论教学信息化中模型信息集成

2023-01-15

1 引言

当我们说“信息”一词时,我们常强调它的传递作用,如信息时代,就是指通讯理论和技术飞速发展的时代。在计算机广泛应用的今天,我们说教学信息化,往往等同于教学数字化,如电子白板代替传统的写字板一样。但“信息”一词还有一个涵义即事物的模型和成份结构。信息指事物的属性状态,属性关系的组合可以形成结构,不同组合生成的模式可能完全不同,这就是我们所在世界的多样性,如水与冰、金刚石与石墨等。

现在我们处在超链接(hyperlink)时代,而超链接是一种作为传递作用的信息集成化工具。超链接是对网页浏览而言的,对信息化教学设计而言,就是在教学中通过故事创设、提问诱导等接近真实的情境设计方法增加信息的传递效果。因此超链接就是意指的有限逼近。最简陋的意指是我们在多媒体教学中PPT幻灯片的上一页、下一页的翻动。

随着软件工程技术和人工智能技术的发展,教学信息化呼唤更高层次的信息集成化,也就是模型的信息集成。对信息化教学设计来说,就是要在教学设计中充分利用信息技术创设模拟实验情境,创设协作情境等进行参与式、体验式学习;在教学设计中要利用计算机手段再现专家的思维过程,将专家在推理过程中所使用的各种现有的理论和模型一起浮现出来。

本文首先介绍了哈佛大学的普金思(D.N.,Perkins)教授的学习环境构成模型,对建构工具包给出了详细分析。然后结合该学习环境构成模型对信息化教学设计进行论述,指出人际间的协作活动需要由普金思模型中建构工具包来完成,而且普金思模型中现象呈现环境可以成为教学评估的主要工具。

2 集成化信息教育环境、学习环境

随着信息技术的进一步发展,特别是网络通讯、多媒体、人工智能以及人机界面技术的发展,今后的信息化教育系统将会朝着集成化方向发展,把信息资源、工具、情境、教学、管理等功能都综合在一个系统中。这样的系统将成为名副其实的信息化教育系统。哈佛大学的普金思(D.N.,Perkins)教授认为一个以学生为中心的信息化学习环境应该包括五个方面:信息库、符号簿、建构工具包、现象呈示环境、任务管理者。

从普金思的学习环境构成模型可以看出,学习环境五个成分中第一个是信息库,是各种数字或非数字符号的集合。将信息库进行半结构化地集成手段是超链接,所需要的符号薄是服务程序和客户程序。

而作为核心的建构工具包为综合性思维最高层次。把要学习的内容,分解为一组基本成分,然后再以之为基础,进行多个层次的组合——即各种模型,模式,语义。就好象搭积木,可以灵活组合。组合的大部分可能没有用。但却常会发现少量非常有意义的模式,这里就出现创新。

我们现在熟悉的建构工具包就是LOGO及其在此基础上形成的各种学习平台。2003年,推出了用JAVA语言编写的跨平台软件NETLOGO;2004年推出研究分散系统运行机制的建模环境StarLogo 2.1,容许并行地控制上千个小海龟,并且为这些小海龟设定不同的行为模式,以便模拟现实世界中的复杂现象;近几年出现的“微世界”(Microworlds)系列软件是加拿大的LOGO计算机系统有限公司(Logo Computer Systems Inc.,LCSI)开发的新一代系列LOGO语言平台,通过引导和支持开展有关微观世界的研究性学习活动来发展学习者的问题解决能力和批判思维能力(详见http://www.microworlds.com/)。目前在全球影响广泛,在国内也已经开始推广使用的乐高机器人(Lego,http://www.lego.com/)也是在LOGO的基础上开发的。LOGO语言所对应的教育理论或教育哲学,即建构主义,把知识对象看成一个庞大的多层次的大厦结构。

3 建构主义学习理论与信息化教学设计

建构主义(constructivism)也译作结构主义,其最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰(J.Piaget)。建构主义认为,知识不是通过教师传授得到,而是学习者在一定的情境即社会文化背景下,借助学习是获取知识的过程其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境即社会文化背景下,借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程,因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。也就是建构主义关注认知主体的主观建构,同时关注建构过程中社会性的一面。

现代教学设计是教育技术专业的一门基础课程,着重创设的是学与教的系统。这一系统中包括了促进学生学习的方法、条件、经验、情境、资源等。教学设计作为一种技术,它连接着学习理论、教学理论、系统科学、传播与信息理论、管理与工程理论等多种学科。信息化物理环境本身没有任何主动呈现的能力和动机,是死的、被动的,而学生学习新知识的认知过程却是活的、能动的。因此,教学模式的设计一定是需要交互作用过程。重视信息时代新型教学模式和学习过程的设计与开发,一方面在人的角度,充分调动教师与学生的主观能动性,另一方面,不但充分利用计算机的传递信息作用,而且发挥现代计算机的模型推理和模型集成能力。因此对二者集成进行就可以充分发挥出教育信息化的最大效益,这就是“信息化教学设计”提法。

我们可以通过故事创设、提问诱导等接近真实的情境设计方法增加信息的传递效果。无论是故事创设,还是提问诱导,其目的都是增加新的“意指”、以逼近我们真实世界中的无限意指。这种有限的意指就是超链接集成。正如最简陋的超链接是我们在多媒体教学中PPT幻灯片的上一页、下一页的翻动一样,最简陋的情境设计是提问诱导。

对信息化教学设计而言,我们现在需要交互的情境设计,需要协作的情境设计[1]。如何能够达到这种要求?答案就是集成化信息教育环境中的建构工具包。也就是运用集成化信息教育环境中的建构工具包为学生合作学习提供一个实践共同体(Communities Of Practice)。一个实践共同体包括了一系列个体共享的、相互明确的实践和信念以及对长时间追求共同利益的理解。

共同体建立的关键就是要建立一个与虚拟社会联系——要通过共同体的参与在虚拟社会中给学生适合的角色或真实的任务,支持知识的合作建构。在信息化教学设计中,共同体建立就是模式的信息集成。因此每个学生都有自己的角色模型。

在信息化教学设计中,集成化信息教育环境中的现象呈现环境,可以成为教学评估的主要工具。借助信息技术,认知(cognition)、观察(observation)和解释(interpretation),这三个元素可以很直观的可视化地被设计成一个相关的整体。

4 NETLOGO学习平台中模型的信息集成

NETLOGO学习平台作为传递作用的信息集成是通过一个叫HubNet的参与式模拟工具实现的。而作为一个多代理仿真平台,NETLOGO可以集成成千上万个不同的参与者,将各个参与者的模型进行综合。只是由于HubNet的通讯能力的制约,现在NETLOGO学习平台允许的参与者在几十个左右。

对一个需要四个参与者的供应链管理实例而言,在四个参与者登入之后,我们可以看到很直观的模型。四个参与者分别为工厂(factory),分销商(distributor),批发商(wholesaler),零售商(retailer)。对每一个参与者而言(图2为零售商所能见到的情景和逻辑单元),在每一轮中,情景所传递的是定单出去,产品(这里是root beer)运出或运来。情景与逻辑单元对应,学生易抓住本质,在左右脑交互分析中培养对该问题的逻辑思维。在参与者作出决策的同时,计算机给出一个计算,比如这里是关于成本的计算,因此人机进行着默契地合作。这里是计算工具与认知工具两类作用的结合,支持了做中学。学生动作(下不同数量的订单)是外在的,与学习结合,在探试过程中把知识内化。

四个参与者从多个角度的视角来理解该模型,相同意见与不同意见的协商,融合,其结果在模型运行的服务器有很直观的图形化显示,给出了一个丰富的现象呈现环境,可以对其作出准确的评估。

5 结语

在教学信息化中,基于超链接的传递信息的集成并不能提高学生对问题的理解深度,也就是人们常说的火车运的水果并不比马车拉的水果营养丰富。对信息化教学设计来说,就是要在教学设计中充分利用信息技术创设模拟实验情境,创设协作情境等进行参与式、体验式学习。这种共同体建立就需要模型信息集成,在这方面,NETLOGO学习平台这一建构工具包是一个很值得学习的范例。

摘要：在教学信息化中，基于超链接的传递信息的集成并不能提高学生对问题的理解深度，也就是人们常说的火车运的水果并不比马车拉的水果营养丰富。对信息化教学设计来说，就是要在教学设计中充分利用信息技术创设模拟实验情境，创设协作情境等进行参与式、体验式学习。针对一个建构工具包即NETLOGO学习平台给出了模型信息集成实例。

关键词：信息化教学设计,NETLOGO,模型信息集成