PSIC子空间协作模型与协作学习支持环境的实现技术研究

【摘要】： 随着现代通信技术，特别是Internet以及计算机信息技术的发展，在现代远程教育领域中出现了一种新的远程教学形式---计算机支持的协作学习(CSCL)。由于其特有的任何人(anybody)、在任何地方(anywhere)和任何时间(anytime)都享有同等的学习服务机会的特征，具有重要的研究和应用价值，但是其应用推广却不如预期那么顺利。根据作者收集并参考的资料来看，目前关于CSCL的研究可以分为两类：一类从教育学的观点来探讨CSCL的教学理论；另一类致力于如何利用现有的计算机技术来实现CSCL支持平台。在从事这两类工作的研究人员中，前者主要是教育理论工作者，他们从事CSCL教学理论的研究，缺陷是很难跟踪最先进的计算机科学技术，并应用于CSCL中。而后者主要是计算机专业人员，他们进行CSCL支持平台的研究，缺陷是他们普遍仅从对教学活动感性认识的角度研究开发CSCL支持平台，而且主要集中在如何通过Internet进行学习资源的管理、学习课程的开发和发布以及协作学习参与者之间的成功通信方面。由于这些问题的存在，很容易将具体的技术实现手段与CSCL的本质特征相隔离，导致目前CSCL在现代远程教育领域缺乏其应有的优势。CSCL作为一种全新的基于Internet的教学活动形式，关于它的研究不仅需要先进的计算机科学技术，而且需要丰富的教学理论作为指导。通过对目前CSCL领域的研究工作现状的深入分析，作者发现其中存在着以下的问题：缺少能充分体现教学活动特性和要求的、适合于CSCL应用系统的设计开发的形式化模型研究，尤其缺乏CSCL的协作模型研究；缺乏相应的实现框架参考模型的研究；缺少能够将先进的计算机科学技术与现代远程教育理论充分相结合，实现良好教学效果的CSCL支持环境的技术方案；等等。在这些问题中，作者认为，针对CSCL模型的研究特别是群组模式下协作模型的研究，是CSCL研究的关键之一，这也是本篇论文工作的出发点。 为了建立CSCL的协作模型，本文首先通过对传统课堂协作学习活动进行分析，总结出，在传统课堂协作学习活动中，存在着物理子空间、社会子空间、信息子空间、认知子空间等四个协作子空间，并由此提出一种协作学习的PSIC协作子空间模型。这四个子空间并是不孤立的，它们相互联系和紧密相关，作者提出，对协作学习的协作行为的研究可以通过上述四个子空间来进行，并作为CSCL的支持环境的系统设计和开发的重 摘要与目录 要依据。 本文对协作学习的PSIC协作子空间的基本内容进行研究，包括:研究物理子空间的 组成;研究社会子空间的组成、静态模型以及协作小组的依赖模式;研究协作学习的两 个重要的特征一协作性与交互性，并提出一种协作和交互模型;研究信息子空间的组成和 信息传递的几个过程;研究认知空间的组成，描述了一种协作学习活动的动态过程模 型CL FSM;通过协作学习论域在PSIC子空间的映射，对PSIC协作子空间模型进行形式 化建模。本文对协作学习PSIC子空间的以上内容进行的研究，作为进一步研究CSCL的 PSIC子空间的基础。 CSCL是一种在工nternet环境下，物理上处于不同地理位置的成员组成学习小组，在 虚拟的教学场景中，利用计算机技术进行的协作学习形式。支持CSCL的虚拟学习环境与 传统的课堂学习环境相比，具有许多不同的特征，因此导致了CSCL与传统的课堂学习在 协作感知、发言权控制、学习活动动态过程等问题上具有不同的特点。以协作学习的PSIC 子空间模型为依据，本文研究CSCL在PSIC各个子空间的特征，并着重研究CSCL学习活动 的发言权控制与CSCL的协作学习活动动态过程等关键问题。 在CSCL学习活动中，交互的协调控制对整个CScL应用系统的服务质量影响较大，具 体体现在虚拟学习环境中用户对语音、视频信道、共享白板以及应用共享程序等协作工 具的使用访问的协调，这方面的内容涉及发言权控制问题，实际上是属于协作策略的范 畴。有效的发言权控制策略有利于协作交互的正常进行。本文对CSCL学习活动中的发言 权控制问题进行深入研究，提出一种发言权控制模型GF--Petri，有效解决了在虚拟学习 环境中开展CSCL学习活动的发言权控制问题。 CSCL学习活动过程继承了传统课堂协作学习活动的基本特征，但是本身固有的一些 其他特点。本文以传统的协作学习活动的过程模型cL_FSM为基础，根据CSCL的特点， 提出一种CSCL协作学习活动的过程模型CSCL_FSM，作为实现支持CSCL的虚拟学习环境 的参考模型。 PSIC协作子空间模型一方面充分体现教学活动特性和要求，另一方面又充分体现 CSCL的功能特征，对进一步构造支持CSCL虚拟学习环境的的实现框架模型，具有科 学合理的理论指导意义。基于PsIC协作子空间模型，本文构造一种支持CSCL的虚拟 学习环境的实现参考模型VdassRoom，为解决上述CSCL研究中存在问题提供一个适 V 摘要与目录 合的CSCL支持环境实现框架。 针对VClassRoom的构想，根据PSIC协作子空间模型中提出的CSCL协作学习活