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摘要 先简要说明MUVE(多用户虚拟环境)的概念及特征,阐述其与科学探究式学习结合的可能性,然后以美国哈佛大学教育学院开发的River City MUVE为例,具体说明利用MUVE支持科学探究式学习的可行性。
关键词 多用户虚拟环境;科学探究;科学探究式学习
中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1671-489X(2010)27-0003-04
Supporting Scientific Inquiry Learning with MUVE Using River City as an Example//Liu Min, Li Jiansheng
Abstract At first, explains the concept and characteristics of MUVE (Multi-User Virtual Environment), the possibility of combining MUVE and scientific inquiry learning. Then gives a specific instructions of combining MUVE and scientific inquiry learning using the River City MUVE which developed by the Education Institute in Harvard University as an example.
Key words Multi-User Virtual Environment; scientific inquiry; scientific inquiry learning
Author’s address The Institute of Educational Technology in Nanjing Normal University, Nanjing, China 210097
MUVE提供了犹如身临其境的、充满魅力的虚拟环境,吸引了不少学生,但它很少被真正应用到教学和学习中。当前中学科学课堂中大力提倡科学探究式教学的大背景,为把MUVE与教学和学习整合提供了契机。利用MUVE支持科学探究式学习,创造一种寓教于乐的、以科学问题为引导的学习环境,为学生更加自觉、快乐地学习科学带来福音。
1 MUVE及其特征
1.1 MUVE的涵义
MUVE(Multi-User Virtual Environment)即多用户虚拟环境,又称共享的三维虚拟环境。它是虚拟现实技术的多用户化发展,是基于网络连接的虚拟现实系统。它支持分布在不同地域的用户同时进入虚拟环境,多个用户通过计算机网络连接在一起,在一个由计算机三维图形构筑的虚拟空间里实时交互,用户能相互视频交流,如同处于同一个空间[1]。近年来,MUVE在欧洲、美国等发达地区发展迅速,显示出广阔的应用前景。
在教育界里,MUVE又被称作“多人虚拟实境”,是某种可以启发学生了解数学与科学新知的一类游戏。MUVE这种游戏不像其他会让父母、教师反感的游戏或社交网络,它是一个有良好行为标准的环境,它被设计用来思考并解决问题,而不是打怪物。MUVE鼓励学生找出答案,才能获得游戏内的成功。
1.2 MUVE的特征
1)共享空间。MUVE允许分布在不同地理位置的用户共同使用同一虚拟空间。2)实时交互。MUVE旨在构建一种和谐的、具有沉浸感的实时交互环境,多个用户之间通过各自的三维图形(即替身)表示该环境中的多人感知、用户间的交互及对虚拟对象的协同操作。3)临场感。MUVE在听觉和视觉上都是三维的,具有逼真的拟物性和高度的拟人性,各个用户在不同的虚拟情境中能自如地体验不同的生活情境,充分融入自己在该情境中扮演的角色(替身)。4)共享资料。MUVE中丰富的学习资料拓宽了获得资料的时间和空间,学习者可通过自己发现问题、向同伴或老师请教问题、到数字图书馆查阅文献等方式获取学习资料。
2 为何能将MUVE与“科学探究式学习”融合
在国际、国内科学课程改革中,一个重要的理念和行为变化是从重知识的传授到强调科学探究式学习[2]。所谓科学探究,美国《国家科学教育标准》对其下了明确的定义:“科学探究指的是科学家们用以研究自然界,并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。”学生虽不是科学家,但他们模仿科学探究的活动就像科学家在从事科学探究一样,所以该标准又指出:“科学探究也指的是学生构建科学知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。”[3]而后一种科学探究则指科学探究式学习。
MUVE有促进科学教学的潜质,但是少有标准来指导如何创建这样的虚拟环境。如何利用MUVE,使得科学教学同时具备健全的教学方法和沉浸度高、吸引学生的临场体验呢?当考虑如何设计这种学习环境时,可以发现利用MUVE支持科学探究式学习存在以下几方面的优势。
2.1 便于构建以科学问题为核心的学习环境
科学探究式学习以问题为核心,科学探究的过程是发现问题、解决问题的过程。尽管学生的科学问题与科学家的科研问题性质不同,但正是这些问题引发学生进行探究,不断丰富和扩展其对于客观世界的认识和理解,建立科学的世界观。而MUVE环境可以根据不同的科学问题构建不同的虚拟环境,这些问题并不直接展示出来,而是蕴含在虚拟环境当中,当学生以替身的形式亲自体验该环境后可以主动发现其中存在的问题。MUVE的高度临场感可以很好地激发学生解决问题。此外,MUVE还可以虚拟过去、现在和未来的环境,在达到目的的条件下节约不少科学研究经费。
2.2 便于实现科学探究式学习中的建构主义思想
建构主义认为,学习是在一定的情境(即社会文化背景)下借助他人的帮助(即通过人际间的协作活动)而实现的意义建构过程,“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。科学探究作为一种认知活动,是个体主动建构对于客观世界的理解的过程。科学探究式学习能够激活先前知识,鼓励学生将新知识纳入现有知识,从而促进学习。利用这一教学方法,当学习者的思维方式并不能产出其预期结果时,他们便经历一个认知冲突[4]。根据皮亚杰的认知冲突观,这一认知上的不协调或冲突,将促进同化和顺应[5]。在该科学问题的解决过程中,学习者不断修改和评估他们的理解,最终达到一种新的平衡。MUVE的临场感可以为科学探究式学习提供逼真的“问题情境”,其高度的实时交互性有助于和MUVE中其他用户的替身、既定对象或虚拟生物进行“会话”和“协作”。通过观察、收集资料、形成假设、进行实验、分析数据、交流总结等过程,学生可以实现“意义建构”。
2.3 便于模拟科学探究中反复实验的过程
MUVE中的各种虚拟实验室使学生能在其中自由地做各种实验,不必考虑危险程度。比如:可在虚拟地理实验室中做地震波传播、火山喷发等实验;可在虚拟物理实验室中做重力、惯性等实验;可在虚拟生物实验室中做各种解剖实验;可在虚拟化学实验室中利用各种化学药品尝试燃烧、爆炸等各种化学反应。
3 如何利用MUVE进行科学探究式学习(以River City为例)
关键词 多用户虚拟环境;科学探究;科学探究式学习
中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1671-489X(2010)27-0003-04
Supporting Scientific Inquiry Learning with MUVE Using River City as an Example//Liu Min, Li Jiansheng
Abstract At first, explains the concept and characteristics of MUVE (Multi-User Virtual Environment), the possibility of combining MUVE and scientific inquiry learning. Then gives a specific instructions of combining MUVE and scientific inquiry learning using the River City MUVE which developed by the Education Institute in Harvard University as an example.
Key words Multi-User Virtual Environment; scientific inquiry; scientific inquiry learning
Author’s address The Institute of Educational Technology in Nanjing Normal University, Nanjing, China 210097
MUVE提供了犹如身临其境的、充满魅力的虚拟环境,吸引了不少学生,但它很少被真正应用到教学和学习中。当前中学科学课堂中大力提倡科学探究式教学的大背景,为把MUVE与教学和学习整合提供了契机。利用MUVE支持科学探究式学习,创造一种寓教于乐的、以科学问题为引导的学习环境,为学生更加自觉、快乐地学习科学带来福音。
1 MUVE及其特征
1.1 MUVE的涵义
MUVE(Multi-User Virtual Environment)即多用户虚拟环境,又称共享的三维虚拟环境。它是虚拟现实技术的多用户化发展,是基于网络连接的虚拟现实系统。它支持分布在不同地域的用户同时进入虚拟环境,多个用户通过计算机网络连接在一起,在一个由计算机三维图形构筑的虚拟空间里实时交互,用户能相互视频交流,如同处于同一个空间[1]。近年来,MUVE在欧洲、美国等发达地区发展迅速,显示出广阔的应用前景。
在教育界里,MUVE又被称作“多人虚拟实境”,是某种可以启发学生了解数学与科学新知的一类游戏。MUVE这种游戏不像其他会让父母、教师反感的游戏或社交网络,它是一个有良好行为标准的环境,它被设计用来思考并解决问题,而不是打怪物。MUVE鼓励学生找出答案,才能获得游戏内的成功。
1.2 MUVE的特征
1)共享空间。MUVE允许分布在不同地理位置的用户共同使用同一虚拟空间。2)实时交互。MUVE旨在构建一种和谐的、具有沉浸感的实时交互环境,多个用户之间通过各自的三维图形(即替身)表示该环境中的多人感知、用户间的交互及对虚拟对象的协同操作。3)临场感。MUVE在听觉和视觉上都是三维的,具有逼真的拟物性和高度的拟人性,各个用户在不同的虚拟情境中能自如地体验不同的生活情境,充分融入自己在该情境中扮演的角色(替身)。4)共享资料。MUVE中丰富的学习资料拓宽了获得资料的时间和空间,学习者可通过自己发现问题、向同伴或老师请教问题、到数字图书馆查阅文献等方式获取学习资料。
2 为何能将MUVE与“科学探究式学习”融合
在国际、国内科学课程改革中,一个重要的理念和行为变化是从重知识的传授到强调科学探究式学习[2]。所谓科学探究,美国《国家科学教育标准》对其下了明确的定义:“科学探究指的是科学家们用以研究自然界,并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。”学生虽不是科学家,但他们模仿科学探究的活动就像科学家在从事科学探究一样,所以该标准又指出:“科学探究也指的是学生构建科学知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。”[3]而后一种科学探究则指科学探究式学习。
MUVE有促进科学教学的潜质,但是少有标准来指导如何创建这样的虚拟环境。如何利用MUVE,使得科学教学同时具备健全的教学方法和沉浸度高、吸引学生的临场体验呢?当考虑如何设计这种学习环境时,可以发现利用MUVE支持科学探究式学习存在以下几方面的优势。
2.1 便于构建以科学问题为核心的学习环境
科学探究式学习以问题为核心,科学探究的过程是发现问题、解决问题的过程。尽管学生的科学问题与科学家的科研问题性质不同,但正是这些问题引发学生进行探究,不断丰富和扩展其对于客观世界的认识和理解,建立科学的世界观。而MUVE环境可以根据不同的科学问题构建不同的虚拟环境,这些问题并不直接展示出来,而是蕴含在虚拟环境当中,当学生以替身的形式亲自体验该环境后可以主动发现其中存在的问题。MUVE的高度临场感可以很好地激发学生解决问题。此外,MUVE还可以虚拟过去、现在和未来的环境,在达到目的的条件下节约不少科学研究经费。
2.2 便于实现科学探究式学习中的建构主义思想
建构主义认为,学习是在一定的情境(即社会文化背景)下借助他人的帮助(即通过人际间的协作活动)而实现的意义建构过程,“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。科学探究作为一种认知活动,是个体主动建构对于客观世界的理解的过程。科学探究式学习能够激活先前知识,鼓励学生将新知识纳入现有知识,从而促进学习。利用这一教学方法,当学习者的思维方式并不能产出其预期结果时,他们便经历一个认知冲突[4]。根据皮亚杰的认知冲突观,这一认知上的不协调或冲突,将促进同化和顺应[5]。在该科学问题的解决过程中,学习者不断修改和评估他们的理解,最终达到一种新的平衡。MUVE的临场感可以为科学探究式学习提供逼真的“问题情境”,其高度的实时交互性有助于和MUVE中其他用户的替身、既定对象或虚拟生物进行“会话”和“协作”。通过观察、收集资料、形成假设、进行实验、分析数据、交流总结等过程,学生可以实现“意义建构”。
2.3 便于模拟科学探究中反复实验的过程
MUVE中的各种虚拟实验室使学生能在其中自由地做各种实验,不必考虑危险程度。比如:可在虚拟地理实验室中做地震波传播、火山喷发等实验;可在虚拟物理实验室中做重力、惯性等实验;可在虚拟生物实验室中做各种解剖实验;可在虚拟化学实验室中利用各种化学药品尝试燃烧、爆炸等各种化学反应。
3 如何利用MUVE进行科学探究式学习(以River City为例)