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立体教材的设计与应用方法研究
摘要：随着信息技术在学科教学中的深入探究与应用，其对于学科教学的影响也日益提高。作为一种新的数字学习环境，立体化教材在职业教育中的作用开始形成。本文首先介绍了立体教材的结构和构成要素，然后提出了基于案例分析的职业教育理论与实践相结合的应用方法。
关键词：立体化教学材料；数字学习环境；应用方法
一、介绍
发展职业教育是促进经济发展、促进就业、改善民生的重要途径，解决“三农”问题是缓解劳动力供求矛盾的关键，我们必须把职业教育的发展放在更加突出的位置。随着信息技术的飞速发展和普及，教育教学的教学模式和学习方式也发生了翻天覆地的变化，信息技术不仅在基础教育和高等教育中覆盖面越来越广，许多职业教育也已逐步形成了信息技术教学模式。随着国家高等教育出版社于2002年首次引入立体化教材的概念，一系列的应用理论已经在中等职业教育的课堂教学实践中得到了验证。目前，对立体化教材的相关研究很多[1]，[2]，[3]，[4]，由于立体化教材对自身硬件和学生入门水平的要求，以及立体化教材本身的模式更适合理论与实践相结合的教学模式的特点，使其更适合中等职业教育和高等职业教育的应用。
二、立体教学材料功能设计
图1 立体化教材的结构
立体化教材是由印刷教科书、媒体材料（例如增强现实技术、虚拟仿真技术、学习分析技术和智能诊断技术）、环境和服务组成的教材。立体化教材以印刷教科书为主要载体，以学生的深度学习为宗旨。它包括学习资源、无处不在的学习环境以及数据分析和支持。其中，学习资源为学习环境中的各种学习提供支持；借助学习资源和学习环境，学生的学习行为可以被记录并通过数据进行分析，可以找到其特征，并提供合适的学习程序，可以支持个性化学习，并且可以在“图1”中提供教学过程的优化和适当的干预。
A.印刷教科书
它是立体化教材的主要载体，也是课程教材的核心。它可以通过数字设备进行扫描，并与课程学习资源、无所不在的学习环境以及数据分析和支持灵活地链接。
B.学习资源
它包括印刷教科书、媒体材料、互动资源和评估资源。每个扫描标记都有一个对应的学习资源，通常是视频资源。媒体材料包括文本、图片、视频和其他类型的材料。图片和视频主要是以一种具体、直观的方式还原印刷教材的内容，呈现在学习者面前；交互式资源主要是指交互式虚拟仿真软件，它可以对操作环境、组件、工具、机械等进行现实仿真。学生可以在虚拟现实环境中操作，以完成从教科书知识到应用知识的转换以及从知识到应用能力的发展；评估资源主要是指实践和测试资源，即所谓的“资源数据库”。通过大量的评估，学生将有足够的认知能力来掌握自己知识的应用能力程度和水平，并根据自己的具体情况和需求进行有针对性的培训，以巩固知识。
C.学习环境
它主要包括自主学习环境、探究学习环境、协作学习环境和课堂互动环境。自主学习环境主要是基于移动终端为学生的学习提供支持，通过终端应用程序扫描印刷教科书的标记，学生可以进入个人学习环境，他们可以自定义个人学习的节奏。主要内容包括安全教育、设备和仪器学习、案例观察、情景经验、业务运营过程、知识和技能测试等。自主学习环境将记录学生的完整学习情况。探究学习环境包括学科工具、认知工具、研究情景以及供学生开展研究活动的虚拟仿真实验室。学生可以使用专业工具和认知工具进行探究活动和处理信息，并通过虚拟仿真实验室模拟实验以检验其假设。然后发现问题，在探究过程中学习自我思考和创造。协作学习环境包括资源包、协作学习平台、交互讨论空间、共享文件以及用于组文件和协作过程记录的测试平台等。学习团队可以通过使用协作学习环境的交互讨论空间来分配任务。每个团队都可以使用资源包在协作学习平台上有效地完成学习任务，并在共享区域中交换或共享他们的学习结果，可以在协作学习环境中同时记录协作过程。课堂互动环境为课堂学习活动提供了有力的支持，它主要分为两个方面，即教学环境和学习环境。教师可以监控学生终端，维护课堂纪律，进行课堂互动，推动和共享学习资源以及学生的个人学习成果。学生可以使用终端在教室中提交一些请求，例如要求回答问题或提出问题。他们还可以及时向老师提供反馈，并在学习过程中获得一些具体建议。他们还可以组成一个学习社区，以研究和探索学习任务，交流和分享学习成果。
D.数据分析与支持
它主要包括对学生学习行为和数据决策的分析，学习环境中的学生学习主要是指关于学习起点、学习内容、学习速度、学习进度、自主学习活动的学生学习行为的详细活动记录，自主学习环境中的资源使用（资源类型偏好，时间长短，使用时间等）。数据决策可以进行数据分析，发掘学生的学习风格、兴趣、能力、情感态度和性格，推荐为学生提供合适的学习计划，为个人发展提供基础，同时探索学生的群体特征以及知识和技能，从而为优化教学过程和适当干预提供决策支持。
三、立体教材的应用方法分析
基于X市Y学校的20个案例，本研究通过课堂观察提出了三维教材的应用方法。
A.教学过程
总体过程：复习旧知识从而成为为新知识→教学与学习新知识→作业或任务→学生的模拟操作→学生的训练操作→评估学习成果。
B.教学行为
（1）关于老师解释知识的一般教学行为：老师提出问题→学生自己使用平板电脑扫描AR徽标观看视频→老师提问→学生回答问题→老师再次控制学生平板电脑以统一观看视频→老师解释知识。
（2）教师立体化教材的应用功能：教师使用课堂互动功能进行在线点名、屏幕演示、学生练习结果显示、推送资源、提问、远程关机等工作。通过锁定学生的屏幕以保持课堂纪律，通过评估功能对学生进行课堂评估，
（3）教师在多媒体上的应用：在复习旧知识和新知识时，一般来说，教师会在纸质教科书中扫描AR徽标以获得解释视频，其中将介绍解释的知识原理和实用操作图通过PowerPoint，甚至借助物理组件进行说明，如有必要，老师将在黑板上再次绘制电路图的接线图；在模拟训练操作中，将使用立体化教材的交互式虚拟仿真工具软件来模拟接线过程和机械声音；在评估阶段，教师将使用平板电脑录像机功能记录学生对训练操作的学习成果。
C.学习行为
（1）学生自己观看：通常，在两种情况下，学生自己观看说明视频。一种是回顾旧知识，大多数学生最多只看一次，有些学生甚至一次都不会看。另一个是学习新知识，学生通常会带着老师提出的问题，并在观看的同时做笔记和思考，基本上，每个学生都会看两次以上，有些学生甚至快进观看，专注于他最想看的视频部分，或者倒带视频以查看他不了解的地方，或者暂停视频以进行思考。
（2）练习：由于交互式虚拟仿真工具软件可以根据业务流程模拟工作环境和机械，并支持学生模拟操作并为培训操作做准备，因此学生通常会模拟电路布线或机械安装。学生也使用测试库测试自己的学习情况。
D.互动行为
（1）师生互动：主要是老师在课堂上从教科书中提出一些问题，指定学生回答，如果学生回答正确，将给予一定的分数奖励；或者，如果学生愿意回答问题或提出问题，则可以单击平板电脑的举手按钮以吸引老师的注意力。
（2）师生互动：学生在立体化学习教材的协作学习环境中讨论交流问题或合作学习共同的学习任务。
E.学生的兴趣和态度
（1）学生使用时的反应：当老师控制他们的平板电脑统一使用立体教材时，学生通常会有些不耐烦，但如果老师允许学生观看视频或自己模拟操作，他们会对一系列的自我操作非常感兴趣；在复习旧知识时，大多数学生只会看一次，态度并不认真，学习新知识则会很感兴趣，总体态度也很认真。
（2）功能应用：立体化教材可以在教学中提供丰富的数字资源和多样化的知识展示方法，尤其是教学中增强现实技术和虚拟仿真技术的应用，学生特别感兴趣，总是开心地扫描AR徽标，进行虚拟仿真操作；教师可以通过评估功能系统向班上的每个学生分享学生的优秀学习成果，这将提高学生的学习兴趣并端正他们的学习态度，因为这一方式与学生自身息息相关，每个人都希望被选为优秀学生。
通过以上分析，可以得出结论：立体化教材在中等职业教育培训课程中的应用主要体现在课堂互动、维护课堂纪律、评估、实践和模拟操作等方面；立体化教材在课堂教学中的有效应用，主要是激发学生对上课内容的记忆，以连接新知识，巩固旧知识，了解新知识和模拟操作等；作为一种新型的学习资源，它可以增强课堂互动的效果，提高教学质量，在很大程度上激发学生的学习兴趣。
四、结论
本文首先从教学环境的角度分析了立体教材的结构和构成要素，然后从信息技术在教学中的应用角度分析了立体化教材，作为一种新的信息技术，成为一种新的教学方法，已被应用在中等职业教育实践教学的过程和方法中。在实施层面，如何利用立体化教材来提高职业教学的有效性，需要观察和总结分析。
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