数字技术研究

物理数字映射

环境中的行为映射是一个紧密耦合的设计(Antle,2007)，儿童对因果关系(即物理行为输入与数字输出)的理解没有丝毫困难。同表征本身的设计一样，在有形环境中形成解释的一个关键要素是物理一数字映射的设计。然而，此处的研究表明，儿童对科学现象的解释是源于针对物理对象的不同设计，与相关表征、先入之见及以往的现实体验间的相互作用。

从物理关联的角度来讲，这也引发了一些将现实物体映射到虚拟的人工环境中的问题；在这些环境中，物体就表现为其自身。虽然手电筒实际上代表的是手电筒，但这个手电筒无法像在现实世界中那样在三维空间中打开或使用。因而，对物体或行为的系统约束往往无法与现实世界中我们所熟悉的相互作用相比拟。这突出了有形界面设计中的一些问题，可能给儿童学习混合隐喻或从一种隐喻转向另一种隐喻产生影响。物理对象与其在环境中的意义和功能间的映射并不是儿童照字面意义所能理解的，儿童有时候会认为物体具有符号关联。手电筒是直接取自“现实世界”的物品，拥有我们所熟悉的交互可供性，在三维空间中可按直觉来把玩(提起、打开开关)，而不会受到二维平面的限制。然而，此类技术制约能够被迅速适应，手电筒在该环境中的意义(光源)与目的(照亮物体)是明确的、能够理解的。另一方面，彩色积木(虽然代表的就是积木本身)却被认为是其他物品的表征，带来了各种各样的解释。比如，吸收进物体内部的颜色色谱让人们想起了通过棱镜分解白光的普通实验，并让人们认识到积木代表了棱镜。而且，反射概念主要与光学概念有关，致使儿童将积木理解为镜子或透镜，而不是常规的不透明物体(PriceandPontual Falcão,2009)。

对数字效应的理解也受到现实体验与熟悉表征的影响。比如，将吸收的颜色表征为彩色光谱，会让儿童立即联想到彩虹(见图20.5)。尽管儿童看到这个表征会很激动，但这个表征本身似乎并不会促进他们对“吸收”这一现象的理解。事实上，儿童对这一表征的描述是“光以彩虹的形式穿过(物体)”，而“彩虹”一词的反复出现并不在设计意图之内。如此便带来一个问题：这些带有其他目的的表征如何唤起了人们所熟悉的截然不同的现象？这仍然是关于儿童在不同领域间转换能力的问题(Price and Pontual Falcão,2009)。

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这些发现表明，虽然设计者在选择字面关联或符号关联时可能有一些基本依据(参见本章先前讲到的“研究动机：表征框架”部分)，但学习者并不一定会做出同样的关联隐喻推断。物理形态的积木或者说现实积木的使用，再加上用符号表示的理论科学模型，模糊了真实与符号间的边界。研究表明，这至少会带来两方面影响，但也揭示了未来研究的必要性。首先，对与物体相关现象的理解是直觉地以先前的经验为基础的(如把积木看作镜子而不是不透明积木），阻碍了他们对积木物理属性的关注，制约了进一步的推理。其次，虽然使用了真实物体，但其推广至其他物体的能力是有限的。

既然有形系统不只是探讨现实世界的物质性，也将切身体验各种“无形”现象的数字模型聚合在符号模型的日常交互与控制中，那么其关键问题就是如何将精确的现实模型与人工情境有效地糅合在一起。

在物理环境中，表征形式的限制可能影响到某些现象解释的有效性。我们不妨以吸收概念为例，看看不同光波是如何被吸收与反射的。一方面，以某个物理对象(红色)为例，描绘从物体上反射出去的红色光束的数字表征也与无形现象的物理一数字表征进行了有效结合。另一方面，描述剩余光波的吸收(因而使我们“看到”红色)在物理对象本身并不容易。在本文所描述的研究中，这种吸收是显示在物体“内部”的，是作为一个“固定的”表征，而不是证明吸收的动态过程。这或许是导致学生们将这个过程归为“彩虹”的原因所在，因而分散了他们对表征关键点的关注。现在，我们一起从纯数字表征环境中来思考这个问题。在该环境中，某个屏幕上有一个物体，光源照在这个物体上，一束红光从物体上折射开，与此同时，其他光波被渐渐吸收进这个物体内。我们用图解方式对这一动态过程进行了描述。这里要说的是，在思考解释无形现象的最有效形式时，要考虑到有形系统中使用的物理对象的局限性。有人可能会说，这属于技术限制，未来的技术将发展到在这些物理对象本身内部来描述此类吸收过程。

第20章 有形界面:技术与学习交互

协作

整体而言，这些研究让我们了解了有形技术与交互界面在协作交互中的作用(Pontual Falcão and Price,2009,2010)。首先，同地协作设计使得人们对彼此之间及行为一结果关系有了更多察觉，提供了共同而独特的关注点。每

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个人的行为及继而产生的数字效应都能被共享界面的所有参与者看到，从而促进了集体探索与共同知识构建。与之形成对比的是，在离散模式中，被物理分隔开来的输入、输出耦合令行为一结果关系不那么清晰，也更难了解到其他人的行为。

其次，设计带来并行操作，而这种动态性会引起配置的快速改变。这会给动态显示带来意想不到的结果，继而激起了人们的好奇心，吸引了人们对相关现象的关注，产生了更多的解释与探究活动，推动了对语言协商(正在发生的事)与行为同步的需要，以“建立”特殊的结构配置。更有趣的是，并行操作与快速的动态变化带来的结果是，一个儿童的行为会“干扰”另一个人当前或计划中的结构。高水平的(意外或故意)干预能成功地唤起人们的好奇心，吸引人们对相关现象的关注，产生解释或探索活动，推动语言沟通与行为的同步化；整体而言，能促进有效的协作互动。

共享资源与表征

第三，有形环境中的共享资源是推进干预、培养特定共享方式的基础。干预能否成功进行，取决于儿童能否积极分享那些能够让他控制或影响这些物理或数字表征的资源，这里所说的表征可能是某个物体、器物或数字表征。这个设计意味着，尽管手电筒的数字效应是交互的关键，但是并不排除其他人控制交互过程的可能性。几块积木使得人们得以同时利用物体进行排列，就连害羞的儿童也能够使用自己操作的物体接近数字光束。在此过程中，他们被迫参与到集体活动中。因而，这项设计有助于鼓励所有儿童积极参与协作类活动。

察觉到其他人的行为后，参与者可通过手势或“开口询问”来促进资源共享，通过内含的资源传递协议进行。设备的物质性与可用性有助于平衡参与度。数字表征是集体性的，也就是说，每个人的录入构成了同一个共享数字表征，共同构成了集体知识构建。

除了这项研究，还有大量证据表明，有形技术在支持协作交互与交互的解释形式中扮演了关键角色(Ha et al.,2006;Hornecker et al. ,2008;Do-Lenhet al.，2009;Fleck et al.，2009)。在学习情境中，这一点非常重要，整体来讲，既有助于推动学习的协作属性，也有助于推动以学生为主导的学习(至少是更加以学生为本的学习）。

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这一部分，我们将概述几个关键的研究挑战与重要的研究方向。

研究挑战

一个重要挑战就是技术发展日新月异，现成的技术越来越多。技术发展带来了越来越多新的交互方式。要设计出能继续预示此类发展的研究并不容易，但这却是其持久价值的重要层面。采用基于环境关键属性，如表征的框架研究的好处之一在于其提供了对不同技术设计含义的见解。

另一个与技术相关的挑战是该开发专门的系统来测试特定设计特征呢，还是使用现成技术？此类决策通常取决于研究问题与研究目的。比如，为当前教育情境进行的设计很可能使用现成技术，而检测理论可能性则可能需要开发专门的应用。

第二个考虑点是是否要在现场使用有形技术来进行研究，比如在教室、博物馆或家中等非正式场合，又或者是在实验室内。

第三个问题是新奇性：此类技术环境本质上对学习者来讲就是新鲜的，会影响到他们的交互，一般来讲，会提高他们的参与度与乐趣。新奇的元素需要更大规模的纵向数据。然而在新兴技术尚未普及或嵌入到课堂实践时，是不可能获得大量数据的。

最后一点也很重要，评价方法，尤其是与学习有关的评价，尚未得到充分研究。许多评价仍然主要以“有用性”为着眼点，确保学习者可以轻易地掌握界面(设计的直观性)，开心愉悦地参与活动。

研究方向

这里有两个值得注意的重要研究方向。第一，对有形学习环境的研究开始从开放性的解释研究转向更深层次的特定交互形式研究。确切地讲，人们对有形技术在培养协作中的作用兴趣日增，对具身交互在学习中扮演的角色及其与有形学习环境的关系的研究在增加（Antleetal,2011;Priceand

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未来的研究:挑战与方向

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Jewitt,2013)。本研究主要着眼于厘清数字环境中的具体学习方式等相关概念(MODE，未注明出版日期)。数字技术使我们有机会探索与研究身体及具身对交流和学习的作用。有形技术、移动技术及基于感应器的技术等主流趋势使具身不再只是物理一数字增强问题，而是开启了新的研究方向，使我们更加了解“具身”在技术学习环境中的作用—比如身体如何调节交互与体验，以及语境、情境、环境一交互一认知之间的关系。

还有一个重要的研究领域是，如何处理人们在将技术融入课堂教育时面对的挑战。研究确立了有形技术给学生提供的学习机会，因为此类技术及其附加应用要成功地融入教学语境，也需要研究教师及教师对技术的使用情况。先前的研究已经强调了许多重点，包括：技术不能反映教学方法（Major，1995)、对电脑操作不够熟悉或缺乏训练、学习一项新工具需要耗费不少时间(Mueller et al.,2008)。布朗和格林(Brown and Green,2008)指出，要考虑到教师使用技术的新方式，依据学生的年龄、能力及学科领域量身定制相应的技术，并支持修改与创新。教师与教育者可相对轻松地使用这些工具设计并定制自己的学习活动。另外，要采用新的教学方式，最关键的是要改变教师对学生使用技术进行学习的价值的认识。这里的一个关键问题是如何让他们参与到新技术与教学方式的设计与开发过程中。

鸣谢：

本研究获得了EPSRC:EP/F018436 支持。感谢George Roussos，TacianaPontual Falcão and Jennifer Sheridan 对本研究的大力支持，感谢 Woodlands andSweyne Park学校的老师和学生参与本项目研究。

参考文献：

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