第四章基于 Web 的学习系统设计

第四章基于Web的学习系统设计

学习目标 • 了解基于Web的学习系统基本概念和特点。 • 理解基于Web的学习系统设计的基本策略和方法。 • 了解自主学习和协作学习的学习模式。 • 掌握自主学习和协作学习系统设计的基本方法。

学习指导 • 1、在学习过程中，注意理论联系实际。对于教材中系统知识的讲解，通过典型的事例，深入浅出地阐明其基本的原理、设计的方法和技巧，旨在开拓学习者的思维，并积极引导学生开展实际的设计和分析过程。 • 2、在教学和实验各环节中，将理论与实践有机结合，通过讨论、分析、赏析、评价等方法提高学生的设计和分析能力。 • 3、课堂讲授以启发式教学为主、力求少而精，突出重点和难点，并注意将培养学生分析问题和提高学胜的分析问题和解决问题的能力放在重要的位置。

4.1基于Web的学习概述 • 4.2基于Web的学习系统 • 4.3基于Web的自主学习系统设计 • 4.4基于Web的协作学习系统设计 • 4.5 Web环境下学习系统发展趋势

4.1基于Web的学习概述 Web现已成为一种非常流行和有效的教学媒体。它具有易于使用、支持灵活的存储与显示操作、提供一种简易但是有效的多媒体发布格式等特点。 Web在教育中的应用主要包括四个层次：（1）作为信息资源，如课程和数字化学习资源。（2）作为学习资源载体，包含有大量的数字化学习内容和资源，如书籍(以Post script 、Word文档等多种格式) 、程序、客户端所需要的特殊解释器或语言。（3）协作学习工具，是信息交流和共享手段和方法。（4）交互式教育应用。

一、基于Web的学习特点 1、什么是基于Web的学习？基于Web的学习是指具有一定自学和自律能力的学生在Web环境下而实现的一种以主动学习为主、以教师的指导和计算机智能模块的协调为辅的教学活动。

2、Web 环境下的学习的特点： （1）连接性(Connectivity)：学生们之间、学生与教师之间通过电子邮件、视频会议系统等进行交流。（2）以学生为中心(Student-Centered)：教师提出目标并对学习过程进行促进或管理，学生们自己发现学习内容、完成作业或课题。这也意味着Web 课程同传统课程相比更缺少结构性，即增加了无序性。

（3）无边界性(Unbounded)：Web 消除了学生们学习的地点、时间和身份。同时，它也为其他学生(成人教育与培训等) 打开了教室的大门。（4）社区性(Community)：教育发生在一定的社区中，它通常是一个特殊的学校、组织或一个像城镇或城市一样的具体的实体性社区。Web 通过增强可接近性和连接性，将所有社区集合在一起。

（5）知识共享(Shared Knowledge)：将信息发送到Web上，可以让需要它们的人(无论处于世界何地) 通过连接Web 的计算机获得，而且任何人都可以成为信息的作者或发布者，大大提高了知识的共享的程度。（6）多感觉性(Multi-sensory)：个体存在不同的感觉倾向性（认知风格），如果在学习过程中包含多种感觉通道，如视觉、颜色、运动、声音、话语、抚摩和嗅觉等的参与，将有利于提高学习的效果。

二、基于web学习的问题及其分析 1、现状（1）缺乏标准：各种系统五花八门，而使用者则无所适从。（2）交互性差：学生与教师之间的充分交流与沟通还很不够。（3）个性化差：没有针对具体学生的特点的自适应学习机制。

（4）系统能力弱，规模小：大多数的网络教学系统在可扩充性、网络负载均衡和请求响应等方面存在不同程度的问题，缺乏满足大规模应用的要求。（4）系统能力弱，规模小：大多数的网络教学系统在可扩充性、网络负载均衡和请求响应等方面存在不同程度的问题，缺乏满足大规模应用的要求。（5）低水平重复开发，缺乏平台级的产品。（6）教学设计观念陈旧，没有突出“以人为本”的现代建构主义的教育思想和理念。（7）其它方面：课程资源库没有统一的标准，资源之间的兼容性差，造成人力、物力、资金等的极大浪费。

2、网络教学方式与和传统的课堂教学方式的比较和主要区别2、网络教学方式与和传统的课堂教学方式的比较和主要区别

三、基于web的学习模式分类 Web学习模式分类

从理论意义上说，自学辅导型、掌握学习型、案例学习型、问题教学型、探索学习型是比较适合于在网络学习环境中的以个体学习为主的自主学习模式，而协作学习型和讨论型（异步和同步）学习模式则比较适合于在网络学习环境中的以小组或群组为主体的协作学习模式。从理论意义上说，自学辅导型、掌握学习型、案例学习型、问题教学型、探索学习型是比较适合于在网络学习环境中的以个体学习为主的自主学习模式，而协作学习型和讨论型（异步和同步）学习模式则比较适合于在网络学习环境中的以小组或群组为主体的协作学习模式。

基于Web的教学模式主要包括传授式、探索式和协作式 1、传授式教学在网络上实施传授式教学，主要有两种形式：同步讲授和异步讲授。同步讲授指教与学的过程是同步进行的，除了教师、学生不在同一地点上课之外，学生可在同一时间聆听教师教授以及师生间有一些简单的交互，这与传统教学模式是一样的。这种教学通常采用实时交互式远程教学系统。这种教学模式需要较高的网络传输率，并需要硬件设备（如摄像机、话筒等）支持。

异步式讲授中，教师的教和学生的学可以在不同时间内进行。它可以很简单地实现，只要利用网络的WWW服务及电子邮件服务就可以满足基本要求。

传授式教学的学习理论:行为主义学习理论 在行为主义学习理论中，最具代表性的是桑代克、斯金纳、班杜拉等人的观点。一、桑代克的联结论　　联结论的基本观点可集中在对学习的实质、学习的过程和学习的规律的认识上。（一）对学习实质的认识　　学习的实质就在于形成情境与反应之间的联结。桑代克明确指出：学习即联结，心即是人的联结系统。”所谓联结，是指某种情境（即刺激）仅能唤起某种反应，而不能引起其他反应。

(二）对学习过程的认识　　学习的过程就是形成刺激与反应之间联结的过程，而联结是通过尝试与错误的过程建立的。　　桑代克依据他对动物（猫）实验的材料，认为一定的联结是通过尝试错误而建立的。因此，他认为学习的进程是一种渐进的、盲目的、尝试错误的过程。在此过程中随着错误反应的逐渐减少和正确反应的逐渐增加，而最终在刺激与反应之间形成牢固的联结。后人也称这种理论为尝试错误论，简称“试误论”。

（三）对学习规律的认识　桑代克认为学习有三条主律和五条副律。　学习的三条主律是：1．准备律2．效果律　学习的五条副律是：1．多重反应原则2．倾向和态度原则3．选择性原则4．同化或类化的原则5．联想交替原则（三）对学习规律的认识　桑代克认为学习有三条主律和五条副律。　学习的三条主律是：1．准备律2．效果律　学习的五条副律是：1．多重反应原则2．倾向和态度原则3．选择性原则4．同化或类化的原则5．联想交替原则

二、斯金纳的操作学习论 斯金纳（B．F．Skinner）作为行为主义学习理论的重要代表人物，提出了以操作性条件反射为核心的学习理论。　　（一）对学习实质的认识　　斯金纳认为学习的实质就是操作性条件反射。所谓操作性条件反射属于反应型条件反射的过程，没有已知的刺激，是由有机体本身自发出现的反应，如老鼠揿压杠杆的反应是由有机体发出的，杠杆对这种反应起诱导作用。　　斯金纳认为，人类的大多数学习是操作学习，人不是被动等待刺激，而是积极主动地对环境进行探索，先有反应，然后才知道结果，再根据结果去调节行为。因此，他侧重于对操作学习进行研究。

（二）对学习过程的认识　　操作学习论认为，学习的过程就是形成操作性条件反射的过程，其中，强化是形成操作性条件反射的重要手段。　　强化物分为两种：一种是正强化物，它是指跟随在一个操作反应之后，并能提高这个反应概率的刺激物，这种刺激物对反应产生正强化，另一种是负强化物，它是指一个刺激如果从某一情境中排除时，由此能够加强某一操作反应的概率，它就是负强化物。（二）对学习过程的认识　　操作学习论认为，学习的过程就是形成操作性条件反射的过程，其中，强化是形成操作性条件反射的重要手段。　　强化物分为两种：一种是正强化物，它是指跟随在一个操作反应之后，并能提高这个反应概率的刺激物，这种刺激物对反应产生正强化，另一种是负强化物，它是指一个刺激如果从某一情境中排除时，由此能够加强某一操作反应的概率，它就是负强化物。

三、班杜拉的社会学习论　　班杜拉（A．Bandura，1925—）是将认知因素引入行为主义观点中所形成的一种新的理论，是行为主义学习理论的新发展，它试图研究并阐明人是如何在社会环境中进行学习的，以及人是如何在社会环境中形成和发展他们的智力和人格特征的。

（一）对学习实质的认识　　班杜拉认为，人类学习的实质应当是观察学习。因为人类具有认知能力，能够更多地得益于经验，因此，大部分的人类行为是通过对榜样的观察而习得的。　　社会学习理论将人类的学习分为两大类，一是直接经验的学习，二是间接经验的学习。前者是指从自身活动以正反两方面结果及其经验教训中学习。　　活动结果具有三种功能：（1）传递信息功能。（2）引发动机功能。（3）强化行为功能。（一）对学习实质的认识　　班杜拉认为，人类学习的实质应当是观察学习。因为人类具有认知能力，能够更多地得益于经验，因此，大部分的人类行为是通过对榜样的观察而习得的。　　社会学习理论将人类的学习分为两大类，一是直接经验的学习，二是间接经验的学习。前者是指从自身活动以正反两方面结果及其经验教训中学习。　　活动结果具有三种功能：（1）传递信息功能。（2）引发动机功能。（3）强化行为功能。

班杜拉认为，通过直接经验而进行的直接学习只是学习的一种形式，而通过直接经验进行的任何学习，只要通过观察榜样示范就能够进行。班杜拉非常重视观察学习，他认为：班杜拉认为，通过直接经验而进行的直接学习只是学习的一种形式，而通过直接经验进行的任何学习，只要通过观察榜样示范就能够进行。班杜拉非常重视观察学习，他认为：（1）观察学习能够产生与直接学习相同的效果。（2）观察学习具有直接学习不可比拟的优势。

（二）对学习过程的认识　　观察学习不一定必须有强化，也不一定产生外显行为，班杜拉将其分为四个过程：1．注意过程2．保持过程3．复制过程4．动机过程

2.探索式学习 实施这种策略需要由教育机构设立一些适合特定的学生对象来解决的问题，并要求学生解答。专家负责对学生学习过程中的疑难问题提供帮助。探索式学习策略彻底改变了传统教学过程中学生被动接受的状态，而使学生处于积极主动的地位，因而能有效地激发学生的学习兴趣和创造性。实现这种策略的学习，并不需要复杂的技术和昂贵的设备，只要利用电子邮件功能便可。探索式学习策略有四个基本要素，即问题、资料、提示和反馈。实施这种教学策略要注意的一点就是，应防止学生产生过强的挫折感，为此要有比较敏感的反馈系统，以便及时给予学生帮助。

3.协作式学习 协作学习是指学习者以小组形式，在共同的目标和一定的激励机制下，为获得最大的个人小组学习成果而进行合作互助的学习方法。与个别学习和竞争学习相比，协作学习能更好地发挥学习者的主动性创造性，更有利于问题的深化理解和知识的掌握运用，能促进高级认知能力的发展合作精神的培养和良好人际关系的形成。基于网络的协作学习是指利用计算机网络以及多媒体等相关技术，由多个学习者针对同一学习内容彼此交互和合作，以达到对教学内容比较深刻理解与掌握的过程。

探索式学习和协作式学习的学习理论：建构主义探索式学习和协作式学习的学习理论：建构主义建构主义本来是源自关于儿童认知发展的理论，由于个体的认知发展与学习过程密切相关，因此利用建构主义可以比较好地说明人类学习过程的认知规律，即能较好地说明学习如何发生、意义如何建构、概念如何形成，以及理想的学习环境应包含哪些主要因素等等。总之，在建构主义思想指导下可以形成一套新的比较有效的认知学习理论，并在此基础上实现较理想的建构主义学习环境。

1、关于学习的含义 建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助学习和其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。 “情境”：学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。这就对教学设计提出了新的要求，也就是说，在建构主义学习环境下，教学设计不仅要考虑教学目标分析，还要考虑有利于学生建构意义的情境的创设问题，并把情境创设看作是教学设计的最重要内容之一。

“协作”：协作发生在学习过程的始终。协作对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构均有重要作用。“协作”：协作发生在学习过程的始终。协作对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构均有重要作用。 “会话”：会话是协作过程中的不可缺少环节。学习小组成员之间必须通过会话商讨如何完成规定的学习任务的计划；此外，协作学习过程也是会话过程，在此过程中，每个学习者的思维成果（智慧）为整个学习群体所共享，因此会话是达到意义建构的重要手段之一。 “意义建构”：这是整个学习过程的最终目标。所要建构的意义是指：事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是前面提到的“图式”，也就是关于当前所学内容的认知结构。

建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说，既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。

学生要成为意义的主动建构者，就要求学生在学习过程中从以下几个方面发挥主体作用： · 要用探索法、发现法去建构知识的意义。 · 在建构意义过程中要求学生主动去搜集并分析有关的信息和资料，对所学习的问题要提出各种假设并努力加以验证。 · 要把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系，并对这种联系加以认真的思考。“联系”与“思考”是意义构建的关键。如果能把联系与思考的过程与协作学习中的协商过程（即交流、讨论的过程）结合起来，则学生建构意义的效率会更高、质量会更好。协商有“自我协商”与“相互协商”（也叫“内部协商”与“社会协商”）两种，自我协商是指自己和自己争辩什么是正确的；相互协商则指学习小组内部相互之间的讨论与辩论。

教师要成为学生建构意义的帮助者，就要求教师在教学过程中从以下几个面发挥指导作用：教师要成为学生建构意义的帮助者，就要求教师在教学过程中从以下几个面发挥指导作用： · 激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机； · 通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间的线索，帮助学生建构当前所学知识的意义

4.2 基于Web的学习系统 基于Web的学习系统是一种不同于传统的学习，它可以实现不受时空限制的、交互式的、图文并茂的网上学习。基于Web的学习系统应至少具备以下能力：（1）课件制作标准化；（2）一致的课件接口标准，以便系统的扩充；（3）采用面向对象的数据库技术，为教学资源的存储、管理等提供便利；（4）方便实用的课件开发工具；（5）多种实时的交互技术，方便学习和交流；

（6）支持多种格式的多媒体技术； （7）具有良好的扩展性，满足不同规模的应用；（8）有效的安全机制和认证技术；（9）有各种网上交流和学习的工具。

一、WEB学习系统特点 （1）无时间和空间的限制。（2）可以提供多种学习手段（3）多向互动

（4）基于Web学习过程中，计算机可以自动记录网上学生的学习情况，教师可对学生的学习情况进行归纳、总结，以便进一步改进学习方法和学习内容。（4）基于Web学习过程中，计算机可以自动记录网上学生的学习情况，教师可对学生的学习情况进行归纳、总结，以便进一步改进学习方法和学习内容。（5）超文本结构与多媒体特性

二、基于Web的学习系统设计 基于Web的学习系统是一个由硬件、软件、教学内容、教学管理机构组成的一体化有机的系统，我们需要从4个方面考察：硬件结构、软件结构、内容组织结构、教学组织与管理。 1、硬件结构一般来说，具有如下模块：接入模块（电话拨号和Internet接入）、交换模块、服务器模块、网络管理与计费模块、课件制作与开发模块、双向交互式同步教学模块。

基于Web的学习系统结构

接入模块的主要功能是让学生和教师能够以多种方式访问网络资源，从而达到教学或学习的目的，其主要设备是路由器和访问服务器。接入模块的主要功能是让学生和教师能够以多种方式访问网络资源，从而达到教学或学习的目的，其主要设备是路由器和访问服务器。交换模块是整个网络连接与传输的核心，主要的设备有主干交换机、分支集线器和连接各模块的网络电缆，由它们组成整个骨干网络。服务器模块主要负责信息的收集、储存、发布，它们是对外提供教学与信息服务的主要实体，一般有WEB服务器、FTP服务器、E-mail服务器、DNS服务器、数据库服务器等等，它们可以由一台或多台高性能的计算机承担。

网络管理与计费模块中，网络管理主要对整个网络进行监控、运行性能的监测、故障的预警和诊断等等；计费模块主要是记录网络使用者的资费信息，以控制网络资源的有偿使用。网络管理与计费模块中，网络管理主要对整个网络进行监控、运行性能的监测、故障的预警和诊断等等；计费模块主要是记录网络使用者的资费信息，以控制网络资源的有偿使用。课件制作与开发模块主要是开发、维护网上的学习内容与教育资源，以实现教育信息的不断更新与丰富。双向交互式同步学习模块是一个基于高速数据网络双向可视会话系统，它可以将演播教室中教师的讲解情况实时传送到远程多媒体教室，教师在讲解中，还可以看到远程教室中学生的表情与神态，并能接收到学生的询问，类似于本地课堂教学。

2、软件结构 （1）、适应性超媒体学习系统适应性超媒体学习系统指根据学生的个别能力特征，动态呈现与学习者当前学习能力最相关的基于超媒体教学内容。它有两个含义，首先是学习内容的选择上，系统根据学习历史记录和能力估计，选择学生没有掌握或是没有学习过的学习内容。这些学习内容是与当前学生能力最接近的；其次，是在学习内容的组织上，系统将根据对学生估测的能力和学生的认知风格，选择最适合学习者的内容呈献方式。

（2）多媒体授课系统 基于流式媒体学习系统从功能上可分为：课件点播系统和同步广播授课系统。 • 课件点播系统课件点播系统其实就是一个适于教学的VOD（Video On Demand）视频点播系统。它与普通的VOD的区别是：课件点播不仅需要播放语音和视频，而且还需要同步播放教师授课的板书，大多是基于PowerPoint或HTML的讲稿。功能如下：

基于Web：客户端只需要一个Web浏览器和支持流媒体播放的插件。基于Web：客户端只需要一个Web浏览器和支持流媒体播放的插件。授课实况的数字化：教师授课的视频信息转换为流媒体的兼容格式存储在服务器中。同时教师使用的PowerPoint或HTML的也存贮服务器端。视频和授课讲稿的同步播放：教师的授课视频将和PowerPoint或HTML的讲稿同步播放。用户可以暂停到某一个PowerPoint或HTML的讲稿观看当时的授课实况，也可以暂停到某一段授课实况来观看相应的PowerPoint或HTML的讲稿。

基于流媒体广播的同步授课系统 不同于点播，流媒体广播的同步授课系统并不事先存储视频而后播放，而是直接广播到一组客户端播放。因此，它是实时和同步的。功能如下：支持多个教室的视频同时广播：多个视频流可以同时向不同的教室广播。用户可以在这些教室中进行切换，观看不同授课实况。支持服务器端的广播数据备份：在Stream服务器中能够将数字化后的Stream视频数据备份存贮以便为日后的点播服务。支持同一页面中的多窗口显示不同教室的广播视频：利用SMIL，可以在同一个浏览器窗口中显示多个视频广播流。用户能够同时看到不同教室的授课实况的视频。

(3)师生交互工具 • 传统文本交谈：包括私人交谈和公众交谈两种方式。 • 软件共享白板：软件共享白板是一个为在Internet环境进行教学的教师和学生提供文本以及图形共享的区域。共享白板实现了传统教室中黑板的功能。 • 语音交互 • 视频交互：为了减少网络的流量，视频交互仅为一个可选项。 • 树状课程内容索引机制：在每一个交流环境中应具备一门主题课程，课程是以树状目录的形式组织的。

（4）、网络题库管理系统 基于Web的题库系统用于支持教师和学生通过网络进行组卷并进行相应的测试。题目内容主要是各级各类学科内容的测试题、达标题等。基于Web的题库系统能够完成一般的题目管理功能，还能对学生的测验结果进行统计分析。

网络题库管理系统功能模块图

其中：教师远程组卷是指教师通过在浏览器中输入相应的组卷参数，系统自动组出一份符合要求的试卷。试卷以HTML或RTF方式呈现。其中：教师远程组卷是指教师通过在浏览器中输入相应的组卷参数，系统自动组出一份符合要求的试卷。试卷以HTML或RTF方式呈现。个人远程组卷是指学生可以针对自己的学习特点，输入组卷参数，形成针对性的练习试卷，试卷以HTML主页或RTF文件的方式显示。网络题库采用基本技术路线是：本地管理、远程使用。所谓本地管理是所有试题库的管理工作，包括试题的录、删、改都在本地局域网上运行，采用客户/服务器（C/S）的体系结构；远程使用是指题库的用户可通过浏览器远程使用，采用浏览器/服务器（B/S）体系结构。

（5）、考试与评价系统 首先，远程考试系统具有快速和高效的优点。其次，远程考试的另一优点是“远程”：试突破了地域和时间的限制。此外，利用远程考试系统可以实现更高级的考试功能，更好地达到考试的目的：如最近出现的自适应考试、多媒体考试等。

第四章 基于 Web 的学习系统设计