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第三节 虚拟环境催生的课堂形态改变（第1页）

第三节虚拟环境催生的课堂形态改变

信息技术构建的虚拟环境具有可重构性强、可共享性强、灵活、安全的特点，可为师生提供更加灵活多样的教学方式和学习方式，从而形成新的课堂形态。无论是正式学习还是非正式学习，无论是经济发达地区还是经济欠发达地区，虚拟环境都可以带来全新的教学和学习体验，支持教学活动的顺利开展。本节将分析云计算环境、虚拟实验室、虚拟软件和移动卫星车等案例，追踪虚拟环境带来的新型课堂形态。

一、云计算环境促进学习与教学的协同

云计算（puting），起源于2007年的Google-IBM的分布式计算项目，是指通过互联网的专门资源中心，以便于以扩展、按需供给的方式让用户获得所需服务和工具的服务模式。云计算资源支持在线协作、文件存储、虚拟化和灵活访问。基于云计算的服务包含有基础设施服务（如虚拟机、虚拟存储等）、平台服务（公共服务平台、电子商务平台等）和软件服务（如GoogleApps）。云计算在《2012年地平线报告》中被列入近期应用的技术，在《2013年地平线报告》中又再一次列入近期应用范围内，充分说明云计算将继续以崭新、拓展的方式影响着我们的日常生活。

互联网的不断扩大推动了云计算在教育领域中的广泛应用，越来越多的学校已将云计算视为存储、备份、软件服务等问题的解决方案，如GoogleApps、微软Office365教育版等已经成为教育机构非常流行的选择。许多学校将电子邮件基础设施迁移至Gmail，并采用谷歌应用程序或者微软Office365进行文档共享和协作。随着教育信息化基础设施的不断完善，云计算技术在教育领域中的重要性日益凸显，如云盘的应用、资源的同步、在线平台的协同学习等。由此，云计算在现代课堂教学中的角色将显得日益重要。

（一）在线云应用促进学与教协同

GoogleApps是由Google提供的个性化服务，包括Google云端硬盘、Google协作平台等网络应用程序，能够有效支持教师和学生同步开展在线协作交流，共同编辑文档，并进行作业、笔记等文档的同步保存。

霍巴特市位于美国的印第安纳州。2012年，该市的一些小学和中学将GoogleApps及Facebook、Twitter等一些社交媒体工具引入了课堂教学之中并进行推广，教师和学生在课室和家中使用基于云计算的服务和工具开展教学和学习，在提升学生知识的同时有效培养了学生的批判性思维能力。

霍巴特中学（IndianaHobartMiddleSchool）将GoogleApps引入了学校的课堂教学之中，为教师和学生提供了一个实时互动的平台，学生在学校中使用便携式电脑参加课程的学习，在家中使用家庭电脑做作业并提交、查看教师的反馈信息。MatthewWhiteman教师在其社会研究课程中使用了GoogleApps（ghobart），课堂教学中，教师基于Google协作平台提出问题，学生在平台上进行交流，每个学生都可以同步看到其他学生发布的信息，并进行回复，教师基于学生讨论交流的内容为学生提供及时反馈。课后，教师将家庭作业、时间安排及相关注意事项放到平台上，学生在家中登录平台查看作业信息、使用GoogleDoc编辑作业并提交，教师对GoogleDoc进行编辑，修改作业。

另外，GoogleApps也为那些因为生病等原因不能上课的学生提供了学习渠道，学生可以在家中使用GoogleApps查看并参与教师和其他学生在平台上的活动，使用GoogleDocs进行作业编辑并提交[1]，同时由于作业是存储在云端库中，学生不用担心作业的丢失，在学校使用连入网络的便携式电脑就可以看到自己的作业。

图6-10MatthewWhiteman教师的社会研究课堂

图6-11学生使用GoogleApps协作平台进行交流

（二）协作交流云平台促进小组协同

Office365教育版（MicrosoftOffice365forEdu），是微软基于云计算的产品，包括ExliOnline、Lyne、Offices、Office专业加强版组件及能够满足教师和学生需求的模板设计等，其能够有效支持教师和学生创建在线小组，协作编辑文档并进行作品的分享[2]。2011年，在英国BETT（BritishEdualTrainingandTeologyShow）教育科技展上，微软正式宣布了截至2013年，微软Office365教育版已经协助包括印度尼西亚、美国、希腊、波兰、立陶宛、中国等多个国家的多所学校及教育中心构建了教育数字化平台。

Binus中心，位于印度尼西亚雅加达市，致力于培养学生的高素质人力资源技能。2012年，该中心启动了Binus中心教育合作伙伴计划（BusterEduPartnerProgram），覆盖到了幼儿园、小学、初级和高级中学。为了能够有效地将ICT整合到学科的课程教学中，提升教师和学生的Ius中心为合作伙伴学校中共计15000名学生购买了15000份微软Office365教育版在线软件套件。课堂教学中，教师布置学习任务，鼓励学生以小组的形式开展学习交流，学生通过自己的电脑设备使用Offices创建在线小组，共享想法和观点，共同编辑小组文档，缺课的小组成员可以在家中或者在任何能够上网的地方借助电脑设备参与小组内部的交流，与小组成员同步编辑小组文档，并以Word文档或者PowerPoint课件等形式呈现自己小组的作品。任务最后，学生小组将作品与其他小组和教师进行共享，教师引导小组学生之间进行相互评价。

二、虚拟实验室成为实验教学课堂新形态

虚拟实验室（VirtualLaboratory），也被称为远程实验室（RemoteLaboratory），其概念最早于1989年由美国WilliamWuff教授提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。1999年8月，联合国教科文组织在美国爱荷华州立大学召开的会议上将“虚拟实验室”定义为：为了实现远程协作、实验研究或其他创新活动，通过分布式信息和通信技术产生并发布结果的电子平台。通常来说，虚拟实验室是一个通过网络访问的在线平台，而访问设备也不限于计算机，一些新近开发的远程实验室还支持移动设备的访问。无论学生位于何处，通常都可以拥有7×24小时的开展科学实验的机会，而且能够获得真实的实验室工作体验。

虚拟实验室因其成本低、可重用性高、可共享性强、不受时空限制、不易损坏、安全性高等特征在实验教学领域特别是远程教育领域和对实验安全性要求较高的领域受到教师和学生的青睐。特别是近年来，随着三维建模技术、人机交互技术、数字化控制技术以及虚拟现实技术等技术的发展与普及，人们普遍认为，虚拟实验能够为学习者特别是有需求的学习者提供灵活、开放、自主的实验教学环境和学习资源，以弥补传统实验的不足和缺失，进而提高当下教育的教学质量。总的来说，虚拟实验室已经成为中小学、职业教育、高等教育领域，特别是远程教育领域开展科学教学、技术教育、工程教育、数学教育（统称为STEM教育）等的重要“场所”。

（一）开放专业虚拟实验室提升高中生专业技能

专业实验室建设费用和维护成本较高，相对比较独立，难以成为普通校园的一部分。很多学校往往因为缺乏一些专业性要求较高的仪器设备，使得对应的专业实验难以开展。然而，虚拟实验室最重要的优势之一是：资源共享。有条件的单位或者组织利用虚拟实验室的相关技术开放专业实验室，实现专业仪器设备的共享。

纽约大学理工学院（NewYorkUyPolyteicSchoolofEngineering）是纽约大学下属的18所学院之一，创建于1854年。该学院是美国第二古老的私立工程技术学校。为解决纽约周边各州高中学校专业仪器缺乏的问题，纽约大学理工学院为该地区的高中生免费开放在线虚拟实验室。到目前为止[3]，纽约周边的3个州的高中学生可以通过虚拟实验室参与和设计18门信息安全专业的课程教学实验。完成相应的课业之后，攻读硕士学位的学生就可以获得国家安全局颁发的信息保障证书。对于虚拟实验室来说，除了具有资源共享的特征外，最重要的特征就是可重构性。纽约大学理工学院的虚拟实验室能够通过浏览器直接访问https：vital。poly。eduinterim，也可以实现远程配置。该项目解决了高中生难以接触专业实验室和实验设备的困境，而且，项目中的每一位参与者都能获得所需的主机和网络组件，灵活安排时间和进度完成特定的实践任务。

（二）开放虚拟实验室提升学习者的真实体验

在某些传统教学实验中，如果实验者对实验的操作规范和技能不熟悉，安全很难得到保证，容易对实验者造成伤害，同时，实验仪器也容易损坏，造成实验器材数量的减少，如果实验器材不能及时更新，一定程度上会影响后续实验的安排。然而，虚拟实验室具有可重构性，能够从一定程度上解决传统实验安全性及时间安排不够灵活的问题，而且还能为实验者提供真实的实验环境和实验体验。

Inquiry-to-Insight（I2I）项目是美国斯坦福大学霍普金斯海洋研究中心和瑞典歌德堡大学埃里克森海洋研究中心的合作项目。自2008年成立以来，I2I项目一直得到瓦伦堡全球学习网络的资助。该项目的参与者是两个国家的高中生和初中生。参与项目的中学生利用虚拟环境共同学习、讨论和设想解决海洋环境问题的方案，促进不同国家中学生的国际协作。2011年2月，瑞典哥德堡大学设计开发了虚拟海洋酸化实验室。在这一项目中，学生使用最新的海洋数据在虚拟的海洋酸化实验室里研究瑞典西海岸古尔马峡湾（GullmarFjord）的海洋环境酸化的问题，所使用的科学数据都是由该项目中的海洋专家所收集的真实数据，能够保证研究的有效性。2012年1月，该项目的研究者持续一年追踪了瑞典吕瑟希尔小镇上的500多位高中生使用虚拟工具来探索瑞典西海岸古尔马峡湾的海洋环境。该项目的合作者斯坦福大学同时评估了这500多位学生的使用虚拟实验室后的知识水平。该评估结果使得G的研究者能够研究学习者们如何建立对科学工作和概念的理解。利用虚拟工具的方式具有较强的适用性，能够广泛应用在自然科学和社会科学两个学习情境中，同时，也能很好地帮助学习者理解科学知识是如何产生的。2014年开始，研究者试图了解虚拟实验室中的学习者是如何在工作中发现答案的，讨论如何设计研究和实验以产生知识。

图6-12海洋酸化实验虚拟实验室

三、虚拟世界中隐现“真实课堂”

SedLife（中文译作“第二人生”）是由林登实验室（LindenLab）建立的互联网上的三维虚拟世界，测试版于2003年5月发布。用户通过注册成为SedLife的居民，居民可以定制自己的虚拟化身（性别、相貌、身高、肤色等），虚拟化身可以像现实世界中一样进行漫游、交流、购物、学习等，其最大特点就是为用户提供一个平台和工具让人们在这里尽情发挥自己的创造力。