桌面电脑桌面背景图

*基金项目院本研究系教育部人文社会科学研究青年基金项目野一对一冶环境下的班级文化建设研究渊项目编号院11YJC880077冤的系列研究成果之一遥淤http://www.
stellarnet.
eu一、研究背景多用户共享的交互式桌面环境渊interactivetabletopenvi鄄ronment冤袁目前正逐渐成为CSCL研究的热点问题遥对于交互式桌面的关注袁起源于2009年11月在德国举行的主题为野教育中的桌面技术冶的工作坊遥该工作坊由欧洲STELLAR渊SustainingTechnologyEnhancedLearningataLARgescale冤项目淤支持遥本次工作坊活动中来自欧洲各国的CSCL学者集中探讨了交互式桌面这一新兴技术在教育领域中的应用前景遥Higgins[1]将多点触摸交互式桌面界定为野双侧或多侧的袁可以供两人以上同时使用的袁交互式的计算机操作平面设备袁该设备具有非垂直摆放的显示界面袁并具备直接的尧物理性的交互操作功能冶遥Dillenbourg[2]进一步归纳了野多点触摸交互式桌面冶的基本技术特征院以桌台渊table冤形式存在的尧水平渊或倾斜冤放置的尧其物理尺寸允许多个用户同时进行交互活动的计算机操作界面遥交互式桌面输出方式为LCD显示屏袁输入方式为手指触摸为主袁并可连接其他多种外接输入设备遥交互式桌面技术的出现袁引发了研究者和教育家利用此项技术提升教学的乐观期待遥由于交互式桌面技术独有的操作交互性袁它在协作学习方面的影响成为研究关注焦点遥通过与现有CSCL领域研究中Stahl[3]尧Dillenbourg[4]等人的研究对比发现袁交互式桌面技术引发了全新的研究变化院促使CSCL研究对象从野在线环境中的虚拟交互冶转向计算机支持下袁面对面的野真实人际交互冶遥目前袁大多数计算机辅助协作学习环境设计均以在线虚拟设计中协作活动为主袁而交互式桌面则可实现面对面的基于计算机支持的协作活动遥通过真实环境下袁实地触摸尧移动虚拟对象袁学习者之间的协作尧互动和交流将得到极大程度的促进与丰富遥与在线虚拟世界中的协作活动不同袁真实环境下的协作活动将促使学生更好地感知小组成员的个人情感尧语气尧手势尧姿态和意图等人性化信息遥通过交互桌面技术对多用户的物理性协作与协同活动的支持袁将使得学习者的协作学习活动真正实现野计算机技术与真实世界的完美融合冶渊Weiser[5]冤遥从技术层面看袁多点互动桌面技术已经拥有良好的稳定性袁足以形成大规模的产业化生产袁并支持使用开源驱动程序的定制桌面环境遥尽管形式多样袁但由于交互式桌面环境的新特性袁使得其成为了一种完全不同于以往电子设备渊如袁个人电脑尧智能终端尧交互式电子白板等冤的全新信息技术应用遥目前袁交互式桌面技术已经在国内外商业尧广告尧传媒等领域得到广泛应用袁但其在教育领域袁特别是正式学习环境中的应用方式与效果还亟待深入探讨遥从在线协作到面对面协作:基于多点触摸桌面的CSCL研究综述*丁杰1,2吴焕庆3马宁1渊1.
北京师范大学现代教育技术研究所袁北京100875曰2.
江苏师范大学教育研究院袁江苏徐州221116曰3.
曲阜师范大学信息技术与传播学院袁山东日照276826冤[摘要]新兴的多用户交互式触摸桌面技术袁正逐渐成为CSCL研究关注的热点问题遥多点触摸桌面技术与现有课堂的融合袁引发了CSCL研究的视角转变院从关注虚拟环境中的交互袁转向计算机支持的面对面人际交互遥多点触摸桌面的技术特性表现出支持社会性交互尧促进多用户协作尧丰富学习者动手体验等教育适应性遥对已有研究梳理发现袁桌面技术在技术架构尧课堂交互分析的理论框架两方面已取得可直接指导实践应用的成果遥桌面技术教学实证研究的结论表明袁该技术能有效支持真实课堂环境中的协作学习遥未来此领域的研究焦点将集中在技术与教学两个方面院桌面技术与现有课堂信息技术系统协同工作机制曰桌面技术支持下的教师教学组织能力与技术准备遥[关键词]多点触摸技术曰交互桌面曰教学应用曰CSCL曰研究综述曰在线协作曰人际交互曰协作学习[中图分类号]G434[文献标识码]A[文章编号]1672要0008渊2013冤01要0045要0945UnRegistered二、多点触摸桌面技术的教育适用性美国著名教育与技术变革专家Cuban[6]认为袁任何新技术融入教育场景的主要动力来自于技术特性对学习效果的促进遥在CSCL领域中袁存在两个对待技术在教育场景中应用的误区院过分泛化渊over-genaralization冤与过分预期(over-expecta鄄tion)遥在技术应用的早期袁使用者总是对新技术抱有极大的热情遥随着技术被更广泛地应用袁若缺乏结论性证据来说明技术应用对可测量的学习结果会产生影响袁必然会导致技术应用热情的衰减袁造成设备投资浪费遥Cuban[7]尧Higgins[8]等多位学者都指出袁野技术本身并不包含内在的和固有的教学法属性冶袁为了避免一项新技术的盲目应用袁必须在其投入教育场景之前探讨其教育适用性遥而对于多点触摸桌面技术来说袁还需要详细分析它独特的功能属性袁探讨其与现有数字化设备的区别与联系遥多点触摸桌面实质上就是水平放置的带有触摸屏功能的计算机渊见图1冤袁因此袁常见的教育应用软件都可运行在多点触摸桌面环境上袁实现操练尧模拟仿真尧建模尧多媒体呈现等功能遥在实际课堂中可进行选择题测试尧文本阅读活动或单纯的识记练习等学习活动遥单纯从软件与功能层面看袁多点触摸桌面环境与其他数字化设备一样袁自身并不具备促进协作学习和知识建构的固有特性遥深入分析多点触摸桌面技术与其他设备的区别则可以发现袁虽然只是简单地改变了交互界面渊屏幕冤的放置方式袁但却带来了全新的教育应用遥图1多点触摸桌面支持学生协作渊图片来源院英国杜勒姆大学SynergyNet项目于冤渊一冤支持野共场性冶渊co-location冤和社会性交互交互问题是CSCL研究的核心问题之一袁而学习者面对面交互并不是一个全新的研究切入点遥CSCL领域中的早期研究袁如袁Roschell[9]所关注的正是两名学习者共同分享一个电脑屏幕的场景袁但之后的研究重心则逐渐偏离物理环境中的学习者交互袁多侧重在虚拟环境中的在线交互活动遥主流CSCL学者大多倾向于考查协作小组成员通过网络平台袁以非面对面的形式进行同步或异步的交流尧问题解决尧知识分享等活动袁所关注的技术工具多为网络平台尧即时通讯软件袁并由此衍生出虚拟学习空间与交互界面的设计与应用理论遥然而袁学习者在物理空间中的共场性问题却伴随CSCL研究发展一直存在遥所谓野共场性冶袁英文称之为co-location或co-presence,是指野两个或两个以上的人或事件袁在同一时间尧同一物理空间内的并存冶遥Stewart[10]的单屏显示群件尧Koschmann[11]的多屏显示群件或者Inkpen[12]的多点输入设备等袁都是CSCL学者们对用户野共场冶中的计算机支持交互活动进行探讨时所关注的技术设备遥多触点交互桌面正是这条研究思路演化的最新技术形式遥在正式学习场所袁如学校教室袁学生们在计算机支持下的协作活动必然会带来野共场性冶交互问题遥学习者在CSCL环境中的孤独感问题和以协作加工为目的社会性交互袁一直是传统CSCL研究中的薄弱领域遥在教室场所中袁CSCL学习者野共场交互冶的高度社会性是远程学习者在网络虚拟社区中不可比拟的遥学习者在同一物理空间中的CSCL活动虽然仍然存在利用计算机支持在线交互袁但更多则是通过目光尧手势尧语气等社会性交互来促进协作交流遥而现有数字化设备大多以野垂直冶摆放的尧独立分割的野个人桌面冶渊desktop冤为主袁无法从技术角度适应和支持学习者共场性条件下的社会性交互遥因此袁从理论上讲袁在正式学习场所中引入水平放置尧多人共享的野多点触摸桌面冶渊multi-touchtabletop冤袁确实能改善技术对真实环境中社会性协作交互的支持效果遥渊二冤支持多用户协作多点触摸桌面技术背景下的多用户渊multi-users冤与虚拟学习环境中的野多用户冶含义有所不同院在网络学习平台上袁每个用户都有一个独立账号袁而使用多点触摸桌面的用户在一般情况下则不需要拥有个人账户遥由于用户登录模式不同袁多点触摸桌面与个人终端设备渊如袁个人电脑尧笔记本电脑尧智能终端等冤在课堂应用中的本质也有区别遥Dillenbourg生动地指出袁野多点触摸桌面渊multi-touchtabletops冤和个人数字桌面终端渊digitaldesktops冤的差异充分体现在两者英文单词差异所代表的隐喻院野table冶是一个社交性场所袁而野desk冶则是一个私人空间遥个人电脑或笔记本电脑在课堂教学中也可以支持学生的协作活动袁但本质上这些设备是以个人应用为设计出发点的遥个人电脑可以通过网络和软件实现多用户协作袁但其设备的物理属性却是适于个人操作的遥多点触摸桌面由于其输入技术尧物理尺寸和屏幕摆放方式等方面的特性袁则可以实现多个用户实时的尧共享的尧协同的操作遥针对这一野多用户协同冶的特性袁Kaplan[13]指出袁触摸桌面技术在本质上是一种更加促进人际交流袁而不仅仅是人机交互的计算机渊intrinsicallyinterpersonalcomputers冤遥由于多点触摸桌面在最大程度上实现了多用户的分享展示袁这一特性很容易让人联想到目前在教室中广泛应用的电子白板技术遥单纯从技术层面考虑袁交互式电子白板会被认为就是一台野垂直冶摆放的触摸桌面遥但两者教育应用的设计理念却完全不同院电子白板在课堂上更多的作用是提高教师讲授的效率袁本质上是一种促进教学的工具曰而触摸桌面的设计出发点则是一种促进学生动手参与尧亲身体验协作的学习工具遥但经过适当的设计袁两者可以在教室环境中相互补充于http://tel.
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uk/synergynet理论前沿荨荨46UnRegistered使用袁共同促进教与学的质量和效率提高渊见图2冤遥渊三冤获得亲自动手的体验触摸桌面更自然的操作方式袁使得它能更好地起到支持动手实践活动遥多点触摸桌面在课堂环境中袁最主要的交互操作为通过手指或其他点触设备渊如袁笔尧指针等冤移动界面上的虚拟对象或物理对象渊见图3冤遥基于此项技术特点袁英国杜勒姆大学历时三年的研究结果显示袁触摸桌面适用于需要具体动手操作的学习任务和带有问题解决性质的学习过程遥因此袁目前运行在触摸桌面上的软件主要针对儿童学习者或需要学习操作技能的新手学习者遥图3学生移动桌面图标和对象渊图片来源院英国北部新闻与图片媒体中心榆冤如果作为一个新兴的教学支持技术袁根据以上分析可以看出袁多点触摸桌面技术特性支持了社会建构主义课堂教学理念遥对比现有课堂中的数字化设备袁多点触摸桌面的优势主要体现在院以更自然的方式支持野共场同伴冶渊co-locatedpeers冤之间的动手操作袁促进协作问题解决活动的效率遥然而袁我们知道袁技术应用需要始终抱有服务教学的理念袁Dil鄄lenbourg[14]反复强调袁基于触摸桌面开展的教学活动性质并不一定必须是社会建构性的袁教师应将此技术应用视为在设计课堂教学建构性活动时需要考虑的一种崭新思路遥三、多点触摸技术的基本设计架构根据研究现状分析袁有部分学者对课堂CSCL研究的交互式界面研究袁集中在多点触摸桌面的设计与开发架构方面遥多点触摸桌面开发涉及的硬件技术要素众多袁实现技术也较为复杂袁本文简要回顾Higgins[15]根据课堂教学需求所提出的总体技术构架遥触摸桌面的操作性定义为野带有非垂直放置显示界面袁并允许直接的尧物理方式交互的计算机系统冶袁因此袁触摸桌面环境最基本的要素为院显示界面尧直接交互区和连接区渊见图4冤遥图4多点触摸屏基本技术架构[16]渊一冤显示界面根据多点触摸技术的物理特性袁需要考虑显示界面的两方面问题院几何特征与显示类型遥几何特征描述涉及桌面物理结构的几何属性袁例如院桌面的大小袁形状和倾斜角度遥显示类型则指许多不同的用于平面显示的技术袁如袁从顶向下的投影系统尧集成液晶显示器渊LCD冤遥文献显示袁在显示界面部分袁几何特征的差异袁对于特定学习活动和学习者间的交互都有显著的影响遥1.
几何特征在考虑桌面放置方位时袁一个重要问题是水平表面或者倾斜表面的选择遥虽然最初一些桌面设计为倾斜的袁但这是因为早期的技术限制渊尤其是投影技术的限制冤遥随着显示技术的进步袁现在可以实现完全水平的清晰显示效果遥然而袁Muller-Tomfelde[17]等总结早期对倾斜桌面的研究发现袁倾斜桌面对于任务完成会有积极的影响遥通过建模袁研究者发现袁在进行协作任务时大多数学习者倾向使用倾斜桌面袁因为他们觉得倾斜桌面更便于触及和观察遥因此袁需要设计人员在实际的互动设置和不同任务类型设置中进行深入分析袁以确认桌面放置方式对于任务交互和结果的影响遥2.
显示类型从物理光源类型划分上看袁显示类型可分为视频投影渊间接显示冤和显示器渊直接显示冤遥从光源方向划分上看袁触图2多点触摸桌面支持的课堂教学渊图片来源院英国杜勒姆大学SynergyNet项目盂冤盂http://tel.
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uk/synergynet榆http://www.
northnews.
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uk/article/55747UnRegistered摸桌面的投影又可分为前投影尧后投影遥但是一般来说袁投影设备的分辨率比较低遥研究显示袁分辨率是易读性的重要指标之一遥而且由于阴影问题袁前方投影效果不如后投影好遥渊二冤直接交互区由于开发技术的多样性和教学需求的差异性袁支持多点触摸桌面交互区的软件形式非常丰富和灵活遥因此袁Higgins的技术框架中重点聚焦于桌面的物理和硬件特征遥根据触摸方式不同袁常见的多点触摸交互实现方式分为三大类院感应触摸尧实物操作尧点触物渊如袁触摸屏书写笔冤遥感应触摸指操作者使用手指直接接触桌面袁操作对象为桌面系统中的虚拟对象遥实物操作指操作者利用实物投影与桌面程序进行互动遥感应触摸最主要的优势在于袁手指操作被认为是野最自然的人机交互方式冶渊Shneiderman[18]尧Ryall[19]冤遥而在手写文字输入的可读性方面已有研究显示袁点触物的效率要优于手指操作渊Forlines[20]冤遥但另有研究结果显示袁直接操作渊手指或实物冤能在协作任务中提升操作者对他人动作的意识袁这有助于促进小组成员之间的协作渊Ha[21]冤遥渊三冤连接区连接区的硬件主要分为本地与远程两类遥本地连接主要指触摸桌面直接控制着本地输入/输出设备袁例如袁鼠标尧键盘尧话筒尧摄像头等遥远程连接则指通过有线或者无线渊WIFI或蓝牙冤信号袁将本地桌面系统与其他设备相连接遥由于远程连接功能袁单个触摸桌面可以与其他笔记本电脑尧其他桌面或移动设备进行连接遥因此袁触摸桌面学习环境的构建被赋予了极大的灵活性和可选择性遥四、多点触摸桌面课堂交互应用的分析框架为了使触摸桌面的设计更规范袁更符合教育特有需求袁Dillenbourg[22]和Evans[23]提出了基于交互式桌面教育应用的交互层级体系框架袁将多点触摸桌面支持的课堂协作学习交互分为四个层级院用户要系统交互渊user-systeminteractions冤尧社会性交互渊socialinteractions冤尧课堂整体协同互动渊classroomorchestration冤以及场所境脉渊institutionalcontext冤袁每个层级关注的具体内容如表1所示:层级1尧2尧4所关注的内容在传统CSCL研究中都有涉及袁但层级3却是多点触摸桌面特有的关注内容遥野课堂整体协同互动冶重点关注计算机支持的协作学习过程设计与课堂现场制约因素之间的关系遥只有深入理解这两者间关系袁才能真正实现技术在课堂层面的可用性渊usabilityatclassroomlevel冤遥对于多点触摸技术介入下的课堂教学袁课堂环境中融入了个人学习尧人机协作和计算机支持下的人际协作等多层面的互动活动袁需要教师能够像一个交响乐队指挥家一样协调管理发生在课堂上的多层面尧多因素的学习活动遥这四个交互层级从微观层面的设备到宏观层面的物理环境袁甚至对于学生在技术使用中的心理因素均有涉及袁在每一层面都强调了多点触摸技术特性对设计学习活动的影响遥渊一冤用户要系统交互在此层面主要关注人机交互相关问题以及基于多点触摸桌面的学习任务设计遥Evans在研究中列出了设计多点触摸桌面需要重点考虑六个方面的人机交互问题院触点运动渊movement冤尧操作对象渊Objects冤尧问题属性渊problemstates冤尧反馈时机渊feedbacktiming冤尧遮挡与阴影渊occlusionandshad鄄ow冤尧输入/输出耦合渊input/outputcoupling冤遥1.
触点运动渊movement冤触摸桌面最大的特色在于支持多对象时的多手势操作渊移动尧缩放和旋转冤遥这些手势更加自然和人性化袁但相比传统的鼠标操作袁还是存在精准度和反应速度的问题遥在人机交互的便捷性方面袁手势更无法与鼠标右键的强大功能相比遥因此袁在针对具体学习任务设计软件时袁必须权衡触摸操作的利弊以及桌面互动行为与学习目标的相关性遥适用于触摸桌面技术的学习任务需要具备以下特点院学习目标中强调对任务整体性的感知曰构成学习对象的变量因素数量不能过多曰学习对象要具备一定的空间组织结构曰任务要有连续的操作过程遥2.
操作对象渊objects冤根据界面上的操作对象属性不同袁多点触摸桌面可以分为两类院实物对象渊见图5冤与虚拟对象渊见图6冤遥从人机交互的技术层面上考虑袁处理两种不同属性操作对象的计算速度不同袁而目前的技术现实是处理实物对象的速度要高于虚拟对象渊Lucchi[24]冤遥在这一技术现实条件下袁Evens提出了教育应用时必须考虑的设计问题院如何选择不同属性的操作对象钥解决该问题的考虑因素也可进一步细化为三个子问题院渊1冤学习内容与目标中需要理解和记忆的内容在多大程度上可以嵌入到感知和操作实体对象过程钥渊2冤学习内容的抽象程度如何钥渊3冤实物对象与虚拟对象相比袁能为学习者提供哪些额外信息钥这些额外信息对理解学习内容袁达成学习目标有无帮助钥图5实物操作对象表1多点触摸桌面支持的课堂交互层级交互层级关注内容2社会性交互协作小组成员之间构建良好的知识分享机制袁促进协作任务的完成3课堂整体协同互动课程相关性尧时间分配尧物理空间设计尧课堂纪律尧安全等4场所境脉技术对不同学习类型渊正式/非正式冤场所的适用性1用户要系统交互人机交互尧个体认知负荷尧先前知识准备尧体验尧动机尧学习投入度理论前沿荨荨48UnRegistered图6虚拟操作对象3.
问题属性渊problemstates冤触摸桌面的技术特性决定了它更适用于支持问题解决型的学习任务袁并且要求问题能以位置和方向渊locationandorientation冤属性进行表征遥触摸桌面中的实物操作完全通过手部动作实现袁野撤销冶和野返回之前状态冶也都必须通过手部动作来完成遥因此袁触摸桌面的学习任务应该是单任务袁任务操作的简易性是首要考虑要素遥如果问题在物理空间上有多个水平层面袁或者问题带有多任务管理性质袁那么袁它们都不适合采用触摸桌面进行学习遥4.
反馈时机渊feedbacktiming冤学习场景中的技术应用都必须面对两个层面的系统反馈院对使用者行为的非语言性反应和对使用者回答的语言性评价反馈遥Rogers[25]认为袁触摸桌面技术更适合提供即时的非语言性反应袁从而使得人机交互更具沉浸性渊engaging冤袁而在触摸桌面环境下袁无需总是提供即时的语言性反馈遥即时反馈能为行为与结果之间创建良好的关联性袁但延迟反馈却能促进深度反思遥即时/延迟反馈的选择袁应依据具体的学习目标遥例如袁学习者在进行游戏操作时不会自觉地尧有意识地进行反思袁该项任务的反馈设计就可以考虑即时反馈遥5.
遮挡与阴影渊occlusionandshadow冤如果投影光线在桌面上方袁必须考虑的人机交互方面的问题有院使用者用手指移动对象时会遮挡投影袁导致对象暂时消失遥设计开发人员必须考虑由于遮挡产生的操作对象在视觉上的不稳定问题遥如果操作对象为实物则会带来投影问题袁物体阴影将会影响摄像头的图像处理功能遥这些技术问题虽然不会对学习任务产生直接破坏作用袁但会影响到触摸桌面整体的易用性遥6.
输入/输出耦合渊input/outputcoupling冤传统计算机的输入/输出设备之间存在分离现象袁例如袁鼠标操作区域与垂直摆放的电脑屏幕之间没有物理性接触袁而触摸桌面则将这两部分区域融为一体院不仅输入/输出设备在同一水平面上袁而且操作区域也重合遥因此袁触摸桌面技术比传统电子设备更适合需要迅速移动对象的学习任务遥鼠标操作与实物操作最大的区别在于袁鼠标运动与光标运动之间是野相对冶性关联曰而实物操作则是通过操作具体实物进行直接的野绝对冶定位遥由于这一特点袁Dillenbourg提出需要引起设计人员与教师注意的问题是院必须结合学习目标和学习者特征考虑对象操作的运动与定位问题遥例如袁低龄学习者或技术新手学习者采用直接的实物操作方式更有利于知识和技能掌握遥渊二冤社会性交互CSCL研究的基本内容就是促进学习者之间的交互袁因此在社交性交互层面袁触摸桌面的设计者需要考虑以下五个方面因素院1.
相互依赖性渊Interdependence冤学习者之间的相互依赖性一直是影响协作学习的重要考虑因素遥在多点触摸桌面环境下袁不同桌面操作动作要求学生之间的协作程度不同袁有些操作需要一个手指的运动渊如袁移动目标冤袁有些则需要更多手指的运动渊如袁放大目标冤遥设计学习任务时必须考虑软件能够支持的相互依赖程度问题遥2.
共享的工作空间渊Sharedworkspace冤原则上袁触摸桌面环境中学生互动也应遵循计算机支持协同工作渊CSCW冤的基本原理院野你见即我见冶渊whatyouseeiswhatIsee冤遥通过触摸桌面袁不仅所见内容一致袁学习者还可以看到同伴在共享工作区域中的动作行为遥由于桌面摆放位置条件不同会导致不同学习者实际的视角不同袁Higgins更倾向于将触摸桌面视为一种野准要要要你见即我见冶环境遥在大型触摸桌面环境中尧任务内容过于复杂或学习者数量较多等情况下袁学习者很可能是在各自工作区域中完成自己的子任务之后袁再进行成员间的共享与协作遥因此袁设计学习任务内容和程序时袁必须要考虑到协作工作区域转变的问题遥3.
展示方位渊Displayorientation冤在单屏展示的协作小组中袁所有学习者面对展示屏幕的视角完全相同遥触摸桌面环境下学习者则是围绕在桌面四周袁就像在现实世界中真正的圆桌会议一样袁每个人看向桌面的视角不同袁在协作过程中会不断地自动调整内容以达到有效分享与交流遥因此袁在设计协作任务时存在一个关键性的展示问题院桌面软件是以复制或旋转的方式为不同视角的学生提供完全相同的展示内容袁还是充分利用学习者视角差异袁结合教学内容尧教学方法设计出具有不同的展示内容遥4.
集体工作记忆渊Groupworkingmemory冤当学习者在触摸桌面上操控实物或虚拟对象时袁对象就代表了要解决的任务的当前状态遥因为在触摸桌面上进行协作时对象呈现的是野你见即我见冶状态袁因此袁操作对象就成为了野集体协作交流内容的基本来源冶渊Dillenbourg[26]和Traum[27]冤遥触摸桌面能呈现共享的问题表征袁学习者在交流沟通时面对的是共同的工作内容遥因此袁在设计协作活动时袁必须仔细考量操作对象渊实物或者虚拟对象冤的结构和表现方式等特征袁以及对象特征与问题解决方案之间的关系遥5.
个人空间边界渊Territoriality冤在触摸桌面支持的协作学习活动中袁个人学习渊操作冤空间设计是另外一个必须面对的问题遥学习者是否有必要接触并操作到整个桌面环境钥还是仅仅能在个人物理空间附近进行操作钥学习者是否可以沿着桌子边缘走动钥操作对象是否应该分配给特定的学习者还是任意选取钥Dillengbourg[28]给出的解决这些问题的思路为院根据CSCL脚本中不同的角色渊roles冤划分个人空间边界袁在任务进行的过程中按照桌边方49UnRegistered向进行角色轮换遥渊三冤课堂整体协同互动由于触摸桌面的技术特性袁在传统教室环境中放置4-5台桌面设备袁将会给教师的课堂管理带来巨大的挑战渊见图1冤遥教师在这一全新的技术生态环境中袁需要承担起更加复杂的统筹协调作用遥教师作为触摸桌面学习环境的主导者袁需要考虑协调的基本要素有如下五个方面院1.
工作流整合渊Workflowintegration冤在触摸桌面学习环境中袁技术设备众多袁教师首要考虑的问题就是院基于触摸桌面的学习活动如何与传统的课堂学习环节结合钥教师必须认真分析学习目标袁分析复习导入尧阅读或教师讲解等传统环节中的教学内容袁并以此为依据设计恰当的触摸桌面学习活动袁选择合适环节插入这些活动遥教师需要面对的另一个关键问题是院如何评价触摸桌面学习活动的学习结果钥由于学习者身处桌面的不同位置袁教师必须要设计协作学习结果的保存尧呈现方式袁保证所有学生袁尤其是当学生完成的个人任务内容不同时袁都能有良好的视线条件遥2.
过度视听影响渊Over-hearingandOver-seeing冤当教室里有多台触摸桌面学习小组时袁学习者容易在听觉和视觉上受到环境的影响遥但也有CSCW渊计算机辅助协同工作冤学者渊Schmidt[29]与Bannon[30]冤认为袁从促进成效的效度来看袁同伴的语言与操作过程也可以成为与主任务关联的相关任务渊articulationwork冤遥根据这样的环境特点袁教师需要考虑的问题为院是为不同组间设计不同的任务以避免抄袭袁还是设计相同的任务以促进组间协作与竞争曰一些设计人员利用学习者倾向于环顾四周的视觉习惯袁在教室中放置公共显示设备袁来提供与任务相关的补充信息遥3.
互联性渊Networking冤多台触摸桌面可以把教室空间分割为多个子空间袁教师可以通过设计袁将这些子空间联结起来袁组成一个有机的教学整体袁在全班层面开展更大规模的协作活动渊组间协作冤遥例如袁在日本学者Sugimoto[31]的研究中袁学习者在一个触摸桌面上创建的虚拟城市中产生了具有污染效果的风袁通过软件连接与模拟袁野污染风冶吹向在另外一个桌面上创建的虚拟城市遥在考虑互联性问题时袁连接效果与学习内容必须紧密相关袁并在教师的控制之下遥在英国杜勒姆大学的野新力量网冶项目渊TheSynergyNetproject冤中袁所有的触摸桌面都与教师的协调控制台相连遥4.
诊断和评价渊DiagnosisandAssessment冤鉴于触摸桌面的跟踪与记录功能袁研究者们对该项技术在提升学习结果诊断与评价方面的潜力袁持非常乐观的态度遥每个阶段学习过程记录都可以实现电脑自动评分袁或保存起来作为日后教师进行人工评估的数据遥Dillenbourg[32]建议袁将智能专家系统与触摸桌面技术结合起来以实现更好的学习评价遥5.
设备与互操作生态系统渊Ecologyofdevices&interop鄄erability冤目前袁多点触摸技术已经相当稳定和精确袁已经可以满足课堂教学层面的多用户并发使用需求遥这一技术进入传统教室袁正改变着学习者在教室环境中对个人数字化设备的感受与使用习惯遥可以说袁触摸桌面技术与现有数字化设备构成了更加复杂的课堂技术生态环境袁这将为教师维护尧管理尧协调这些设备之间的相互操作带来挑战遥渊四冤场所境脉多点触摸桌面可以在多种场合应用遥如前文已经提到的袁在非教育场所中该技术已经发挥了巨大的展示尧娱乐和教育的功能遥教育研究者们可以充分从这些不同场景的应用现状中获取对教育活动设计的启发遥1.
正式场所中的非正式学习多点触摸桌面外形以及操作特点袁使得该技术在教育场所中表现出更大的激趣功能遥相关研究发现袁学生更乐于把该桌面当成一个娱乐游戏环境袁而不仅是电子化的学习环境遥通过触摸桌面袁学生可以在传统教室中获得更轻松有趣的学习体验遥Dillengbourg[33]注意到袁在课堂上能够站立着学习袁并可以走动激发了低年级学生很高的学习积极性和投入度遥触摸桌面技术形式的新颖性再配合相关的学习软件袁更加模糊了课堂上学习与游戏的界限遥学生们可以利用触摸桌面技术袁以协作游戏的方式完成学习过程袁同时袁仍然可以发挥传统课堂中教师监控的优势作用遥2.
文化性触摸桌面技术的野公开冶展示性带来了一个课堂野错误敏感文化冶的问题遥野公开展示性冶的优势在于学生良好的操作技能可以更大范围地被展示袁但随之而来的问题就是学生的错误操作或偶尔的学习错误也会被暴露给全体小组成员遥不同文化环境中的课堂对野容错冶有着不同的处理方式遥Sugi鄄moto[34]研究发现袁学生更习惯于把学习结果呈现在触摸桌面上之前袁先在自己的个人电子设备上完成学习任务遥因此袁教师设计活动时要充分考虑班级文化中对野公开冶错误的接受程度遥3.
跨学科教育应用在恰当的教学法与配套教学软件支持下袁多点触摸桌面能以一种整合的尧跨学科的方式呈现学科知识遥在触摸桌面学习环境下提倡跨学科的整合学习袁除了教学法因素袁桌面软件设计人员和教师应该重点考虑各学科知识点的交叉融合点尧多视角地呈现学习问题袁以及学习活动中协同知识建构的问题遥例如袁目前全球教育领域中备受关注的科学尧技术尧工程和数学渊STEM冤的整合教育形式袁就非常适合在交互式触摸桌面环境下实施遥五、多点触摸桌面技术的研究现状最早在CSCL领域中探讨触摸桌面技术的研究为科罗拉多大学博尔德分校开展的野增强视觉与发现合作实验室冶渊EnvisionmentandDiscoveryCollaboratory袁以下称EDC冤项目遥Arias[35]和Eden[36]探讨了交互式桌面环境下以兴趣驱动为主的野共场冶探究协作学习活动遥该研究采用的交互桌面在现今技术条件下看略显粗糙袁但研究理念却十分新颖有趣遥研究者将一块普通的交互式电子白板水平放置袁显示方式为置顶投影袁采用实物操作对象作为输入方式袁让被试者在这一共享的屏幕环境下协作设计所居住小区环境中的建筑物以理论前沿荨荨50UnRegistered及景观布局渊见图7冤袁同时袁在教室环境中又垂直放置了第二块电子白板作为提供补充信息的展示遥研究结果发现袁当时简陋的互动桌面技术条件带来众多影响协作效果的问题袁其中包括只支持单用户轮流操作尧实物感知效率低下尧界面操作不流畅尧实物模拟与思维建模之间的不连续等遥EDC研究团队根据野实现自然尧流畅的操作冶这一原则袁针对这些问题进行了技术改造袁解决了多点触摸尧自动感应实物尧并发交互等技术局限遥该项研究作为CSCL中交互桌面技术的前期探索袁其研究结论尧技术思想为后来大量的多点触摸桌面技术研究与开发奠定了基础遥图7EDC桌面环境虞在早期研究中多把重点放在技术层面袁而随着技术手段的提高袁以及对技术应用于教学的实践活动大量开展袁研究者们已经开始在很多不同教育场景中探索触摸桌面技术的应用效果遥从研究对象上看袁由于强调交互过程的自然性袁触摸桌面技术研究的关注对象大多为儿童袁因此袁所开发的应用程序有明确的适用年龄划分遥从技术适用学科的角度看袁物理尧数学尧逻辑和艺术等都在研究考查范围内遥从研究结论上看袁在早期多点触摸技术的应用研究中袁Mansor[37]与Rick[38]分别调研了儿童在学校环境中使用多点触摸桌面开展学习的基本情况,研究结论中并没有给出多点触摸桌面支持的新型协作交互方式对学习产生的具体影响遥Rick[39]在野数字拼板冶项目渊TheDigiTileProject冤中袁针对9-11岁的小学生袁设计了一套探究数学与艺术关系的软件工具包渊见图8冤遥该研究把野在触摸桌面上使用该工具包袁并在学习过程中分享各自手中不同形状和色彩的图形冶作为实验条件袁两组同时完成相同的数学任务袁实验组使用触摸桌面和学习软件工具包袁控制组则完全不使用以上条件遥参与研究的学生要完成三个难度逐渐递增的数学任务院任务1为摆出一个一半红色尧一半黄色的图形曰任务2为摆出一个4*4的正方形袁其中有3/8部分为橙色尧3/8棕色袁余下部分颜色自选曰任务3为摆出一个5*5的正方形袁其中1/10为红色尧4/10为绿色尧3/10为黄色尧2/10为蓝色遥任务组与控制组前后的测试对比结果显示袁实验组学生对分数知识的理解要明显优于控制组遥尽管该研究仍然存在诸多局限性袁但是研究者们仍然对触摸桌面支持协作学习的有效促进作用抱有积极态度遥图8数字拼图软件工具包的应用桌面在多触点桌面技术应用效果方面颇具影响力的实证研究为英国杜勒姆大学开展的野新力量网冶项目遥该项目针对小学生设计了带有联网功能的多点触摸桌面袁并以此桌面设备为主袁构建了多点触摸教室环境遥除多点触摸桌面以外袁该教室环境中还配有摄像头尧音频设备尧交流软件尧教师协调台等设备渊见图9冤遥该项目旨在通过将设计良好的触摸桌面技术与传统课堂教学形式相结合袁实现教师与学生之间更好的数字资源共享与交流袁有效提升学生课堂的协作学习效果遥目前袁该项目已经在小学历史尧数学课程中进行了多项教学效果实证研究遥图9多点触摸桌面组成的教室环境[40]在数学课教学研究中渊Hatch[41]冤袁研究者设计了一个具有三个不同阶段的数学协作任务袁每个阶段的难度递增袁根据前后测试结果考查32名六年级小学生袁在多点触摸桌面为主的教室环境中对数字理解尧计算能力的掌握情况以及灵活运用能力遥研究结果发现袁小学生可以通过同伴观察尧协作袁掌握解决数学问题的创新策略袁从而获得对数学知识灵活运用的能力遥在历史课教学研究中渊Higgins[42]冤袁研究者采用混合研究方法袁对比了在多点触摸桌面技术与纸质学习材料两种不同条件下袁32名10-11岁小学生对历史事件材料的理解效果遥虞http://firstmonday.
org/htbin/cgiwrap/bin/ojs/index.
php/fm/article/view/1323/124351UnRegistered愚http://vislab.
cs.
vt.
edu/~vislab/wiki/index.
phptitle=Tangram研究设计的学习任务是院学生根据教师提供的历史资料线索袁找出导致18世纪英国一次矿难的主要原因遥学生可以在触摸桌面上寻找相关历史资料的野电子纸条冶袁而对照组则采用纸质字条遥研究结果发现院通过良好的桌面软件设计和学习任务设计袁触摸桌面技术可以有效促进小组内学生的协作交互袁从而促进他们对历史知识的理解和掌握遥另外还有一些较为有名的触摸桌面研究都积极探索触摸桌面这一技术在不同学科教学中的适用性遥Dillenbourg[43]使用野智慧桌面冶系统渊TheSMARTTableSystem冤来考查实物操作对象与虚拟操作对象在小学低年级数学学习中的不同效果遥在另外一个名为野七巧板桌面系统冶渊TheTangramTable鄄topSystem冤的研究中袁桌面提供了三种操作对象模式袁从完全的实物操作到完全的虚拟对象操作袁小学生可根据学习需求选择不同的操作模式愚遥Streng[44]的野辩论桌冶渊ArgueTable冤项目袁则探讨了触摸桌面支持两名学习者在辩论过程中的协同知识建构过程遥学习者通过拖拽野虚拟笔记冶建立各论点之间的关系袁实现自己的论证过程渊见图6冤遥而Kharrufa[45]在野数字谜团冶项目渊TheDigitalMysteriesProject冤中关注改善触摸桌面活动设计方法袁最大限度地外化学习者思维过程和高阶思维技能遥该项目设计尧开发和评估了针对11-14岁学生的交互式桌面学习活动袁通过对学生交互过程的话语分析袁发现有效的触摸桌面活动设计方案会对学生的思维技能发展产生积极影响遥分析现有触摸桌面课堂应用的研究可以发现袁要想取得良好的协作学习效果袁该技术与教学结合时需要从物理环境和教学法两个层面考虑以下三个要素院交互桌面操作与学生协作活动的关系曰交互桌面与传统教室物理环境的关系曰教师调控小组协作与整体课堂学习任务的能力遥六、前景与展望触摸桌面技术比以往CSCL研究领域中关注的任何一种技术手段都更加野实体化冶袁学习者在此环境中进行的操作更加真实尧互动性更强遥学习者如何在更实体化的技术支持下组织尧实施协作活动袁教师如何在教室环境中设计尧协调学生协作活动等一系列挑战袁都将为CSCL研究领域注入更新尧更有活力的研究问题遥目前在CSCL领域中袁国外多点触摸桌面技术研究已经全面展开袁在技术实现尧教学理念和应用实践方面都进行了细致的研究遥相较于电脑尧电子白板等设备袁多点触摸桌面仍然是一种新型技术形式遥Dillenbourg[46]将不同交互层面的技术特点形象地描述为野个人电脑桌面渊desktop冤是个性化的袁桌台渊tabletop冤是社交性的袁电子白板是公共性的袁这三者组成了课堂技术生态环境冶遥因此袁从技术角度来看袁如何实现这三种典型技术在课堂技术生态环境中无缝互操作袁将是多点触摸桌面研究的核心关注点遥从教学角度来看袁教师面对复杂的课堂技术环境所带来的挑战该具备何种教学技能尧技术知识以及协调尧组织和管理技能袁将成为影响多点触摸技术应用的重要因素袁值得相关研究人员在此方面开展深入探讨遥致谢院感谢北京师范大学教育技术学院院长尧博士生导师余胜泉教授的悉心指导袁在论文撰写过程中提供了富有建设性的意见浴[参考文献][1]S.
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[作者简介]丁杰袁北京师范大学现代教育技术研究所在读博士袁江苏师范大学教育研究院讲师袁研究方向为一对一数字化学习理论与实践尧学校信息化整体变革等曰吴焕庆袁北京师范大学现代教育技术研究所在读博士袁曲阜师范大学信息技术与传播学院讲师袁研究方向为信息技术与课程整合和教师专业发展曰马宁袁博士袁北京师范大学教育技术学院讲师尧硕士生导师袁研究方向为信息技术与课程整合尧面向信息化的教师专业发展尧一对一学习与环境建构等遥FromOnlineCollaborationtoFace-to-FaceCollaboration:AReviewofCSCLBasedonMulti-touchTabletopDingJie1,2,WuHuanqing3&MaNing1(1.
InstituteofModernEducationalTechnology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875;2.
EducationalInstitute,DepartmentofEducation,JiangsuNormalUniversityXuzhou,Jiangsu221116;3.
SchoolofInformationTechnologyandCommunication,QufuNormalUniversity,RizhaoShandong276826)【Abstract】Themulti-userinteractivetabletophasbeenattractingmoreandmoreattentioninCSCLfieldrecently.
Theappli鄄cationofmulti-touchtabletopintotheclasscausesinnovationofCSCL,whoseresearchfocusisshiftingfromonlinecollaborationtocomputersupportedface-to-faceinteractionandcollaboration.
Multi-touchtabletopshowseducationalaffordances,suchassupportingsocialinteraction,facilitatingmulti-users爷collaborationandenrichingusers爷hands-onexperience.
Basedonthecurrentliteratures,theresultsidentifythatmulti-touchtabletopintheaspectsoftechnologytopologyandtheoreticalframeworkforclassroominteractionhasbeendirectlyappliedintopractice.
Besides,manyempiricalstudiesshowthepositiveeffectoftabletoponstudents爷collaborationinclassroomenvironment.
Also,thefuturestudywillbeconductedintwofields:thecollaborationoftabletopandconventionaldigitaldevicesinclassroomenvironment;teachers爷pedagogicalcapacityandtechnicalreadinessbasedonmultiple-touch.
【Keywords】Multiple-touch;Interactivetabletop;Instructionalapplication;CSCL;Review;Onlingcollaboration;Interpersonalinteraction;Collaborativelearning收稿日期院2012年11月13日责任编辑院刘菊53UnRegistered