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ＤＶＲ技术支撑下基于问题的学习 |
作者:我BT 文章来源:本站原创 |
| 本文作者： 王芳， 高凌 70中国教育网络2006.3文/王芳高凌虚拟现实技术出现之后,虚拟现实系统进一步向网络化多用户化发展产生了分布式虚拟现实系统DVR将DVR引入到基于问题的学习中运用计算机对现实世界进行全面仿真,创建与现实社会类似的环境,从而能够使学生在模拟真实的情境中进行以问题解决为中心的协作化学习这在教育领域内有着极其巨大的应用前景什么是DVRVRVirtualReality虚拟现实技术又称灵境技术它通常是指用立体眼镜和传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实人们通过这些设施以自然的技能如头的转动身体的运动等向计算机输入各种动作信息并且通过视觉听觉以及触觉设施使人们得到三维的视觉听觉以及触觉等感觉的世界它的基本特征为沉浸性交互性和想象性分布式虚拟现实系统(DistributedVirtualReality简称DVR)是单用户虚拟现实系统向网络化多用户化的发展传统的虚拟现实系统实现了单个用户在虚拟环境中漫游与虚拟环境及其他的物体进行交互分布式虚拟现实系统旨在将不同的局部虚拟环境通过空间关联以构造大范围的虚拟环境支持分布在不同地域的用户同时进入虚拟环境并与之进行交互DVR是单机虚拟现实系统随网络技术发展的一种必然扩展DVR有何特征由什么构成DVR允许一组分布在不同地理位置的用户进行实时交互DVR构造出来的虚拟环境对用户的视觉和听觉来说都应该是三维的DVR的每个用户在计算机环境中都以替身形式出现用户之间除可以交互说话外还可以和其他计算机仿真的虚拟生物及对象进行交互对象还可以做出反映系统可在标准网络的廉价硬件上运行DVR的构成可形象地用图1来表示每个加入虚拟环境的计算机上都有一些实体即虚拟环境的人或物实体通过发送更新消息交换彼此的瞬间状态替身是一类特殊的实体它描述参与者的虚拟身体它能够根据用户的键盘输入声音或其它输入设备的输入生成虚拟环境中用户的动作声音与表情等虚拟生物是一个软件程序能够在未知的网络环境中独立执行一些任务MUDMulti-UserDungeon是-个由计算机控制的环境多个用户能共享该环境并在环境中使用文字相互交流传奇文章MOO是面向对象的MUD能够增加软件模块来扩充虚拟环境为什么可以将DVR与基于问题的学习进行融合基于问题的学习Problem-Basedlearning,简称PBL是指把学习置于复杂的有意义的问题情境中通过让学生以小组合作的形式共同解决复杂的实际的或真实性问题来学习隐含于问题背后的知识形成解决问题的能力发展自主学习和终身学习的能力将DVR技术引入基于问题的学习可以形成这样的优势知识学习学生利用分布式虚拟现实系统学习各种知识它应用于两个方面:一是再现实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程例如,在物理学习中,向学生展在教育领域虚拟现实技术具有广泛的作用和影响亲身去经历亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力主动地去交互与被动地观看有质的差别崭新的技术带给了我们崭新的教育思维DVR技术是虚拟现实网络化的产物将其应用在基于问题的学习中更容易使学生有一种在现实中解决问题的感觉更容易激发学生的学习动机达到良好的学习效果文章简要说明了DVR技术的特征与构成并阐述了分布式虚拟现实技术应用于基于问题的学习中的优势和教学过程应用多媒体教学2006.3中国教育网络71示原子核裂变半导体导电机理等复杂的物理现象二是使抽象的概念理论直观化形象化,方便学生对抽象概念的理解例如,学习加速度概念时,通过虚拟演示,让学生观察当改变物体的重力大小及方向时,加速度的变化情况,使学生加深对加速度概念的理最新传奇解探索学习分布式虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行模拟,通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果例如,在虚拟的化学系统中,学生可以按照自己的假设,将不同的分子组合在一起,电脑便虚拟出组合的物质来通过探索式的学习方式,学生们相互合作共同思考还可能研究出新的物质虚拟实验建立各种虚拟实验室,在实验室里学生可以自由地做各种实验不必考虑危险程度比如在虚拟物理实验室里,学生可以做重力惯性等实验在虚拟地理实验室里,可以做地震波传播火山喷发等实验在虚拟生物实验里,可以做各种解剖实验在虚拟化学实验室里,可以利用各种化学药品和天平砝码温度计等工具,做各种不同的化学反应,观察燃烧爆炸等反应现象技能训练学生在虚拟的学习环境中扮演角新开传奇色,全身心地投入到学习环境中,有利于学生的技能训练例如外科手术技能教学技能体育技能电器维修技能等各种职业技能训练由于这些虚拟的训练系统无任何危险完美国际,学生可以不厌其烦地反复练习,直至掌握操作技能为止DVR支撑下基于问题的学习的教学过程是怎样的创设情境提出问题根据教学目的和教学内容的需要创设虚拟情境让学生通过教室网或校园网进入这个虚拟环境学生通过在环境中的漫游过程提出要解决的问题首先在创设虚拟情境时包含了大量的问题在里面这些问题是学生用现有知识无法解答的必须通过小组合作激发联想其次教师要用引导性话语如我们怎样才能消除这种现象诱发学生的研究动机使学生利用DVR平台形成新的认知结构分析问题组织分工在分析问题过程中首先要分析虚拟的环境这个环境为所提出的问题搭建了什么样的平台学生们在这个虚拟的环境中讨论自己对情节和情形的理解分析引导性问题背后的实质性问题比如化合物是怎样形成的呢接下来学生可以通过网络自由组合记录各组关于问题的意见及提出解决问题的假设制定一个详细的建模方案建构模型解决问题各小组通过研讨根据自己的建模方案来构建实验实验基于分布式虚拟现实技术应用起来非常方便小组成员可以自由地移动实验物品可以从多方位多角度观察实验过程还可以在每次失败的基础上分析总结问题所在然后进行方案的改良比如化学中制氧气的过程各小组可利用不同的方式制取通过网络交流得失解决制取过程中的问题汇报成果总结评价汇报成果包括小组对解决问题的建议和方案并阐述解决问题的过程可以提出实验成功的新想法教师可以询问学生的某个想法是怎样和事实相联系的评价学生是否通过学习形成了一种学习能该网游此点强悍了力评价可以采取同伴的互评自我评价和教师评价的形式主要是对小组解决方案的评价使学生认识到小组的合作情况形成书面总结并反思自己的能力科研方面的应用很多高校在虚拟现实领域进行了相关的课题研究对科学技术研究具有很大的促进作用如清华大学在临场感的研问题本位学习虚拟现实技术在教育领域中的应用基于问题式学习PBL或译为问题本位学习作为一种广义的方法PBL最早起源于20世纪50年代的医学教育中此后它先后在60多所医科学校中推广修正PBL最常用于医学课程的前2年的教学中在解剖学药理学和生理学等学科中替代了传统的教学方法如今越来越多的领域都开始采用这种方法包括商学院教育学院以及建筑法律工程社会工作学院以及一些高级中学等在这种教学模式中教师首先向各个学生小组呈现一些精心设计的问题这一般是描述一些可观察的现象或事件比如某病人的症状要求学生对此做出解释学生小组的任务是讨论这些问题对这些现象做出详细解释包括其中的过程规律或机制等很重要的是学生现有的知识不能轻易完成上述任务在小组讨论中进退两难的选择出现了问题形成了而后为解决这些问题学习者要分头进行学习通过引导学生解决复杂的实际的问题PBL方法使学习者建构起宽厚而灵活的知识基础发展有效的问题解网游公测中决技能发展自主学习和终生学习的技能成为有效的合作者并培养学习的内部动机天津大学的虚拟校园究颇具特色北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面有所应用哈尔滨工业大学在人机交互方面取得了很好的成果浙江大学在建筑方面进行了虚拟规划虚拟设计的应用此外西安交通大学上海交通大学北方工业大学西北工业大学华东船舶学院安徽大学等都有诸多虚拟现实科技研究的应用虚拟仿真校园网络教育的特点虚拟现实技术的特点决定了我们可以仿真我们的校园环境因此虚拟校园是虚拟现实技术与网络与教育最早的具体应有天津大学早在1996年在SGI硬件平台上基于VRML国际标准最早开发了虚拟校园让没有去过天津大学的人好好领略了一下近代史上久富盛名的大学那时国际互联网刚刚进入中国网络教育还未开始已有如此的杰作实在难得自此先后有浙江大学上海交通大学北京大学西南交通大学等著名高校采用虚拟现实技术建设了虚拟校园真实互动情节化的特点是虚拟现实技术独特的魅力所在新技术必将引起教育方式的革命让我们感受到全方位的教育多媒体教学应用下转第72页72中国教育网络2006.3文/佚名笔者所在的大学建设了千兆以太网为主干的校园网并且在所有的教室图书馆寝室和休息区都有网络节点每个学生都有一台笔记本电脑并且可以随时随地通过遍布校园的3万多个网络节点访问校园内的多个学习网站进行自主学习和强化训练学院自建院之初就提出了知识的运用比知识的拥有更重要的理念正是这样的理念和网络环境给了我们一个试验新方法的机会除了采用传统的口语训练方法以外我们添加了一些利用多媒体和网络技术的方式来帮助训练学生的口语能力主要分为课堂上和课堂外两大主要部分多媒体教学平台和课件口语课上为了引起同学们学习的兴趣从而更好地记忆教师讲授的表达方法并更好地了解语言使用的情景我们采用了多媒体教学平台来向学生的电脑广播事先准备好的课件所有的知识点和口语练习情景都会在学生的电脑上呈现出来这非常有利于学生们直观地看到情景并有兴趣参与到针对情景的讨论中这个软件平台使用起来很简单主要包括教师控制端和学生客户端只要在教室中当学生们运行客户端软件的时候就可以登录到教师的控制平台上来这样教师就可以对学生的电脑进行控制包括广播教学组织讨论远程辅导转播屏幕等从而实现电子黑板多媒体播放等教学形式大大提高了学生们参与的兴趣提高了教学效果事实上我们可以看到这套软件几乎可以模拟传统语音室的全部功能使得我院实际上形成了一个任意组合的分布式的网络语言试验室群任意多的电脑只要连接在一起就可以形成一个网络语音室并且可以搭建英语口语训练平台VRML是一种虚拟现实建模语言,其自身提供了一些简单的建模方法,如Box节点Cylinder节点Sphere节点等三维造型节点,应用这些三维造型节点可编程建立一些简单的三维模型在进行空间模型建构时,对于构建比较复杂的特殊曲面如旋转曲面二次曲面时应用编程的方法实现就非常困难目前,有很多三维造型软件和各种虚拟世界开发工具都支持VRML语言文件格式.wrl格式如3dsmax3dsmax是一款功能强大的三维模型构建软件,应用3dsmax可以构建出所有需要的三维模型首先在3dsmax中构建出所需的三维模型,然后通过3dsmax中的File菜单中Export命令导出.wrl格式的文件,再通过VRML编辑器VrmlPad进行适当的修改即可得到我们所需的模型又比如在学习离子化合物时原子失去电子而变成阳离子得到电子而变成阴离子阴阳离子相互作用而形成化合物通过VRML建模三维空间来展示钠和氯气的化合过程钠原子氯原子自动相遇后在一定条件下钠原子的最外层电子失去转移到氯原子的最外层电子层上融入并绕氯原子核运转同时显示出负电子性成为阴离子此时钠原子最外电子层消失使次外层变成了最外层同时显示出正电性成为阳离子在静电作用下阴阳离子相互作用形成了氯化钠学生通过DVR在建构的空间中随自己的意愿随意移动不但可以将这一平时无法观察到的微观过程观察得清清楚楚而且可以通过相互讨论对这一难以理解的问题形成更深刻的感性认识形成解决问题的能力DVR技术实现了虚拟环境的网络化多用户化它通过将计算机图形构成的三维数字模型编制到计算机中去产生逼真的虚拟环境使DVR用户在视觉上产生一种沉浸于现实生活环境的感觉这与基于现实生活场景的基于问题的学习思想相符虚拟现实是一个开放互动的环境为学生提供交流合作的平台更重要的是学习者可以自由建构所需情境和模型进行探索发现式学习这种重视知识的获得和应用有助于形成终身学习的能力(作者单位为河北大学教育学院教育技术系课内课外搭建平台上接第71页 本文《ＤＶＲ技术支撑下基于问题的学习》 --- 作者： 王芳， 高凌 |
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