淺議信息科學與現代教育手段
劉利
隨著科學技術的飛速發展和信息技術、網絡、多媒體的廣泛應用,人類社會的發展呈現出知識的經濟化和信息的全球化趨勢。我國作為發展中國家,要想適應人類社會的發展,必須依靠教育,及時調整學校教育目標,使信息科學與學校教育手段相結合,培養“知識型人才”轉向培養認知型、能力型、創新型、素質型的“世界公民”。 信息科學 學校教育手段 調整目標 隨著通信、網絡、信息、多媒體以及虛擬現實等新技術的出現與高速發展,教育方式正面臨著一場巨大變革。與傳統課堂教育方式相比,新教育方式最重要的特點在于它突破了時間和空間的限制,不再需要教師和學生面對面地教與學,而且也打破了實物與虛物的界限,讓學生沉浸在營造的真實情景中。在新的教育方式下,學生可根據自己的實際情況確定學習方式和內容、安排學習進度。從而滿足了社會普通性和個體獨立性學習的需要,實現繼續教育和終身教育。 一、教育技術進入革命性的階段 教育技術經過視覺教育,視聽教育發展到以視聽媒體為主的教育技術。上世紀80年代后期,世界各國對教育的發展非常重視,投入大量資金進行教育的改革,計算機教育首當其沖的擺在了最前頭。日本文部省每年投入20多億日元推動計算機教育,美國中學三分之一以上的學科教師在教學中應用了計算機,而一些學科教學中有近五分之一的教師經常應用計算機,并且計算機應用的內容也逐漸滲透到各學科教學內容之中。進入上世紀90年代以來,計算機教育應用進入綜合化、網絡化、智能化的發展階段。 傳統的課堂教學是以教師為中心的灌輸式的教學,極大地限制了學生的自主學習。互聯網的出現改變了這種狀況。 二、信息的高速發展提出了虛擬現實技術 1.虛擬現實技術的產生和基本特征 由于半導體、計算機和通信技術的日新月異,以微電子技術為基礎的數字化信息技術得到迅猛發展。但是,人們發現,目前通用的馮·諾依曼式計算機處理的僅僅是單維的數字化信息,而人們往往擅長并習慣于通過人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺以及形體、手勢或口令這種多維的形式,滲入到信息處理的環境中去。于是,虛擬現實技術應運而生。 2.虛擬現實技術的基本目標 虛擬現實技術的基本目標主要有兩個,一個是實物虛化,一個是虛物實化。實物虛化是指將現實世界中的真實事件和對象轉換成虛擬世界中的事件和對象的過程。通過實物虛化,用戶可以操作虛擬環境中的物體,并突破物理空間、時間的限制,獲得“超越現實”的虛擬性;虛物實化是指讓虛擬環境中的某些物體具有一定的真實特性,并將虛擬世界中的事件和作用轉換成真實世界中的事件的過程,使得用戶在虛擬環境中獲得的感受與他在真實系統中所得到的感受盡可能相同,有“身臨其境”的真實感受。 3.存在的問題 虛擬現實研究的重點和難點主要集中在兩個方面:智能化的人機交互界面;仿真與建模。 (1)智能化的人機交互界面 參與者與虛擬環境之間需要通過智能化的人機構通,使他們能夠相互理解、相互作用、相互影響。智能化的人機接口是以人為中心的,在人與虛擬環境之間交互時,采用人與真實世界之間的自然的交互方式。 (2)仿真與建模 虛擬現實是人類認識和改造世界的工具。因此,在實現虛擬現實系統時,不僅需要虛擬現實與真實世界在外表上相似,而且需要使虛擬現實遵循世界真實的物理規律,以便合理地外推,幫助人類更深層次地認識自然。要做到這一點,除了需要建立虛擬環境的幾何模型外,還需要建立虛擬環境的物理模型,結合必要的計算機仿真技術,使虛擬環境隨時間的推移及人的參與而發生的變化符合真實世界中的客觀規律。 4.虛擬現實技術與教育培訓 虛擬現實技術所創造的教學情景與以往不同。我們通過它,利用計算機技術可觀看不存在的事物。網絡教學中的虛擬現實突破了傳統教科書的限制,使學習者在具體情境中通過主動的探索獲得知識,提高了學習效率,擴展了學習者的視野,培養了創新意識和實踐能力。特別是對一些危險的實驗,或者代價巨大的實驗,通過虛擬現實技術,我們既得到了真實的感受與結果,又比較安全,花費較少的代價。 三、信息科學教育技術的思考 1.學習和生活將成為密不可分的整體
1.學習和生活將成為密不可分的整體 終身學習將是一種趨勢。隨著信息化社會的到來,知識更新的速度不斷加快。因此,越來越多的人離開學校后需要不斷地在工作和生活中學習各種知識和技能,一個人最重要的能力就是學會學習的能力。 2.教育對信息科學提出了更高的要求 信息科學發現到今天,取得了輝煌的成果,但教育在使用現代信息技術時,仍有許多力不從心的地方,如計算機支持的協同學習。這是由計算機支持協同工作與合作學習的理論與教育方法結合而成的一種新學習方法研究。在計算機支持協同工作與環境中,教師提出一個明確的任務,學生以小組的形式組織,分工合作,有的用計算機。查資料,有的進行一部分計算與信息處理并形成文檔,各小組共同完成該任務。教師觀測學習的進行過程,并組織小組的交流,相互幫助與競爭,保證教學目標的實現。這種學習方法不僅使學生像專業人員從事工作那樣利用計算機環境解決問題、學習有關知識并培養他們解決問題的能力。以小組形式組織進行,既有合作與相互幫助的一面,又有競爭與達到目標的一方面。目前CSCW中的有許多問題需要進一步進行解決,如感知問題、協作問題等。虛擬現實技術也有許多問題急待解決,正如上文提到的實物虛化和虛物實化技術,有待進一步完善。