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(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，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(shí)建構(gòu)。全息教室是一種全新的學(xué)習(xí)環(huán)境，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的臨場(chǎng)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(qiáng)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(jì)算機(jī)、光學(xué)領(lǐng)域，利用干涉和衍射原理來(lái)記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)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(jì)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(qiáng)調(diào)人自身的價(jià)值，人有發(fā)展的潛能、有實(shí)現(xiàn)自我的傾向，同時(shí)學(xué)習(xí)是意義的學(xué)習(xí)。在全息教室的設(shè)計(jì)中，教師只是學(xué)生的監(jiān)督者，學(xué)生是課堂的主體，知識(shí)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(rèn)知發(fā)展理論，認(rèn)為知識(shí)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(lái)的。全息教室強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程就是學(xué)生與外界刺激的交互過(guò)程，學(xué)生將外部刺激同化、順應(yīng)到原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，將提高自己的原有的認(rèn)知水平；維果斯基的活動(dòng)理論是全息教室的有力支撐。[2]維果斯基認(rèn)為人的心理發(fā)展主要是依據(jù)社會(huì)、文化和歷史的發(fā)展為前提，人的較低級(jí)心理機(jī)能主要以活動(dòng)、社會(huì)交往和語(yǔ)言為中介，并內(nèi)化為人的較高級(jí)心理機(jī)能。以此進(jìn)行分析，便得出全息技術(shù)對(duì)教學(xué)活動(dòng)的支持水平；斯皮若的認(rèn)知靈活性理論關(guān)注的是復(fù)雜知識(shí)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(shí)體系。[3]全息教室中學(xué)生通過(guò)多方位、多角度觀察對(duì)象，總結(jié)知識(shí)；建構(gòu)主義的學(xué)生觀認(rèn)為學(xué)生是意義的主動(dòng)建構(gòu)者，即可以進(jìn)行自我定向、自我分析、自我建構(gòu)、自我評(píng)價(jià)和協(xié)作學(xué)習(xí)。[4]教師觀認(rèn)為教師是學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)者、學(xué)習(xí)環(huán)境和資源的設(shè)計(jì)者、學(xué)習(xí)過(guò)程的策劃者和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)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(jìn)行設(shè)計(jì)和搭建，將是未來(lái)教育發(fā)展的需要。

二、基于活動(dòng)理論的全息教室設(shè)計(jì)

1.全息教室中學(xué)生活動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

圖1 全息教室中學(xué)生活動(dòng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，全息教室中學(xué)生活動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由學(xué)生、學(xué)習(xí)目標(biāo)、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(gè)要素組成。其中，學(xué)生是主體，可指活動(dòng)中的個(gè)人或?qū)W習(xí)小組，整個(gè)活動(dòng)按學(xué)生意愿開展；學(xué)習(xí)目標(biāo)是客體，即學(xué)生要達(dá)到的學(xué)習(xí)水平；學(xué)習(xí)共同體由若干個(gè)體或小組組成，通過(guò)共同努力達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)；全息投影是全息教室的主要學(xué)習(xí)工具，通過(guò)虛擬影像呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容；學(xué)習(xí)規(guī)則是對(duì)整個(gè)活動(dòng)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(hù)學(xué)習(xí)活動(dòng)的正常開展；學(xué)習(xí)任務(wù)分工用于共同體中對(duì)工作和權(quán)力的分配。[5]

學(xué)生活動(dòng)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(biāo)為方向指導(dǎo)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中借助全息投影進(jìn)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(jìn)行的，最后達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)；小組學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)小組按照學(xué)習(xí)目標(biāo)展開學(xué)習(xí)，借助全息投影進(jìn)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(duì)任務(wù)進(jìn)行分工，最終達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。所有要素聯(lián)系緊密，相互作用共同實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)的順利開展。

2.全息教室技術(shù)設(shè)計(jì)原理

全息教室的設(shè)計(jì)過(guò)程主要分為兩部分，一是教學(xué)設(shè)計(jì)，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(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)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(jìn)行搭建。[6]設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

圖2 全息教室設(shè)計(jì)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(guò)電腦將全息影像進(jìn)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(duì)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(tái)。

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(shí)現(xiàn)流程圖

技術(shù)路線主要有六個(gè)步驟。第一，教師編寫教學(xué)設(shè)計(jì)，依據(jù)學(xué)生特征、學(xué)習(xí)內(nèi)容、環(huán)境條件等等進(jìn)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(duì)錄制的全息視頻進(jìn)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(jī)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(gè)設(shè)備并進(jìn)行調(diào)試。[7]

三、全息教室的應(yīng)用設(shè)計(jì)及學(xué)習(xí)活動(dòng)分析

1.應(yīng)用設(shè)計(jì)：全息教室——初中地理“地形和地勢(shì)”

（1）科目

初中地理“地形和地勢(shì)”。

（2）教學(xué)對(duì)象

初中學(xué)生。

（3）課時(shí)

一課時(shí)。

（4）教學(xué)內(nèi)容分析

地形和地勢(shì)既是中國(guó)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(guó)地形和地勢(shì)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(qiáng)烈的地形和地勢(shì)影像。

（5）教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)：

①了解山脈走向；

②了解我國(guó)復(fù)雜多樣的地形和地勢(shì)。

能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

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

（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(jìn)一步鍛煉和培養(yǎng)。學(xué)生對(duì)地理知識(shí)充滿好奇，因此要抓住學(xué)生的這一特點(diǎn)，采用生動(dòng)、形象、更加直觀的方法進(jìn)行教學(xué)，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，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(dāng)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(diǎn)及難點(diǎn)

重點(diǎn)：記憶山脈及其地理位置。

難點(diǎn)：我國(guó)的主要山脈走向。

（9）教學(xué)過(guò)程

導(dǎo)入：我國(guó)有著廣闊的地域，誰(shuí)知道我國(guó)都有哪些著名的山脈？大家都去過(guò)哪些山脈呢？

學(xué)生：我去過(guò)秦嶺，它是我國(guó)的南北分界嶺，但是我還是不太了解。

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

學(xué)生通過(guò)全息視頻畫面觀察我國(guó)的地形和地勢(shì)，了解我國(guó)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(shí)，并進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。教師總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)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(dòng)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(píng)價(jià)

立體感強(qiáng)烈的全息影像不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，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(duì)其進(jìn)行總結(jié)的能力，最后將知識(shí)點(diǎn)內(nèi)化為自己的知識(shí)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(píng)價(jià)能力等等。

2.全息教室設(shè)計(jì)方案

（1）編寫教案

編寫本節(jié)課教案。突出重點(diǎn)地形和地勢(shì)等內(nèi)容。

（2）錄制全息教室視頻

依據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)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(jìn)行編輯，著重體現(xiàn)地形和地勢(shì)。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(jī)，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(duì)搭建完成的整套設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，使顯示器和透明四面錐體的位置相對(duì)應(yīng)，并且查看其成像的位置是否合適。

（8）模擬上課

進(jìn)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(dòng)分析

（1）確定活動(dòng)的目的

①確定結(jié)果：學(xué)生說(shuō)出我國(guó)的主要地形和地勢(shì)。

②理解主體的動(dòng)機(jī)：自學(xué)后學(xué)生能對(duì)我國(guó)的地理環(huán)境有一定了解，并能在今后的生活當(dāng)中有所應(yīng)用。

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

④預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題：在學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有有效地組織自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，與同伴的交流中沒(méi)有有效地評(píng)價(jià)及總結(jié)。

（2）分析活動(dòng)的核心步驟

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

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

③客體：學(xué)習(xí)內(nèi)容為中國(guó)的地形和地勢(shì)，通過(guò)全息技術(shù)將地形和地勢(shì)立體呈現(xiàn)出來(lái)，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(zhǎng)起帶頭作用，由組長(zhǎng)制定發(fā)言順序，學(xué)生依次發(fā)言或隨機(jī)發(fā)言，相互交流和評(píng)價(jià)，建構(gòu)個(gè)人知識(shí)的同時(shí)生成小組內(nèi)知識(shí)。

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

（4）分析活動(dòng)的子系統(tǒng)

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

②交換系統(tǒng)：組內(nèi)交流可采取輪流或隨機(jī)發(fā)言的形式闡述觀點(diǎn)或評(píng)價(jià)他人。

③分配系統(tǒng)：學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生觀察學(xué)習(xí)后與小組同伴進(jìn)行交流和評(píng)價(jià)。

（5）分析活動(dòng)結(jié)構(gòu)

①分析活動(dòng)自身

學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展經(jīng)歷內(nèi)容引入、自主學(xué)習(xí)、交流互動(dòng)和總結(jié)建構(gòu)階段?；顒?dòng)的動(dòng)機(jī)是讓學(xué)生了解我國(guó)的地理環(huán)境、增長(zhǎng)地理知識(shí)，活動(dòng)的目的是讓學(xué)生知道我國(guó)的主要地形和地勢(shì)。

②將活動(dòng)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(rèn)知；

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

交流互動(dòng)：小組內(nèi)進(jìn)行交流互動(dòng)，擴(kuò)展學(xué)生已總結(jié)的知識(shí)；

總結(jié)建構(gòu)：建構(gòu)個(gè)人知識(shí)體系和小組知識(shí)體系。

③將行為分解成操作

內(nèi)容引入：教師由問(wèn)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(shì)模型并進(jìn)行學(xué)習(xí)；

交流互動(dòng)：組內(nèi)進(jìn)行交流互動(dòng)，可發(fā)表觀點(diǎn)或評(píng)價(jià)他人發(fā)言；

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

（6）分析活動(dòng)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(shí)間。

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

（7）分析活動(dòng)的發(fā)展性

①要素之間有什么樣的關(guān)系：學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)全息影像學(xué)習(xí)知識(shí)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)最終達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，整個(gè)過(guò)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(jìn)行。

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

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

四、總結(jié)

全息教室為學(xué)生提供了一個(gè)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(guò)觀察立體感強(qiáng)烈的全息影像，實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的交互，在觀察中建構(gòu)知識(shí)，在合作學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的補(bǔ)充和整合，讓學(xué)生在達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)的同時(shí)，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(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。全息教室中所展開的學(xué)習(xí)活動(dòng)符合維果斯基活動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)，即意識(shí)和活動(dòng)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(dòng)是具有目標(biāo)導(dǎo)向性的、學(xué)習(xí)活動(dòng)的展開以工具為中介、學(xué)習(xí)活動(dòng)是系統(tǒng)性的。利用維果斯基的活動(dòng)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(shí)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。