心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與發(fā)展探索

趙俊華 王艷 張夢(mèng)瑩

摘? 要 心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是心理學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)計(jì)算機(jī)化平臺(tái)。該系統(tǒng)早期的設(shè)計(jì)思路是通過演示性操作來體驗(yàn)一些心理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，后來具備了跟外部實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行連接的功能，學(xué)生也可以模仿編輯或創(chuàng)新設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。最新的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)朝向云端化發(fā)展，今后可以考慮更多外部傳感設(shè)備的有線與無線連接，納入大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

關(guān)鍵詞 心理學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng);創(chuàng)新實(shí)踐;大數(shù)據(jù);PsyLAB;PsyKey;云端

1 前言

作為高校心理學(xué)相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充，心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是一種借助計(jì)算機(jī)來進(jìn)行心理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)的軟件系統(tǒng)，它可以讓學(xué)生更有效地完成各種心理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的程序化操作，節(jié)省教學(xué)時(shí)間。心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的誕生一方面是計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果，另一方面是對(duì)傳統(tǒng)心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的不足進(jìn)行反思的結(jié)果。國內(nèi)很多高校的心理學(xué)相關(guān)專業(yè)對(duì)心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用比較廣泛，但是在實(shí)際使用過程中，有關(guān)心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求也在不斷地變化。

2 早期心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目演示性操作的體現(xiàn)

從歷史發(fā)展來看，20世紀(jì)80、90年代，心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往借助專門制作的各種實(shí)物器材來實(shí)現(xiàn)有限的實(shí)驗(yàn)過程演示或操作[1]，比如暗適應(yīng)儀、聲光反應(yīng)時(shí)測(cè)量儀。盡管這種方式對(duì)培養(yǎng)動(dòng)手操作能力很重要，但是在滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率、擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)象和數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)化方面比較欠缺。21世紀(jì)的第一個(gè)10年，隨著計(jì)算機(jī)的廣泛普及，心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)開始更多借助計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)[2]。這類心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)成一般包括心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)、反應(yīng)時(shí)實(shí)驗(yàn)、知覺實(shí)驗(yàn)、記憶實(shí)驗(yàn)、注意實(shí)驗(yàn)、發(fā)展心理實(shí)驗(yàn)、思維實(shí)驗(yàn)等，它們可以滿足的學(xué)科教學(xué)種類有普通心理學(xué)、實(shí)驗(yàn)心理學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、發(fā)展與教育心理學(xué)、工程心理學(xué)等。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的性質(zhì)一般屬于經(jīng)典心理實(shí)驗(yàn)的操作性演示，其中又包括不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集或分析的實(shí)驗(yàn)操作和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集或分析的實(shí)驗(yàn)操作。比如心云實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)（CETS）在教學(xué)河內(nèi)塔問題解決時(shí)，讓學(xué)生通過鼠標(biāo)拖動(dòng)，把第一個(gè)圓柱上的三個(gè)大小不同的圓盤全部移到第三根圓柱上，每次只能移動(dòng)最上面的一個(gè)圓盤，并且大盤不能壓在小盤上。在這一過程中，學(xué)生只需要體驗(yàn)問題解決的操作過程，但是移動(dòng)圓盤的次數(shù)和花費(fèi)時(shí)間等數(shù)據(jù)并沒有被計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄，而有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目則會(huì)自動(dòng)采集這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并給出分析結(jié)果。

3 發(fā)展中的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)對(duì)外接設(shè)備和編制實(shí)驗(yàn)的體現(xiàn)

早期出現(xiàn)的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)一般通過單機(jī)或局域網(wǎng)平臺(tái)為用戶提供服務(wù)，系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行、數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集或分析都在客戶端。它們?cè)谔岣邔?shí)驗(yàn)教學(xué)效率、滿足大班教學(xué)需求、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄自動(dòng)化和精準(zhǔn)化方面具有傳統(tǒng)實(shí)體設(shè)備所不具備的功能。但是在實(shí)際的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，并不是所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都可以轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)程序，比如那些涉及生理指標(biāo)、眼動(dòng)數(shù)據(jù)采集的實(shí)驗(yàn)，就必須要借助專門的儀器設(shè)備。而且，過度地依賴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來進(jìn)行心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，很容易讓學(xué)生失去自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制作實(shí)驗(yàn)設(shè)備、編制實(shí)驗(yàn)材料，甚至是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的鍛煉機(jī)會(huì)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般都是事先編制好的，學(xué)生更多扮演的是一名被試而不是學(xué)習(xí)者。心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了要體驗(yàn)已有的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)及其設(shè)計(jì)，還需要以學(xué)生為中心，教會(huì)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)，解決新問題。

為了克服以上局限，新近的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開始重視和外圍實(shí)體設(shè)備的連接，強(qiáng)調(diào)自主實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的添加或編輯，比如PsyLAB、Psytech3.0、PsyKey。這些產(chǎn)品有兩個(gè)共同特點(diǎn)。

1）利用USB技術(shù)連接外圍實(shí)體設(shè)備，比如動(dòng)作靈活性測(cè)量儀、深度知覺測(cè)量儀，幫助學(xué)生完成傳統(tǒng)意義上的手動(dòng)式操作實(shí)驗(yàn)，而他們操作過程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)語呈現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)步驟的展開、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和分析都可以由計(jì)算機(jī)來完成。這在一定程度上實(shí)現(xiàn)了軟體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和硬體實(shí)驗(yàn)設(shè)備的整合。從功能優(yōu)勢(shì)上來看，它們既能發(fā)揮操作傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)動(dòng)手實(shí)踐能力的鍛煉，又能發(fā)揮計(jì)算機(jī)程序化實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性、高效性和數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、精準(zhǔn)化優(yōu)勢(shì)。

2）這些產(chǎn)品還體現(xiàn)出自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性。比如直接在系統(tǒng)上編輯實(shí)驗(yàn)材料或者刪除已有實(shí)驗(yàn)材料，為已有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目添加新的變量或者刪除已有變量，從外圍導(dǎo)入新的實(shí)驗(yàn)材料或者上傳一個(gè)全新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，這類心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開始有意識(shí)地整合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料制作工具，比如新版的PsyLAB心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)提供的聲音發(fā)生器、圖片生成器，或者直接加入自己開發(fā)的心理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件[3]。這樣的設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力很有幫助。

4 新近的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)對(duì)云端化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體現(xiàn)

打破心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空限制? 進(jìn)入21世紀(jì)的第二個(gè)10年，隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，一種基于云端的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開始出現(xiàn)，比如側(cè)重常規(guī)心理實(shí)驗(yàn)演示的卓頓心理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以及著眼于專題研究項(xiàng)目而開發(fā)的云端心理實(shí)驗(yàn)室（cpsylab）[4]。這種不受固定或單一場(chǎng)地限制的教學(xué)資源進(jìn)一步滿足了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)需要，同時(shí)可以“打破心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)等形式的教學(xué)”[5]，所以逐漸受到心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視。云端化心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)和以往實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)化教學(xué)系統(tǒng)相比，它不但做到了在線化心理實(shí)驗(yàn)操作，而且實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的安裝，數(shù)據(jù)的采集、分析和存儲(chǔ)都發(fā)生在云端。心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的云端化使心理實(shí)驗(yàn)的操作性教學(xué)真正走出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，用戶可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)條件自主上網(wǎng)，甚至是借助手機(jī)來實(shí)現(xiàn)心理實(shí)驗(yàn)的操作性學(xué)習(xí)。

當(dāng)然，最初出現(xiàn)的云端化心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)思路上還僅僅是把原有的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)從用戶計(jì)算機(jī)“遷移”到云端計(jì)算機(jī)，教學(xué)內(nèi)容也更多地側(cè)重心理實(shí)驗(yàn)的演示性操作，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所能連接的外圍實(shí)驗(yàn)設(shè)備還沒辦法進(jìn)行兼容，也沒有很好地整合自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或自主編輯的功能。這顯然不能完全滿足心理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需求。

實(shí)現(xiàn)自主性模仿編輯或創(chuàng)新設(shè)計(jì)? 培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力是我國高等教育發(fā)展的重點(diǎn)目標(biāo)。云端化心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須考慮自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)功能。同樣，作為一線心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師，他們最為關(guān)心的是學(xué)生不但要懂得怎樣以一名被試的身份去操作一個(gè)演示性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還要懂得這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)程序是怎樣設(shè)計(jì)而成的，同時(shí)要學(xué)會(huì)根據(jù)相應(yīng)的研究目的動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)新實(shí)驗(yàn)。也就是說，用戶需要一個(gè)能夠同時(shí)完成從經(jīng)典性心理實(shí)驗(yàn)的演示性操作、模仿性編輯到創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的一體化云端心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。

新版的CETS云端心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)采用三步一體設(shè)計(jì)模式來實(shí)現(xiàn)教師所期望的學(xué)習(xí)目標(biāo)[6]。

首先，由經(jīng)典實(shí)驗(yàn)演示子系統(tǒng)來完成演示性學(xué)習(xí)功能。該子系統(tǒng)的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都包含有實(shí)驗(yàn)說明、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行、可能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出和模仿性編輯控鍵。模仿性編輯控鍵主要是把感興趣的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)鏈接到下一步的模仿性編輯系統(tǒng)。

其次，由經(jīng)典實(shí)驗(yàn)編輯子系統(tǒng)來完成模仿性學(xué)習(xí)。該子系統(tǒng)有一個(gè)可編輯的心理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表，列出的是學(xué)生想要進(jìn)一步編輯的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這個(gè)子系統(tǒng)還提供有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編輯說明、實(shí)驗(yàn)材料資源庫、實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)工具、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)控鍵，用戶可以通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)控鍵進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

最后，由創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)來完成創(chuàng)新性學(xué)習(xí)功能。該子系統(tǒng)有一個(gè)屬于學(xué)生自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)列表，列表中每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都包含有問題提出、實(shí)驗(yàn)說明、實(shí)驗(yàn)編制、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)發(fā)布幾個(gè)模塊。此處的實(shí)驗(yàn)編制模塊可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)材料上傳、實(shí)驗(yàn)材料編輯、實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)等操作功能。

以上各系統(tǒng)作為一個(gè)相互鏈接的整體運(yùn)行在云端，學(xué)習(xí)者可以自定時(shí)間，循序漸進(jìn)地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

5 未來云端化心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

云端系統(tǒng)和外圍實(shí)驗(yàn)儀器的物聯(lián)? 盡管最新的云端心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在演示性操作基礎(chǔ)上增添了模仿性編輯或創(chuàng)新性設(shè)計(jì)模塊，但是它們?cè)谶B接外圍實(shí)驗(yàn)儀器方面還有所欠缺。尤其是近些年來，借助各種實(shí)體儀器進(jìn)行心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的做法已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如框棒儀、速示儀、鏡畫儀等，在課題研究中廣泛使用的眼動(dòng)儀、生理反饋儀、腦電儀等外圍設(shè)備也需要更多學(xué)習(xí)。

在新版PsyKey心理教學(xué)系統(tǒng)里，研究者已經(jīng)開始嘗試融入眼動(dòng)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序，只不過這種實(shí)驗(yàn)程序還不能跟常用的眼動(dòng)儀進(jìn)行有效連接，主要原因是實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)上的眼動(dòng)教學(xué)程序還不具備眼動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和分析功能，這個(gè)功能仍然由眼動(dòng)儀自帶的軟件來執(zhí)行。而教師的需求是，學(xué)習(xí)者在操作眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序時(shí)，這個(gè)程序必須和眼動(dòng)儀自帶的軟件相互兼容，同步運(yùn)行，或者在云端系統(tǒng)直接集成眼動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和分析模塊。這種設(shè)計(jì)思路也可以應(yīng)用到其他設(shè)備，如生理反饋儀、腦電儀。

近年來，一些移動(dòng)式眼動(dòng)儀、腦電儀以及可以感應(yīng)人體生理信號(hào)或環(huán)境信息的可穿戴設(shè)備在心理學(xué)研究中越來越多地被使用。這些“移動(dòng)式傳感設(shè)備所獲取的行為與環(huán)境信息和生理信號(hào)，同樣可以通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，它們正在改變傳統(tǒng)心理學(xué)的研究對(duì)象、思路和方法”[7]。手機(jī)、平板電腦、高速無線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)式傳感設(shè)備和云端心理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)借助無線互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可以組成一個(gè)新型的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)生態(tài)鏈，使得傳統(tǒng)的心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠考慮更多的生態(tài)實(shí)驗(yàn)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)一些在實(shí)驗(yàn)室無法完成的項(xiàng)目教學(xué)。

云端系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析? 目前，云端心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和分析方面還是側(cè)重于變量之間因果關(guān)系的求證，樣本量也局限于小樣本，這也是傳統(tǒng)心理實(shí)驗(yàn)的基本特征。網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的出現(xiàn)為心理實(shí)驗(yàn)的大樣本測(cè)量，滿足實(shí)驗(yàn)結(jié)果可解釋的時(shí)效性帶來可能。但是也有研究者認(rèn)為，“大數(shù)據(jù)研究擅長探索相關(guān)性”[8]，這跟心理實(shí)驗(yàn)的因果關(guān)系追求并不一致。不過研究者也可利用海量數(shù)據(jù)和理論假設(shè)相結(jié)合的方式，嘗試大數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[9]。這種做法具有理論可行性，因?yàn)椤霸诖髷?shù)據(jù)研究背景下，盡管不同變量之間的關(guān)系變得不那么明確，但是大數(shù)據(jù)采集過程所使用的理論、方法和工具都會(huì)受到研究者自身理論知識(shí)和先入之見的影響，因此，即使是大數(shù)據(jù)的關(guān)系挖掘和分析，也不排斥理論假設(shè)和因果分析”[10]。云端心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)恰恰為這種方法結(jié)合提供了一個(gè)現(xiàn)實(shí)可操作的平臺(tái)，因?yàn)樵贫诵睦韺?shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)上的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)本身就是基于理論假設(shè)的驅(qū)動(dòng)，它的優(yōu)勢(shì)還在于能夠借助使用面的擴(kuò)大，積累大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一定程度的大數(shù)據(jù)分析，同時(shí)不失因果關(guān)系解釋。這對(duì)于心理實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法的教學(xué)也是一個(gè)新的促進(jìn)。

從教學(xué)層面來講，云端心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可以提供的大數(shù)據(jù)并不局限于各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還可以提供有關(guān)使用者偏好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、操作習(xí)慣等信息。這樣可以幫助優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，追蹤實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的前沿問題，預(yù)測(cè)心理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的使用對(duì)學(xué)習(xí)者的教育作用。

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