[日期:2005年9月2日]來源:中央電化教育中心作者:[字體:大中小]
壹,多媒體教育應用的意義
20世紀90年代以來,多媒體技術迅速崛起並蓬勃發展。它的應用已經遍及國民經濟和社會生活的各個領域,正在給人類的生產方式、工作方式乃至生活方式帶來巨大的變革。特別是由於多媒體具有圖片、文字、聲音甚至活動圖像的特點,能夠提供最理想的教學環境,必然會對教育教學過程產生深遠的影響。這種深刻的影響可以用壹句話來概括:多媒體技術將改變教學模式、教學內容、教學手段和教學方法,並最終導致整個教育思想、教學理論乃至教育制度的根本性變革。多媒體技術之所以對教育領域具有如此重要的意義,是因為多媒體技術本身具有許多對教育教學過程特別有價值的特點和功能。這些特點和功能是其他媒體(如幻燈片、投影、電影、錄音、錄像、電視等)所不具備或不完全具備的。).首先需要說明的是,這裏所說的多媒體技術是以計算機為中心的多媒體技術。在前幾年的壹些書中,提到了多媒體組合教學。那種多媒體的概念是不同的。它只是幾種媒體的簡單組合(例如,組合幻燈片、投影、錄音和錄像)。如今的多媒體技術是以計算機為中心,融合了語音處理技術、圖像處理技術和視聽技術,通過模數轉換將語音信號和圖像信號轉換成統壹的數字信號。在此之後,計算機可以方便地存儲、處理、控制、編輯和轉換它們,還可以查詢和檢索它們。顯然,這與原來的各種媒體形式的組合完全不同,因為它集成了幾種通過計算機處理不同媒體信息的技術。集成方法是通過模數轉換將所有轉換成數字;而且為了便於處理和傳輸,需要對數據進行壓縮,傳輸到指定地點後再進行恢復。有壹套由計算機實現的復雜技術。所以現在的多媒體技術實際上是通過多媒體計算機來體現的。我將從多媒體計算機的特點和功能四個方面來說明它對教育應用的重大意義。
1,多媒體電腦的交互性有利於激發學生的學習興趣,發揮認知主體的作用。
人機交互和即時反饋是計算機的顯著特點,是其他任何媒體所不具備的。多媒體電腦進壹步將電視的視聽融合功能與電腦的交互功能結合起來,產生了圖文並茂、豐富多彩的全新人機交互方式,並能即時反饋。這樣的互動方式對教學過程意義重大,可以有效激發學生的學習興趣,使他們產生強烈的學習欲望,從而形成學習動機。交互是計算機和多媒體計算機所獨有的。正是由於這壹特點,多媒體計算機不僅是壹種教學手段,而且是改變傳統教學模式乃至教學思想的重要因素。
眾所周知,在傳統的教學過程中,壹切由老師決定。教學內容、教學策略、教學方法、教學步驟甚至學生做的練習都是老師事先安排好的,學生只能被動地參與這個過程,也就是處於被灌輸的狀態。在多媒體計算機等交互式學習環境中,學生可以根據自己的學習基礎和興趣選擇自己想學的內容,可以選擇適合自己水平的練習。如果教學軟件編制的比較好,甚至可以選擇教學模式,比如可以采用個別化教學模式或者咨詢討論模式。讓電腦像學習夥伴壹樣和妳討論交流。換句話說,學生在這樣壹個互動的學習環境中有了主動參與的可能,而不是壹切都由老師安排,學生只能被動接受。根據認知學習理論的觀點,人的認知不是由外界刺激直接賦予的,而是由外界刺激與人的內部心理過程相互作用而產生的。只有充分發揮學生的主動性和積極性,才能獲得有效的認知。這種主動參與為學生的主動性和積極性創造了良好的條件,即能真實地體現學生的認知主體作用。
2.多媒體計算機提供的外部刺激的多樣性有利於知識的獲取和保持。
多媒體計算機提供的外界刺激不是單壹的刺激,而是多種感官的綜合刺激。這對知識的獲取和保持非常重要。實驗心理學家Treicher做過兩個著名的心理學實驗。壹個是關於人類信息的來源,即人類獲取信息的主要途徑。他通過大量實驗證實,人類獲得的信息83%來自視覺,11%來自聽覺,加起來94%。另外3.5%來自嗅覺,1.5%來自觸覺,1%來自味覺。多媒體技術可以用手看、聽、操作。這樣,通過各種感官的刺激獲得的信息量,比單純聽老師講課獲得的信息量強得多。信息和知識是密切相關的,妳可以通過獲取大量的信息來掌握大量的知識。他還做了另壹個實驗,是關於知識保持,也就是記憶的持久性。結果是這樣的:人們壹般能記住65,438+00%的所讀內容,20%的所聽內容,30%的所見內容,50%的所聽所見內容,70%的交流內容。也就是說,如果妳能聽到看到,然後通過討論交流,用自己的語言表達出來,對知識的維護會比傳統教學的效果好很多。這說明多媒體計算機在教學過程中的應用不僅非常有利於知識的獲取,而且非常有利於知識的保持。
3.超文本功能可以實現對教學信息最有效的組織和管理。
超文本是根據人腦的聯想思維方式非線性地組織和管理信息的先進技術。如果管理的信息不僅僅是文字,還包括圖形、圖像、聲音等媒體信息,那就成了超媒體系統,換句話說,超媒體就是多媒體加超文本。事實上,目前大多數多媒體系統使用超文本來組織和管理信息。因此,壹般來說,我們也可以不區分超媒體系統和多媒體系統,即把超文本看作是多媒體系統的獨特功能。
如果壹本書是用超文本組織的,它就完全不同於傳統的文檔或印刷書籍。此時,文本(文章、段落或句子或單詞)根據它們的相互關系被組織成文本網絡。這本書不在乎第壹頁或最後壹頁。從哪壹段開始讀,接下來讀什麽,都是讀者自己的意願。選擇下壹段文本的依據不是順序或索引,而是文本之間的語義聯系。認知心理學的研究表明,人類思維具有聯想特征。在閱讀或思考的過程中,人們往往會因為聯想而從壹個概念或話題轉移到另壹個相關的概念或話題。因此,以超文本的非線性、網絡化方式組織管理信息,比傳統文本的線性、有序方式更符合人的思維特點和閱讀習慣。
超文本之所以具有上述優勢,是由其結構特點決定的。超文本的基本結構由節點和鏈接組成。節點用來存儲各種信息,節點的內容可以是文本、聲音、圖形、圖像或壹幅運動圖像;節點大小可以是壹個窗口,也可以是壹幀或幾幀中包含的數據,用鏈來表示節點之間的關聯(即各種信息)。有許多不同類型的節點和鏈,從而形成各種多媒體系統。
利用多媒體的超文本功能實現教學信息的組織和管理具有以下優點:
(1)根據教學目標的要求,可以將包含不同媒體信息的各種教學內容整合成壹個有機的整體。在傳統的印刷教材中,關於聲音和運動圖像的內容無法與文字內容融為壹體,只能以教科書、錄音帶和錄像帶的形式單獨出版。顯然,這樣的教材內容壹定是單調枯燥的,和超文本組織的圖文並茂、豐富多彩的電子教材是不壹樣的。
(2)根據教學內容的要求,將各種教學要求不同的教材融為壹體。教學過程中的每個教學單元都包括課文、習題、練習、問題、測試、測試答案以及相應的演示或實驗。將這些教學內容相關、教學要求不同的教材整理在課堂上、課後復習或自學中,無疑是有益的。然而,按照傳統的文本來組織和管理教學內容是不可能的。
(3)根據學生的知識基礎和水平,相關學科的預備知識和開拓視野所需的補充知識可以形成壹個有機的整體。因材施教是優化教學過程的重要目標之壹。但由於學生之間的差異很大,傳統的印刷教材無法滿足差生、壹般生和優秀生對教學內容的不同需求,而在多媒體電子教材中卻很容易,只要利用超文本功能設置與預備知識相關的熱鍵和與補充知識相關的熱鍵即可。
4.多媒體計算機可以作為壹種認知工具來實現理想的學習環境。
從80年代中期到90年代初,計算機在教育領域的廣泛應用表現在兩個方面:壹是作為數據處理工具(如各種數據庫和電子表格處理軟件的應用);第二,作為文字處理工具(比如WPS和WORD軟件)。近年來,計算機作為壹種工具在教育領域有了很大的發展,它是教學過程中壹種有效的認知工具。
眾所周知,在過去的20年裏,強調刺激-反應,將學習者視為對外界刺激的被動反應,即知識灌輸的對象的行為主義學習理論,已經讓位於強調認知主體內部心理過程,將學習者視為信息加工的主體的認知學習理論。隨著心理學家對人類學習過程認知規律研究的不斷深入,認知學習理論的重要分支——建構主義學習理論逐漸在西方流行起來。由於多媒體計算機和網絡通信技術的各種特點,它特別適合於實現建構主義學習環境。換言之,多媒體計算機和網絡通信技術可以作為建構主義學習環境中理想的認知工具,有效地促進學生的認知發展。因此,隨著多媒體計算機和互聯網的迅速發展,建構主義學習理論日益顯示出其強大的生命力,並在世界範圍內擴大其影響力。
下面我們將從學習的意義(即什麽是學習)和學習的方法(即如何學習)兩個方面來簡要闡述建構主義學習理論的基本內容。
(1),學習的意義
學習是獲取知識的過程。建構主義認為,知識不是由教師獲得的,而是學習者在壹定情境即社會文化背景下,在他人(包括教師和學習夥伴)的幫助下,使用必要的學習材料,通過意義建構的方式獲得的。因為學習是在壹定情境即社會文化背景下,借助他人,即通過人際合作活動進行意義建構的過程,建構主義學習理論認為“情境”、“合作”、“會話”、“意義建構”是學習環境中的四大要素或屬性。
“情境”:學習環境中的情境必須有利於學生對所學內容意義的建構。這就對教學設計提出了新的要求,也就是說,在建構主義學習環境下,教學設計不僅要考慮教學目標的分析、學習者特點的分析和媒體的選擇與利用,還要考慮有利於學生建構意義的情景的創設,並將情景的創設作為教學設計最重要的內容之壹。
“協作”:協作發生在整個學習過程中。協作在學習材料的收集和分析、假設的提出和驗證、學習成果的評價和意義的最終建構中起著重要的作用。
“交談”:交談是協作過程中不可或缺的環節。學習小組成員必須通過交談討論如何完成規定的學習任務的計劃;此外,協作學習過程也是壹個對話過程,在這個過程中,每個學習者的思維成果(智慧)被整個學習群體所共享,因此對話是實現意義建構的重要手段之壹。
“意義建構”:這是整個學習過程的終極目標。要建構的意義是指事物的本質、規律和內在聯系。幫助學生在學習過程中建構意義,就是幫助學生對當前學習內容所反映的事物的本質和規律,以及這個事物與其他事物的內在聯系,達成更深層次的理解。這種理解在大腦中的長期儲存形式就是當前所學內容的認知結構,也就是所謂的“圖式”。
(2)關於學習方法
建構主義主張在教師的指導下以學習者為中心進行學習,也就是說,它既強調學習者的認知主體作用,又不忽視教師的主導作用。教師是意義建構的幫助者和促進者,而不是知識的提供者和煽動者。學生是信息加工的主體,是意義的主動建構者,而不是知識的被動接受者和被灌輸者。
學生要成為意義的積極建構者,這就要求學生在學習過程中從以下幾個方面發揮主體作用:
(1)要用探索和發現來建構知識的意義;
②在建構意義的過程中,要求學生積極收集、分析相關數據和資料,對所學問題提出各種假設並加以驗證;
(3)要求學生嘗試將當前學習內容中反映的內容與自己已經知道的內容聯系起來,並認真思考這種聯系。“聯系”和“思考”是意義建構的關鍵。如果能把協作學習中的接觸和思考的過程與協商過程(即交流和討論的過程)結合起來,學生意義建構的效率和質量會更高。談判有兩種:自我談判和交際談判(也稱為內部談判和社會談判)。自我協商指的是和自己爭論什麽是對的。交際談判是指學習小組之間的討論和辯論。
教師應該成為學生意義建構的幫助者,這就要求教師在教學過程中從以下幾個方面發揮主導作用:
①激發學生的學習興趣,幫助學生形成學習動機;
(2)通過創設符合教學內容要求的情景和新舊知識銜接的線索,幫助學生建構所學知識的意義。
(3)為了使意義建構更加有效,教師應在可能的條件下組織協作學習(討論和交流),並引導協作學習的過程,使其向有利於意義建構的方向發展。指導的方法包括:提出適當的問題,引起學生的思考和討論;嘗試在討論中循序漸進地引導問題,加深學生對所學知識的理解;要啟發和誘導學生自己發現規律,自己糾正和補充錯誤的或片面的認識,避免直接灌輸給學生。
下面我們通過兩節實踐課來說明如何使用多媒體計算機和網絡通信技術作為認知工具來實現這樣的學習環境。
第1課:澳大利亞“穆尼彭斯中心小學”實驗
實驗班是六年級,有30個學生。老師的名字叫Andrea,目前的教學內容是關於奧運會的。像往常壹樣,Andrea鼓勵她的學生圍繞教學內容擬定壹些話題(如奧運會的歷史和澳大利亞在歷屆奧運會上取得的成績),並確定媒體在解決這些問題中的作用,要求學生以多媒體的形式直觀生動地表達他們選擇的問題。在圖書館和互聯網上查閱資料壹段時間後,兩個孩子,梅切爾勒和沙拉,制作了壹個關於奧運會歷史的多媒體演示軟件。在給全班同學播放軟件之前,老師提醒大家觀察分析軟件的內容和特點。播出後立即討論。壹個學生說,從奧運會的時間軸上,他註意到奧運會是每四年舉辦壹次。另壹個學生提出了不同的觀點。他認為情況並非總是如此。比如1904,1906,1908每兩年舉辦壹次。還有同學註意到,在時間軸上的1916、1940、1944這幾年,奧運會都沒有舉辦。這時候老師問:“這些年為什麽不辦奧運會了?”有同學回答說這些年發生了壹些重要事件,有同學回答說發生了戰爭,有同學更準確的指出1916的關閉是因為壹戰,而1940和1944的關閉是因為二戰。經過討論和協商,我們決定對米切勒和沙拉開發的多媒體軟件做兩個補充:①說明壹戰和二戰對舉辦奧運會的影響;②對奧林匹克歷史早期的幾屆過渡性(兩年壹屆)奧運會進行專項說明。這時,壹個小朋友提出,把希特勒的照片掃描到時間軸上1940的點上,表示他發動了二戰。老師問班上其他人:“妳們有什麽不同意見嗎?”薩拉舉手大聲回答:“我不同意用希特勒的照片。我們應該用壹張能真實反映二戰給人民帶來的巨大災難(如大規模轟炸或大規模屠殺猶太人)的照片來喚起人們對希特勒的仇恨。”老師表揚了莎拉的演講。
從上面的例子可以看出,針對這個教學單元的教學設計主要是讓學生利用多媒體電腦構建壹個關於奧運會某壹專題(如奧運會的歷史或澳大利亞在歷屆奧運會上的成績)的場景,從而激發學生的學習興趣和主動探索,然後通過討論逐步引導對相關教學內容的更深入理解。在這節課中,學生始終處於主動探索、主動思考、主動建構意義的認知主體地位,但離不開教師事先精心的教學設計和協作學習過程中畫龍點睛的指導;教師在整個教學過程中說的很少,但對學生建構意義有很大的幫助,充分體現了教師主導作用和學生主體作用的結合。整個教學過程圍繞著建構主義的認知環節,如場景、合作、對話、意義建構等,自始至終都是在多媒體計算機環境中進行的(同時利用互聯網實現信息查詢),所以上面的例子是壹個很好的實現以多媒體計算機和互聯網為認知工具的建構主義學習環境的例子。
第二課:澳大利亞“魏徵·伯克小學”的實驗
實驗班由三年級和四年級的學生組成。負責實驗的老師是瑪麗,科學課上的教學內容是動物。瑪麗對這個教學單元的教學設計主要是讓學生用多媒體電腦設計壹個關於當地動物園的電子導遊,從而建立壹個有利於“動物”概念建構的場景。瑪麗認為這種情況對學生很有吸引力,因此可以有效地激發他們的學習興趣。她把實驗班分成幾個小組,每個小組負責開發壹個動物園裏亭子的多媒體演示。瑪麗讓孩子們自己選擇:他們想開發哪個展廳,選擇哪個動物;妳願意收集相關的動物圖片,還是願意為圖片寫相應的文字描述?還是直接用多媒體工具做軟件,由孩子自己選擇。然後在此基礎上組成不同的學習小組。
這樣,每個展廳都成了學生的研究對象,孩子們圍繞自己的任務想盡辦法收集資料。比如他們去動物園相應的展廳實地觀察動物的習性和生態,去圖書館和網上查詢相關資料,以便獲取動物圖片和撰寫說明。每組完成指定任務後,瑪麗組織整個實驗班進行交流討論。這種圍繞壹定情境的自主探究學習模式,不僅極大地促進了學生的學習自覺性,而且充分體現了學生的認知主體作用。而且以此為基礎的合作學習,只要教師引導得當,將是加深學生對概念理解,幫助學生建構知識意義的有效途徑。例如,在班級交流中演示動物“袋鼠”時,瑪麗問了全班壹個問題:“什麽是有袋動物?除了袋鼠還有其他有袋動物嗎?”壹些學生引用袋熊和袋鼠。於是瑪麗讓學生們討論這三種有袋動物的異同,從而鍛煉和發展孩子在相關背景下辨別和比較事物的能力。這是利用多媒體計算機和互聯網作為認知工具實現建構主義學習環境的又壹個例子,從而有效地幫助學生建構他們當前所學內容的意義,促進學生認知能力的發展。
二,多媒體教育應用的發展趨勢
結合國外各類教育技術雜誌(如ET、ETS、EMI、JRCE、AJDE...)近年來,與以往的“ED_MEDIA”世界大會(即“教育多媒體與超媒體”世界大會,簡稱ED_MEDIA World Congress,這是全球每年舉辦壹次的最大規模的多媒體教育應用國際會議)相比,我們可以看到當前多媒體教育應用有以下值得註意的發展趨勢:
1.多媒體技術與網絡通信技術的結合
1995年底,國際信息領域最引人註目的事件之壹是美國SUN公司在互聯網上推出“WWW瀏覽器HotJava”,這是SUN公司用Java語言開發的壹種全新的動態可執行瀏覽器。其突出特點是其動畫功能,可以為用戶提供超文本格式的圖形、圖像、聲音、動畫、漫畫等各種媒體信息;並且可以將靜態的文檔變成動態可執行的代碼,徹底改變了互聯網瀏覽器只能用來在互聯網上查詢和檢索信息的局面,為互聯網的教育應用開辟了新的廣闊前景,因為HotJava的動態可執行特性無異於給了用戶壹個遠程交互的功能。例如,壹個用戶可以使用HotJava編寫Java應用程序,實現模擬壹個化學反應的頁面,而其他3W用戶不僅可以看到模擬的頁面,還可以使用HotJava瀏覽器與之進行交互(例如,可以改變化學反應過程中的壹些參數,以觀察不同的反應過程和結果)。利用HotJava的這種動態可執行特性,用戶不僅可以在檢索壹些重要文獻或教材時看到靜態頁面,還可以通過點擊壹個圖標或熱鍵看到模擬實驗或算法執行過程的可視化演示。顯然,這樣的交互功能與第壹代互聯網瀏覽器(如Mosaic、Netscape)只能查看靜態頁面的效果有著本質的區別,對教育應用(尤其是遠程教育應用)意義重大。可以說,HotJava的出現不僅是互聯網瀏覽器的壹大創新,也是多媒體技術與網絡通信技術結合的理想結合點。此後,基於互聯網的多媒體教育應用日益發展(今年6月在美國波士頓舉行的ED_MEDIA世界大會上,大會交流的121多媒體教育應用論文中,使用3W server和HotJava實現了多媒體技術與網絡通信技術相結合的教育應用論文*。目前,不僅西方發達國家在大力發展基於互聯網的多媒體教育應用,臺灣省、香港等地區也在這壹領域投入了相當大的人力物力(目前臺灣教育技術界的主力幾乎都投入了這壹研究領域)。這是多媒體教育應用中值得我們關註的新趨勢,也是目前發展最快的趨勢。我們必須趕上。
2.多媒體技術與仿真技術的結合。
多媒體計算機與仿真技術的結合能產生壹種強烈的幻覺,使身處其中的人投入到當前的虛擬現實世界中,對其真實性毫不懷疑。這項技術通常被稱為“虛擬現實”(簡稱VR)。換句話說,虛擬現實是多媒體技術和仿真技術相結合而產生的交互式人工世界,在其中可以創造壹種身臨其境和完全真實的感覺。進入虛擬現實環境,通常需要佩戴壹個特殊的頭盔(head_mounted display),它可以讓妳看到並感受到計算機生成的整個人工世界。為了與虛擬環境進行交互,還需要佩戴壹副數據手套——它使佩戴者不僅能夠感知,還能夠操作虛擬世界中的各種物體。
由於設備昂貴,VR技術主要用於少數高難度的軍事和醫學模擬訓練以及壹些研究部門。但是VR技術在教育培訓領域有著不可替代的、非常令人鼓舞的應用前景,所以這個發展趨勢也應該引起我們的重視。例如,達特茅斯醫學院開發的壹種“交互式多媒體虛擬現實系統”,可以讓醫務工作者體驗和學習如何應對各種戰場醫療的實際情況。使用該系統的實習生可以感受到計算機模擬導致的各種病人的危險癥狀,他們可以從系統中選擇壹些操作規則來處理當前的傷害,並可以立即看到這種處理的後果。為了讓實習生獲得更深層次的體驗,系統還可以模擬各種外科手術,包括普通外科手術到復雜的人體器官置換。這種虛擬環境使醫學院校學生能夠在不冒任何醫療事故風險的情況下,在病房內反復練習各種實際操作,並嘗試選擇不同的技術治療方案,以檢驗自己的判斷是否正確,訓練壹定的技能。
VR技術在教育中應用的另壹個例子是創建虛擬物理實驗室。物理學根據自身的性質,提出了很多“如果……會怎樣”的問題,最好通過直接觀察物理力對各種物體的作用來探究。休斯頓大學和美國國家航空航天局約翰遜航天中心的研究人員建立了壹個名為“虛擬物理實驗室”的系統,可以用來直觀地研究重力和慣性等物理現象。使用該系統的學生可以做包括萬有引力定律在內的各種實驗,可以控制和觀察改變重力大小和方向引起的各種現象,以及它們對加速度的影響。通過這種方式,學生可以獲得第壹手的感性材料(直接經驗),從而達到對物理概念和規律的更深層次的理解。
VR技術在化學教學中也取得了顯著的效果。北卡羅來納大學的科學家開發了壹種虛擬現實系統,允許用戶用手操縱分子運動。用戶可以戴上頭盔,使用數據手套進行反饋控制,使分子以某種方式結合。不難看出,這個VR系統不僅在教學上意義重大(比如可以直接觀察蛋白質的分子結構),在科研上也有很大的價值,因為以新的方式組合的分子結構很可能是治療某種疾病的新藥,或者是工業上需要的特殊材料。
隨著多媒體技術和仿真技術的深入研究,實現“虛擬現實”的理論方法也有了很大的發展。最初,VR的應用離不開昂貴的特殊硬件或輔助設備(如頭盔、數據手套、高分辨率圖形工作站等。).近年來,這種情況開始改變。例如,在今年6月舉行的ED-MEDIA世界大會上,出現了壹個名為“QTVR”的全新系統。這套系統已經實際應用到學習型城市的設計和規劃中,其優異的性價比令人驚嘆!QTVR技術在模擬原理上與普通VR技術有很大不同:它不使用頭盔、數據手套等硬件來制造幻覺,而是使用360度全景攝影技術拍攝的高質量圖像來生成逼真的虛擬場景。因此,在Windows操作系統或Macintosh操作系統的支持下,用戶可以在普通的微型計算機上(不使用高端圖形工作站),用鼠標和鍵盤(不戴頭盔和數據手套)真正感受到與VR技術中相同的虛擬場景。
學習城市設計和規劃的學生可以使用QTVR系統創建壹個逼真的虛擬城市。當學生改變城市場景的視圖時(例如,向左或向右看,向上或向下看,將攝像頭移近或移遠目標等。),觀察到的場景仍能正確保持,讓人產生真正的環城觀光的錯覺。同時,城市中的各種物理實體(如建築物、道路、橋梁、樹木、車輛和地形等。)可以用鼠標隨意拿起並操縱(比如可以旋轉從不同角度觀察,也可以進入建築內部的各個房間觀看)。
更不可思議的是,由於先進的圖像壓縮算法,QTVR系統中用於表現城市中虛擬場景的360度高質量全景照片的存儲容量出乎意料