“趣味性”虛擬實驗的設計研究

宋金剛　楊　雪　黃海林

【摘要】“趣味性”虛擬實驗將教學內容和實際問題有機結合,注重激發(fā)學習者積極的情感體驗,能有效提高學習質量。“趣味性”虛擬實驗的設計可以從情感、表現(xiàn)和行為三個層次進行。“認識人民幣”趣味性虛擬實驗的設計與開發(fā)案例,使這三個層次得到了有效的體現(xiàn)。

【關鍵詞】趣味性;虛擬實驗;設計;層次;情境

【中圖分類號】G40—057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097(2009)10—0134—04

一 引言

從目前虛擬實驗的研究來看,多數(shù)局限在研究虛擬實驗的開發(fā)、虛擬實驗的優(yōu)缺點以及虛擬實驗的教學模式等問題上,而對虛擬實驗如何與學習者建立情感上的交流,從而激發(fā)學習者的學習興趣、增強學習者的求知欲望等問題上,關注的較少,這也正是虛擬實驗教學效果優(yōu)劣的關鍵因素之一。例如中學物理電學實驗要求學生掌握電學的基本元器件和連接方法,互聯(lián)網上相關的虛擬實驗大多可以實現(xiàn)元器件的識別和繪制電路圖這些基本功能,然而這些虛擬實驗僅僅是對教學內容的呈現(xiàn),并沒有創(chuàng)設與之相關的情境和任務,缺乏與學習者的情感交流,在交互行為上也較為復雜,導致了學習者對該類虛擬實驗不感興趣、沒有好奇心,很容易產生厭煩、急躁和排斥情緒,學習效果大打折扣。愛因斯坦曾說過:“興趣是最好的老師”。興趣是求知的巨大動力、發(fā)明創(chuàng)造的源泉。對于正處于學習厭倦期的青少年來說,學習興趣對他們知識的掌握、能力的發(fā)展乃至才能的形成都有巨大影響。因此,虛擬實驗如何能更有趣味性、更能激發(fā)學習者的求知欲望是非常值得研究的,構建這類虛擬實驗即“趣味性”虛擬實驗具有一定現(xiàn)實意義。

二 “趣味性”虛擬實驗設計的三個層次

“趣味性”虛擬實驗通過創(chuàng)設虛擬情境,優(yōu)化學習者學習的外部條件,能激發(fā)學習者的學習興趣,但還要保證學習者在學習過程中全身心投入、避免產生厭煩情緒。“趣味性”虛擬實驗的設計應從情感、表現(xiàn)和行為三個層次把握(如圖1),每一個層次在虛擬實驗中發(fā)揮的作用不同,每一層次也需要不同的設計風格。

1 情感層次——結合實際問題創(chuàng)設虛擬情境的設計

情境教學是指在教學過程中,教師有目的地引入或創(chuàng)設具有一定情緒色彩的生動具體的場景,以引起學生一定的態(tài)度體驗,從而達到對教材的深入理解和熟練把握。“趣味性”虛擬實驗借鑒了情境教學的理念,將教學目的、教學內容同實際問題聯(lián)系起來,創(chuàng)設能引起學生態(tài)度體驗的虛擬情境。對于實際問題,學生看得見,摸得著,有的親身經歷過,當學生在學習過程中遇到這些問題時,他們都躍躍欲試,想學以致用。結合實際問題創(chuàng)設虛擬情境,學生置身其中,身臨其境,觸景生情,能激發(fā)學生的情感體驗,調動學生的積極性,使學習由被動變?yōu)橹鲃?學生由旁觀者變?yōu)閰⑴c者,發(fā)揮了學生的最大潛能。此外,在創(chuàng)設的情境中,要體現(xiàn)具有一定挑戰(zhàn)性的任務,根據(jù)學生完成任務的情況,給予相應的獎勵與懲罰,有助于提高學習的內在吸引力,使學習更有意義。

2 表現(xiàn)層次——恰當?shù)剡\用多媒體元素的界面設計

多媒體技術對教育的發(fā)展起著巨大的推動作用,并逐步影響著教學手段、教學方式的變化和教學觀念的更新。“趣味性”虛擬實驗不僅是對現(xiàn)實世界的模擬,更是在創(chuàng)設一個有益于激發(fā)學生興趣和探究欲望,并引起學生思維和想象的環(huán)境。這種環(huán)境的創(chuàng)設離不開多媒體元素,一方面多媒體元素形象鮮明,畫面逼真,形象直觀,可以真實的再現(xiàn)現(xiàn)實世界中的景物,很容易將學習者帶入情境中,進而激發(fā)學生興趣,有利于學習活動的持續(xù)進行;另一方面將圖片、聲音、視頻等多媒體元素加入到“趣味性”虛擬實驗中來,對學生的感官起到一定得刺激作用,使枯燥的學習變得生動活潑。

在“趣味性”虛擬實驗中運用多媒體元素要恰如其分,必須注意“度”的問題。例如有些虛擬實驗設計者會在角落里放一個活潑生動的小動物,這雖然可以激發(fā)學習者的學習興趣,但同時也分散了學生的注意力,很容易產生負面影響。因此,“趣味性”虛擬實驗中的多媒體元素要和主題息息相關,慎重選擇,合理運用。

3 行為層次——操作簡捷、適時準確的交互設計

心理學研究表明:人的認知心理雖然有求新求變的特點,但在完成具體任務時卻要求越簡單越好,即認知負荷越輕越好[1]。“趣味性”虛擬實驗在提高中小學生的學習效果方面更為明顯,由于他們的計算機水平、思維能力有限,根據(jù)認知負荷理論,對于控制虛擬物體的設計方面,要在能體現(xiàn)真實行為的前提下,控制方式越簡捷越好,過于復雜的控制方式往往會增加學習者的認知負載,從而降低學習者的學習動機甚至放棄學習。而且,對于學習者容易出現(xiàn)疑問、錯誤的地方和學習結果要給予適時準確的提示和反饋,適時、準確、人性化的提示和反饋信息能對學習者進行鼓勵和引導,提高其學習的自信心并激發(fā)其進一步學習的欲望。

三 “趣味性”虛擬實驗的設計流程

按照“趣味性”虛擬實驗設計的三個層次,同時借鑒電腦游戲故事情節(jié)、環(huán)境設置和角色控制三個要素及教育性原則,將“趣味性”虛擬實驗的設計分為教學分析、情境創(chuàng)設、界面設計、交互設計和測試發(fā)布五個環(huán)節(jié),這五個環(huán)節(jié)相互影響,層層遞進,逐步細化,其中情境創(chuàng)設、界面設計和交互設計三個環(huán)節(jié)同“趣味性”虛擬實驗設計的三個層次相互照應,是構建“趣味性”虛擬實驗的關鍵(如圖2)。下面結合“認識人民幣”虛擬實驗來具體分析“趣味性”虛擬實驗的設計流程、實現(xiàn)方法以及注意事項。

1 教學分析

為了保證“趣味性”虛擬實驗的教育性和科學性,首先要運用教學系統(tǒng)設計的理論進行需求分析、教學內容分析、教學目標分析和學習者分析,明確構建虛擬實驗的必要性、所要解決的問題及達到的程度。

“認識人民幣”是小學一年級數(shù)學課本中的教學內容。小學生的好奇心強、自制力差、思維水平較低,對學習有一定的厭煩心理。“認識人民幣”這一教學內容是在學習者初步的生活經驗基礎上對人民幣進行的系統(tǒng)學習。經調查發(fā)現(xiàn),在講授該教學內容時存在兩個問題:①學生的學習積極性不高、注意力不集中;②部分學生雖能掌握“一元=10角,一角=10分”這一知識點,但對換畢、取幣、購物等問題始終模糊不清。針對這些問題有必要開發(fā)虛擬實驗,以提高學習者的學習動機,進而更好的掌握“認識人民幣”這一知識點及其應用。

2 情境創(chuàng)設

德國教育家第斯多惠說:“教育的藝術不在于傳播的本領,而在于激勵、喚醒和鼓舞”。教學情境的創(chuàng)設正是激勵、喚醒和鼓舞學生的一種教學手段。在“趣味性”虛擬實驗中創(chuàng)設教學情境應遵循以下原則:①真實性:所設情境必須符合學生學習的認知規(guī)律,注重聯(lián)系學生的現(xiàn)實生活,不能盲目創(chuàng)設。②形象性:形象的、具體的、感性的情境能有效的激發(fā)和刺激學生的想象和聯(lián)想。③任務性:所創(chuàng)設情境需體現(xiàn)一定的任務,這樣學習者的注意力容易穩(wěn)定下來,也愿意圍繞這一任務展開思考。

“趣味性”虛擬實驗的特點是將人的學習與虛擬環(huán)境相統(tǒng)一、將抽象的知識和生動的情境相結合。結合教學分析,將“認識人民幣”的教學內容劃分為基礎知識和模擬購物兩個模塊(如圖3)。

基礎知識模塊包括識幣、換畢和取幣三個基本知識點,模擬購物模塊用于創(chuàng)設“購買物品”的情境。學習者在完成基礎知識后,進入購物模塊,對基本知識進行鞏固、提高和應用。購物模塊的設計具體分為情節(jié)、挑戰(zhàn)和幫助三個部分:

(1) 情節(jié):在“虛擬商店”中設置了食品、動物和用品三類商品,教師(即實驗說明)要求學生到虛擬商店購買若干種物品,并說明相應的懲罰與獎勵措施。

(2) 挑戰(zhàn):在模擬購物模塊中設置了生命值和時間,隨著時間的推移生命值逐漸降低,當生命值為零或時間耗盡時,系統(tǒng)自動退出該模塊。學習者若正確購買所選物品,回饋一定的生命值,并隨機獎勵玩具、鮮花等,反之,則懲罰臭雞蛋或炸彈,根據(jù)學習者獎勵和懲罰所獲得的分數(shù),進行英雄榜排名。學習者可以通過“查看成績”模塊查看排名情況。

(3) 幫助:為學習者提供學習方面的支持與幫助。學習者在虛擬實驗學習中遇到困難時,如不知某個物品該付多少錢,通過尋求幫助系統(tǒng)會給出正確的答案,每個學習者共有三次使用幫助的機會。

人都有力求成功的天性,在創(chuàng)設了這樣的情境后,以任務和排名為誘因,一方面激發(fā)了學習者學習的積極性和主動性,另一方面也有利于學習者對所學知識的深入理解,順利的實現(xiàn)了知識的遷移和應用。學習者在娛樂的同時,也收獲了知識。

3 界面設計

學習者與虛擬實驗的一切操作都是通過界面進行的,界面設計的好壞直接影響著學習者的學習興趣和學習效果。虛擬實驗的界面設計包括風格和布局兩方面,風格是指虛擬實驗的整體形象給學習者的綜合感受,包括虛擬實驗的色彩、字體、標志等諸多內容;布局是指虛擬實驗的分塊結構,功能元素的尺寸位置,涉及的內容有結構、標題、導航等。風格獨特、美觀大方的界面會對學習者的學習產生激勵作用,否則,就會使學習者感到單調、乏味。“趣味性”虛擬實驗的應用對象主要是中小學生,其風格應體現(xiàn)學科特性與卡通風格,一般以暖色調為主,布局要注意盡量避免界面元素過于復雜,遵循合理、清晰、簡捷、層次分明的原則,讓學習者在使用時有一個愉快的心情。“認識人民幣”趣味性虛擬實驗的界面設計如圖4所示,實驗的整體風格為暖色調,根據(jù)不同的場景選擇不同的色彩合理搭配,根據(jù)不同情況靈活運用文字、符號、聲音、圖片、動畫等多媒體信息,從視聽方面加大對學習者的刺激,給學習者帶來享受,促進其對學習內容的理解和掌握。實驗的導航包括實驗說明、基礎知識、模擬購物、查看成績、幫助文檔和退出程序幾個模塊,模擬購物模塊具體又分為商店頁面、付款頁面、購買成功或失敗頁面三個小部分,整體清晰直觀、簡便易用。

4 交互設計

在“趣味性”虛擬實驗中,交互不僅是學習者同虛擬實驗之間的信息交流,也是虛擬情境展開的手段。“趣味性”虛擬實驗中的交互設計包括控制虛擬物體和呈現(xiàn)提示與反饋信息兩個方面:

(1) 虛擬物體的控制

虛擬物體的控制是指學習者操作虛擬物體的方式。“趣味性”虛擬實驗控制物體的方式有多種,如鍵盤、鼠標點擊、鼠標雙擊、鼠標滑過、鼠標拖動、鼠標右鍵等。采樣哪種控制方式,應根據(jù)實驗本身的特點、功能、創(chuàng)設的情境以及技術實現(xiàn),遵循方便、易懂、合理的原則,要盡量與真實實驗控制方式相近或有明顯的操作提示。鼠標操作能實現(xiàn)的盡量不使用鍵盤,鼠標點擊能實現(xiàn)的不用雙擊,而且對于同一類物體要采用相同的控制方式,如控制物體A采用鼠標拖動的方式,控制同類物體B也要采用這種方式,否則二者的操作行為不一致,很容易使學習者產生混亂、不適應。在“認識人民幣”趣味性虛擬實驗中,選擇虛擬物體的行為采用了鼠標滑過和點擊兩種方式,當鼠標滑時虛擬物體變大并呈現(xiàn)價錢和名稱信息(圖5A),當鼠標點擊后,進入購買頁面,可以進行付款操作;對付款的操作采用鼠標拖動的方式,學習者將錢幣從位置A拖動到位置B時,即可完成操作,采用這種方式簡便、實用,可以降低學習者的認知負載(圖5B)。

(2) 提示和反饋信息的呈現(xiàn)

提示和反饋信息是虛擬實驗的主要構成元素。提示信息出現(xiàn)在操作動作之前,用以對學習者未來的操作進行引導;反饋信息出現(xiàn)在操作動作之后,用以對當前操作的確定或對錯誤予以糾正,讓學習者及時了解自身狀況[2]。在“趣味性”虛擬實驗中,主要是針對重難點、學習結果以及學習者可能出現(xiàn)疑問的地方提供適當?shù)奶崾竞头答仭＿\用提示和反饋信息必須及時準確,能夠給學習者針對性的指導,任何的滯后和延時都會給學習者帶來思維中斷、興趣轉移甚至是厭煩心理的產生;此外提示和反饋信息盡量要人性化,語言要有感情色彩,盡量以鼓勵性的語言來調控學習者的情緒、注意力等,從而促進學習者保持最佳學習狀態(tài)。在“認識人民幣”趣味性虛擬實驗中,當學習者選擇物品或付款之后,系統(tǒng)都會給出提示信息,以便學習者確認或取消操作;在付款操作之后,若學習者所付金額和物品價格相等,系統(tǒng)給出購買成功反饋并獎勵鮮花或玩具,對學習者進行鼓勵,見圖5(C);若學習者所付金額和物品價格不等,系統(tǒng)給出購買失敗的反饋,并告知二者的差距,以便學習者及時糾正自己的錯誤。

5 測試與發(fā)布

測試是指在“趣味性”虛擬實驗完成后進行的整體功能、性能、穩(wěn)定性的調試和優(yōu)化,如不同場景之間色彩搭配、交互和鏈接的可用性、是否存在斷點等問題。發(fā)布是將整個虛擬實驗程序打包,以便在服務器或單機上運行,可以根據(jù)實際情況選擇不同的格式,本文開發(fā)的“認識人民幣”趣味性虛擬實驗最終發(fā)布為HTML格式。

四 結語

學習興趣是保證教學有效性最重要的因素之一。“趣味性”虛擬實驗在傳統(tǒng)虛擬實驗構建的基礎上,充分發(fā)揮了多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)勢,以激發(fā)學習者興趣、提高學習動機為主線,將實際問題和教學內容有機結合,創(chuàng)設虛擬情境,界面設計和交互設計圍繞虛擬情境展開,給學生創(chuàng)造了一個愉快、輕松、和諧的學習環(huán)境,有利于學習者深入理解教學內容,使學習變得更有意義。

參考文獻

[1] 楊哲.網絡課程的信息表征與信息結構設計研究[J].中國遠程教育,2006,(7):46-48.

[2] 王榮芝,辛日華.網絡虛擬實驗的界面交互設計[J].實驗室研究與探索,2009,28(2):82-85.