基于活動理論的全息教室設(shè)計*

姬永倩，吳建平

（1.云南大學(xué) 職業(yè)與繼續(xù)教育學(xué)院，云南 昆明 650000；2.云南大學(xué) 信息學(xué)院，云南 昆明 650000）

教育的信息化發(fā)展順應(yīng)了社會的發(fā)展趨勢，克服了現(xiàn)存的眾多信息化教學(xué)的局限性。全息技術(shù)提供給學(xué)生虛擬的仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，克服先前眾多信息化教學(xué)媒體的不足，更重要的是滿足了學(xué)生真正意義上的知識建構(gòu)。全息教室是一種全新的學(xué)習(xí)環(huán)境，強調(diào)學(xué)生的臨場感，為學(xué)生提供自主化的學(xué)習(xí)環(huán)境，注重學(xué)生與學(xué)習(xí)環(huán)境的交互，全息投影立體感強烈的學(xué)習(xí)內(nèi)容更有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

一、全息教室的可行性分析

1.技術(shù)可行性分析

全息技術(shù)主要涉及計算機、光學(xué)領(lǐng)域，利用干涉和衍射原理來記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像，是真正的三維立體影像，使用者不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設(shè)備，就可以在不同的角度裸眼觀看影像。由于全息再現(xiàn)光波保留了原有物光波的全部振幅與相位的信息，再現(xiàn)與原物有著完全相同的三維特性。[1]

2.理論可行性分析

全息教室的設(shè)計主要依據(jù)人本主義學(xué)習(xí)理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論以及建構(gòu)主義下的眾多理論。人本主義學(xué)習(xí)理論強調(diào)人自身的價值，人有發(fā)展的潛能、有實現(xiàn)自我的傾向，同時學(xué)習(xí)是意義的學(xué)習(xí)。在全息教室的設(shè)計中，教師只是學(xué)生的監(jiān)督者，學(xué)生是課堂的主體，知識是學(xué)生與虛擬影像之間、學(xué)生與學(xué)生之間交互的結(jié)果；建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中皮亞杰的認知發(fā)展理論，認為知識既不是客觀的也不是主觀的，是學(xué)生在與環(huán)境交互中逐漸構(gòu)建出來的。全息教室強調(diào)學(xué)習(xí)過程就是學(xué)生與外界刺激的交互過程，學(xué)生將外部刺激同化、順應(yīng)到原有認知結(jié)構(gòu)中，將提高自己的原有的認知水平；維果斯基的活動理論是全息教室的有力支撐。[2]維果斯基認為人的心理發(fā)展主要是依據(jù)社會、文化和歷史的發(fā)展為前提，人的較低級心理機能主要以活動、社會交往和語言為中介，并內(nèi)化為人的較高級心理機能。以此進行分析，便得出全息技術(shù)對教學(xué)活動的支持水平；斯皮若的認知靈活性理論關(guān)注的是復(fù)雜知識的獲得與遷移，是一種基于案例的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生用多種方式、多種視角，靈活地建構(gòu)出自己的知識體系。[3]全息教室中學(xué)生通過多方位、多角度觀察對象，總結(jié)知識；建構(gòu)主義的學(xué)生觀認為學(xué)生是意義的主動建構(gòu)者，即可以進行自我定向、自我分析、自我建構(gòu)、自我評價和協(xié)作學(xué)習(xí)。[4]教師觀認為教師是學(xué)生學(xué)習(xí)動機的激發(fā)者、學(xué)習(xí)環(huán)境和資源的設(shè)計者、學(xué)習(xí)過程的策劃者和學(xué)習(xí)評價的指導(dǎo)者。全息教室依據(jù)人本主義學(xué)習(xí)理論和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論進行設(shè)計和搭建，將是未來教育發(fā)展的需要。

二、基于活動理論的全息教室設(shè)計

1.全息教室中學(xué)生活動結(jié)構(gòu)設(shè)計

維果斯基的心理發(fā)展理論揭示了教育活動的共同特征，也是全息教室學(xué)習(xí)活動展開的主要依據(jù)。從維果斯基的人類活動結(jié)構(gòu)模型中，將整個全息學(xué)習(xí)活動進行透徹的分析，便得出全息技術(shù)對教學(xué)活動的支持水平，如圖1所示。

圖1 全息教室中學(xué)生活動結(jié)構(gòu)

如圖1所示，全息教室中學(xué)生活動結(jié)構(gòu)主要由學(xué)生、學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)共同體、全息投影、學(xué)習(xí)規(guī)則、學(xué)習(xí)任務(wù)分工六個要素組成。其中，學(xué)生是主體，可指活動中的個人或?qū)W習(xí)小組，整個活動按學(xué)生意愿開展；學(xué)習(xí)目標是客體，即學(xué)生要達到的學(xué)習(xí)水平；學(xué)習(xí)共同體由若干個體或小組組成，通過共同努力達到學(xué)習(xí)目標；全息投影是全息教室的主要學(xué)習(xí)工具，通過虛擬影像呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容；學(xué)習(xí)規(guī)則是對整個活動開展的約束規(guī)定、政策、法律或慣例，及學(xué)習(xí)共同體之間的關(guān)系等，用于維護學(xué)習(xí)活動的正常開展；學(xué)習(xí)任務(wù)分工用于共同體中對工作和權(quán)力的分配。[5]

學(xué)生活動結(jié)構(gòu)中要素的主要關(guān)系為：自主學(xué)習(xí)，學(xué)生以學(xué)習(xí)目標為方向指導(dǎo)，在學(xué)習(xí)過程中借助全息投影進行自主學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)是按照一定的規(guī)則以及步驟進行的，最后達到學(xué)習(xí)目標；小組學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)小組按照學(xué)習(xí)目標展開學(xué)習(xí)，借助全息投影進行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)小組以共同體的形式按照一定的學(xué)習(xí)規(guī)則對任務(wù)進行分工，最終達到學(xué)習(xí)目標。所有要素聯(lián)系緊密，相互作用共同實現(xiàn)學(xué)習(xí)活動的順利開展。

2.全息教室技術(shù)設(shè)計原理

全息教室的設(shè)計過程主要分為兩部分，一是教學(xué)設(shè)計，二是學(xué)習(xí)環(huán)境搭建。全息教室即將全息技術(shù)應(yīng)用到課堂學(xué)習(xí)中，利用全息投影對學(xué)習(xí)內(nèi)容進行呈現(xiàn)，供學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)環(huán)境依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)習(xí)方式進行搭建。[6]設(shè)計原理如圖2所示。

圖2 全息教室設(shè)計方案一

如圖2所示，全息教室由電腦、音響、投影儀、顯示器、全息影像、光學(xué)玻璃組成。通過電腦將全息影像進行播放，聲音由音響傳遞，投影儀將視頻投射至顯示器上，顯示器用于對全息視頻的放大呈現(xiàn)，光學(xué)玻璃放置在顯示器上方用于立體成像，將投影儀、顯示器、光學(xué)玻璃組放在桌子上，位置如圖2所示。這樣的安排方式更有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)或小組學(xué)習(xí)，教師作為輔助者，控制電腦主控臺。

3.全息教室技術(shù)路線

全息教室的技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 技術(shù)實現(xiàn)流程圖

技術(shù)路線主要有六個步驟。第一，教師編寫教學(xué)設(shè)計，依據(jù)學(xué)生特征、學(xué)習(xí)內(nèi)容、環(huán)境條件等等進行；第二，錄制全息視頻，根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容錄制全息視頻；第三，對錄制的全息視頻進行編輯；第四，根據(jù)學(xué)習(xí)的人數(shù)選擇選擇顯示器，若學(xué)生的人數(shù)較多選擇投影儀和大型顯示屏，若人數(shù)較少選擇電腦顯示器、ipad、手機等；第五，制作透明的四面椎體，根據(jù)所選擇顯示器大小制作；第六，搭建整個設(shè)備并進行調(diào)試。[7]

三、全息教室的應(yīng)用設(shè)計及學(xué)習(xí)活動分析

1.應(yīng)用設(shè)計：全息教室——初中地理“地形和地勢”

（1）科目

初中地理“地形和地勢”。

（2）教學(xué)對象

初中學(xué)生。

（3）課時

一課時。

（4）教學(xué)內(nèi)容分析

地形和地勢既是中國地理環(huán)境的重要組成部分，又是初中地理教學(xué)中的基礎(chǔ)內(nèi)容。本節(jié)課程主要呈現(xiàn)中國地形和地勢的立體影像以供學(xué)生學(xué)習(xí)。

全息教室的影響：全息技術(shù)為學(xué)生提供立體感強烈的地形和地勢影像。

（5）教學(xué)目標

知識目標：

①了解山脈走向；

②了解我國復(fù)雜多樣的地形和地勢。

能力目標：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

情感目標：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，使其熱愛地理知識。

（6）學(xué)生特征分析

初中學(xué)生已經(jīng)具備了一定的觀察和分析能力，但是水平仍然較低，需要進一步鍛煉和培養(yǎng)。學(xué)生對地理知識充滿好奇，因此要抓住學(xué)生的這一特點，采用生動、形象、更加直觀的方法進行教學(xué)，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和動機，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。

（7）教學(xué)策略選擇

采用自主學(xué)習(xí)結(jié)合小組學(xué)習(xí)，教師做適當引導(dǎo)。

全息教室的影響：全息影像的空間立體效果更有利于小組學(xué)習(xí)與相互討論。

（8）教學(xué)重點及難點

重點：記憶山脈及其地理位置。

難點：我國的主要山脈走向。

（9）教學(xué)過程

導(dǎo)入：我國有著廣闊的地域，誰知道我國都有哪些著名的山脈？大家都去過哪些山脈呢？

學(xué)生：我去過秦嶺，它是我國的南北分界嶺，但是我還是不太了解。

教師：那接下來我們通過全息視頻進行學(xué)習(xí)，看看我國都有哪些山脈，觀察它們的具體特征。

學(xué)生通過全息視頻畫面觀察我國的地形和地勢，了解我國有哪些地形，有哪些著名的山脈。小組討論，相互交換所學(xué)到的知識，并進行深入學(xué)習(xí)。教師總結(jié)知識點，并進行回顧加深記憶。

全息教室的影響：全息教室為學(xué)生提供形象生動的地理環(huán)境立體影像，使學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的能力。

（10）教學(xué)評價

立體感強烈的全息影像不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，還能培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，鍛煉學(xué)生觀察事物并對其進行總結(jié)的能力，最后將知識點內(nèi)化為自己的知識體系。在小組學(xué)習(xí)的交流中培養(yǎng)學(xué)生的合作能力、交流能力、概括能力和評價能力等等。

2.全息教室設(shè)計方案

（1）編寫教案

編寫本節(jié)課教案。突出重點地形和地勢等內(nèi)容。

（2）錄制全息教室視頻

依據(jù)教學(xué)設(shè)計錄制全息視頻。視頻質(zhì)量要高。

（3）編輯視頻

將錄制好的全息視頻進行編輯，著重體現(xiàn)地形和地勢。要求顯示器的尺寸能夠滿足所有學(xué)生觀看。

（4）確定所需顯示器

選擇顯示器，若學(xué)生較少可采用一般的電腦顯示器、ipad、手機，若學(xué)生較多則采用投影儀。這里選擇電腦顯示器。

（5）制作透明四面錐體

依據(jù)所選顯示器的大小制作透明四面錐體，這里選擇透明硬塑料。

（6）設(shè)備搭建

搭建設(shè)備可采用兩種方式，第一種將顯示器放置在透明四面錐體的下方。第二種將顯示器放置在透明四面錐體的上方。本次選擇將顯示器置于透明四面錐體的上方。

（7）設(shè)備調(diào)試

對搭建完成的整套設(shè)備進行調(diào)試，使顯示器和透明四面錐體的位置相對應(yīng)，并且查看其成像的位置是否合適。

（8）模擬上課

進行模擬上課及設(shè)備調(diào)試。成像完整清晰。

（9）成果圖

全息教室效果如圖4所示。

圖4 全息教室效果圖

3.全息教室學(xué)習(xí)活動分析

（1）確定活動的目的

①確定結(jié)果：學(xué)生說出我國的主要地形和地勢。

②理解主體的動機：自學(xué)后學(xué)生能對我國的地理環(huán)境有一定了解，并能在今后的生活當中有所應(yīng)用。

③分析與活動相關(guān)的環(huán)境：以學(xué)習(xí)小組為主，學(xué)生通過觀察立體的地理環(huán)境進行自主學(xué)習(xí)，同時學(xué)生之間可相互交流。

④預(yù)測可能出現(xiàn)的問題：在學(xué)習(xí)過程中沒有有效地組織自己的知識結(jié)構(gòu)，與同伴的交流中沒有有效地評價及總結(jié)。

（2）分析活動的核心步驟

①主體：初中學(xué)生年齡介于13至15歲之間，對新鮮事物充滿好奇，具有一定的知識背景。

②共同體：學(xué)習(xí)活動以小組形式展開，小組成員之間具有相似的知識背景以及學(xué)習(xí)特征等，相互之間交換知識和評價，共同建構(gòu)知識體系。

③客體：學(xué)習(xí)內(nèi)容為中國的地形和地勢，通過全息技術(shù)將地形和地勢立體呈現(xiàn)出來，供學(xué)生全方位地觀察和學(xué)習(xí)。

（3）分析中介

①工具中介物：全息教室中配有電腦、顯示器、透明四面椎體等。

②規(guī)則中介物：學(xué)習(xí)以小組形式開展，小組內(nèi)選出組長起帶頭作用，由組長制定發(fā)言順序，學(xué)生依次發(fā)言或隨機發(fā)言，相互交流和評價，建構(gòu)個人知識的同時生成小組內(nèi)知識。

③角色中介物：組長由組內(nèi)成員選出，組長須有一定的管理和總結(jié)能力，其他組員配合組長的安排學(xué)習(xí)。

（4）分析活動的子系統(tǒng)

①生產(chǎn)系統(tǒng)：全息影像展示地形和地勢，學(xué)生通過觀察學(xué)習(xí)，達到本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標。

②交換系統(tǒng)：組內(nèi)交流可采取輪流或隨機發(fā)言的形式闡述觀點或評價他人。

③分配系統(tǒng)：學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生觀察學(xué)習(xí)后與小組同伴進行交流和評價。

（5）分析活動結(jié)構(gòu)

①分析活動自身

學(xué)習(xí)活動的開展經(jīng)歷內(nèi)容引入、自主學(xué)習(xí)、交流互動和總結(jié)建構(gòu)階段。活動的動機是讓學(xué)生了解我國的地理環(huán)境、增長地理知識，活動的目的是讓學(xué)生知道我國的主要地形和地勢。

②將活動分解成行為

內(nèi)容引入：教師引入課程內(nèi)容，讓學(xué)生回憶有關(guān)地理的原有認知；

自主學(xué)習(xí)：學(xué)生進行自學(xué)，學(xué)生可自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題；

交流互動：小組內(nèi)進行交流互動，擴展學(xué)生已總結(jié)的知識；

總結(jié)建構(gòu)：建構(gòu)個人知識體系和小組知識體系。

③將行為分解成操作

內(nèi)容引入：教師由問題引入本節(jié)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容；

自主學(xué)習(xí)：學(xué)生自主觀察虛擬地形和地勢模型并進行學(xué)習(xí)；

交流互動：組內(nèi)進行交流互動，可發(fā)表觀點或評價他人發(fā)言；

總結(jié)建構(gòu)：由組長帶領(lǐng)組員總結(jié)知識，建構(gòu)知識體系。

（6）分析活動所處的環(huán)境

①內(nèi)部環(huán)境：組內(nèi)關(guān)系由組員自主調(diào)節(jié)，學(xué)生都有自主學(xué)習(xí)的權(quán)利和時間。

②外部環(huán)境：不同學(xué)生與環(huán)境交互所得經(jīng)驗不同，有形成正確的認知，也有不恰當?shù)?，這些都會在小組交流中進行分享和糾正。

（7）分析活動的發(fā)展性

①要素之間有什么樣的關(guān)系：學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過全息影像學(xué)習(xí)知識、總結(jié)經(jīng)驗最終達到學(xué)習(xí)目標，整個過程發(fā)生在學(xué)習(xí)共同體中并按照一定的學(xué)習(xí)規(guī)則進行。

②這些關(guān)系是如何形成的：活動的核心在于學(xué)習(xí)目標的確定，學(xué)生和共同體朝著學(xué)習(xí)目標一起努力，將六要素緊密相連。

③這些關(guān)系會如何改變：學(xué)生間的關(guān)系會變得更加緊密，會更喜歡全息教室，小組成員間的任務(wù)分工和規(guī)則會熟記于心。

四、總結(jié)

全息教室為學(xué)生提供了一個可自主學(xué)習(xí)或合作學(xué)習(xí)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，在全息教室中學(xué)生通過觀察立體感強烈的全息影像，實現(xiàn)人與環(huán)境的交互，在觀察中建構(gòu)知識，在合作學(xué)習(xí)中實現(xiàn)知識的補充和整合，讓學(xué)生在達到學(xué)習(xí)目標的同時，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)或合作學(xué)習(xí)的能力，更是培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。全息教室中所展開的學(xué)習(xí)活動符合維果斯基活動理論的基本觀點，即意識和活動是相互統(tǒng)一的、學(xué)習(xí)的內(nèi)化與外化是并存的、學(xué)習(xí)活動是具有目標導(dǎo)向性的、學(xué)習(xí)活動的展開以工具為中介、學(xué)習(xí)活動是系統(tǒng)性的。利用維果斯基的活動理論分析全息教室，發(fā)現(xiàn)全息學(xué)習(xí)環(huán)境有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)，是實現(xiàn)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)思想的有利途徑。全息教室將打破傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生提供新的學(xué)習(xí)模式，為教育發(fā)展提供新的思路。