摘 要：文章深入分析了體驗式學(xué)習(xí)的概念、內(nèi)涵，體驗生成的心理機制及過程，針對當(dāng)前初中物理電學(xué)教學(xué)中存在的突出問題，以體驗式學(xué)習(xí)核心理念為指導(dǎo)，以動漫為表現(xiàn)形式，構(gòu)建了初中電學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)，創(chuàng)設(shè)了電學(xué)體驗的虛擬情境，并闡述了電學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)的功能模塊和詳細設(shè)計。

關(guān)鍵詞：體驗式學(xué)習(xí)；虛擬實驗；動漫

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2013）22-0077-03

一、引言

自2001年國家實施新課改以來，就已明確提出推進素質(zhì)教育、變革課程功能、改善學(xué)生學(xué)習(xí)方式等目標(biāo)，提出了與傳統(tǒng)教育迥然不同的課程觀、知識觀、學(xué)生觀和發(fā)展觀，從以往的只關(guān)注知識與技能的傳授，轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在的兼顧知識與技能的傳授過程，關(guān)注受教育者在學(xué)習(xí)過程中的情感體驗，注重方式、方法的訓(xùn)練及動手能力、創(chuàng)造能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，并將積極健康的情感態(tài)度價值觀的形成明確納入教育目標(biāo)體系。新《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》也明確提出由傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式，向科學(xué)探究學(xué)習(xí)方式多樣化轉(zhuǎn)變；由高深莫測、生澀枯燥、晦澀難懂的講授，向從學(xué)生知識的發(fā)生點出發(fā)，緊密聯(lián)系實際，使學(xué)生“看得見，摸得著”的近距離接觸知識轉(zhuǎn)變。從生活走向物理，從物理走向社會，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

相對于物理學(xué)科的其他知識，電學(xué)的實踐性、應(yīng)用性、探究性都更強，也更加要求電學(xué)的學(xué)習(xí)要向“看得見，摸得著”的方向轉(zhuǎn)變。虛擬實驗作為實現(xiàn)此種轉(zhuǎn)變的重要方式，近年來逐漸得以應(yīng)用。為優(yōu)化虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，緩解當(dāng)前物理實驗教學(xué)中所存在的突出問題，筆者聯(lián)合廣大一線教師，已開展了近一年的研究工作。本研究得到全國教育信息技術(shù)“十二五”規(guī)劃專項課題及佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院校級科研基金支持，目前取得了部分階段性成果。

二、當(dāng)前初中物理電學(xué)教學(xué)存在的突出問題

研究團隊深入教學(xué)一線進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前電學(xué)教學(xué)問題突出，主要體現(xiàn)在：電學(xué)教學(xué)方式概念化、填鴨式，部分學(xué)生對復(fù)雜電路甚至電學(xué)基本原理的理解還存在較大困難；電學(xué)知識和生活實際相脫離，學(xué)習(xí)興趣難以激發(fā)，電學(xué)知識學(xué)習(xí)變得高深莫測、生澀枯燥；由于設(shè)備、課時的限制及出于安全性的考慮，學(xué)生在電學(xué)實驗中動手機會少，常處于“看實驗”和“聽實驗”的狀態(tài)。

為緩解上述問題，筆者對體驗式學(xué)習(xí)的核心理念及動漫的教育功能進行了深入分析，認(rèn)為動漫具有強化學(xué)習(xí)興趣、促進學(xué)習(xí)認(rèn)知、優(yōu)化主體體驗等教育功能，可以以動漫形式，應(yīng)用基于AS3.0的互動編程技術(shù)設(shè)計開發(fā)一套基于生活應(yīng)用情景、蘊含體驗式學(xué)習(xí)理念的電學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)，為電學(xué)學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)虛擬的體驗環(huán)境，還原知識產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用的真實情境，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。

三、體驗式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵和心理機制

1.體驗式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

體驗式學(xué)習(xí)是體驗主體在行為（感官）與心理（心智）層面與外部世界進行深度交往，并逐步順應(yīng)外部世界、修正個體經(jīng)驗的過程，是體驗主體在一個真實或模擬的情境中，將體驗主體的個體經(jīng)驗與外部情境建立聯(lián)接，并通過認(rèn)知、體驗、反思和頓悟等思維活動，獲得新知識、新技能，形成新的態(tài)度和價值觀的實踐過程。體驗式學(xué)習(xí)將體驗主體的認(rèn)知、行為、情感三個方面進行了有效整合，從根本上激活了體驗主體的已有經(jīng)驗和認(rèn)知主動性，從而形成了一種高效的學(xué)習(xí)方式。體驗式學(xué)習(xí)的核心要義在于情境性、親歷性、互動性、反思性和頓悟性。

2.體驗生成的心理機制及過程

體驗既是一個主客體的順應(yīng)過程，也是創(chuàng)新過程。從體驗生成的心理機制來看，體驗是主體基于自身的經(jīng)驗并通過行為和情感的主動參與，對外部事物進行感受，并通過認(rèn)知和反思等思維活動，產(chǎn)生理解的過程，體驗的結(jié)果是對事物產(chǎn)生情感且生成領(lǐng)悟或意義，并由此促使人的心理獲得調(diào)整、豐富和發(fā)展。體驗的生成過程可以概括為如下幾個階段：首先是體驗的啟動階段，也可稱之為體驗激發(fā)階段。此階段是創(chuàng)設(shè)體驗情境，并將體驗主體的經(jīng)驗與體驗情境建立關(guān)聯(lián)；之后是體驗主體經(jīng)過親歷探究，實踐感受，進入自主體驗階段；在自主體驗的基礎(chǔ)上通過個體反思、同化或順應(yīng)生成領(lǐng)悟和意義，這是體驗的內(nèi)化階段；領(lǐng)悟和意義的生成會使體驗主體對客體產(chǎn)生更深刻更豐富的內(nèi)心體驗，并借助于分享和評價反饋得到加強，這就進入了體驗的強化階段。所以，體驗學(xué)習(xí)就其心理層面來說是激發(fā)——體驗——頓悟——強化這么一個心理過程。

四、基于體驗式學(xué)習(xí)理念的電學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計

基于以上分析，我們認(rèn)為學(xué)生使用虛擬實驗系統(tǒng)的過程實質(zhì)上就是一種體驗式學(xué)習(xí)過程?；隗w驗式學(xué)習(xí)的核心理念開展虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計將會有效提高系統(tǒng)的科學(xué)性、規(guī)范性、有效性。虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)充分考慮體驗產(chǎn)生的心理機制和發(fā)生過程，為學(xué)生開展體驗式學(xué)習(xí)提供有效支持。

根據(jù)體驗產(chǎn)生的心理機制及發(fā)生過程，我們將中學(xué)電學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)分為情境案例系統(tǒng)、互動體驗系統(tǒng)和智能測評系統(tǒng)三個功能模塊，見圖1。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，學(xué)生可隨時隨地登錄系統(tǒng)，進行實驗。系統(tǒng)互動編程基于AS3.0，數(shù)據(jù)庫基于PHP+MySql架構(gòu)。電學(xué)元件、情景案例均存儲于后臺數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)實時擴充。同時用戶數(shù)據(jù)及學(xué)習(xí)過程均可被實時記錄。

1.情景案例系統(tǒng)設(shè)計

情景案例系統(tǒng)對應(yīng)于體驗式學(xué)習(xí)的體驗激活階段。該模塊以實景拍攝、動漫模擬、視頻剪輯與特效等多種技術(shù)手段，模擬電學(xué)知識在實際生活中的典型應(yīng)用，將現(xiàn)實問題再現(xiàn)（如一個房間的照明電路），建立電學(xué)知識與實際生活的緊密聯(lián)系，激活體驗主體的生活經(jīng)驗。系統(tǒng)設(shè)計了虛擬教師角色，虛擬教師將根據(jù)問題情境，系統(tǒng)講解與之相關(guān)的電學(xué)原理，引導(dǎo)學(xué)生生成體驗。同時，伴隨著教師的講解，擬人化的動漫電學(xué)元件作出形象、直觀的演示，逐步強化體驗，學(xué)習(xí)流程及機理見圖2。

情景案例系統(tǒng)包括兩個功能模塊。“生活中的電學(xué)”是針對中學(xué)電學(xué)在生活的典型應(yīng)用開發(fā)的代表性案例。而“電學(xué)科普”主要是通過一系列生動有趣的科普案例，演示安全用電、節(jié)約用電、電學(xué)常識等電學(xué)科普知識以及大量趣味電路，如聲控電路、溫控電路、報警電路、飛碟電路等。

2.互動體驗系統(tǒng)設(shè)計

互動體驗系統(tǒng)是體驗式電學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)的核心模塊，對應(yīng)于體驗式學(xué)習(xí)的自主體驗階段。該模塊基于以AS3.0為基礎(chǔ)的交互控制技術(shù)，構(gòu)建虛擬體驗環(huán)境，并采取情境創(chuàng)設(shè)、任務(wù)驅(qū)動、角色扮演等體驗學(xué)習(xí)策略?；趶姶蟮慕换スδ?，學(xué)生在這個虛擬的環(huán)境中既可以進行基于任務(wù)的體驗活動，又可以自主創(chuàng)作和設(shè)計電路，同時可以選擇與虛擬角色或在線學(xué)伴進行電路拼裝競賽?；芋w驗系統(tǒng)包括以下三個模塊：

（1）電學(xué)仿真實驗

電學(xué)仿真模塊為學(xué)生提供了真實、安全的實驗環(huán)境。學(xué)生可以以電學(xué)元件為基本元素，自主設(shè)置元件屬性，并通過鼠標(biāo)拖拽等簡單操作，自由拼裝電路，構(gòu)筑電學(xué)實驗。系統(tǒng)將對電路連接狀態(tài)進行智能判斷，動態(tài)演示電流流向，同時系統(tǒng)可實現(xiàn)實物圖和電路圖的雙向轉(zhuǎn)換。學(xué)生的操作過程將伴隨著動漫電學(xué)元件的語言、動作、表情的生動反饋，學(xué)生的實驗成果將會存入個人作品庫，便于交流、展示和分享。

（2）生活電學(xué)體驗

生活電學(xué)體驗?zāi)K構(gòu)建了基于生活應(yīng)用情景的探究式體驗環(huán)境。此模塊基于前述情景案例系統(tǒng)的支持，由筆者和一線教師一起精心設(shè)計了一系列探究任務(wù)（如計算某個房間照明電路的總功耗），將電學(xué)知識融入到學(xué)習(xí)者所熟悉的日常應(yīng)用案例，運用實景拍攝、影視剪輯、動漫演示和語音講解相結(jié)合的方式，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，還原知識產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用的場景。同時，系統(tǒng)將提供電流表、電壓表等一系列支持工具。要求學(xué)生能根據(jù)問題情境自主決策，選擇恰當(dāng)?shù)墓ぞ?，測量解決問題所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，過濾冗余信息，應(yīng)用相關(guān)知識，解決問題，完成任務(wù)。在此過程中學(xué)生向虛擬教師求助。系統(tǒng)將以多種方式對學(xué)生操作進行實時反饋，強化學(xué)習(xí)體驗，如在學(xué)生進行了正確操作時，相關(guān)動漫角色將給予表情和言語激勵，反之進行相關(guān)鼓勵；在出現(xiàn)重大操作失誤時，系統(tǒng)將借助于元件爆裂、電路燃燒等動漫特效警示學(xué)生。

生活電學(xué)體驗?zāi)K集中體現(xiàn)了體驗式學(xué)習(xí)的核心理念，其學(xué)習(xí)流程及機理如圖3所示。學(xué)生在進入生活電學(xué)體驗?zāi)K后，首先將面臨一個真實的問題情境，學(xué)習(xí)者必須聯(lián)系所學(xué)知識，對問題進行表征，將所面臨的真實問題抽象為物理問題，即定義問題，隨后需對相關(guān)條件進行分析，明確解決問題所需的信息數(shù)據(jù)，決定數(shù)據(jù)獲取的方式方法，在此基礎(chǔ)上綜合所學(xué)知識形成問題解決策略并實施。在問題求解失敗的情況下，學(xué)生可尋求幫助或反思并修正體驗過程，對問題進行重新定義，繼續(xù)體驗過程。若求解成功，則將問題解決過程中的相關(guān)體驗內(nèi)化順應(yīng)，形成自己知識體系的一部分。

（3）電學(xué)競賽

該模塊主要是通過競賽的形式為學(xué)生設(shè)置挑戰(zhàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)動機，強化學(xué)習(xí)體驗。學(xué)生的競賽對手是程序控制的虛擬角色或其他在線學(xué)伴，競賽主要形式是電路拼裝，包括依據(jù)給定電路圖連接實物電路和根據(jù)實物電路繪制電路圖。學(xué)生可以自主設(shè)定難度，難度越高則規(guī)定時間越短，待拼裝的電路也越復(fù)雜。學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成電路拼裝則勝出，否則失敗。學(xué)生通過比賽可贏得虛擬獎學(xué)金和頭銜晉級。

3.智能測評系統(tǒng)設(shè)計

智能測評系統(tǒng)包括實驗記錄、智能導(dǎo)學(xué)和成果展示三個模塊。我們將對數(shù)據(jù)挖掘、動態(tài)跟蹤等技術(shù)進行二次開發(fā)，并依據(jù)影響深遠的CIPP評價模式的相關(guān)理念構(gòu)建評價模型，全面記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，并進行智能導(dǎo)學(xué)。學(xué)習(xí)記錄模塊將全面記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)活動和實驗數(shù)據(jù)等過程信息，便于學(xué)習(xí)者及時查閱；智能導(dǎo)學(xué)模塊將基于學(xué)習(xí)記錄信息，全面分析學(xué)習(xí)者在不同類型的學(xué)習(xí)內(nèi)容中（學(xué)習(xí)內(nèi)容是和知識點相關(guān)聯(lián)的）所用的時間、任務(wù)完成情況、失敗次數(shù)及求助次數(shù)，對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格和能力進行定義，指出學(xué)習(xí)者的知識弱點，進行智能導(dǎo)學(xué)，對學(xué)習(xí)者提出科學(xué)的學(xué)習(xí)建議；成果展示模塊保存學(xué)習(xí)者在互動體驗?zāi)K中所創(chuàng)作的實驗電路，供學(xué)習(xí)者瀏覽、分享、展示。

五、結(jié)束語

虛擬實驗?zāi)芴峁┌踩?、有效的實驗環(huán)境，拓展實驗時空，降低實驗成本。同時，虛擬實驗?zāi)軐㈦妼W(xué)知識與學(xué)生經(jīng)驗有效關(guān)聯(lián)，激發(fā)學(xué)生的主體體驗，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果。但在虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用中應(yīng)注意：摒棄單純從技術(shù)角度出發(fā)的設(shè)計思維。應(yīng)深入研究實驗過程中學(xué)習(xí)發(fā)生的心理機制，并設(shè)法找到與其相契合的教學(xué)理論，圍繞教學(xué)理論的核心理念開展系統(tǒng)設(shè)計；在系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)深入教學(xué)一線，開展扎實的需求分析，并吸納一線教師廣泛參與，提高系統(tǒng)的針對性與實用性；虛擬實驗作為一種技術(shù)手段，雖能彌補實驗教學(xué)的某些不足，但與真實實驗尚存在較大差異，只能作為實驗教學(xué)的有效補充，無法取代真實實驗。

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（編輯：魯利瑞）