基于認知學徒制的虛擬學習情境的設(shè)計與實踐

摘 要：虛擬現(xiàn)實是目前新興發(fā)展的技術(shù)學科，主要將真實的場景進行虛擬化，認知學徒制是一種在情境認知和學習理論指導(dǎo)下建立起來的學習方法。文章將兩者進行結(jié)合，解決了后者無法構(gòu)建真實場景的缺陷，通過在《C語言程序設(shè)計》中的“函數(shù)設(shè)計”知識點的講解，提高了學生對于學習程序設(shè)計的興趣，激發(fā)了學生學習的熱情，為更好構(gòu)建虛擬學習情境提出了方向。

關(guān)鍵詞：C語言程序設(shè)計；虛擬現(xiàn)實；認知學徒制

作者簡介：陳暄（1979-），男，安徽祁門人，浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院講師，研究方向為課程設(shè)計改革、算法設(shè)計。

基金項目：浙江省教育科學規(guī)劃課題“基于認知學徒制的虛擬學習情境的設(shè)計與實踐”（編號：2016SCG245），主持人：陳暄。

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1001-7518（2016）26-0072-04

認知學徒制就是一種將傳統(tǒng)學徒制與學校教育相互結(jié)合，引導(dǎo)學生完全浸潤在專家實踐環(huán)境中的方式；虛擬學習情境主要是依靠現(xiàn)代化的信息技術(shù)來構(gòu)造逼真的學習情境，創(chuàng)造吸引學生的嶄新的學習環(huán)境[1]。認知學徒制與虛擬學習情境進行結(jié)合，一方面發(fā)揮認知學徒制的優(yōu)勢，另一方面構(gòu)建有利于教學的環(huán)境因素，來激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的學習效率。

一、認知學徒制的虛擬情境設(shè)計的基本理論

（一）認知學徒制

認知學徒制是在情境認知和學習理論指導(dǎo)下建立起來的一種可以滿足不同類型的課堂和師生環(huán)境的學習方法[2]，它可以有效地彌補傳統(tǒng)課堂教學中存在的不足，包含內(nèi)容、方法、序列和社會性四個部分組成。在這樣的環(huán)境中，教師為學生提供實際的操作工具，學生通過對這些實際工具的應(yīng)用來獲得相應(yīng)的知識，避免傳統(tǒng)課堂在教學過程中的枯燥，提高學生的課堂學習效率。

（二）虛擬現(xiàn)實教育的概念及內(nèi)涵

所謂虛擬現(xiàn)實教育是將虛擬技術(shù)應(yīng)用到教育領(lǐng)域中，教師與學生通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來構(gòu)造學習情境從而完成交互學習的一種觀念。它與傳統(tǒng)的學習理念具有以下的區(qū)別：

1.學習目的改變。學習的目的都是為了能夠使得學生獲得知識。在傳統(tǒng)的學習中，學習者主要學習理論知識，對于實踐性的知識由于某些條件的限制無法進行實踐，而在基于虛擬現(xiàn)實的學習情境中，將實踐知識的學習放置在重要的位置，引導(dǎo)學生通過理論學習之后，在虛擬情境中完成對實踐知識的學習。

2.學習方式的改變。在傳統(tǒng)的教學中，教師主要采用面對面的方式進行授課，大部分學生通過記憶的背景下來獲得知識，這種方式無法激發(fā)學生的積極性，甚至會讓學生產(chǎn)生只要在備考的時候多背誦就能通過考試的感覺，因此學生對于學習知識的重視程度逐漸降低。虛擬現(xiàn)實技術(shù)將知識由記憶型變換為生動型，通過虛擬化的場景引導(dǎo)學生改變對學習方式的看法，它從周圍的環(huán)境出發(fā)，將學生與周圍環(huán)境進行交互，在一定程度上激發(fā)學生對于知識的求知欲望。同時它還不斷挖掘教學內(nèi)容，將書本中的理論變換成虛擬化的實際場景，使得學生的學習行為由被動變?yōu)橹鲃樱瑢W生在輕松愉悅的環(huán)境中學習知識，在學習的過程中與他人共同研究問題，吸取其他學生的學習經(jīng)驗，改進自己的學習方式。

3.學習空間的轉(zhuǎn)變。在傳統(tǒng)的教學過程中，教師通過每一節(jié)堂課來為學生傳授知識，傳授的地點，傳授的時間相對固定，在傳授中，學生可以向教師求解問題，也可以與其他的學生進行合作學習。當教師與學生不在同一個時間或者同一地點的時候，教師所教授的知識，學生就無法方便的獲得，學生之間的的交流就更是無法得知。虛擬技術(shù)的采用在一定程度上解決了這些問題，依托虛擬系統(tǒng)提供交互方式，能夠滿足學生和教師在課上甚至課后的學習和交流，使得學習的空間發(fā)生了改變。

4.學習觀念的轉(zhuǎn)變。在目前大部分教學過程中，學生學習的內(nèi)容都是理論性較強的內(nèi)容，特別是針對《C語言程序設(shè)計》這樣的類似的程序類的課程，課程的知識是非常枯燥，而且學習的模式基本上首先進行理論學習，然后再進行上機實踐，這種學習方式無法提高學生綜合能力的發(fā)展。針對目前的學習狀況，虛擬現(xiàn)實技術(shù)要求學生不但通過理論知識獲得技能和方法，更加強調(diào)學生將理論知識與實踐的技能進行結(jié)合，引導(dǎo)學生必須重視技能的掌握同時也需要加強理論學習的正確價值觀。這樣可以培養(yǎng)學生的積極學習態(tài)度，促進學生在學習中感受到學習的快樂，從而形成積極向上的學習觀。

二、虛擬學習情境教學設(shè)計的要素分析

虛擬學習情境是一種建立在認知學徒制教學模式的基礎(chǔ)上的學習模式[3]，它不但符合認知學徒制的相關(guān)四個方面的內(nèi)容，而且還加入了體現(xiàn)真實學習的虛擬活動。

（一）內(nèi)容

學習的內(nèi)容在虛擬學習情境稱為專家知識，包括專業(yè)知識和策略知識兩個部分。前者主要描述專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)容中的概念和事實，往往存在課本知識和課堂教學過程中；后者主要是指如何應(yīng)用上述的事實去解決真實問題。在虛擬學習情境中，學生在情境的交互中通過觀察等方式來獲得知識，然后在此基礎(chǔ)上通過不斷的操作、思考、實踐等反復(fù)步驟，從而明確學習的內(nèi)容。

（二）方法

學習的方法主要是為了能夠幫助學生更好的發(fā)現(xiàn)問題并采用正確的學習方法解決問題。在設(shè)計教學方法的時候鼓勵學生通過觀察，參與到具體情境中的實踐內(nèi)容，引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)所學的真實知識和概念知識相匹配，并啟發(fā)學生利用現(xiàn)有的各種資源解決問題。在虛擬學習情境的教學方法設(shè)計中分為三個步驟：首先通過示范和指導(dǎo)一個實際的C語言程序的開發(fā)，幫助學生通過觀察和指導(dǎo)來獲得一些技能；然后對這個程序進行反思，引導(dǎo)學生注意觀察教師解決問題的思路，并結(jié)合自己解決這個程序的方法而反思自己的想法；最后是不斷地鼓勵學生自覺地解決問題。

（三）序列

認知學徒制主要是為了培養(yǎng)學習者的技能，這就要求課程授課教師需要在不同階段改變學習技能內(nèi)容，要求設(shè)計者按照一定的設(shè)計規(guī)則，了解和掌握各個階段的技能培養(yǎng)目標。因此如何合理的安排活動的順序起著重要的作用。基于認知學徒制的虛擬學習情境具備的原則有三個方面：其一是復(fù)雜性原則，主要是幫助學習者在完成學習的任務(wù)過程中運用教師提出的技能，這里的復(fù)雜性是指將任務(wù)從容易到難進行排序，逐步控制任務(wù)的復(fù)雜性。其二是多樣性原則，當學習某種技能的過程中，需要引入多樣化的技能任務(wù)，這樣可以讓學生能夠更好的引導(dǎo)學生將掌握的技能應(yīng)用到更加多樣化的問題，這樣可以引導(dǎo)學生解決不熟悉或者新的問題。其三是全局優(yōu)于局部原則，學生在初學的時候，應(yīng)該對當前所需要學習的內(nèi)容有一個總體的印象，然后再對自己所學習的內(nèi)容進行了解，這樣安排的目的是為了讓幫助學生樹立先從宏觀角度去看待問題，然后從微觀的角度去解決問題，鍛煉學生看待事物的能力。

（四）社會性

虛擬情境中的社會性主要是指專家對學生的鼓勵使得學生產(chǎn)生積極學習的信念，特別是鼓勵的內(nèi)容對于學生的學習動機，學生的自信以及學生面對困難的決心起著非常重要的指導(dǎo)作用。在虛擬學習情境中，教師與學生之間，學生與學生之間的交流都依靠虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行，幫助他們進行相互交流，相互討論和共同學習。

通過構(gòu)建虛擬情境的設(shè)計，將認知學徒制的四大要素與虛擬活動相結(jié)合。教師與學生，學生與學生通過虛擬化的場景來進行學習情境的互動。

三、虛擬學習情境教學設(shè)計——以《C語言程序設(shè)計》課程為例

本文中以《C語言程序設(shè)計》中的“函數(shù)設(shè)計”知識點為例，描述基于認知學徒制的虛擬學習情境的教學設(shè)計過程。

（一）授課對象分析

本文選擇的是剛剛進入大一的學生。在這個階段的學習中，學生們的思維方式還停留在高中的階段，缺乏從整體上對一件事情的抽象性的看法。在教學的過程中如果只是依靠PPT等工具演示上課的內(nèi)容，無疑限制了學生的求知欲，因為該階段的學生對于程序設(shè)計課程具有一定的好奇性，因此，為學生提供一個能夠吸引學生的虛擬學習環(huán)節(jié)顯得非常重要。

（二）學習目標分析

“函數(shù)設(shè)計”教學目的是為了讓學生認識函數(shù)并使用函數(shù)。大致包括三個方面的學習：認識、了解函數(shù)的組成部分，對函數(shù)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用進行學習；幫助學生認識到函數(shù)在平時的很多諸如生活中的電子產(chǎn)品的開發(fā)中使用；掌握虛擬學習情境的應(yīng)用方法，運用網(wǎng)絡(luò)引擎去搜尋相關(guān)的知識。

（三）學習過程分析

1.準備過程。教師向?qū)W生講解有關(guān)虛擬情境的設(shè)計的構(gòu)建思想以及目的，然后向?qū)W生講述如何進入情境學習的方法，緊接著向?qū)W生提出清晰的學習目標，同時解決學生在學習過程中遇到的各種問題和解決方法。

2.提出問題。在使用虛擬情境學習系統(tǒng)中，系統(tǒng)向?qū)W生展示本次學習的目的，其次在具體實踐案例中提出大致的問題：第一，函數(shù)的組成有幾部分組成？分別是什么？第二，如何使用該函數(shù)，并打算解決什么問題？第三，設(shè)計幾個函數(shù)完成各自的功能。

3.專家指導(dǎo)。在虛擬學習情境中，教師是學習的組織者，對學生的學習給予幫助和指導(dǎo)，提醒學生在學習任務(wù)的時候容易遇到不解的地方以及容易忽視的問題，以便能夠更好的幫助學生獲得知識。通過虛擬情境學習的在線功能，可以幫助學生與教師進行交流，同時方便學生與學生之間進行交流。

4.自主學習。學生在教師的指導(dǎo)下，通過虛擬學習系統(tǒng)進行相關(guān)的學習，并在系統(tǒng)的指導(dǎo)下進行相關(guān)函數(shù)知識的掌握，在系統(tǒng)提供的案例中，學生主要完成：通過觀看視頻教學后完成對函數(shù)的調(diào)用和使用；通過互聯(lián)網(wǎng)來搜索有關(guān)函數(shù)的課程的后續(xù)的學習，了解函數(shù)更多的使用情況。

5.完成作業(yè)。在前幾個階段完成后，學生需要完成幾個函數(shù)的作業(yè)，學生可以依靠互聯(lián)網(wǎng)對需要解答的函數(shù)內(nèi)容所涉及的知識點進行搜索，然后完成作業(yè)，但是這里需要特別說明的是，由于作業(yè)的內(nèi)容可以在互聯(lián)網(wǎng)上能夠?qū)ふ业酱鸢福虼藢W生在完成作業(yè)的同時需要準備PPT，代碼解釋清單等東西，并通過虛擬學習系統(tǒng)將作業(yè)上傳給教師，讓教師進行評價。

6.階段反饋。在進行完一個階段的學習之后，需要進行階段性總結(jié)，教師引導(dǎo)學生對學習問題（比如函數(shù)的學習）進行思考，針對出現(xiàn)的不足進行及時的糾正，同時對問題之外的知識點進行延伸和分析，幫助學生能夠思考問題，培養(yǎng)學生的學習獨立性。

（四）評價認知學徒制虛擬學習情境

1.內(nèi)容方面實現(xiàn)的評價。以“函數(shù)設(shè)計”的虛擬情境為例，為了能夠體現(xiàn)學生對于知識點學習，首先應(yīng)該幫助學生明確學習的目標，其次，關(guān)注學習內(nèi)容的描述是否能夠讓學生容易理解。在虛擬學習情境的系統(tǒng)中，學生通過系統(tǒng)中的注釋了解到函數(shù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，在熟悉基本結(jié)構(gòu)之后；學生依靠虛擬操作使用難度逐漸增大的函數(shù)進行學習，從中豐富自己的知識。

2.學習方法方面的評價。教師向?qū)W生提供學習視頻，進行相關(guān)的示范講解；教師與學生依靠虛擬情境系統(tǒng)中的在線交流解決學生提出的問題并進行相應(yīng)的指導(dǎo)；教師引導(dǎo)學生進行相關(guān)內(nèi)容的搜索，方便學生采用正確的方式學習；教師要求學生完成幾個關(guān)于函數(shù)的作業(yè)，來促進學生的清晰表達能力；學生和教師的相互思考，學生需要對學習的內(nèi)容進行思考，以及對操作的過程進行思考，并把這些思考寫入到反饋中；同時教師需要在教學的過程中針對自己的引導(dǎo)方法，引導(dǎo)模式進行思考，并在與學生的在線交流中反饋自己的思考，并通過日志的方式展示在虛擬情境系統(tǒng)中。

3.序列方面實現(xiàn)的評價。當學生通過虛擬情境熟悉函數(shù)的各個部分組成的時候，系統(tǒng)會相應(yīng)的彈出相關(guān)的解釋說明，對函數(shù)的各個部分進行描述，然后通過演示函數(shù)在某個系統(tǒng)中的過程，體現(xiàn)了學習序列的不斷增加的復(fù)雜性原則。在“函數(shù)設(shè)計”的學習中，需要依靠視頻，網(wǎng)絡(luò)和在線交流平臺進行完成，這說明學生在完成學習活動的多樣性。在學習“函數(shù)設(shè)計”的過程中，首先明確了“函數(shù)”具有的作用，幫助學生明白“函數(shù)”學習的目的，然后有步驟的學習有關(guān)函數(shù)的使用的功能以及在相關(guān)程序中的使用情況，這樣體現(xiàn)了先宏觀看待問題再微觀解決問題的方法。

4.社會性方面實現(xiàn)的評價主要是通過系統(tǒng)的交流平臺，可以幫助學生與教師進行交流，并對學生的學習過程進行鼓勵，而學生也可以通過平臺之間的交流，共同的學習，共同的鼓勵。

5.虛擬活動方面實現(xiàn)的評價是在進行“函數(shù)設(shè)計”學習的過程中，從函數(shù)的入門學習到函數(shù)應(yīng)用在程序中都使用了虛擬化的表現(xiàn)手法，這種表現(xiàn)方法有別于傳統(tǒng)的采用PPT能靜態(tài)講解的方法，激發(fā)了學生學習的興趣。

（五）學生反饋調(diào)查

為了考察學生對于該種學習方式的興趣。本文還對計算機專業(yè)的三個專業(yè)三個班級共126名學生進行調(diào)查，從整體印象、實用性、難易性、學習效果幾個方面進行調(diào)查。

1.整體印象。在內(nèi)容為“您是否對虛擬的學習情境感興趣嗎？”調(diào)查中，選擇非常感興趣有48人，一般興趣為68人，沒有興趣的有10人，因此感興趣一共有116人，占總?cè)藬?shù)比例的92.06%；在內(nèi)容為“您是否接受通過這種虛擬手段教學方式？”中，選擇非常愿意接受的為32人，一般接受的為78人，不愿意接受的為16人，因此愿意接受的為90人，占總?cè)藬?shù)比例的87.3%。這說明學生對于這種虛擬情境教學方式整體印象不錯，樂于接受。

2.實用性。在內(nèi)容為“虛擬的環(huán)境中的函數(shù)構(gòu)造與真實的系統(tǒng)中的函數(shù)構(gòu)造相近嗎？”調(diào)查中，選擇非常相近的有43人，比較相近的有63人，不相近的有20人，其中相近的人數(shù)有109人，占送人數(shù)比例的86.5%；在內(nèi)容為“類似這樣的函數(shù)就存在你身邊的很多系統(tǒng)里面？”調(diào)查中，選擇是的有114人，選擇否的有12人，因此，選擇是的人占總?cè)藬?shù)的比例的90.47%，這說明虛擬對象具有很好的實用性。

3.難易性。在內(nèi)容為“在函數(shù)講解和應(yīng)用的過程中，你覺得困難嗎？”的調(diào)查中，其中選擇非常容易理解有46人，比較容易理解的為56人，非常難理解的有24人.因此，容易理解為92人，占送人數(shù)比例的80.95%。這說明學生對于通過虛擬情境學習的可以降低理解的難度持肯定的態(tài)度。

4.學習效果在內(nèi)容為“通過該系統(tǒng)的使用，你是否會主動學習？”的調(diào)查中，選擇肯定的為104人，選擇否定的為22人，選擇主動學習的占總?cè)藬?shù)比例的82.53%；在內(nèi)容為“該系統(tǒng)是否能夠改進您的學習方式？”調(diào)查中，選擇肯定的為106人，選擇否定為20人，選擇能夠改進學習方式占總?cè)藬?shù)比例的84.12%。這說明學習的效果是讓學生滿意的。

通過以上反饋調(diào)查，表明了學生采用此方法的學習具有一定的效果，因此該學習方法可以引導(dǎo)學生樹立學習觀念，促進學生的學習興趣。

通過針對《C語言程序設(shè)計》課程的應(yīng)用，將認知學徒制和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行了結(jié)合，取得了一定的效果，但還存在很多的不足需要進一步研究。例如高職的課程隨著專業(yè)不同課程內(nèi)容不同，如何能夠針對每一門課程應(yīng)用虛擬情境系統(tǒng)是下一步研究的方向，目前基于圖形圖像的很多技術(shù)都在日新月異，如何改善虛擬情境系統(tǒng)是下一步不斷完善的過程。

參考文獻：

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[3]白書強.基于認知學徒制的虛擬學習情境的設(shè)計與開發(fā)[D].山東師范大學，2011.

責任編輯 時紅兵