萬仁英　楊　雪　王洪旭

【摘要】完整地再現(xiàn)知識生成、存在或應(yīng)用的情境能夠改善虛擬演示實驗中的“淺學(xué)習(xí)”現(xiàn)象，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)者對知識的理解和遷移。虛擬演示實驗的知識情境構(gòu)建主要從情節(jié)、環(huán)境和指導(dǎo)三個方面進(jìn)行，結(jié)合“核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”實驗的開發(fā)，分析了其具體的設(shè)計流程和實現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵字】虛擬演示實驗；知識情境；情節(jié)；環(huán)境；指導(dǎo)

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009—8097（2007）01—0118—03

一 虛擬演示實驗的困境——淺學(xué)習(xí)

虛擬演示實驗是基于計算機(jī)多媒體技術(shù)的表演性、示范性實驗，它借助聲音、畫面、文字等媒介說明現(xiàn)象、描述過程或論證原理，學(xué)習(xí)者通過觀察虛擬的實驗現(xiàn)象來獲得知識。由于整個實驗過程僅僅通過計算機(jī)屏幕線性展示，所以虛擬演示實驗有其天然的局限性，即學(xué)習(xí)者和真實的實驗對象沒有直接接觸，無法全方位多角度地進(jìn)行觀察從而構(gòu)建知識。這很容易造成 “淺學(xué)習(xí)（surface-level learning）”[1]現(xiàn)象，即學(xué)習(xí)者的認(rèn)知只停留在虛擬現(xiàn)象表面，沒有深入理解其背后所蘊(yùn)藏的知識，更難以向真實的生活遷移。特別是一些本身就非常抽象的實驗，如果只是孤立的展示現(xiàn)象，缺乏相關(guān)的“生活背景”， 學(xué)習(xí)者只能得到一些“半”具體化的知識，仍無法解決具體生活中的問題。例如物理學(xué)中的“核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”實驗，說明的是微觀粒子的運(yùn)動及能量釋放原理，非常抽象，網(wǎng)上相關(guān)的虛擬實驗大多都只是演示了“中子撞擊U核裂變，釋放能量并引起新U核裂變”這樣一個過程（如圖1所示）[2]，而沒有提供與之相關(guān)的現(xiàn)實情境，這導(dǎo)致學(xué)習(xí)者即使看到了現(xiàn)象、知道了原理，還是不能將這些知識與自己的生活聯(lián)系起來。

所以，在虛擬演示實驗中單純的原理演示容易使學(xué)習(xí)者處于較淺層次的理解狀態(tài)，得到的是僵化、無生命力的知識。相反，如果能把這些抽象的原理置入生動形象的“背景”中，為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供豐富的意義關(guān)聯(lián)，將能很好地促進(jìn)他們進(jìn)行“深學(xué)習(xí)（deep-level learning）”[3]，即多角度深入理解知識，從而順利實現(xiàn)知識的遷移和應(yīng)用。這里的“背景”即指知識情境。

二 提高虛擬演示實驗學(xué)習(xí)深度的途徑——知識情境

深學(xué)習(xí)是一種以思維為核心，從意義層面去深入把握學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解性學(xué)習(xí)，它不僅能讓學(xué)習(xí)者深入理解知識,而且還能順利的遷移和應(yīng)用。有效的知識情境能從以下三個層面提高學(xué)習(xí)深度：

1 認(rèn)知層面——知識情境有利于學(xué)習(xí)者對知識的多角度意義建構(gòu)

后現(xiàn)代知識觀認(rèn)為知識是依賴于情境或與環(huán)境情境相關(guān)的，任何知識都是在特定情境中創(chuàng)造和生成，且在特定情境下獲得其意義。豐富的情境不僅可以反映知識在真實生活中生成、存在及應(yīng)用的方式，再現(xiàn)真實生活情境的復(fù)雜性，而且能夠保持知識自身完整的邏輯意義和脈絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于學(xué)習(xí)者從不同角度完整、全面的理解知識。

2 應(yīng)用層面——知識情境有利于學(xué)習(xí)者完成知識的個人化和遷移

情境一般都是與學(xué)習(xí)者的生活直接相關(guān)或他們能理解的生活現(xiàn)象，這很容易激活學(xué)習(xí)者相關(guān)的認(rèn)知圖式，便于其借助已有的知識經(jīng)驗，以自己特有的方式對新知識進(jìn)行組織綜合，有機(jī)地納入自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,真正成為“我的知識”[4]。另外，情境為學(xué)習(xí)者將知識向現(xiàn)實生活遷移提供了一個很好的范例，以供其舉一反三，進(jìn)行更廣范、更深入地遷移。

3 情感層面——知識情境有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的情感共鳴

知識情境是對現(xiàn)實生活的整理、提煉和安排，它將人的活動與環(huán)境有機(jī)統(tǒng)一、知識與現(xiàn)實生活相統(tǒng)一，給學(xué)習(xí)者以身臨其境之感，“增強(qiáng)了學(xué)習(xí)過程中的情感體驗，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的情感共鳴” [5]和認(rèn)知主動性，從而保持持久和深入的學(xué)習(xí)。

可見，在虛擬演示實驗中，生動的知識情境不僅利于學(xué)習(xí)者對所學(xué)內(nèi)容深入理解、順利遷移，而且能激發(fā)學(xué)習(xí)者積極的學(xué)習(xí)意向，是提高學(xué)習(xí)深度的有效途徑。

三 虛擬演示實驗知情境設(shè)計的流程和要素

虛擬演示實驗的知識情境構(gòu)建一般包括前期分析、情境設(shè)計、技術(shù)實現(xiàn)及優(yōu)化四個環(huán)節(jié)，其中情境設(shè)計最為關(guān)鍵；借鑒影視節(jié)目中故事情節(jié)、人物、環(huán)境等情境要素[6]，虛擬演示實驗的情境設(shè)計可以從情節(jié)、指導(dǎo)和環(huán)境三個方面進(jìn)行（如圖2所示）， “情節(jié)”是與知識生成、存在或應(yīng)用相關(guān)的事件，它發(fā)生于一定的“環(huán)境”中，在“指導(dǎo)”的協(xié)助下向?qū)W習(xí)者傳授知識。

下面結(jié)合前面提到的“核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”實驗的情境構(gòu)建具體分析一下虛擬演示實驗中知識情境構(gòu)建的主要流程、各要素的具體實現(xiàn)方法及注意事項。

1 前期分析

前期分析除了了解實驗的本身目的、原理、過程及特點等，更重要的是分析實驗難點，從而確定進(jìn)行知識情境設(shè)計所要解決的問題和切入點。一般來說，較為抽象或與學(xué)習(xí)者的生活相距較遠(yuǎn)的實驗都有必要通過生動的情境來加深其理解。

“核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”描述的是U-235原子核受中子轟擊分裂成兩個質(zhì)量較小的原子核，釋放能量、射線和2-3個中子，并引起新的U核裂變，如此不斷持續(xù)的過程。由于無法用肉眼直接看見，而且與學(xué)習(xí)者的生活相距甚遠(yuǎn)，所以理解起來很困難，因此其情境設(shè)計所要達(dá)到目標(biāo)的是：（1）將微觀的實驗現(xiàn)象展示出來；（2）將這一原理與學(xué)習(xí)者所能理解的生活現(xiàn)象聯(lián)系起來。

2 情節(jié)設(shè)計

情節(jié)是關(guān)于知識（學(xué)習(xí)內(nèi)容）生成、存在或應(yīng)用的事件，也是知識與人們的真實生活相聯(lián)系的方式和過程，它整合了大量的相關(guān)信息，為學(xué)習(xí)者全面深入地理解知識發(fā)展脈絡(luò)或問題解決過程提供一個完整、全面的意義結(jié)構(gòu)。與影視節(jié)目相似，虛擬演示實驗中的情節(jié)也有其發(fā)生、發(fā)展的動態(tài)過程，另外還要全面考慮實驗的特點、學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特征和已有生活經(jīng)驗來進(jìn)行綜合設(shè)計。不同的知識其生成方式、存在的境域、應(yīng)用范圍都會有所不同，因此可以提取它們在現(xiàn)實生活中生成、存在、應(yīng)用的相關(guān)故事或活動，通過教學(xué)設(shè)計進(jìn)行整理、提煉和安排，再現(xiàn)具體的知識活動過程同時，盡可能的與學(xué)習(xí)者已有的生活經(jīng)驗聯(lián)結(jié)起來。

根據(jù)前期的分析，將“核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原理”置于“核能發(fā)電”的情節(jié)中，通過“核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原理——核能發(fā)電——房屋供電”這一情節(jié)將最微觀的粒子運(yùn)動與最常見的房屋供電聯(lián)系起來。具體設(shè)計為：首先從宏觀上展示“核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”應(yīng)用的環(huán)境即壓水堆核電站，以及遠(yuǎn)處房屋（見圖3）；接著畫面向“核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”發(fā)生的場所——反應(yīng)堆推近，展示其內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)和整齊排列的U棒（見圖4）；再次向U棒推近，畫面轉(zhuǎn)為微觀，出現(xiàn)多個U-235原子核，然后一高速中子飛入，撞擊其中的一個原子核，引起該原子核裂變，并釋放能量、射線及2個中子，進(jìn)而引發(fā)其它U核裂變（過程如圖5所示），如此持續(xù)；畫面再依次拉遠(yuǎn)到核反應(yīng)堆和壓水堆核電站，展現(xiàn)絢麗的能量釋放過程，核裂變釋放的能量使水沸騰，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，并給遠(yuǎn)處房屋供電，電燈亮（效果見圖6）。

這一系列宏觀、微觀場景，靜態(tài)、動態(tài)畫面的組合和切換共同構(gòu)成了本實驗的情節(jié)，它向?qū)W習(xí)者展示了一個生動、完整的知識應(yīng)用過程。

3 指導(dǎo)設(shè)計

指導(dǎo)主要是結(jié)合實驗情節(jié)的推進(jìn)，針對重難點和學(xué)習(xí)者可能出現(xiàn)疑問的地方提供適當(dāng)?shù)奶崾竞徒庹f，從而能深化其對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。主要有兩種提供指導(dǎo)的方式：（1）提供接觸專家及對其工作過程進(jìn)行觀察和模仿的機(jī)會。借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)再現(xiàn)專家的學(xué)習(xí)活動、工作過程，同時也可以讓學(xué)習(xí)者扮演某一角色，親自參與到情境中進(jìn)行學(xué)習(xí)或活動，并就某些問題與專家交流探討；（2）通過字幕、聲音、圖標(biāo)等方式特別強(qiáng)化某些知識點。

該實驗采用了第二種指導(dǎo)方式，即在實驗情節(jié)演示至關(guān)鍵的知識點時，出現(xiàn)字幕，詳細(xì)介紹該內(nèi)容（見圖4、圖6中①）。

4 環(huán)境設(shè)計

環(huán)境主要指學(xué)習(xí)內(nèi)容（知識）發(fā)生發(fā)展的背景、空間，包括自然環(huán)境和社會環(huán)境，以及通過界面和情節(jié)表現(xiàn)出來的情感環(huán)境。它不僅為學(xué)習(xí)的展開提供一個“空間”，而且是促進(jìn)學(xué)習(xí)發(fā)生發(fā)展的要素和支持條件。環(huán)境要與情節(jié)的發(fā)展相一致，在虛擬演示實驗中，可以通過圖畫、圖像、三維模型，或調(diào)用拍錄的真實生活場景，來營造逼真的知識環(huán)境。

該實驗中，根據(jù)情節(jié)發(fā)展和知識表現(xiàn)的需要設(shè)計了房屋、壓水堆發(fā)電站、核反應(yīng)堆以及U-235原子核等幾個主要場景（見圖3、圖4、圖5、圖6），來模擬情節(jié)發(fā)生的真實環(huán)境。

5 技術(shù)實現(xiàn)及學(xué)習(xí)效果分析

整個實驗運(yùn)用FLASH技術(shù)制作完成，在技術(shù)實現(xiàn)過程中，根據(jù)需要對創(chuàng)設(shè)的情境進(jìn)行了一定的修改和優(yōu)化，最終從以下幾個方面實現(xiàn)了良好的學(xué)習(xí)效果：

首先，完整再現(xiàn)了“核裂變釋放能量——發(fā)電——家用電”這一知識過程，學(xué)習(xí)者不僅明白了核裂變原理，而且知道了其在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，更重要的是可以借助這一線索完整、深入地領(lǐng)會相關(guān)知識；

其次，從常見的電燈照明到核發(fā)電再到微觀的核裂變，由學(xué)習(xí)者最熟悉的日常生活入手，逐步深入到最微觀的粒子運(yùn)動，不僅能引發(fā)學(xué)習(xí)者深入探究的好奇心，而且促進(jìn)了知識向現(xiàn)實生活遷移；

最后，宏觀和微觀組合，打破了學(xué)習(xí)者認(rèn)知中的時空限制，很好地發(fā)揮了虛擬演示實驗的優(yōu)勢。

四 總結(jié)

創(chuàng)設(shè)情境已成為一種能提供意義學(xué)習(xí)和促進(jìn)知識向真實生活遷移的重要途徑。在虛擬演示實驗中，充分發(fā)揮多媒體技術(shù)的優(yōu)勢，創(chuàng)設(shè)立體、生動的知識情境，一方面可以回復(fù)知識與其生成、存在、應(yīng)用的真實世界之間的本然聯(lián)系，為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供意義關(guān)聯(lián)，從而循著知識的脈絡(luò)去深刻準(zhǔn)確地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容；同時，也能將知識與學(xué)習(xí)者已有知識經(jīng)驗構(gòu)成的主體情境結(jié)合起來，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者對知識的同化、順應(yīng)和遷移，提高學(xué)習(xí)深度。

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