唐曉鳳

(永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南，永州 425100)

0 引言

2017年，國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知》指出，要綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)探索未來教育教學(xué)新模式[1]。中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實施方案(2018-2022年)》指出，要加強國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)[2]，目前我國已建設(shè)300個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》指出，通過啟發(fā)式、探究式、參與式、合作式等教學(xué)方式創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力[3]。在大力推進(jìn)教育信息化的背景下，在線教育不斷提升，同時暴露出不少問題，例如：① 在線教育資源以2D教學(xué)資源為主，無法滿足學(xué)習(xí)者的需求，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)熱情和參與度不高；② 實訓(xùn)實驗課程，特別是需要操作大型設(shè)備的實訓(xùn)實驗，基本無法開展教育教學(xué)；③ 一些網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間數(shù)據(jù)分析功能較弱，教育者對數(shù)據(jù)掌握不詳。

針對上述問題，本文基于HTML5和WebGL技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間云平臺，以“校園網(wǎng)綜合布線”項目為內(nèi)容搭建3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源。開發(fā)的3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源主要實現(xiàn)：① 創(chuàng)建基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間云平臺的3D項目式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的學(xué)習(xí)環(huán)境，實現(xiàn)“以學(xué)習(xí)者為中心”和“做中學(xué)”的核心教育理念；② 運用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間云平臺下的3D項目式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，解決部分傳統(tǒng)教學(xué)資源和已開發(fā)的在線教育資源存在的問題，提出解決“校園網(wǎng)綜合布線”實訓(xùn)課程教學(xué)困境的創(chuàng)新教學(xué)策略。3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的開發(fā)和應(yīng)用有助于遠(yuǎn)程實訓(xùn)實驗課程的開展，有助于學(xué)習(xí)者體驗“校園網(wǎng)綜合布線”項目的整個過程，有助于提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)參與度。

1 研究述評

1.1 項目式教學(xué)現(xiàn)狀分析

項目式教學(xué)以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，以項目為主線、教師為指導(dǎo)、學(xué)生為主體，通過創(chuàng)設(shè)真實情境，學(xué)習(xí)者在教師指導(dǎo)下以小組合作方式完成一個完整的項目，通過探究式學(xué)習(xí)提升學(xué)習(xí)者多種能力的教學(xué)模式。項目式教學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境以真實情境為主、學(xué)習(xí)過程以探究學(xué)習(xí)為主、學(xué)習(xí)方式以小組協(xié)作為主、學(xué)習(xí)評價以多元評價為主，這些特征深受學(xué)習(xí)者喜愛。項目式教學(xué)已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)課堂和在線課堂，如蔣玉中[4]探討了項目式教學(xué)與英語教學(xué)的融合；羅大兵等[5]將項目式教學(xué)應(yīng)用于慕課在線學(xué)習(xí)平臺；呂浩源[6]將項目式教學(xué)應(yīng)用于雨課堂在線學(xué)習(xí)平臺。

1.2 當(dāng)前教學(xué)環(huán)境項目式實踐教學(xué)存在的問題及解決辦法

傳統(tǒng)課堂項目式教學(xué)和普通在線課程項目式教學(xué)存在諸多問題，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于在線課堂也存在諸多問題：第一，教師對虛擬仿真技術(shù)掌握不夠，難以構(gòu)建3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源；第二，大多虛擬仿真實驗系統(tǒng)都以C/S架構(gòu)為主，學(xué)習(xí)者需下載App，學(xué)習(xí)過程難度大；第三，對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)經(jīng)歷記錄不詳，很難實現(xiàn)個性化教學(xué)策略推薦；第四，大多虛擬仿真實驗未激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)積極性不高。

基于上述問題，本研究以小型校園網(wǎng)綜合布線為項目內(nèi)容，將HTML5和WebGL技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間云平臺為學(xué)習(xí)平臺。該平臺自嵌3D 可視化場景編輯引擎系統(tǒng)，教師無需學(xué)習(xí)過多的虛擬仿真技術(shù)，只需做好課程教學(xué)設(shè)計；該平臺基于B/S結(jié)構(gòu)，只需借助瀏覽器即可完成學(xué)習(xí)；該平臺采用游戲闖關(guān)的方式實現(xiàn)教學(xué)，支持多個用戶同時登錄同一場景，每個用戶可控制自己的虛擬化身；該平臺前端引入xAPI(experience API)技術(shù)記錄學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)經(jīng)歷，為個性推薦創(chuàng)設(shè)條件。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義是項目式教學(xué)的重要理論依據(jù)。以“校園網(wǎng)綜合布線”項目為內(nèi)容開發(fā)的3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，堅持以學(xué)習(xí)為中心，通過創(chuàng)設(shè)情境、自主探究和小組討論實現(xiàn)整個教學(xué)過程。教學(xué)過程以建構(gòu)主義理論作為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主觀能動性。在整個項目的實施過程中，學(xué)習(xí)者自行決定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型、設(shè)備類型以及實施步驟，通過教師協(xié)助、自主探究和學(xué)習(xí)小組討論解決項目實施過程中遇見的問題。項目實施的過程中，學(xué)習(xí)者需要掌握校園網(wǎng)綜合布線的要求和步驟，熟知綜合布線的實施過程，掌握綜合布線的知識結(jié)構(gòu)，并深刻理解知識之間的相互聯(lián)系，實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)。

2.2 多元智能理論

多元智能理論從學(xué)習(xí)者個體多元智能出發(fā)，推崇因材施教，發(fā)展個性化教學(xué)。因?qū)W習(xí)者認(rèn)知水平千差萬別、學(xué)習(xí)能力參差不齊、個性化需求各種各樣，使得多元智能廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)課堂教學(xué)和部分在線課堂教學(xué)中。

在設(shè)計和開發(fā)以“校園網(wǎng)綜合布線”項目為內(nèi)容的3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的過程中，從多元智能理論出發(fā)，將分層教學(xué)理念和個性化教學(xué)理念深入到項目實施過程中。在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)項目的過程中，實現(xiàn)課程目標(biāo)分層、課程內(nèi)容分層和課程評價機制分層。學(xué)習(xí)者在分層教學(xué)環(huán)境下，更能發(fā)展學(xué)習(xí)者的個性，挖掘?qū)W習(xí)者的學(xué)習(xí)潛能，增強學(xué)習(xí)者參與學(xué)習(xí)的熱情。

3 基于項目式的3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源開發(fā)

3.1 校園網(wǎng)綜合布線整體設(shè)計

綜合布線系統(tǒng)是一種基于計算機技術(shù)、通信技術(shù)和建筑工程技術(shù)的模塊化的開放式布線系統(tǒng)，主要在建筑物或建筑群內(nèi)部之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。綜合布線系統(tǒng)能使建筑物或建筑群內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等連接至外部網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)語言、數(shù)據(jù)以及圖像等的連接和傳輸?；陧椖渴降?D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源開發(fā)以“學(xué)習(xí)者”為中心，開展自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和小組協(xié)作學(xué)習(xí)；以“校園網(wǎng)綜合布線系統(tǒng)”為教育內(nèi)容，實現(xiàn)校園網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計和實現(xiàn)的整個過程；以“理實融合、開拓思維和創(chuàng)新應(yīng)用”為教育目標(biāo)，提升學(xué)習(xí)者知識素養(yǎng)、能力素養(yǎng)和綜合職業(yè)能力；以“游戲闖關(guān)”為教學(xué)方式，實現(xiàn)教學(xué)的系統(tǒng)性、層次性和趣味性。

3.1.1 校園網(wǎng)綜合布線需求分析

以“某小學(xué)校園網(wǎng)綜合布線”為項目，對某小學(xué)校園網(wǎng)進(jìn)行綜合布線合計。經(jīng)學(xué)校實際考查，該學(xué)?，F(xiàn)有建筑樓群包括2棟4層的教學(xué)樓和1棟4層的綜合樓，教學(xué)樓1和綜合樓之間相距180 m，教學(xué)樓2和綜合樓之間相距240 m，2棟教學(xué)樓之間相差90 m。教學(xué)樓1和教學(xué)樓2每層有4間教室和1間辦公室，因此每棟教學(xué)樓需要20個信息點、1間管理間，2棟教學(xué)樓總共需布線40個信息點和2間管理間。綜合樓為4層建筑，需布線49個信息點、2間管理間，其中第一層和第二層共用1間管理間，第三層和第四層共用1間管理間，層間管理間通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)實現(xiàn)共用。通過需求分析，整個校園需要信息點89個，管理間4間。

學(xué)校需實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能包括：① 學(xué)校各信息點可實現(xiàn)資源共享、網(wǎng)絡(luò)通信；② 教學(xué)樓1、教學(xué)樓2和綜合樓各棟樓之間實現(xiàn)廣播隔離；③ 內(nèi)外網(wǎng)主機都可訪問學(xué)校網(wǎng)站；④ 校園網(wǎng)絡(luò)主機可實現(xiàn)上網(wǎng)，師生上網(wǎng)實行源地址分流。

3.1.2 校園網(wǎng)綜合布線系統(tǒng)的組成

“某小學(xué)校園網(wǎng)綜合布線”采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)控制簡單、配置靈活、維護方便。其布線系統(tǒng)由工作區(qū)子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)、垂直子系統(tǒng)、管理子系統(tǒng)、設(shè)備間子系統(tǒng)和建筑群子系統(tǒng)組成。

3.1.3 校園網(wǎng)綜合布線設(shè)計方案

基于實用性、開放性、安全性、可靠性、可維護性和可擴充性等設(shè)計原則，采用“核心層—匯聚層—接入層”層次化的設(shè)計結(jié)構(gòu)對校園網(wǎng)進(jìn)行綜合布線設(shè)計。其中，核心層設(shè)置在綜合樓4樓的網(wǎng)絡(luò)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機房，匯聚層設(shè)置在教學(xué)樓1、教學(xué)樓2和綜合樓中，接入層設(shè)置在各弱電間綜合布線配線機柜處。

3.2 校園網(wǎng)綜合布線3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源開發(fā)

校園網(wǎng)綜合布線3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源設(shè)計基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間云平臺，該平臺由學(xué)校的項目團隊自主開發(fā)，平臺基于MOOC設(shè)計理念，包括門戶、個人中心、教師中心、機構(gòu)中心、系統(tǒng)管理中心以及其他系統(tǒng)。該平臺內(nèi)置建模工具，也可從外部導(dǎo)入模型和自主開發(fā)；采用虛擬現(xiàn)實的虛擬化身技術(shù)，實現(xiàn)多人實時在線；提供文本、語音、點對點視頻3種交流方式。根據(jù)校園網(wǎng)綜合布線項目式教學(xué)的實際需要，以項目式學(xué)習(xí)理念為主線，以平臺在線3D教學(xué)場景編輯與發(fā)布系統(tǒng)為操作平臺，構(gòu)建校園網(wǎng)綜合布線3D虛擬實驗。3D虛擬實驗學(xué)習(xí)資源開發(fā)過程：第一步，根據(jù)校園網(wǎng)綜合布線實驗要求，借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間云平臺中的3D場景編輯系統(tǒng)編寫3D虛擬實驗?zāi)_本；第二步，從3D場景編輯與發(fā)布系統(tǒng)空白模板中創(chuàng)建場景；第三步，從3D在線模型庫中選擇模型搭建3D虛擬實驗并進(jìn)行發(fā)布。3D虛擬實驗學(xué)習(xí)資源搭建完成后，學(xué)習(xí)者即可在在線課程目錄中進(jìn)行訪問和實驗。其實驗場景如圖1所示。

圖1 3D虛擬實驗學(xué)習(xí)場景圖

3.3 基于“校園網(wǎng)綜合布線”項目式3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的應(yīng)用

3.3.1 基于“校園網(wǎng)綜合布線”項目式3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的教學(xué)策略

基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間云平臺，開發(fā)了以“校園網(wǎng)綜合布線”為內(nèi)容的3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)設(shè)情境、探究學(xué)習(xí)、小組討論、匯報成果和綜合評價為該項目教學(xué)策略。該策略實施過程包括5個階段：① 制定項目任務(wù)階段，教師通過設(shè)計開發(fā)“校園網(wǎng)綜合布線”項目式3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，提出多元化項目任務(wù)要求；② 項目任務(wù)實現(xiàn)階段，學(xué)習(xí)者依據(jù)項目任務(wù)要求，通過自主探究的方式完成項目任務(wù)，通過角色扮演、游戲闖關(guān)體驗項目實施整個過程；③ 項目分析階段，學(xué)習(xí)者通過小組討論的方式發(fā)現(xiàn)項目實施過程中存在的問題并解決問題，通過解決自身學(xué)習(xí)中存在的問題，深化項目認(rèn)識，實現(xiàn)小組協(xié)作學(xué)習(xí)、互動學(xué)習(xí)；④ 項目總結(jié)階段，學(xué)習(xí)者通過自主分析，整合項目成果，實現(xiàn)對校園網(wǎng)綜合布線項目知識的理解、提升和遷移；⑤ 項目評價階段，教師通過對學(xué)習(xí)者項目實施過程的綜合評價，查找教學(xué)策略中存在的問題，查漏補缺，提升教學(xué)策略，為實現(xiàn)個性化教學(xué)創(chuàng)設(shè)條件。

3.3.2 基于“校園網(wǎng)綜合布線”項目式3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的教學(xué)過程

“校園網(wǎng)絡(luò)綜合布線”項目式3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的教學(xué)過程包括設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)、確定教學(xué)內(nèi)容、選擇教學(xué)方法等。教學(xué)環(huán)節(jié)分為課前、課中和課后，如圖2所示。

在課前教學(xué)環(huán)節(jié)，教師創(chuàng)建“校園網(wǎng)綜合布線”3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，制定多元化項目實施任務(wù)清單。學(xué)習(xí)者的主要任務(wù)為：第一，實現(xiàn)校園網(wǎng)綜合布線理論基礎(chǔ)知識預(yù)習(xí)；第二，完成校園網(wǎng)綜合布線理論知識游戲大闖關(guān)。通過思維導(dǎo)圖法制定多元化項目實施任務(wù)清單、通過逐層闖關(guān)考核實現(xiàn)理論游戲大闖關(guān)。在課前學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中主要培養(yǎng)學(xué)習(xí)者自學(xué)能力以及發(fā)現(xiàn)問題的能力等。

在課中教學(xué)環(huán)節(jié)，教師通過創(chuàng)設(shè)情境、引發(fā)思考、協(xié)助解決問題和歸納總結(jié)來指導(dǎo)和協(xié)助學(xué)習(xí)者開展項目學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者通過虛擬仿真、角色扮演、自主探究、游戲闖關(guān)方式體驗項目實施的整個過程?；凇靶@網(wǎng)綜合布線”項目式3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源大闖關(guān)內(nèi)容如下。

闖關(guān)一：“校園網(wǎng)綜合布線”項目需求分析，包括校園網(wǎng)的設(shè)備需求以及技術(shù)需求，根據(jù)學(xué)校信息點的數(shù)量確定所需設(shè)備的數(shù)量，并結(jié)合設(shè)備需求來確定技術(shù)需求。在需求分析階段，采用分組學(xué)習(xí)法，通過分組實現(xiàn)需求分析方案的制定、分析、評價和定稿過程。闖關(guān)二：搭建校園網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括校園網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型選擇、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備選擇以及主機選擇等，并選擇傳輸介質(zhì)進(jìn)行連接。闖關(guān)三：設(shè)置IP地址，包括校園網(wǎng)中所需要設(shè)置IP的主機和服務(wù)器的規(guī)劃、標(biāo)識和設(shè)置，并對整個校園進(jìn)行VLAN劃分，實現(xiàn)各樓棟之間廣播隔離。闖關(guān)四：配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要對校園網(wǎng)中所使用的交換機、路由器等設(shè)備進(jìn)行配置。闖關(guān)五：網(wǎng)絡(luò)連通性測試，主要對校園網(wǎng)中主機、服務(wù)器以及設(shè)備進(jìn)行連通性測試等。

在課中學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)習(xí)者自主探究能力、動手實踐能力、解決問題能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力等。

在課后教學(xué)環(huán)節(jié)，教師對學(xué)習(xí)者的整個項目學(xué)習(xí)過程進(jìn)行綜合的、多元化的、多維度的評價。借助該平臺LRS學(xué)習(xí)經(jīng)歷記錄存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)分析，為實現(xiàn)個性化教學(xué)資源推薦創(chuàng)設(shè)條件。學(xué)習(xí)者的主要任務(wù)包括：第一，“校園網(wǎng)綜合布線”闖關(guān)自練習(xí)；第二，書寫項目實驗報告；第三，歸納總結(jié)，實現(xiàn)知識提升和遷移。在課后教學(xué)環(huán)節(jié)中主要培養(yǎng)學(xué)習(xí)者總結(jié)反思能力、知識拓展能力和綜合職業(yè)能力。

4 總結(jié)

本研究以3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源為核心研究內(nèi)容，從學(xué)習(xí)者角度出發(fā)，基于建構(gòu)主義和多元智能理論，采用虛擬仿真技術(shù)，運用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間云平臺3D場景編輯與發(fā)布系統(tǒng)，設(shè)計和開發(fā)了基于“校園網(wǎng)綜合布線”項目式3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源。學(xué)習(xí)者通過虛擬仿真、角色扮演、自主探究、游戲闖關(guān)方式體驗項目實施整個過程，有助于提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，有助于實現(xiàn)探究式、體驗式和沉浸式教學(xué)，有助于提升學(xué)習(xí)者自主探究能力、知識拓展能力以及創(chuàng)新應(yīng)用能力。

圖2 基于“校園網(wǎng)綜合布線”項目式3D網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的教學(xué)過程