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基于Second life的虚拟学习社区构建与应用研究

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[摘要]三维虚拟学习社区是网络学习发展的新产物。通过分析当前二维虚拟学习社区存在的诸多问题,提出了在Secondfife环境下构建三维虚拟学习社区的新思路。首先从理论支持和技术实现两个维度探讨了构建三维社区的可行性,然后在构建和应用两个层面具体描述了三维虚拟学习社区的开发环节与实践应用。

[关键词]Second life;虚拟学习社区;学习环境构建;Sloodle;学习活动;学习共同体

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008(2013)03-0051-07

随着计算机技术和互联网络技术的发展,基于各种社会性软件构建的虚拟仿真图书馆、仿真实验室和虚拟学习社区如雨后春笋般应运而生。其中以second life研究较多,它是目前欧美地区最受欢迎的虚拟现实软件之一。Second life是由林登实验室(Linden Lab)研发的,它能够提供一种开放性的社会化环境,让学习者亲身参与各种虚拟化情境进行体验式学习,从而构建属于自己的知识体系,解决了学习者在传统虚拟学习环境中存在的情感缺失,交互性弱等缺点。此外,由于Second life具有高度的开放性,大量的国内外教授及研究学者已将其看成传播课程和研究成果的主战场。如此而言。基于Second life的情境式体验学习一方面能够满足建构主义学习理论所强调的协商互动以及意义的自主建构,另一方面又能体现情境学习理论对真实情境的要求。所以,笔者在分析了Second life环境诸多优势的基础上提出了构建三维虚拟学习社区的新思路。

虚拟学习社区作为互联网的一种网络应用,经过数十年的发展研究,已取得了丰硕的成果。一方面多元化社区模型的构建加强了学习者在虚拟环境中学习的协作性和互动性。另一方面通过对社区交往中各效果因素的分析,在一定程度上推动了虚拟学习社区更深层次的研究。此外,《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》也明确指出“构建高校网上虚拟社区,广泛进行思想与文化交流,创新、发展先进文化”。然而,目前现有的虚拟学习社区在构建和应用方面尚存诸多问题。主要表现在以下几个方面:一是内容呈现形式比较单一,大多数知识还是基于文本、图片、视频等二维形式来传播。导致学习者容易疲劳。积极性不高:二是缺乏真实情境的创设。使得学习者很难通过体验来构建知识体系:三是学习者缺乏临场感,降低了学习者学习热情和学习效果,也无法满足学习者的情感需求。

针对上述问题,本文提出利用Second life强大的虚拟现实平台构建三维虚拟学习社区的设想,试图建立一个更加有效的、合理的三维虚拟学习环境,以促进学习者自主学习、探究式学习和体验式学习,从而提高学习效果以及学习能力。

一、Secondlife概述

(一)Second life简介

Second life本是美国林登实验室(Linden Lab)研发的一个集虚拟现实技术和网络通信技术为一体的一款3D虚拟游戏,后被商业、教育、政府和非营利组织等机构认可并广泛应用于娱乐、教育、社会互动、科学研究以及购物等方面,形成了一个开放的、沉浸的、仿真的三维虚拟现实平台,因其具有超强仿真现实性,因此,人们在某些情境下形象地称其为“第二人生”。该平台提供了一套功能强大且复杂的三维模型建立系统和一套用于虚拟现实交互功能开发的林登脚本语言(Linden Scripting Language),每一个注册用户都可在该平台上付费申请特定大小的空间。然后在该空间内根据分配的权限利用脚本语言和三维模型构建系统进行二次开发。这样一个三维虚拟学习环境给学习者学习带来了前所未有的变革,不仅表现在学习方式和内容的呈现形式上,更是一种学习观念和思想上的变革。

(二)Second life的服务器群及功能分析

在Second life虚拟世界中,各项功能的实现取决于服务器群和客户端系统的配合。他们是软件系统的重要组成部分。作为一个领先3D虚拟世界的技术平台,有着先进的技术架构作为支持。Second life的服务器端群集了六种功能各异的服务器。组成并支持林登实验室运营的数千台服务器,分别为:登陆服务器(Login server)、用户服务器(user server)、空间服务器(Space server)、数据服务器(Data server)、模拟器(simulator)、其他服务器(Other servers)。六大服务器功能各异、各司其职共同完成3D虚拟世界中各角色赋予的各项任务,具体如图1所示。

1.登陆服务器(Login server)

登陆服务器是运行在上的通用网关接口脚本,在Second hfe虚拟世界中赋予其四项基本功能。一是用来验证用户名和密码,获取登陆权限;二是决定用户登陆区域,如用户的家,上次离线区域或URL指定区域等;三是寻找运行该区域的模拟器。证实用户是否被允许连接到该区域:四是向模拟器发出连接请求,并告知客户端连接到何处。

2.用户服务器(User server)

用户服务器主要负责管理即时通讯(instant message)会话,尤其是组内即时通讯。

3.空间服务器(space server)

空间服务器处理基于不同网格x,Y坐标间消息的路径选择。模拟器与空间服务器会话以便被其登记在案,还可以发现自己的邻居是谁。其作用与网络概念中路由器的作用相似。

4.数据服务器(Data server)

数据服务器处理与中心服务器、日志服务器以及多个仓库服务器和搜索服务器连接。可代表模拟器运行查询。此外,在Second life服务器群中只有一个中心服务器,一个日志服务器。而仓库服务器以及搜索服务器分别有多个,因此,在某个范围内,前两者与后两者分别是一对多的关系。

5.模拟器(simulator)

模拟器是Second life最主要的服务器,可以将其看作是模拟器块的集合。每个模拟器模拟一个256*256平米的整块区域。当Second life的客户端浏览器内角色发生位移时,它实质上只是各模拟器之间的相互转换。模拟器的任务主要是存储物体状态、土地状态和地形海拔图状态,其次是负责计算物体和土地的能见度,并把计算数据传送给客户端,再者模拟器还使用优先级队列来传送图像数据。此外,还有一种物理学模拟器专门掌管Hovak物理学例库。公共谈话(chat)和即时通讯(instant message)也由模拟器处理。

6.其他服务器(Other servers)

其他服务器包含了若干规模较小的服务器。如中央枢纽、数据库、中心数据库、搜索数据库、地图服务器、远程过程调用服务器等。

二、Second life环境下的三维虚拟学习社区

虚拟学习社区是基于Intemet的一种虚拟学习环境。国内诸多学者对其定义展开论述。可谓众说纷纭,目前尚未取得统一的标准。其中以甘永成学者论述得最为全面、系统。他认为虚拟学习社区是由具有共同兴趣和学习目标的人们组成的学习团体。在Intemet上构建的虚拟学习环境。他们利用多种网络通信工具。通过相互的交流、互动、讨论和协作学习等多种学习方式。共享彼此的观点、思想、资源、知识、学习经验和集体智慧,从而促进知识建构和个体智慧的发展,达到学习的目的和促进自身学习能力的发展。

虚拟学习社区的构建打破了时空、距离的局限性,解决了有共同兴趣的学习者在现实环境中很难聚集的问题,在一定程度上提升了学习者学习效果,培养了学习者自主学习和协作学习能力。然而调查发现,现有的二维虚拟学习社区存在着情境感差、交互性弱以及缺乏临场感等诸多问题,已经不能够满足学习者对学习的需求。阻碍了虚拟学习社区的进一步深入发展。因此,需要创建一种新型的虚拟学习环境来改善和解决现有的虚拟学习社区存在的不足。在此时代背景下,Second life的引入为我国虚拟学习社区的发展注入了新的活力。

基于Second life构建的虚拟学习社区相比于传统虚拟社区,除了具有高度的开放性。还具有情境性、社会性和体验性等特点。它是一种以模拟仿真现实社区形式呈现的虚拟学习社区,在网络虚拟学习社区设计与构建理论的指导下,综合运用三维虚拟现实技术、虚拟学习环境构建技术等,为学习者的协作学习、远程培训、探究学习、社区活动等构建的一种三维交互式虚拟空间,它将学习活动的区域扩展到了包含虚拟学习对象和学习场景的三维虚拟世界。有着二维虚拟社区无可比拟的优势,它可以创建一种具有真实性的交互式虚拟学习环境,用于多种学习活动,还能多样化地呈现信息以激发学习者的创造性思维。在很大程度上满足了远程学习者协作学习、思想交流、资源共享的需求,解决了二维社区中信息呈现方式单一、缺乏个性化的交互与逼真的学习情境的问题,提高了学习者学习的积极性。

三、基于Second life构建虚拟学习社区的可行性分析

(一)理论支持

虚拟学习社区的构建依托于众多学习理论的支持,如建构主义学习理论、情境认知和情境学习理论,以及分布式学习理论等。因此,基于Second life虚拟平台来构建虚拟学习社区也应具备这些理论的支持。具体表现在:

第一,Second life提供一种丰富的沉浸体验和仿真的社会环境,使得学习者能够利用其强大的创作工具创设出各种与主题相关的学习情境进行沉浸式学习。在此过程中,学习者的学习行为表现在一定的虚拟情境中,借助于虚拟教学者与学习伙伴的帮助来构建自身的知识体系,满足了建构主义学习理论所要求的情境、协作、会话、意义建构的学习环境四大要素。

第二,情境是一切认知活动的基础。基于Second life的仿真社会环境能够使学习者的学是处于活动中,即让学习者在多样化的学习活动中得到发展。此外,对于“学习共同体”进行研究,也是虚拟学习社区中应用情境认知和情境学习理论的重要体现。在Second life的虚拟世界里。诸多兴趣相同的学习者以虚拟角色,创建出仿真的虚拟学习社区进行面对面的沟通、交流、讨论和学习。其展现形式就如同真实世界里的聚居区一样。解决了二维社区情感缺失等问题,增强了社区体验的参与能力。这样一个面对面的学习环境容易使学习者获得该社区具体体现的信念和行为。产生较好的归宿感。

第三。基于Second life构建的虚拟学习社区可作为分布式认知的一个明显实例。处于虚拟世界中的学习者可通过扮演一系列的角色进行多种主题的学习,在学习者学习过程中,其认知发展和成长并不是一个简单的、孤立的事件,而是更为注重学习者、外界环境和工具之间的交互。即通过学习者之间的相互学习和使用多功能工具达到学习的目的,可以说这是一种互惠的过程。综上所述,在Second life环境下构建虚拟学习社区已取得众多主流学习理论的支持,因此,在其理论指导与实践研究上具有一定程度的可行性。

(二)技术实现

1.三维建模工具

Second life提供一套功能强大的三维建模工具,基于建模工具的教学者和学习者可以按需模拟创建出相关的教学场所,如虚拟教室、虚拟图书馆、虚拟会议室、虚拟实验室等。并且能够配合blender、3dsmax、PhotoShop等外部软件营造出更为逼真的学习环境,为后续的教师导学和学习者学习提供良好的学习情境。

2.林登脚本语言

林登脚本语言是Second life提供的一套类似于C语言的计算机编程语言。它存在于3D元素的内部,能配合三维建模工具实现平台的二次开发。尤其是它的语法规则和函数库都可供实时调用。相对于其他三维虚拟学习环境的应用显得更为简单、方便和快捷。此外教学者和学习者可以根据需要编写具有特定功能的脚本,然后赋予所创建的模型,即可实现模型的相关功能。如,三维虚拟环境中音视频的播放,网络教学资源的提取与上传,以及虚拟教室门的开关等,这都是林登脚本语言赋予模型的功能。由此可见,凭借着功能完善的脚本语言,“我思故物在”似乎也能变成现实。

3.Sloodle系统

Sloodle系统的出现为Second life的教育应用带来了新的生机,当前一些学者认识到三维虚拟学习环境仅仅是创造了一个三维空间,并没有实现对学习过程的全面支持,如学习过程的管理和记录以及学习内容的跟踪等都无法有效地实施。考虑到这些方面的问题,平台开发商专门针对其教育应用而开发了Sloodle系统。它整合了Second life三维虚拟学习环境和Moodle学习管理系统,形成基于Second life的面向对象分布式学习环境。提供沉浸式和交互式的虚拟学习空间。

Sloodle系统弥补了三维虚拟学习环境和传统学习管理系统的不足。在Second life中实现了共享Moodle资源数据库,也使得Moodle中的文字、音频、视频等资源在Second life中立体化显示。如学习者在Second life中完成相应的教学内容后,Moodle学习管理系统会实时跟踪和记录学习者学习过程,并保存在数据库中,为学习者的过程性评价和总结性评价提供依据。此外。部分学习者在Moodle平台中的信息亦能在Second life中立体化显示,如此学习者面对的不再是冷冰冰的文字,而是动态的三维实景,可想而知,这对于激发学习者的积极性。效果不可谓不大。

四、基于Second life的虚拟学习社区设计与实现

虚拟学习社区是基于网络的有组织、有目的、有计划开发的虚拟化学习环境。根据虚拟学习环境的元素构成,本研究主要从学习情境、学习资源、支持工具、学习共同体、学习活动五个维度入手,并借助于Second life平台的建模工具、林登脚本语言以及Sloodle系统构建三维虚拟学习社区,提供一种形象化的三维立体学习环境。如此看来,强调学习者和教学者的沉浸体验感并非子虚乌有,具体的三维虚拟学习社区结构如图2所示。

(一)学习情境设计

学习情境(一些学者也称为学习境脉)主要指教学环境中引发学生积极学习的情感反应以及学习气氛的总称,它可以在虚拟网络中产生学习与交互,是维持学习或给学习提供给养的一种氛围、环境等。陀的创设主要依靠以三维建模工具、林登脚本语言为代表的内容生产工具。他们不只对管理员和开发者开放,而是面向所有用户开放。任何学习者都可以根据需要设计自己角色的外形,如,皮肤颜色。外貌特征以及发型等,方便多种学习情境间的角色扮演和转移,学习者还可以按照自己的意愿参与或者自发开展各种学习活动进行个别化体验,就如同第二个“真实人生”在演绎着属于另个自己的故事,构建一个属于自己的虚拟世界。

在三维虚拟学习社区中,学习情境构建不同于传统的二维虚拟学习社区。其实质更像一种现实生活中真实社区的缩影。有用于上课交流的虚拟教室,有用于查阅资料的虚拟图书馆,有用于专家讲座的虚拟报告厅等。开发者在创设情境模型的同时,只要编写具有特定功能的脚本语言,并赋予所建模型,就能够实现模型的功能和动作,创建出与真实社区几乎相同的建筑物场景和文化氛围。而作为学习主体的学习者而言,就能够与这个虚拟场景进行各种交互,进行不同形式的活动体验,即在感官、心理和知识学习方面获得交互与体验。此外,在该虚拟学习社区中,由于学习者和教学者都可能成为社区的开发者,因此,他们之间并没有绝对的界限,只要是参与社区的成员,都可以为社区建设贡献出自己的力量,从而增强了学习者对社区的归属感和集体荣誉感。

(二)学习资源设计

三维虚拟学习社区中的学习资源主要有三个方面来源:一是Second life平台已有的三维模型资源:二是平台外部web网页资源:三是Moodle学生管理系统资源。为克服Sec,ond life和Moodle两平台用于教学上存在的弊端,本研究采取了两者相结合的使用原则,即Sloodle(second life+Moodle)系统。其“工作原理”是将学习所需的资源上传并存储于Moodle平台上。使其成为支持整个学习社区运行的后台数据库,然后建立两平台之间的通信,将Moodle平台上的学习资源在Second life平台的三维浏览器中立体化呈现。当人物化身置身于虚拟社区中进行学习时。可以先将制作好的学习资料上传到Moodle平台上,然后回到Second life中,通过创建三维显示屏或虚拟展示台,显示和播放这些学习资料。具体的学习资源设计情况如图3所示。

虽然通过Sloodle系统可以实时获取平台外部资源,但是对于平台内部资源的设计也不容忽视,社区中虚拟图书馆建立不仅仅是搭建三维拟真场景的需要,而是要真正实现其资料查阅以及社区内部资源共享的功能。对于制作好的学习资源可以储存于虚拟图书馆中,然后通过脚本语言编写互动程序,让学习者能够按需获取图书馆的资料。当然学习者也可以通过赠送和买卖的方式将优质的学习资源分享给其他学习者。如此学习者不仅能获得所需的学习资源,还能够促进社区内部资源的有效共享。这对于虚拟学习社区未来的发展会有很大裨益。另外,在Second life中可以创设的资源种类有很多,有文本、图片、音视频等,相比于传统社区中的资料,其最大的优势在于创建三维模型资源,如DNA螺旋状结构模型以及分子结构模型等。

(三)支持工具设计

基于虚拟学习社区进行学习离不开多种工具的支持,在Second life环境下要充分考虑到环境内部和外部两种情况。笔者在分析平台工具功能基础上,大致将支持工具分为四大类,即搜索工具、交流工具、内容生成工具和总结评价工具。

1.搜索工具

搜索工具主要包括平台内部的搜索模块、3D浏览器以及外部诸如Google、百度的各大搜索引擎,其功能是搜索社区内部和外部的学习资源、场所、社区成员等。Second life还提供瞬间移动工具,通过简单的位置搜索便可以瞬间移动到目的地。

2.交流工具

社区内交流工具的设计依据交流者实时的网络状态,分为在线和离线两种情况。在线的交流主要通过文本聊天、语音或视频交流等方式,而离线交流主要依靠邮件或留言板。在线和离线两种方式相结合即能实现学习者之间的同步或异步交流。值得一提的是Sloodle系统下的web-interaction工具,它能够实现Second life平台和Moodle平台之间的跨平台交流。此外,Second life还内置了多种身体语言的交流方式。如大笑、生气、害羞、招手等,方便学习者之间情绪的表达。

3.内容生产工具

社区内的内容生成工具主要是3D建模工具和林登脚本语言,它们是社区内各种资源和场景创设的必需工具。如各种建筑物的创建以及模型功能实现。营造出仿真的学习和生活社区,用来彰显虚拟社区的人文气息。这都是二维虚拟学习社区所不能及的。

4.总结评价工具

在虚拟社区内,学习者学习过程的记录和学习内容的跟踪都被详细地储存在Sloodle系统的Moodle平台上,教学者可以根据Moodle平台所记录的信息对参与学习的每个社区成员进行过程性评价或总结性评价。而学习者可利用Sloo-dle Blog撰写总结反思报告上传到Moodle平台供大家交流学习,同时教学者亦可通过choicer工具创建选择性考题对学习者进行考核。

(四)学习共同体设计

学习共同体是由学习者和提供教学服务的助学者(包括教学者、专家、管理员等)共同组成的学习群体。他们有着共同的学习目标,能够自由沟通与交流,共同开展社区教学活动。分享各种优质教学资源。共同体成员之间协作完成既定的教学任务。由此可见在三维虚拟学习社区中对于学习共同体的设计,其本质是人与人之间关系的建立。莱夫与温格曾经指出学习共同体的关键特征是存在一种可以让每个人参与到为增进集体理解而努力的学习文化中。必须具备四个特征:成员具有各种不同的知识,乐于贡献;旨在持续提高集体知识和技能的共同目标:重视方法的学习:共享所学知识的机制。

社区中学习共同体成员主要有学习者、教学者、专家、管理者和开发者。开发者的职能是根据不同职业化身赋予不同的能力和权限,在Second life中,社团管理系统是用于构建社区人际关系的首要工具,它能够依据居民档案邀请学习者和专家加入社区。也能够允许学习者主动参与。组建学习共同体。除此之外,该系统还能为社区成员创建不同的角色,并对他们的能力和权限进行相关设置,如学习者可以进行文字、语音聊天的权限,以及前往虚拟图书馆查阅资料的权限;教学者可邀请或取消学员的权限:管理者可对社区内物体进行移动、修改和重建等权限。其目的在于建立学习共同体成员之间的紧密联系,构建一个分工明确、交流自由、发展和谐的虚拟化学习环境。此外Second life还为共同体提供了相关的内容生成器,使得社区里的一切不仅可以体验、探索,还能够让学习者通过学习研究后,按照自己的意愿建设或改变社区。如此让学习者获得了更好的学习体验。产生了渴望展示自己能力的学习动机,这种学习动机将伴随着社区的发展和学习者学习效果的提高一直持续下去,达到一种“滚动式”效应。进而带动更多的学习者参与到这一学习共同体中,发展壮大虚拟学习社区。

(五)学习活动设计

古语云:万事俱备,只欠东风。东风是赤壁之战取得胜利的核心因素。战前的一切准备只为等待东风。而学习活动设计与虚拟学习社区构建之间的关系就如同东风与赤壁之战。社区的学习情境创设、学习资源设计以及支持工具的选取都是服务于学习活动的,学习活动的设计可谓是虚拟学习社区的灵魂。本研究以初中化学实验“实验室中氧气的制取”为主题。对构建虚拟社区中的学习活动部分进行规划和设计,笔者在分析现有学习活动设计理论的基础上,结合实验教学法。设计出符合实验学习的学习活动流程。具体流程如图4所示。

五、三维虚拟学习社区的应用探究

基于Second life构建虚拟学习社区的目的是为了营造一个良好的、有效地、合理的三维虚拟学习环境,让学习者能够创设出各种所需的学习情境进行自主探究学习和协作体验学习,从而激发学习者学习积极性,培养学习兴趣和实践操作能力。以解决二维学习空间存在的诸多问题。提高学习效果。本研究主要从学习活动设计角度对三维虚拟学习社区的应用层面进行了适当的探究,并结合初中化学实验——“实验室氧气的制取”,对实验的整个流程进行了具体的阐述。

初中化学实验的学习通常需要学习者实际动手操作完成整个实验过程,但是在现实中,学校实验室开放时间有限,实验课程时间有限、实验时需要的试剂昂贵、有毒、易挥发等特性,都为教学过程带来了诸多限制。如此学习不利于学习者理解实验的全过程,影响学习者对于实验的主动性和积极性,难以启发学习者的学习兴趣和培养做实验能力与创新思维。因此,实体实验室的实验教学环境需要改革,需要创设一种新型的化学实验教学环境来解决以上存在的问题。而基于Second life构建的三维虚拟学习社区打破了现实中化学实验的诸多限制,其具备的二次开发能力可对实验室的情境、设备、仪器、药品、资源等实验必需品进行二次创建,模拟出现实存在的各种场景和实验现象,克服实体实验室的局限性。为实体实验室的教学提供补充与完善。因此,三维社区学习的整个实验过程可分为三个阶段,即“实验前”、“实验中”和“实验后”。

(一)实验前

在“实验前”阶段,开发者和教学者需要负责社区环境的创设,实验主题的分析以及实验任务的确定。在学习者动手操作之前,需要学习与“实验室制取氧气”相关的实验基础理论知识,并要求进入虚拟图书馆查阅相关资料。对整个实验的物品需求、流程以及可能发生的实验现象有着清晰的认识。然后通过药品的选择、装置的设计等体验科学探究的方法,培养实验的设计、观察和评价能力,继而确保后续实验能够顺利进行。

1.明确实验目标

本研究以“实验室制取氧气”为主题,教学者在分析学习者特征的基础上制定学习目标,具体如下:(1)让学习者通过实验掌握实验室制取氧气的原理、装置、药品。(2)让学习者通过实验掌握组装实验室中制取氧气的装置以及药品的物理性质和化学性质。(3)让学习者通过实验掌握实验的操作流程和实际动手操作能力。

2.分析实验任务

“实验室制取氧气”是初中化学较为重要的实验,教学者根据教学目标的要求分解设计出较小的任务模块。如认识铁架台、酒精灯的作用;熟悉高锰酸钾和双氧水的物理、化学性质以及复杂的实验装置搭建等任务模块。学习者通过完成一个个较小的任务直至整个实验的完成,从而掌握实验所有操作细节。实现既定的学习目标。此外。在分析实验任务时,不仅要做到对整个实验过程的整体规划,清楚知道实验的详细步骤及可观察的实验现象,而且还要对各个任务模块进行可视化的表征,为学习者体验实验情境和撰写实验报告提供参考和依据。在针对任务模块可视化表征的设计中,笔者引入了“实验笔记”这个界面功能。它是在虚拟实验系统中用于可视化表征学理知识的工具。而在三维虚拟社区中,只需要利用Sloodle系统创设出虚拟展示台即可实现对实验项目、实验原理、实验过程和实验现象等信息的展示,直观地描述了在模拟实验过程中可视化模型和场景等所需的实验数据的呈现。

3.创设实验情境

在上文中提到,虚拟学习社区的学习情境部分已经对必要的活动场所进行了创建,至于实验情景的创设,需要学习者和教学者根据实验主题对虚拟实验室进行二次开发,因为实验必需的装置、药品、设备等在社区构建时并没有涉及。学习活动设计中的情境创设。相当于学习环境的二次创设,这次创设过程是在主题分析的基础上进行的,可以有效地避免初期创建时建设人员精力和时间的浪费。

(二)实验中

“实验中”阶段主要包括教学者的示范指导和学习者的观摩体验。实验过程主要发生在社区的虚拟实验室中。首先,实验之前需要开发者根据实验的需求对实验室进行进一步的改建,完成对所需器材、设备、药品的建构以及功能实现,为后面的具体实验操作做好准备。观摩示范在现实生活中是一种比较重要的实验教学方法,是样例教学模式中的实验演示方法,也是培养实践操作能力较为理想的方法。因此,在虚拟学习社区中进行的实验学习也不外如是。

1.观摩示范

教学者面对学习者完成整个实验操作。并详细讲述实验流程以及注意事项,对于一些易爆的化学实验,教学者可根据需要虚拟出爆炸场景,加深学习者对于实验的理解。而在此过程中,学习者要在仔细观察的基础上对不理解的实验步骤和实验现象进行提问,建立起教学者和学习者之间的实时答疑场景,让学习者高效、全面地掌握实验相关的知识点。

2.体验实验情境

体验实验情境主要是学习者在三维虚拟实验室中动手操作完成实验的过程,即使用虚拟操作手段完成既定的实验任务。学习者在虚拟实验室中通过教学者的示范指导以及前期查阅的资料亲身体验实验的操作过程,观察实验现象,并记录每个步骤的实验结果,为后面的讨论、交流以及撰写实验报告做准备。如此,实验演示与技能训练搭配,加强了学习者的学习迁移。这个阶段是学习活动的核心部分,也是三维虚拟学习环境用于实验教学的价值体现,成功地弥补了二维虚拟学习环境以及传统化学实验中存在的弊端与不足。

(三)实验后

“实验后”阶段主要包括成果展示、开展互动交流并对此次实验做总结反思。活动的场景主要安排在社区的虚拟报告厅中。虚拟圆桌、虚拟展示台使得报告厅的环境更适合于学习者之间的讨论交流。

1.开展互动交流

首先,各个学习者把自己在实验过程中获取的各种信息,如实验必需物品、实验现象、实验结果等以图像、视频、模型的形式在报告厅中和大家展示交流,分享实验心得和体会,互相学习,然后在讨论之后需对各自的实验结果进行深入的分析,透过实验表面现象看到问题存在的本质,由表及里地撰写实验报告。另外,对于学习者之间互相存在的疑问可及时向教学者进行提问,通过师生之间沟通交流来解决困扰的问题。如果学习者学有余力时,可以通过社区外部网页资源检索进行延伸阅读或者搜索试题库自测来深入学习。

2.总结反思评价

为营造出轻松愉快的学习交流氛围,社区中可以创建类似于咖啡厅的休息场所,实验的评价可使化身置身于虚拟咖啡厅中,这样会使学习者感觉到放松,能够畅所欲言,开展头脑风暴,有效地加强了师生之间的情感交流。哈瑞顿曾经指出:评价是关键,如果不能评价就不能控制,如果不能控制,你就不能管理,你就不能提高。如此看来评价的重要性不言而喻。而基于三维社区中的学习评价方式是多样化的,不仅仅可针对学习者的作品、实验报告单进行总结性的评价,也能够利用Sloodle平台的学生管理系统上获取的学习者实验过程和交谈记录进行过程性的评价。除此之外,笔者在以后的研究中计划引入电子档案袋的评价方式。对社区中的每个学习者建立起详细的、规范的电子档案袋,关注学习者整个学习过程,鼓励学习者实时反思自己的学习过程,建立完善的社区评价体系,全面、多角度地对学习者进行量化评价。

评价完成后。教学者要就这次实验活动做承上启下的总结。一是对这次实验的原理、方法、现象做整体性的梳理。二是鼓励学习者开始新的实验活动。而对于实验的最大受益者学生来说,他们有太多的想法、心得、体会要和别人分享。因此,社区内学习者可以借助于Sloodle Blog架起与外部网络沟通的桥梁,将实验经验和心得体会通过Sloodle Blog出去与更多的人分享三维虚拟环境的学习乐趣。

随着信息技术支持下的虚拟仿真技术不断发展,构建三维虚拟实验环境并非遥不可及。以上Second life环境下进行的虚拟实验,作为未来虚拟实验的典型案例,有效地培养了学习者“获取信息、分析信息、加工信息”的基本信息素养,真正践行了化学实验的“绿色化、节约化、安全化”。

六、三维虚拟学习社区构建和应用中应注意的问题

(一)教学活动设计问题

“不以规矩,无以成方圆”,再好的教学环境,再优质的教学资源如果缺乏设计的支持,也是达不到最优化的教学效果的。设计可以说是一种基于现有资源的再创造性能力,是对学习活动的整体性把握和全局规划,贯穿于整个学习活动的组织架构中。其目的是保证社区内的学习活动能够有序、有效地进行。如学习时间的安排、学习场所的选择以及社区规则的制定等。因此,在构建虚拟学习社区的同时,要加强学习活动部分的设计,要充分地利用好现有的一切资源,帮助学习者提高学习效果和培养解决实际问题的能力。

(二)硬件系统需求问题

Second life平台提供一种在线的、大型的、三维的虚拟化学习环境,因此。在运行时对计算机的硬件系统要求较高,如CPU要求至少1.6Hz。内存至少512MB。显卡要求FX6000以上等,这都是计算机能够运行Second life的最基本硬件配置。此外,Second life还要求有较高的带宽,否则会出现画面卡或者渲染效果差等问题。但是随着信息技术和计算机网络水平的高速发展。尤其是计算机的硬件系统发展。更新换代至今已经远远地超过了运行Second life的系统配置要求,再加上网络带宽的不断拓宽,现如今探讨Second life硬件系统要求已经毫无意义可言了。

(三)教学资源创造问题

对于一个新建的虚拟学习社区。丰富创造教学资源是一个不容忽视的问题。优质的教学平台需要优质的教学资源才能发挥良好的学习效果,否则只会出现“巧妇难为无米之炊”的情景。三维虚拟学习社区中的每一个用户,无论是教学者还是学习者都是教学资源的创造者和使用者,对于虚拟学习社区的构建迫切需要更多的优质教学资源来创设教学情境,扩展教学活动。虽然上文中提到的大部分教学资源可以通过社区外的网页资源获取,但是资源作为社区构建的一部分。如果缺少会破坏学习社区的完整性,对于虚拟社区的长远发展是不利的。

(四)个性化空间营造问题

基于虚拟学习社区开展的学习多数是群体学习,学习者之间为共同的目标协作学习探究,一起完成既定的教学任务。只是这一过程的实现难免忽略了学习者之间存在的差异性。如学习者之间学习风格差异、性格特征差异等,对于主动学习强的学习者而言,三维虚拟学习环境为他们提供了更为广阔的空间。多样化的学习工具和学习模式以及身临其境般的人际交往满足了这类学习者的内心需求。而对于缺乏主动性的学习者来说。复杂的操作方式、陌生的学习环境反而容易让他们产生无助和茫然。因此。在教学活动过程中,教学者应给予学习者更大的学习空间,努力地充当好网络导学师的角色,兼具技术指导和心理辅导的双重责任,创设出良好的认知环境以帮助学习者构建知识体系。

三维虚拟学习社区是网络学习发展的新产物,随着OPENGL应用的日渐成熟,三维虚拟学习环境必将异军突起成为信息技术研究的热点问题。Second life作为世界上拥有用户量最大的三维虚拟平台,部分教育者已经发现其潜在的教育价值,结合Moodle学习管理系统推出了Sloodle系统。但是,目前对于Sloodle系统的研究只局限在客户端和数据库层次,如何将Second life平台与Moodle学习管理系统深度融合,开发创造出新型的应用途径为国内教育系统服务,需要国内学界人士的共同探究与实践。