口算是小學數學教學中的一個重要組成部分,口算能力的高低在一定程度上對小學生學好數學可以起到重要的作用。傳統的口算教學方法內容枯燥,難以激發小學生的學習興趣?？谒阌柧氁话阌山處熁蚣议L出題,再規定學生在一定時間內完成。由于出題形式單一,學生學習口算變成一種強迫性的學習任務,加上出題對于教師與家長來說也是一項繁重的任務,既要在短時間內出一定數量的口算題,又要確保所出題目的隨機性與知識點的全面性,在學生完成口算題之后又要花大量時間進行手工批改,確實讓許多家長大傷腦筋。因此本文研究如何設計開發出一套自動化、高效的口算出題訓練系統,以減輕教師與家長的出題工作量,并以趣味性的游戲形式,提高小學生的學習興趣。
隨著智能手機、平板電腦的普及以及3G、4G網絡的發展,移動學習資源開發已經有了長足的發展。
筆者對近三年內移動學習資源開發方面的文獻研究表明,大多數移動學習資源是面向成人學習、終身學習而開發,而對兒童教育應用方面的研究較少;針對外語學科單詞記憶,綜合學科常識性、科普性、實驗演示型的教育比較多,而對于數學學科的教學涉及較少。課題研究的自動出題訓練系統適應于IOS/Android移動系統運行環境,可以實現教師或家長隨時隨地利用移動設備進行自動化出題,學生隨時隨地利用移動設備進行快樂學習。
一、微型移動學習的含義
微型學習是近年來開始關注的一種新型學習形態,所蘊含的“micro”既有內容的微、小、輕等含義,也意味著微小的學習組塊可以通過輕便的學習設備獲取和存儲,并在輕松的心態中獲得學習體驗。
移動學習是指利用移動電話、個人數字助理PDA、Pocket PC等無線移動通信網絡技術以無線移動通信設備獲取教育信息、教育資源和教育服務的一種新型學習形式。
移動學習體現了學習的移動性,微型學習體現了學習過程的精悍,二者相結合為微型移動學習\\(mm-learning\\)。微型移動學習是繼數字化學習之后出現的又一種新型的學習模式,是利用微型移動設備\\(手機、PDA、iPhone等\\),經由無線通信網絡,開展以內容短小精悍為特征的非正式的學習。小學生生性愛玩,學習注意力容易分散,缺乏耐心與堅持,不適合長時間的學習,微型移動學習資源短小精悍的特點,特別適合小學生的學習。無論家長或學生,學習均可以在隨時隨地情況下進行,其簡單、量少、知識點微型化特點,使小學生容易接受與堅持。
二、微型移動學習的特點
微型移動學習所面對的是一些相對較小的學習單元或時間較短的學習活動,它不僅表現在學習者的地理位置是變化的,學習者與學習內容的獲取方式、交互方式也都是變化的。主要有以下幾個特點:\\(1\\)學習者可以在任何時間、任何地點進行學習;\\(2\\)強調在有限的時間內學習相對短小、松散連接、自包含的知識內容或模塊;\\(3\\)是一種可以利用移動設備或通信技術進行雙向交流的學習方式;\\(4\\)通常以移動終端或網絡為載體,如便攜式移動設備\\(如手機、平板、PDA等設備\\)。
三、微型移動學習的研究現狀
微型移動學習的概念最早在2004年由奧地利研究工作組MINE工作室提出,該工作室致力于微型學習和信息環境的研究。
2005年在奧地利召開第一屆主題為“微型學習”暨“e-learning后的新興概念、實踐和技術”年會,迄今已經連續舉辦了四屆。近年來移動學習的研究很多,如美國在K12教育中開展的移動學習研究,挪威奧斯陸大學以支持醫學專業學習進行PBL的目的的KNOWMOBILE研究,芬蘭坦佩雷理工大學針對協作性學習開發的X-Task移動學習系統等。瑞典Vaxjo大學使用JAVA和XML創建的適應于PDA設備的應用程序C-Notes。我國對移動學習的研究開始于2002年,北京大學現代教育中心教育實驗室承擔并開發了三個版本的移動教育平臺。
CETA移動教育試點網站也為移動學習的實踐奠定了技術基礎。
2009年上海交通大學e-learning lab也開始研究移動學習資源的開發,主要以3gp格式視頻為資源載體。北京開放大學報道說他們現有兩門移動學習課程,計劃明年開發更多移動課程。
四、微型移動學習資源的設計原則
1.實用性原則
微型移動學習是一種隨時隨地的學習方式,因此移動資源的開發必須充分考慮資源的實用性進行設計,即在充分考慮學習者的學習環境與學習條件下,如何幫助學習者有效地解決實際問題、改變學習方式、拓展學習資源、提高學習效率。
2.微型化原則
由于移動學習設備屏幕相對較小,移動中的學習者處于“一種邊緣性的投入與非連續的注意狀態”,微型學習內容應注意短小精悍,力求精練、形式簡單化,即知識單元要足夠短小以便于學習的隨時隨地發生\\(一般每個學習模塊時間控制在5~10min\\)。
3.松散———連接性原則
由于移動學習通常在注意力分散、時間碎片下發生,因此,微型學習內容不能過于系統完整,松散性即以知識點為單位將學習內容片段化,各個片段間應相對獨立。松散性原則不僅有利于學習者充分利用零碎的時間進行學習,并且利于其在較短的時間里掌握一個相對完整的知識片段。由于一個完整的知識體系通常是由若干有著內在邏輯聯系的知識點所構成,因此,我們在將學習內容片段化的同時,也應注意各片段之間的連接性、自包含性。微型移動學習資源知識片段之間的連接性,可以給學習者提供一個完整的知識體系。
4.交互性原則
交互可以實現教學信息的雙向及時流通,不僅能激發學習者的學習興趣。而且能使移動學習者保持較高的注意力水平。因此,微型移動學習資源的開發應盡可能提高移動學習資源的交互性。由于移動通信設備多為觸摸操作,不便于鍵盤輸入,交互設計應盡量避免鍵盤交互。測試與小游戲是最好的交互方式。
5.趣味性原則
由于移動學習者注意力容易分散,因此,移動學習資源的設計應注意內容與形式的趣味性。視頻、動畫與游戲形式較能吸引學習者的注意力。視頻容易實現,但數據量相對較大,不利于網絡傳輸;動畫生動形象,且聲文并茂,能將枯燥或抽象的知識轉化為生動活潑的動畫;游戲交互性強,能刺激學習者的學習激情。
6.通用性原則
通用性可包含不同類型移動設備的適應性、使用的方便性與內容的可重用性。移動設備類型的多樣化使跨平臺開發成為當今移動開發的難題,也是制約移動學習發展的一大瓶頸。移動學習資源應盡量適應多種不同的平臺,如IOS/Android等不同移動應用系統。移動資源的使用應隨時隨地可以方便下載與使用,其安裝與操作方式應簡單易用,而不必涉及不同平臺之間的轉換。由于移動開發的成本較高,重用性可提高資源的利用率。重用性指移動學習資源不僅適用于當前知識點的學習,同時通過適當的參數設置或修改,也可以適用于其他不同知識點或不同學科的學習。
五、小學數學口算自動出題訓練系統的具體實現
1.系統的設計理念
\\(1\\)內容的微型化、移動化。根據微型移動學習資源的特點與設計原則,本系統以小學基本數學計算加、減、乘、除為主要模塊,每個模塊又細分為若干細小的知識單元,如按計算結果范圍劃分:10以內、20以內、50以內……100以內;按“不進位”與“有進位”計算劃分;按計算符號的單一性與混合性劃分:如單純的加、減、乘、除計算,加減混合、加減乘除混合、加減乘除與帶括號混合。各單元模塊精悍細小、使用操作獨立,各知識點由易到難,循序漸進,符合微型移動學習資源松散性與連接性的設計原則。由于小學生注意力容易分散、難以堅持長時間的學習,每個游戲模塊時間大約3~8min,既可以讓小學生在其耐心范圍內完成知識單元的學習,又可讓家長或學生在戶外邊玩邊學習,有效地利用了零碎時間。系統所有內容適應于平板、手機等IOS/Android平臺與PC機Windows系統運行。
\\(2\\)出題的自動化、隨機化。本系統可由教師或家長初始化定義出題范圍,自動化產生隨機的口算題目,題目的隨機性充分考慮知識點的全面性與不重復性。如混合運算中,加減乘除每種計算都按預設的題數出現,并隨機產生。
\\(3\\)游戲的趣味性、交互性。根據小學生的心理特點與學習認知規律,小學生生性愛玩,對生動有趣的事物感興趣。系統的學生端主要采用游戲的形式,把口算題目蘊含在游戲中,讓學生邊玩游戲邊做題,游戲的交互性可對學生的操作進行及時反饋,使學生及時糾正錯誤答案,并在學生完成一個單元的測試之后對操作的正確率進行統計。
\\(4\\)系統的通用性。本系統的通用性體現在內容的適應范圍廣、可重用性高以及多種移動設備的適應性。內容適應于小學1~3年級的“加、減、乘、除”計算訓練,由教師或家長通過設置類型與范圍進行出題,把計算題產生于游戲中或通過口答、打印的形式,讓學生以玩游戲、口頭、書面形式進行口算訓練。通過教師/家長端的設置,既可以分不同的計算類型出題,也可以混合運算出題,如加、減、乘、除單一計算、帶括號混合計算等;并且可以控制在不同的范圍內出題,如結果為10,20,50,…或大于等于100等。系統每次出題均由隨機算法產生,既保證了每次題目的不同,通過預設的多種組合算法,也確保了題型與出題范圍的全面性。這種隨機性與全面性是手工出題所不可比擬的。系統分別開發了PCWindows版本、Android平板版/手機版、iPad平板電腦、iPhone手機版本,其中以Android平板/手機版為主要測試環境,實現了跨平臺的通用性。
2.系統總體結構介紹如圖1所示,本系統分為教師/家長端用戶與學生端用戶兩部分。教師/家長端主要由教師或家長初始化計算題的出題類型、出題范圍、游戲時間、出題總數等參數構成,并可選擇“設置游戲”或“打印輸出”兩種不同的方式。學生端用戶包括“教學演示、口算游戲與自我測評”三個模塊組成。系統根據微型移動學習資源設計的“微型化與松散連接性”原則,對每個知識點進行細分,各知識點相對獨立又互相關聯,由易入難,循序漸進。
\\(1\\)教師/家長端用戶。如圖2所示,教師/家長端用戶可在列表框中選擇“出題類型”,輸入“出題范圍、出題總數和游戲時間”,再選擇“教學演示、設置游戲或打印輸出”三種不同選項以滿足教學需要。
第一,教學演示。教學演示部分作為教師端與學生端的共同部分,可用于教師課堂上的演示,也可以用于學生課后的鞏固學習。教學演示部分主要是各種計算方法的教學演示動畫。如“進位加豎式計算方法、退位減豎式計算方法、表內乘法口訣與計算、帶括號混合運算的規則、有余數的除法計算等”。
每種計算方法均為小學數學1~2年級各單元知識點的重點內容,每種計算方法制作成一個獨立的動畫演示,可用于教師課堂的講解,通過動畫的形式,化枯燥的知識為生動形象的演示動畫,加深了學生對算法的理解。如圖3所示,該圖為“表內除法———平均分”的動畫演示效果,充分體現了生動性、趣味性的設計原則。
第二,設置游戲。此部分一般由家長課后設置計算游戲給學生玩,讓學生邊玩游戲邊做口算題,讓口算題訓練寓教于樂中。教師或家長可根據學生學習需求與時間限制,選擇“出題類型、出題范圍、游戲時間與出題總數”設置生成游戲。在游戲端還可以選擇不同主題的游戲,各游戲主要以當前網絡比較熱門的游戲主題,如“熊出沒、憤怒的小鳥、切水果、QQ農場”等。游戲采用“內容”與“框架”分離的方法進行設計,內容根據教師/家長端的設置而變化,同一個游戲框架可以應用于不同的知識點,游戲的每次運行都會自動更新題目內容,充分體現了系統設計的實用性與通用性原則。
第三,打印輸出?！按蛴≥敵觥背浞挚紤]了系統的實用性原則,根據對一、二年級的數學教師課堂教學與家長課后輔導進行需求調查,一般教師在課前10min會出10~20道口算題給學生訓練,課后每天也會出50道口算題給學生作為練習作業。有時候教師比較忙沒時間出題,這個出題的任務就會交給家長,讓家長在家出題給學生完成。本出題系統正是為了減輕教師與家長的任務而開發。教師在課堂上可以根據當天所學的知識點,按類型、題數隨機生成計算題,通過打印或口頭提問的形式,讓學生完成。
人工出題工作量大,需要考慮知識點的全面性、出題的隨機性與不重復性,利用本系統自動化出題,整合了各種因素的算法,簡單設置便可自動化生成。如圖4所示為打印輸出效果,按“隨機出題”可變換題目,按“打印”可直接打印輸出,按“重新設置”可返回設置端口。
\\(2\\)學生端用戶。如圖5所示,學生端用戶由“教學演示、口算游戲、自我測評”三個模塊組成。學生通過注冊用戶登錄系統,通過學習獲得積分,系統具有保存用戶學習進度的功能。
第一,教學演示部分與教師端相同。
第二,口算游戲。本系統的口算游戲符合移動資源設計的“趣味性、交互性與簡單性”原則。根據眾多家長反映,大多數小學生對計算機游戲很容易“上癮”,很多學生沉溺于網絡游戲而不能自拔。課題針對了游戲的特點與小學生的心理特征,研究如何將游戲對學生的吸引力轉化為學生學習的動力。本系統目前已經開發了10種游戲,利用問卷形式向我市某小學1~2年級抽取5個班級學生進行調查,統計出小學生認為最喜歡玩的10種游戲主題,系統模仿這10種游戲并進行改編,從而開發出能吸引小學生學習主動性的口算游戲。如圖6所示,游戲的交互性體現在,當學生選擇了正確答案時,對應的熊大或熊二會往上跳起并翻跟斗;當選擇了錯誤答案時,熊大、熊二保持原狀,光頭強將帽子往上甩出,正確與錯誤的操作均有不同的聲音反饋。當完成一關的練習后,進入下一關游戲交互形式則會發生改變,每一關游戲結束,系統會自動統計出當前答對的題目、答錯的題目與正確率,并將學生做錯的題目添加到“易錯題庫”中,在下一次出題時重新生成。選擇題只有兩個答案也是體現了簡單化的設計原則。
第三,自我測評模塊。當學生進行一段時間的口算游戲后,可通過“自我測評”模塊檢驗自己。如圖7所示,測評模塊以類似于書面做題方式直接輸入答案,按“提交”按鈕,系統會自動對每道題進行批改,及時給出正確或錯誤的反饋,使學生在最短的時間內訂正答案,及時鞏固學習,按“重新出題”按鈕可以重新出題。該模塊可對學生階段學習效果進行檢驗,比游戲模塊更加簡便、節約時間。
六、總結與展望利用
Flash進行移動開發,具有跨平臺、技術門檻低、簡單易用、生動形象與強交互功能等特點。然而,移動開發的觸屏輸入與PC開發的鼠標輸入不同,移動開發必須用TOUCH類事件;另外,由于移動設備內存的限制,CPU與GPU性能較低,因而要將圖像與渲染優化,對于矢量圖形要進行平滑處理,減少矢量圖形的控制點,簡化復雜路徑可大大提高游戲的平均幀速率。在移動設備GPU模式下不支持的有Flex框架、濾鏡、Pixel Bender的混合及填充、各種混合模式\\(Blend Mode\\),不建議在GPU模式下播放視頻。
Action Script腳本優化:ENTER_FRAME性能優于Timer;使用單一的Listener來控制游戲中所有的對象;去除加載的Swf時用Unload And Stop\\(\\),強制內存的釋放;利用Mouse Enabled和Mouse Children屬性禁用無用的鼠標交互。
利用微型移動學習資源實現小學數學口算訓練系統,有效地解決了教師與家長的任務,其移動化的特點有利于學習可隨時隨地發生而不受時空限制,其微型化的特點有利于學生以小知識單元為單位進行片斷化的學習,充分利用業余與零碎的時間進行學習。根據不同選題在一定范圍內自動化、批量地生成口算題。學生端采用游戲形式,有利于培養學生的學習興趣與主動性,強化了學生的記憶,提高了學習效果。
本系統通過在我市某小學一、二年級進行試用,通過教師、家長與學生的測試反饋意見,不斷修改完善系統。對于教師,本系統的動畫教學模塊不僅適應于課堂教學輔助,其自動出題也適應于課堂教師與學生之間的交互與課后的作業布置;對于家長,能在短時間內根據課程需要快速、批量地生成口算題,大大地減輕了家長的課后出題工作量,其移動化的特點,使家長不僅可利用其進行作業輔導,而且也適應于戶外活動時隨時隨地進行親子的交互學習。
微型移動學習資源開發是當今教育技術領域資源開發的熱點方向,它是伴隨著網絡技術的發展與人們學習生活需要的必然產物。網絡與移動設備的迅猛發展也使人們的學習生活日趨移動化,人類生活節奏的加快,必然導致學習與生活時間的逐步細化?？缙脚_開發也是移動開發者最奢求的夢想,雖然Flash移動開發在當今不是主流技術,但其獨特的優點是其他移動開發平臺所不可比擬的,而且新版本的Flash可以直接轉化成HTML文件,并運行于Android與iOS等不同系統。一種適應社會需要的開發理念與技術必能取得長足的發展,利用Flash進行微型移動學習資源的開發,必然有著相當廣闊的前景。
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