第一节 新技术引发的学习方式创新（第1页）
第一节新技术引发的学习方式创新
新兴技术在学习中的深入应用，能够促进传统、单一、被动的学习方式转变为自主、合作、探究的学习方式，有利于增强学习者参与学习过程的积极性，并形成良好的认知和情感体验，促进学习方式的变革。本节以机器人、3D打印、教育游戏和社会性虚拟社区为例介绍了这些新技术引发的学习伙伴、学习实践活动、学习观念和合作学习形式上的创新。
一、机器人将成为未来学习伙伴
随着信息技术的发展，在计算机技术、生物技术、机械技术与电子技术等众多领域知识的支撑下，智能机器人研究成为一个热点问题。自20世纪90年代开始，机器人进入教育领域至今已有二十多年的历史，在发达国家和部分发展中国家，机器人已成为辅助学生学习科学知识，培养学生实践能力、合作能力的重要学习工具。随着通信技术、虚拟现实技术等科学技术快速更新以及认知学习理论的不断发展，机器人在促进学生学习上的应用有了进一步的发展。
随着机器人技术的革新，机器人的数字化、智能化程度不断提高，机器人在学习中的角色不断变化，它同时具备益智学习工具、情境建设者、学习伙伴三个角色。机器人作为益智学习工具通常成为“做中学”学习模式的主题和项目，在世界各国都有了较大的发展，美国早在1994年美国麻省理工学院（MIT）就设立的“设计和建造LEGO机器人”课堂（Martin）。作为情境建构的组成部分，机器人与网络、多媒体技术相结合，将学生带入特定情境中促进学生学习。作为机器人制造和机器人教育大国的日本现在开发了一款以机器人和投影设备为主的R-learning系统。R-learning系统主要应用于儿童协作讲故事过程中的场景设计、渲染和讲述，学生控制机器人在绘制的故事场景中完成角色预设的行为动作，以培养学生的合作能力、想象能力与创造力。近年来，基于移动通信技术、云计算以及人工智能技术，机器人获得了高度交互性、良好资源可得性以及大数据分析等优势，教育者正在尝试以学习伙伴的角色让机器人进入教育领域，帮助学习者提高学习效率和获得需要的知识能力。
（一）寓学于乐的机器人学习伙伴
小学阶段的儿童处于人类生理和心理成长的初期，一方面，自我学习管理能力较低，易受外界信息的影响；另一方面，以儿童内部心理需求带动的学习是巩固学习效果、促进学生能力多方面发展的有效手段。智能机器人可具有录播视频、音频、游戏、语言行为互动等多种功能，从而将学习任务转化为多种潜在的、有趣的学习信息，从而提高儿童学习的效果。
为了提高小学生学习质量，增加学习的趣味性，2010年12月，韩国教育部启动了一项试验性项目——29个机器人走进课堂教儿童英语。该机器人名为“英课译（Engkey）”，由韩国科学技术院开发，2010年，韩国政府投资10亿元开始在韩国东南部城市大邱的21家小学辅助孩子们学习英语，到2012年追加至400亿元，韩国拟在2013年面向全国幼儿园推广。韩国英语机器主要拥有两个角色，一个是学生的英语学习伙伴，通过互动的英语游戏、唱歌以及简单动作帮助小学生学习英语；另一个角色是英语辅导教师，机器人可以朗读标准的英语课文，并在英语教师远程控制下利用机器人的表情功能与学生进行互动，对学生的学习成果表示满意和赞扬。基于“英课译（Engkey）”机器人拥有促进学生自主学习英语以及替代教师的作用，韩国教育部拟将该机器人向偏远地区缺少教师的学校应用[1]。
图6-1机器人课堂使用的场景
（二）协作学习中的机器人伙伴
协作学习（collaborativelearning）是一种通过小组或团队的形式组织学生进行学习的一种策略，[2]主要目的在于采用协作组织形式促进学生对知识的理解与掌握。在协作学习中，学习伙伴具有重要的支架作用，以其学习经历、学习水平、学习风格、认知方式等差异引起其中成员在沟通能力、认知能力、创新能力等方面的变化。由机器人代替学习伙伴可减少学生直接面对协作组织主持人的紧张情绪，且机器人具有信息收集、信息处理和反馈的能力，机器人同时作为资源库和信息库，又可在一定程度上记录、分析和反馈学生的学习信息，以便学生自我反思及帮助协作团队设计更有利的促进学习的原则和机制。
2013年，东京北九州大学、东京大学等四家科研机构学者设计了职业发展学习中机器人学习伙伴有效性实验，东京私立大学大三的学生参与了实验。机器人名叫Robovie-W，它有30厘米高，具有相机、扬声器、麦克风，并记录参与讨论的学生的行为。Robovie-W还可以移动它的眼睛、头、手臂，传达某种形式的非语言表达。实验由控制组和实验组构成，在实验组中机器人作为协作学习组织的主持人，通过教师的远程控制协调学习讨论的展开，学生与机器人进行互动的过程都可以记录下来，反馈给教师以及学生，以便随时调整协作学习的活动进展。通过对实验收集到的信息进行统计分析发现，机器人主持职业生涯协作学习活动与教师主持同样有效。此外，机器人可以创建一个比真人主持时更易于合作的环境，在这种环境下，学生可避开人与人交谈中所存在的心理壁垒积极地展开讨论。
二、3D打印技术颠覆学生动手实践
3D打印技术是一种新型的快速成型技术，通过3D打印机学生的构思转变为真实的立体彩色模型，将抽象概念和设计带入现实世界，使学习更加生动。3D打印为学习活动开辟了新的空间，学习者可以从设计、制作、展示、参与等角度融入学习过程中，在实践学习活动过程中，学习者的动手能力、设计能力和思维能力等得到全面发展和提高。
目前，一些国家和组织已经开始重视3D打印在教育领域中的应用，并开始探索这方面的研究。英国教育部开展了一项为期一年的试验项目（2012。10—2013。9），以21个学校为试点，将3D打印技术应用到数学、物理、计算机科学、工程和设计等课程中，探索3D打印的教学应用，推动教学创新。该项目与英国物理学会、全国数学教学创优中心（M）和3D打印机厂商Makerbot合作，在“人类学习可以通过制造和分享过程产生”的理念下，为使用3D技术的学校提供良好的理论指导和技术支持[3]。
美国国防高级研究计划局（DARPA）制作实验和拓展（MENTOR）项目在美国高中推广3D打印机。MENTOR项目旨在培养高中生的工程技术，培养学生一系列的技能，并激发他们对工程、设计、制造和科学相关课程的兴趣，促进高中学龄的学生协作完成一系列的设计和制作方案，以帮助他们解决在未来设计和工程方面的挑战。[4]
3D打印厂商Stratasys公司为教育行业推出了一款面向高等教育机构的3D打印机教育包：Object30睿智（Scholar）。该教育包具有超高分辨率和精确度，可以制造出具有光滑表面、移动部件、细节完善的模型，适用于小空间、办公室和桌面操作，能够兼容所有类别的3DCAD软件。3D打印机教育包将使学生有机会开发3D打印项目，为高校带来快速成型模具制造体验，帮助跨学科（尤其是理工科）的师生们快速实现创新与设计理念。
3D打印应用于学科课程教学中，能够颠覆传统的学生动手实践活动。罗彻斯特理工学院（RostituteofTeology）的教师在静力学课程教学中讲授桥梁结构受力时，让学生们在课程中设计桥梁，并计算桥梁的受力情况。学生所设计的桥梁通过3D打印机按比例打印后，可以观察到设计的实际效果，还可以对建筑物的各种结构进行试验和测试，通过试验检验受力效果。学生通过3D打印机合作完成“桥梁设计”的流程如下：①学生组合成几个小组；②学生在电脑上查找桥梁相关的资料；③小组学生共同讨论桥梁设计的要点及步骤；④小组学生运用软件设计桥梁，先进的软件能很轻松地把学生的想法变成三维图像；⑤各小组分别完成了桥梁作品设计，老师现场连线桥梁设计专家，专家通过大屏幕对学生作品做出点评；⑥各小组分别运用计算机软件对所设计的桥梁进行虚拟的承重试验；⑦若因桥梁结构设计不合理导致桥梁垮塌，则小组学生共同讨论，重新设计桥梁，并再次进行虚拟试验；⑧试验成功后，各小组使用3D打印机打印出桥梁部件，拼装成桥梁模型。
三、教育游戏正逐步改变学习观念
“教育游戏”为能够培养游戏使用者的知识、技能、智力、情感、态度、价值观，并具有一定教育意义的计算机游戏类软件，专门针对特定学习需要而开发，具有教育性和娱乐性并重的特点，目的在于让学习者在感受轻松和快乐的游戏中，获得严肃、准确的知识内容。
20世纪80年代，人们开始了对教育游戏的研究，无论是语言学习、数学运算、虚拟实验、在线地图、思维训练、治疗诊断、决策判断，还是各种个别化问题解决能力的训练、休闲益智类教学抑或是在线情景模拟培训游戏，在发达国家都非常广泛。起初家长对游戏是让孩子玩还是让孩子学保持怀疑态度，但随着互联网的发展和教育观念的转变，美国娱乐软件协会（TheEwareAsso）发布的“2011游戏行业调查报告”指出有90%的父母愿意为孩子们玩游戏买单，68%的父母已经开始相信游戏是可以提供教育功能的，57%的父母认为游戏可以促进家庭关系和谐进步，然而在五年前，家长对游戏的态度还相当保守。因看到了教育游戏促进学生学习有利因素以及背后巨大的市场利益，美国欧空局的合作伙伴与电子艺术戏剧研究所、麦克阿瑟基金会、比尔和梅林达·盖茨基金会，联合支持建设了游戏学习与评估实验室。近年来，国外也涌现了诸多著名的教育游戏，如Microsoft（微软公司）和MIT（麻省理工学院）合作的Games-to-Teach项目，法国的al环广公司多媒体分部联合制作历史知识方面的“凡尔赛：宫廷疑云”和“埃及：法老王之墓”，IBM公司在2007年2月16日推出了一款名为PowerUp（能量升级）的免费网络游戏，在游戏中青少年要成为生态勇士去拯救一个虚拟星球脱离生态灾难。目前，教育游戏已经成为课堂教学、职业教育、企业培训的一种重要手段和方式，众多高等院校、专业机构和大型企业都致力于教育游戏的研究与设计。
（一）“免疫攻击”带来的趣味学习