確切的表示可能是信息技術(shù)素養(yǎng)――因為各學科領域信息的獲取、加工、管理、呈現(xiàn)與交流的能力絕不是信息技術(shù)課所能解決的。例如，各學科領域信息的篩選、關(guān)鍵詞的提取等信息素養(yǎng)要由各個學科進行培養(yǎng)提高。學生的信息技術(shù)素養(yǎng)最重要應該表現(xiàn)在當他們具有不同學科的基本信息素養(yǎng)后，具備應用信息技術(shù)處理各學科領域信息的能力和意識。當然，學科信息素養(yǎng)和信息技術(shù)素養(yǎng)兩者之間存在相輔相成的關(guān)系，《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》對此進行了說明。
一 《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》對信息技術(shù)教師的信息技術(shù)能力要求
《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》規(guī)定，高中信息技術(shù)課程包括必修與選修兩個部分，共六個模塊。必修部分只有“信息技術(shù)基礎”一個模塊，選修的五個模塊是：算法與程序設計、多媒體技術(shù)應用、網(wǎng)絡技術(shù)應用、數(shù)據(jù)管理技術(shù)和人工智能初步。其中，信息技術(shù)基礎模塊的知識技能最為簡單，既使對其他學科的教師，大部分也能熟練應用Windows。但能熟練應用Windows并不意味著能講授Windows，因為要給人一杯水，自己得有一桶水。試想，信息技術(shù)教師如果不知道分時操作，如何向中學生解釋多項任務是同時完成的？所以講解Windows時，信息技術(shù)教師必須具備操作系統(tǒng)原理的知識，這才是信息技術(shù)教師的一桶水！
同樣，講授算法與程序設計時，信息技術(shù)教師要引導學生理解數(shù)學模型、領會軟件工程的思想和方法；講授多媒體軟件使用時，信息技術(shù)教師要滲透數(shù)據(jù)壓縮和處理的方法；在講授網(wǎng)絡技術(shù)應用時，信息技術(shù)教師要說明網(wǎng)絡中的服務器和計算機是如何協(xié)同工作的、要說明在頁面設計完成后，還能用程序擴展哪些功能；在講授數(shù)據(jù)管理技術(shù)時，信息技術(shù)教師要知道各種關(guān)系模型；在講授人工智能初步時，信息技術(shù)教師不但要指導學生使用現(xiàn)成的人工智能系統(tǒng)，還要向?qū)W生介紹該系統(tǒng)的設計原理、設計要點和難點。也就是說，對于《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》規(guī)定的六個模塊，信息技術(shù)教師不但要知其然，還要知其所以然，這樣才能更好地激發(fā)學生對信息技術(shù)的興趣。
根據(jù)上述觀點，應用自頂向下的層次分析法對高中信息技術(shù)課程六個模塊分別進行簡單分析，可得出各模塊要求信息技術(shù)教師具備的能力體系，如表1所示（只進行了直接專業(yè)知識和獲取專業(yè)知識所需直接基礎二層分析）。
以上是從信息技術(shù)能力方面說明了《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》對信息技術(shù)教師的要求，對信息技術(shù)教師應用信息技術(shù)的意識和信息技術(shù)教學法方面的要求在下一部分討論。
二 教育技術(shù)專業(yè)本科生所具備的能力
從表面上看，很多院校教育技術(shù)專業(yè)的本科生能達到或超過《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》規(guī)定的水平，這是否意味著教育技術(shù)專業(yè)的本科畢業(yè)生能勝任信息技術(shù)教師的工作呢？注意：《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》是要求中學生達到的水平！誰都明白，一個理科中學生雖然學完了中學數(shù)理化，但他并不能勝任中學數(shù)理化的教學工作（臨時充數(shù)的情況是有的，但那是不得以而為之），這樣的道理對信息技術(shù)教育同樣適用。
在我國教育技術(shù)界，長期把教學設計能力當作教育技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)的核心能力。眾所周知，教學設計是系統(tǒng)設計，包含了需求分析、教學分析、學習者和環(huán)境分析、績效目標及考核量規(guī)的制定、教學策略和教學材料的開發(fā)和選擇、形成性評價的設計等多個成分，那么學生相應的要具備需求分析能力、教學分析能力、學習者和環(huán)境分析能力、績效目標和考核量規(guī)的制定能力、教學策略和教學材料的開發(fā)和選擇能力、形成性評價的設計能力，而這些能力與《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》對信息技術(shù)教師的知識能力要求相去甚遠，所以，以目前的知識結(jié)構(gòu)，教育技術(shù)專業(yè)學生無法全面承擔信息技術(shù)教學任務。
既使是根據(jù)筆者對社會需求的調(diào)查，教育技術(shù)所培養(yǎng)的核心能力當前應該是媒體資源開發(fā)技術(shù)[1]，內(nèi)容包括從視、音頻的攝、錄到后期制作；從多媒體軟件開發(fā)到程序設計；從網(wǎng)頁制作到網(wǎng)站的全面建設等，教育技術(shù)專業(yè)本科生也只是具備了《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》對信息技術(shù)教師能力要求的一部分，而不是全部。
為了適應培養(yǎng)信息技術(shù)教師的要求，很多教育技術(shù)專業(yè)開設了“信息技術(shù)教育”課，這門課主要結(jié)合信息技術(shù)基礎知識講解了多種信息技術(shù)的教學方法，如任務驅(qū)動、基于問題的學習、研究性學習和合作學習等等。在這些教學方法中，又大量滲透了學科知識，它們對提高學生在各學科領域應用信息技術(shù)的意識有很好的促進作用。在《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》中，這些內(nèi)容都有明確說明。但信息技術(shù)意識必須建立在信息技術(shù)能力基礎之上，《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》也體現(xiàn)了這一點，與原來的中小學信息技術(shù)課程指導綱要(試行)相比，《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》對計算機技術(shù)的要求不但沒有降低，而且有了較大的提高（主要反映在人工智能部分）。試想，如果一個人打一個字需要一分鐘或上網(wǎng)查資料比從圖書館查資料還要費勁，那他即使對信息技術(shù)的認識再深刻，也很難做到主動使用信息技術(shù)；如果一個人對人工智能沒有深入的認識，自己尚不完全清楚人工智能有何用、發(fā)展如何，那他對應用人工智能的意識只能停留在想象上。對于未成年人，多些想象不是壞事，但如果信息技術(shù)教師也停留在這樣的初步水平，那不僅培養(yǎng)、引導不了學生的信息技術(shù)意識，而且會誤導大批學生。
在教育技術(shù)人員培養(yǎng)中，我們有過這樣的傾向：在幾乎沒有學科背景的情況下，僅僅向?qū)W生傳授了一些教學設計方面的知識，就希望他們能夠成為為各個學科的教師做全面教學設計的人員。即使在美國，也對此進行了反思，在05定義中，將研究對象從94定義中泛指的過程和資源改為技術(shù)過程和技術(shù)資源；將研究范疇從全面的設計、開發(fā)、利用、管理和評價改為創(chuàng)建、利用和管理；將教育技術(shù)是理論和實踐改為教育技術(shù)是研究和實踐。在我國的教育技術(shù)領域，教育技術(shù)專業(yè)是獨一家，即使我們犯錯誤，也還不怕別人搶飯碗（可能會砸自己飯碗）。但在信息技術(shù)課教師的培養(yǎng)中，我們?nèi)绻€幻想僅僅憑信息技術(shù)教育和一些信息技術(shù)基礎的知識，就能使教育技術(shù)專業(yè)的本科生成為合格的信息技術(shù)教師，那將仍然是無米之飲、無根之水。也許短時間內(nèi)這樣做還能充數(shù)，但隨著時間的推移，教育技術(shù)專業(yè)必將失去這個發(fā)展領域。
三 結(jié)束語
教育部允許教育技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)信息技術(shù)教師，為教育技術(shù)專業(yè)的發(fā)展指出了一個方向。對教育技術(shù)專業(yè)現(xiàn)行的課程體系來說，培養(yǎng)信息技術(shù)教師不僅僅是換一個名稱、增加幾門課程就能做到的。當然，教育技術(shù)的現(xiàn)狀與信息技術(shù)教育的要求之間的差距不可能一下消除，但我們不能長期處于充數(shù)狀態(tài)。我們一定要對教育技術(shù)專業(yè)和信息技術(shù)教育有一個清醒的認識，看清自己的長處與不足，克服浮燥炒作的作風，腳踏實地，按《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》要求完成信息技術(shù)教師的培養(yǎng)工作。這樣，教育技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)的信息技術(shù)教師才有可能得到社會認可。如果教育技術(shù)專業(yè)總是跟著潮流走，在多個方向上需要什么教什么，急功近利，長此以往是難以擺脫領域發(fā)展模式而形成一個穩(wěn)定的學科的。
其實，按筆者觀點，教育技術(shù)研究的長遠目標是實現(xiàn)教學自動化，相應地，教育技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)的是具有一定教與學理論基礎（內(nèi)容不必很多，目的是要能與各學科教師在教育層面進行溝通，這也是與計算機專業(yè)的主要不同之處）的信息技術(shù)人才，他們要能夠?qū)⒏鲗W科教師的教學內(nèi)容和方法技術(shù)化。按這樣的思路，教育技術(shù)專業(yè)本科生至少要達到《普通高中技術(shù)領域課程標準（信息技術(shù)部分）》對信息技術(shù)教師的能力要求，只是教育技術(shù)專業(yè)本科現(xiàn)行的培養(yǎng)目標、核心能力、課程體系并沒有向這個最高目標發(fā)展。如果教育技術(shù)專業(yè)能夠調(diào)整到這個方向，教育技術(shù)專業(yè)將是培養(yǎng)信息技術(shù)教師的首選專業(yè)。
本文主要從信息技術(shù)能力和在各學科領域應用信息技術(shù)的意識兩個方面對教育技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)信息技術(shù)教師應考慮的問題進行了一定的論述，對信息技術(shù)素養(yǎng)的其他方面，如開展合作并解決學習和生活中實際問題的能力；遵守道德與法律法規(guī)、形成與信息社會適應的價值觀和責任感等，都是深層次的、綜合的復雜問題，本文沒有探討。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；進階課程；教學方法研究；本科高年級
學生在本科高年級學生中開設數(shù)據(jù)挖掘等進階課程是十分必要的，以大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘為例，其相關(guān)技術(shù)不僅是當前學術(shù)界的研究熱點，也是各家企事業(yè)單位招聘中重要崗位的要求之一。對于即將攻讀碩士或博士學位的學生，對于即將走上工作崗位的學生，了解并掌握一些大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)，尤其是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，都是不無裨益的。在目前本科教學中，對于數(shù)據(jù)挖掘等課程的教學，由于前序課程的要求，往往是放在本科四年級進行。如何激發(fā)本科四年級學生在考研，找工作等繁雜事務中的學習興趣，從而更好地掌握數(shù)據(jù)挖掘的相關(guān)技術(shù)是本課程面臨的主要挑戰(zhàn)，也是所有本科進階課程所面臨的難題之一。
1數(shù)據(jù)挖掘等進階課程所面臨的問題
1.1進階課程知識體系的綜合性
進階課程由于其理論與技術(shù)的先進性，往往是學術(shù)研究的前沿，工業(yè)應用的熱點，是綜合多方面知識的課程。以數(shù)據(jù)挖掘課程為例，其中包括數(shù)據(jù)庫、機器學習、模式識別、統(tǒng)計、可視化、高性能技術(shù)，算法等多方面的知識內(nèi)容。雖然學生在前期的本科學習中已經(jīng)掌握了部分相關(guān)內(nèi)容，如數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計、算法等，但對于其他內(nèi)容如機器學習、人工智能、模式識別、可視化等，有的是與數(shù)據(jù)挖掘課程同時開設的進階課程，有的已經(jīng)是研究生的教學內(nèi)容。對于進階課程繁雜的知識體系，應該如何把握廣度和深度的關(guān)系尤為重要。
1.2進階課程的教學的目的要求
進階課程的知識體系的綜合性體現(xiàn)在知識點過多、技術(shù)特征復雜。從教學效益的角度出發(fā)，進階課程的教學目的是在有限的課時內(nèi)最大化學生的知識收獲。從教學結(jié)果的可測度出發(fā)，進階課程的教學需要能夠有效驗證學生掌握重點知識的學習成果。1.3本科高年級學生的實際情況本科高年級學生需要處理考研復習，找工作等繁雜事務，往往對于剩余本科階段的學習不重視，存在得過且過的心態(tài)。進階課程往往是專業(yè)選修課程，部分學分已經(jīng)修滿的學生往往放棄這部分課程的學習，一來沒有時間，二來怕拖累學分。
2數(shù)據(jù)挖掘等進階課程的具體教學方法
進階課程的教學理念是在有限的課時內(nèi)，盡可能地提高課程的廣度，增加介紹性內(nèi)容，在授課中著重講解1~2個關(guān)鍵技術(shù)，如在數(shù)據(jù)挖掘課程中，著重講解分類中的決策樹算法，聚類中的K-Means算法等復雜度一般，應用廣泛的重要知識點，并利用實踐來檢驗學習成果。
2.1進階課程的課堂教學
數(shù)據(jù)挖掘等進階課程所涉及的知識點眾多，在課堂上則采用演示和講授相結(jié)合的方法，對大部分知識點做廣度介紹，而對需要重點掌握知識點具體講授，結(jié)合實踐案例及板書。在介紹工業(yè)實踐案例的過程中，對于具體數(shù)據(jù)挖掘任務的來龍去脈解釋清楚，尤其是對于問題的歸納，數(shù)據(jù)的處理，算法的選擇等步驟，并在不同的知識點的教學中重復介紹和總結(jié)數(shù)據(jù)挖掘的一般性流程，可以加深學生對于數(shù)據(jù)挖掘的深入理解。對于一些需要記憶的知識點，在課堂上采用隨機問答的方式，必要的時候可以在每堂課的開始重復提問，提高學習的效果。
2.2進階課程的課后教學
對于由于時間限制無法在課上深入討論的知識點，只能依靠學生在課后自學掌握。本科高年級學生的課后自學的動力不像低年級學生那么充足，可以布置需要動手實踐并涵蓋相關(guān)知識點的課后實踐，但盡量降低作業(yè)的工程量。鼓勵學生利用開源軟件和框架，基于提供的數(shù)據(jù)集，實際解決一些簡單的數(shù)據(jù)挖掘任務，讓學生掌握相關(guān)算法技術(shù)的使用，并對算法有一定的了解。利用學院與大數(shù)據(jù)相關(guān)企業(yè)建立的合作關(guān)系，在課后通過參觀，了解大數(shù)據(jù)技術(shù)在當前企業(yè)實踐中是如何應用的，激發(fā)學生的學習興趣。
2.3進階課程的教學效果考察進階課程的考察不宜采取考試的形式，可以采用大作業(yè)的形式。從具體的數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵺`中檢驗教學的成果，力求是學生在上完本課程后可以解決一些簡單的數(shù)據(jù)挖掘任務，將較復雜的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的學習留給學生自己。
3結(jié)語
數(shù)據(jù)挖掘是來源于實踐的科學，學習完本課程的學生需要真正理解，掌握相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，并能夠在實際數(shù)據(jù)挖掘任務中應用相關(guān)算法解決問題。這也對教師的教學水平提出了挑戰(zhàn)，并直接與教師的科研水平相關(guān)。在具體的教學過程中，發(fā)現(xiàn)往往是在講授實際科研中遇到的問題時，學生的興趣較大，對于書本上的例子則反映一般。進階課程在注重教學方法的基礎上，對于教師的科研水平提出了新的要求，這也是對于教師科研的反哺，使教學過程變成了教學相長的過程。
作者:劉崢 王俊昌 單位:南京郵電大學計算機學院
參考文獻：
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關(guān)鍵詞 技術(shù)教育 設計與技術(shù) 教育對比
中圖分類號：G633.41 文獻標識碼：A
在1981年，中國首次提出開設勞動技術(shù)課的決定。2001年教育部印發(fā)了《基礎教育課程改革綱要（試行）》，規(guī)定從小學至高中設置綜合實踐活動并作為必修課程，主要包括信息技術(shù)教育、研究性學習、社區(qū)服務與社會實踐、勞動與技術(shù)教育四大板塊內(nèi)容。2003年教育部又頒布了《普通高中技術(shù)課程標準（實驗）》，將原來高中綜合實踐活動課程中的信息技術(shù)教育、勞動與技術(shù)教育兩大板塊剝離出來。
從2001年中國大陸實施面向21世紀的第八次基礎教育課程改革開始，技術(shù)類課程在義務教育階段歸屬于綜合實踐活動，學校根據(jù)地區(qū)發(fā)展情況和學校特色選擇性地開設信息技術(shù)和勞動與技術(shù)教育課程，各地開設和實施這些課程的情況差別很大。而普通高中階段，2004年9月開始有計劃、有準備、分批地在全國實施普通高中新課程?，F(xiàn)在技術(shù)課程已正式成為新課程實驗區(qū)普通高中學生的學習領域之一。
1課程理念
在英國，“設計與技術(shù)”課程的總原理基于這樣的考慮：為學生未來進入變化迅速的技術(shù)世界作準備。通過“設計與技術(shù)”課程，讓學生學會從個體或團隊的角度，學會思索如何提高生活質(zhì)量并積極采取行動，成為自主的積極的問題解決者。通過“設計與技術(shù)”課程的學習，學生將成為產(chǎn)品的革新者富于鑒別力的有知識的消費者。在學習過程中，學生們尤其應當掌握以下4種能力：產(chǎn)生發(fā)展并表達自己的想法；利用工具、儀器設備材料制作合格產(chǎn)品；評價制作過程及最終產(chǎn)品；知道并理解產(chǎn)品的材料組成。
在中國，技術(shù)是普通高中課程結(jié)構(gòu)中的一個基本學習領域，通用技術(shù)是其中一個科目。通用技術(shù)課程的課程理念與技術(shù)課程的理念具有較高的一致性。關(guān)注全體學生的發(fā)展，著力提高學生的技術(shù)素養(yǎng)；注重學生創(chuàng)造潛能的開發(fā)，加強學生實踐能力的培養(yǎng)；立足科學、技術(shù)、社會的視野，加強人文因素的滲透；緊密聯(lián)系學生的生活實際，努力反映先進技術(shù)和先進文化；豐富學生的學習過程，倡導學習方式的多樣化。
信息技術(shù)的課程理念：提升信息素養(yǎng)，培養(yǎng)信息時代的合格公民；營造良好的信息環(huán)境，打造終生學習的平臺；關(guān)照全體學生，建設有特色的信息技術(shù)課程；強調(diào)問題解決，倡導運用信息技術(shù)進行創(chuàng)新實踐；注重交流與合作，共同建構(gòu)健康的信息文化。
2課程內(nèi)容
在英國，“設計與技術(shù)”課程的內(nèi)容主要涉及兩大方面：設計和制作。英國課程與資格署負責制訂“設計與技術(shù)”課程的國家標準。在其公布的“設計與技術(shù)課程學習計劃中，課程內(nèi)容主要包括5個方面：產(chǎn)生計劃并交流想法；使用相關(guān)儀器、工具和材料制作合格產(chǎn)品；評價整個過程和產(chǎn)品；對材料及其連接方式的理解，發(fā)展性學習。
“設計與技術(shù)”課程特別重視通過個人和集體的問題解決活動發(fā)展每個學生將實際動手和理論思考相結(jié)合的能力，并為不同階段的技術(shù)學習內(nèi)容制訂了詳細的學習計劃。
在中國，技術(shù)課程被定位為通識教育范疇，課程目標轉(zhuǎn)向以提高學生的技術(shù)素養(yǎng)為主，課程內(nèi)容包括信息技術(shù)和通用技術(shù)，分為必修模塊和選修模塊。
信息技術(shù)必修模塊為“信息技術(shù)基礎”，選修部分包括：算法與程序設計、多媒體技術(shù)應用、網(wǎng)絡技術(shù)應用、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、人工智能初步五個選修模塊。而通用技術(shù)必修模塊為：技術(shù)與設計1和技術(shù)與設計2。選修部分包括：電子控制技術(shù)、建筑及其設計、簡易機器人制作、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)、汽車駕駛與保養(yǎng)、服裝及其設計、家政與生活技術(shù)六個選修模塊。
3評價標準
在英國“技術(shù)與設計”課程針對不同階段的學生，制定了8級水平評價標準以及在此基礎之上的一個特別等級評價表現(xiàn)，其難度依次增加。特別等級的評價標準非常嚴格，并且有詳細說明。其主要標準有4項：作品有新意；有研究、調(diào)查的過程；作品有市場；獨立性。對學生的考核40%是書面考試，60%是對作品的評價。
在中國，評價時綜合運用各種過程性評價方式，全面考察學生技術(shù)素養(yǎng)養(yǎng)成過程；評價與教學過程相結(jié)合，動態(tài)把握、及時引導學生情感、態(tài)度和價值觀的形成；信息技術(shù)以紙筆測驗和上機測驗相結(jié)合，通用技術(shù)以紙筆測驗、方案及作品評析、訪談、技術(shù)活動報告相結(jié)合。
4小結(jié)
根據(jù)以上對比，我們可以看出，技術(shù)教育的共同基本理論是有必要指導學生為進入一個充滿變化的技術(shù)世界作準備。兩國普遍強調(diào)技術(shù)問題的設計和解決，強調(diào)使學生對技術(shù)有鑒別力，成為見多識廣的使用者和具有創(chuàng)新精神的革新者。理解潛在的社會、倫理和環(huán)境問題同樣被視為十分必要。很顯然，兩國普遍贊成通過實際動手操作和問題解決的方式進行技術(shù)學習。技術(shù)教育課程的組成并無明顯的互相矛盾之處，雖然設置的技術(shù)子科目各不相同，但也沒有顯著的差別。
英國有細節(jié)型的文檔提供了非常具體的細節(jié)，規(guī)定教學內(nèi)容和方式，而中國是標準型文檔指定應滿足的目標，而非實際的課程，各個省、市都可以根據(jù)自身的條件和情況開展技術(shù)課程。
英國作為技術(shù)教育發(fā)展比較成熟的國家，即使同樣面臨著很多需要克服的障礙，但仍然有很多值得中國學習的地方。
參考文獻
