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（collaborative learning）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（NCETM）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3D CAD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（Rochester Institute of Technology）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（The Entertainment Software Association）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Cryo公司和Canal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Power Up（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

教育游戏是含有教育目标的游戏，是通过游戏的方式，以计算机软件的形式为学生营造一定的情境，以引导、训练、模拟等强化学习效果的一种学习方式。游戏中情境的设置有利于学生获得直观体验，又因游戏本身的竞争性、趣味性提高了学生在情境中的参与度，从而在游戏中完成关于知识的意义建构。

美国科学家联盟推行的“学科学计划”服务中有一款关于学习生物学的“免疫攻击”3D立体游戏，该游戏目前获取了良好的效果，现已经被全美14所高中采用，有大约1 000个教师使用此游戏进行教学。教师可利用该游戏对免疫系统模拟，依托形象、直观的画面，结合书本知识使学生理解结缔组织与红、白血球细胞等重要生物概念。在游戏中，学生以解救病人为目的掌握一台名为“Microbot Explorer”的小型飞船（飞船的尺寸只有25微米），在3D立体的血管与结缔组织中探索，利用生物学免疫系统相关知识竞赛闯关，游戏过程即为学习和理解免疫系统相关知识的过程。“免疫攻击”将娱乐性与教育性较好地结合起来，一方面利用信息技术使抽象的概念形象化，帮助了学生的学习；另一方面，游戏的竞争性与趣味性降低了学习生物学的枯燥，提高了学生学习的积极性与主动性。

图6-2 “免疫攻击”游戏界面

（二）QA引领的探究学习

教育游戏通过创设融入教育目标的故事情境，引导学生在游戏中以探究和合作的方式完成游戏任务，不仅能帮助学生建构特定的学科知识，还可拓宽学生知识面、发展学生合作能力、提高学生社会责任感。Quest Atlantis（QA）是印第安纳大学学习与技术研究中心 Sasha Barab教授主持的一个基于MUVE环境的教育游戏项目，QA自2006年1月至今已经发展到5.0版本，QA在科学、历史、文学、艺术和社会研究等学科和领域学习效果显著，在过去的五年中超过65 000名分散在五大洲的儿童参与该游戏，并已经完成了成千上万的任务，其中一些由教师根据一定的学习任务分配，也有许多是由学生选择在他们的空闲时间来完成。QA采用网络游戏的角色扮演模式，学习者可以在QA的虚拟世界中漫游，虚拟世界的任务和问题都与学科知识的学习密切相关，游戏中的“探索”过程包含着一定的教育目标，使学生在游戏的过程中构建关于社会、历史、文学等学科的知识。QA还提供了多样化的交互工具、丰富的学习资源以及作为激励机制的“积分进阶系统”，促进了学生在完成任务过程中的交流与拓展知识的学习，培养了学生多方面的能力。QA的学习者操作界面如图6-3所示，主要包括虚拟环境、个人面板及聊天区[5]。

图6-3 QA游戏界面截图

四、社会性虚拟社区支撑大规模合作学习

作为典型的Web2.0工具，大型社会性虚拟社区不仅实现了从用户接受信息向用户创造信息的转变，而且其良好的交互性及丰富的用户参与性，促进了社会性虚拟社区成员之间的沟通、交流。随着Web2.0技术在教育领域的广泛应用，大型社会性虚拟社区也成为学生开展合作学习的重要平台。

近年来，随着Facebook、Twitter、MySpace、Flickr和YouTube等社会性网络工具的广泛应用，BBS等传统在线社区已经逐步被大型社会性虚拟社区所取代。美国的一个官方调研发现，56%的年轻人利用社会网络站点、MySpace 、Workspace及Facebook等社会性虚拟社区开展创作活动[6]。这些大型社会性虚拟社区将世界各地的人群通过网络组织到一起，因此，非常有易于开展大规模的跨国、跨地区的合作交流。例如，新媒体联盟将来自世界多个国家的专家聚集在Wikispace平台上，通过成立专家委员会开展地平线项目的研究。同样，这些大型社会性虚拟社区也为世界各地的学生开展合作学习创设了良好的平台。2012年秋季，美国非营利组织Project Tomorrow对364 000名K-12学生进行了调查，数据显示，38%的学生固定使用Facebook来与同学合作学习[7]。而且，Facebook于2012年推出的“学校社团（Groups for Schools）”功能，为学生开展构建学习共同体、开展合作学习创设了更好的环境。除此以外，国际上还有一些面向特定地区的半开放大型社会性虚拟社区，例如，欧盟于2005年建立了面向欧洲国家学校的eTwinning合作平台，该平台开辟了专门用于欧洲各学校、教师、学生开展项目合作的TwinSpace虚拟社区。

（一）基于社会性虚拟社区的远程协作学习

大型社会虚拟社区将世界各地的学习者组织在一起，为不同国家、地区的学习者开展合作、交流提供了更加自由、开放的环境。学习者及其助学者（包括教师、专家、辅导者等）共同构成一个交互的、协作的学习团体，其成员之间以网络为通信工具，经常在学习过程中进行沟通、交流，达到获取知识、共同完成一定的学习任务，并形成相互影响、相互促进的人际联系。

日本的媒体传播中心和匈牙利的Károli Gáspár大学自2008年开始就进行了远程协作课堂的尝试。2010年下学期，日本媒体传播中心的16个学生与匈牙利Károli Gáspár大学日语专业的8个学生共同参与了两校联合组织的基于外语学习课程的远程协作学习，在课程开始前，两国共同在Facebook上创建了一个“日本—匈牙利远程协作”小组。学生参与远程协作学习主要包括以下流程：①在课程的开始，每个学生先创建自己的Facebook账户，然后加入“日本—匈牙利远程协作”小组中；②日本和匈牙利的学生分别与自己国家的同学按照自愿原则组成3～4人或2～3人的学习小组；③分组完成后，每个小组选择一个研究主题，Facebook小组为每个主题创建了一个讨论区（Discussion Thread）；④针对每个研究主题，学习小组内的学生需要探讨日本与匈牙利的相似点和不同点。Facebook小组为学生提供了两个渠道发布信息：“讨论板”（Discussion Board）和“信息墙”（The Wall）。“信息墙”用于教师发布公告或者学生对整个班级发布信息，“讨论板”用于小组内部沟通、交流，此外，学生还可以通过Skype进行实时交流。学生在挑选好主题进行讨论时，使用Google DOCs演示文稿创建主题讨论框架，最后上传至Voice Thread（免费的演示文稿分享网站），Voice Thread允许学生对演示文稿的每一张幻灯片添加配音或视频注释。在为期三个月的课程时间内，8个匈牙利学生和16个日本学生在“讨论板”共发布了123条评论，发送了32条信息到“信息墙”，分享了23张照片到Facebook小组[8]。

（二）社会虚拟社区支持的跨地区项目合作学习

大型社会性虚拟社区能够为学习者提供跨时空的学习交流环境，具有共同学习目标的学生可以通过创建学习小组针对特定的学习主题开展探究性的合作学习，通过学习社区成员之间的协作交互、资源分享，共同构建社会性知识，促进文化的交流。

欧盟构建的eTwinning平台就是一个连接了欧洲各国的学校、教师、学生的大型社会性虚拟社区，学习者在eTwinning平台上可以与欧洲其他国家的学生开展项目合作学习。学习者通过eTwinning实现项目合作学习的主要流程包括：①学习者首先通过eTwinning的“搜索合作伙伴”（Search Partner）模块和“寻找搭档论坛”（Partner Finding Forum）来寻找与自身学习兴趣相同的学习伙伴；②学习者找到了学习伙伴后，可以根据共同的兴趣创建新项目（Create a New Project）；③在开展合作学习的过程中，学习者可以使用维基（Wikis）对同一主题的内容同时进行编辑，实现方便、快捷的协同工作，也可以利用Moodle和Skill2Skill等数字化学习平台开展远程协作活动，此外，还可以使用eTwinning提供的RSS、社会书签等工具进行资源的共享。学习者在项目合作学习的过程中可以利用eTwinning平台提供的项目管理工具查看项目进展日志（Project Diary），也可以通过“Project Card”寻求支持、建议等。截至2014年3月5日，33个欧洲国家的118 811所学校已经在eTwinning平台上注册，该平台现在有239 564位注册用户，当前有6 047个正在开展的学习项目。

[1] Amy Jung. Get to know Engkey and Kibot！ South Korea's Most Famous Education Robots[EB/OL].http：//www.advancedtechnologykorea.com/6372/，2014-03-04

[2] 赵建华，李克东.协作学习及其协作学习模式[J].中国电化教育，2000（10）：5-6

[3] 制造经理人网.3D打印技术在英国学校试点由教育部门发起[EB/OL]. http：//www.zhizaoye..net/3D/dong/2013-01-04/20495.html，2014-03-04

[4] National Program is the First of Its Kind to Put3 D Printers in High School Students' Hands[EB/OL].http：//www.makepartsfast.com/2011/09/2349/national-program-is-the-first-of-its-kind-to-put-3d-printers-in-high-school-students-hands/，2014-03-04

[5] Wikipedia. Quest Atlantis[EB/OL]. http：//en.wikipedia.org/wiki/Quest_Atlantis/，2014-03-04

[6] Attwell，G.Web 2.0and the Changing Ways We Are Using Computers for Learning：What Are the Implications for Pedagogy and Curriculum[EB/OL]. http：//comparative.edu.ru：9080/PortalWeb/document/show.action？document.id=15492，2014-03-04

[7] 美国：Project Tomorrow公布K-12年级学生数字学习调查结果[DB/OL].http：//www.ncct.gov.cn/plus/view.php？aid=1329，2014-03-04

[8] Aoki，K.，Molnar，P.Project-Based International Collaborative Learning using Web 2.0 Tools for Authentic Learning of Foreign Language and 21st Century Skills[J]. Proceedings of Ed-media，2011：2349-2353