试述协作以在线协作到面对面协作：基于多点触摸桌面CSCL综述学术

论文导读：设备（如，个人电脑、智能终端、交互式电子白板等）的全新信息技1234下一页
[摘要]新兴的多用户交互式触摸桌面技术，正逐渐成为CSCL研究关注的热点问题。多点触摸桌面技术与现有课堂的融合，引发了CSCL研究的视角转变：从关注虚拟环境中的交互，转向计算机支持的面对面人际交互。多点触摸桌面的技术特性表现出支持社会互、促进多用户协作、丰富学习者动手体验等教育适应性。对已有研究梳理发现，桌面技术在技术架构、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。桌面技术教学实证研究的结论表明，该技术能有效支持真实课堂环境中的协作学习，未来此领域的研究焦点将集中在技术与教学两个方面：桌面技术与现有课堂信息技术系统协同工作机构。桌面技术支持下的教师教学组织能力与技术准备。
[关键词]多点触摸技术；交互桌面；教学应用；CSCL；研究综述；在线协作；人际交互；协作学习

一、研究背景

多用户共享的交互式桌面环境，目前正逐渐成为CSCL研究的热点问题，对于交互式桌面的关注，起源于2009年11月在德国举行的主题为“教育中的桌面技术”的工作坊。该工作坊由欧洲STELLAR项目①支持。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。Higgins将多点触摸交互式桌面界定为“双侧或多侧的，可以供两人以上同时使用的，交互式的计算机操作平面设备，该设备具有非垂直摆放的显示界面，并具备直接的、物理性的交互操作功能”。Dillenbourg进一步归纳了“多点触摸交互式桌面”的基本技术特征：以桌台（table）形式存在的、水平（或倾斜）放置的、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。交互式桌面输出方式为LCD显示屏，输入方式为手指触摸为主，并可连接其他多种外接输入设备。
交互式桌面技术的出现，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。由于交互式桌面技术独有的操作交互性，它在协作学习方面的影响成为研究关注焦点。通过与现有CSCL领域研究中Stahl、Dillenbourg等人的研究对比发现，交互式桌面技术引发了全新的研究变化：促使CSCL研究对象从“在线环境中的虚拟交互”转向计算机支持下，面对面的“真实人际交互”。目前，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，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。通过真实环境下，实地触摸、移动虚拟对象，学习者之间的协作、互动和交流将得到极大程度的促进与丰富。与在线虚拟世界中的协作活动不同。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、语气、手势、姿态和意图等人性化信息。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，将使得学习者的协作学习活动真正实现“计算机技术与真实世界的完美融合”（Weiser）。
从技术层面看，多点互动桌面技术已经拥有良好的稳定性，足以形成大规模的产业化生产。并支持使用开源驱动程序的桌面环境。尽管形式多样。但由于交互式桌面环境的新特性，使得其成为了一种完全不同于以往电子设备（如，个人电脑、智能终端、交互式电子白板等）的全新信息技论文导读：屏显示群件、Koschmann的多屏显示群件或者Inkpen的多点输入设备等，都是CSCL学者们对用户“共场”中的计算机支持交互活动进行探讨时所关注的技术设备。源于：大专毕业论文www.7ctime.com（二）直接交互区由于开发技术的多样性和教学需求的差异性，支持多点触摸桌面交互区的软件形式非常丰
术应用。目前，交互式桌面技术已经在国内外商业、广告、传媒等领域得到广泛应用，但其在教育领域，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。

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源于：标准论文格式范例www.7ctime.com
认为，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。在CSCL领域中，存在两个对待技术在教育场景中应用的误区：过分泛化（over-genaralization）与过分预期（over-expecta-tionl。在技术应用的早期，使用者总是对新技术抱有极大的热情。随着技术被更广泛地应用，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，必然会导致技术应用热情的衰减，造成设备投资浪费。Cuban、Higgins等多位学者都指出，“技术本身并不包含内在的和固有的教学法属性”，为了避免一项新技术的盲目应用，必须在其投入教育场景之前探讨其教育适用性。而对于多点触摸桌面技术来说，还需要详细分析它独特的功能属性。探讨其与现有数字化设备的区别与联系。
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（见图1），因此，常见的教育应用软件都可运行在多点触摸桌面环境上，实现操练、模拟仿真、建模、多媒体呈现等功能。在实际课堂中可进行选择题测试、文本阅读活动或单纯的识记练习等学习活动。单纯从软件与功能层面看，多点触摸桌面环境与其他数字化设备一样，自身并不具备促进协作学习和知识建构的固有特性。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，虽然只是简单地改变了交互界面（屏幕）的放置方式，但却带来了全新的教育应用。

(一)支持“共场性”（co-location）和社会互

交互问题是CSCL研究的核心问题之一，而学习者面对面交互并不是一个全新的研究切入点。CSCL领域中的早期研究，如，Roschel所关注的正是两名学习者共同分享一个电脑屏幕的场景，但之后的研究重心则逐渐偏离物理环境中的学习者交互。多侧重在虚拟环境中的在线交互活动。主流CSCL学者大多倾向于考查协作小组成员通过网络平台，以非面对面的形式进行同步或异步的交流、问题解决、知识分享等活动。所关注的技术工具多为网络平台、即时通讯软件，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。然而，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。所谓“共场性”，英文称之为co-location或co-presence。是指“两个或两个以上的人或事件。在同一时间、同一物理空间内的并存”。Stewart的单屏显示群件、Koschmann的多屏显示群件或者Inkpen的多点输入设备等，都是CSCL学者们对用户“共场”中的计算机支持交互活动进行探讨时所关注的技术设备。源于：大专毕业论文www.7ctime.com

(二)直接交互区

由于开发技术的多样性和教学需求的差异性，支持多点触摸桌面交互区的软件形式非常丰富和灵活。因此，Higgins的技术框架中重点聚焦于桌面的物理和硬件特征。根据触摸方式不同。常见的多点触摸交互实现方式分为三大类：感应触摸、实物操作、点触物（如，触摸屏书写笔）。感应触摸指操作者使用手指直接接触桌面，操作对象为桌面系统中的虚拟对象。实物操作指操作者利用实物投影与桌面程序进行互动。感应触摸最主要的优势在于。手指操作被认为是“最自然的人机交互方式”（Shneiderman、Ryall）。而在手写文字输入的可读『生方面已有研究显示，点触物的效率要优于手指操作（Forline）。但另有研究结果显示，直接操作（手指或实物）能在职称论文范文www.7ctime.com
协作任务中提升操作者对他人动作的意识，这有助于促进小组成员之间的协作（Ha）。
（三）连接区
连接区的硬件主要分为本地与远程两类。本地连接主要指触摸桌面直接控制着本地输入/输出设备，例如，鼠标、键盘、话筒、摄像头等。远程连接则指通过有线或者无线（WIFI或蓝牙）信号，将本地桌面系统与其他设备相连接。由于远程连接功能，单个触摸桌面可以与其他笔记本电脑、其他桌面或移动设备进行连接。因此，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。

四、多点触摸桌论文导读：

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，更符合教育特有需求，提出了基于交互式桌面教育应用的交互层级体系框架，将多点触摸桌面支持的课堂协作学习交互分为四个层级：用户-系统交互、社会互、课堂整体协同互动以及场所境脉。每个层级关注的具体内容如表1所示：
层级1、2、4所关注的内容在传统CSCL研究中都有涉及，但层级3却是多点触摸桌面特有的关注内容。“课堂整体协同互动”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。只有深入理解这两者间关系，才能真正实现技术在课堂层面的可用性。对于多点触摸技术介入下的课堂教学，课堂环境中融入了个人学习、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，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、多因素的学习活动。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，甚至对于学生在技术使用中的心理因素均有涉及，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。

(一)用户一系统交互

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。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：触点运动（movement）、操作对象（Objects）、问题属性（problem states）、反馈时机（feedback timing）、遮挡与阴影（occlusion and shadow）、输入/输出耦合（input/output coupling）。
1 触点运动（movement）
触摸桌面最大的特色在于支持多对象时的多手势操作（移动、缩放和旋转）。这些手势更加自然和人性化，但相比传统的鼠标操作，还是存在精准度和反应速度的问题。在人机交互的便捷性方面，手势砭无法与鼠标右键的强大功能相比。因此，在针对具体学习任务设计软件时，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。适用于触摸桌面技术的学习任务需要具备以下特点：学习目标中强调对任务整体性的感知：构成学习对象的变量因素数量不能过多：学习对象要具备一定的空间组织结构：任务要有连续的操作过程。
2 操作对象（obiects）
根据界面上的操作对象属性不同，多点触摸桌面可以分为两类：实物对象（见图5）与虚拟对象（见图6）。从人机交互的技术层面上考虑，处理两种不同属性操作对象的计算速度不同，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（Lucchi）。在这一技术现实条件下。Evens提出了教育应用时必须考虑的设计问题：如何选择不同属性的操作对象？解决该问题的考虑因素也可进一步细化为三个子问题：（1）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？（2）学习内容的抽象程度如何？（3）实物对象与虚拟对象相比，能为学习者提供哪些额外信息？这些额外信息对理解学习内容。达成学习目标有无帮助？
3 问题属性
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，并且要求问题能以位置和方向属性进行表征。触摸桌面中的实物操作完全通过手部动作实现。“撤销”和“返回之前状态”也都必须通过手部动作来完成。因此，触摸桌面的学习任务应该是单任务。任务操作的简易性是首要考虑要素。如果问题在物理空间上有多个水平层面。或者问题带有多任务管理性质。那么，它们都不适合采用触摸桌面进行学习。
4 反馈时机
学习场景中的技术应用都必须面对两个层面的系统反馈：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。Rogers认为，触摸桌面技术更适合提供即时的非语言性反应。从而使得人机交互更具沉浸性（engaging）。而在触摸桌面环境下，无需总是提供即时的语言性反馈。即时反馈能为行为与结果之间创建良好的关联性。但延迟反馈却能促进深度反思。即时，延迟反馈的选择。应依据具体的学习目标。例如，学习者在进行游戏操作时不会自觉地、有意识地进行反思，该项任务的反馈设计就可以考虑即时反馈。
5 遮挡与阴影
如果投影光线在桌面上方，必须考虑的人机交互方面的问题有：使用者用手指移动对象日寸会遮挡投影，导致对象暂时消失。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。如果操作对象为实物则会带来投影问题，物体阴影将会影响摄像头的图像论文导读：
处理功能。这些技术问题虽然不会对学习任务产生直接破坏作用。但会影响到触摸桌面整体的易用性。摘自：学术论文格式模板www.7ctime.com
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在数学课教学研究中（Hatch），研究者设计了一个具有三个不同阶段的数学协作任务，每个阶段的难度递增，根据前后测试结果考查32名六年级小学生，在多点触摸桌面为主的教室环境中对数字理解、计算能力的掌握情况以及灵活运用能力。研究结果发现，小学生可以通过同伴观察、协作，掌握解决数学问题的创新策略，从而获得对数学知识灵活运用的能力。
在历史课教学研究中（Higgins），研究者采用混合研究方法，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，32名10-11岁小学生对历史事件材料的理解效果。研究设计的学习任务是：学生根据教师提供的历史资料线索，找出导致18世纪英国一次矿难的主要原因。学生可以在触摸桌面上寻找相关历史资料的“电子纸条”，而对照组则采用纸质字条。研究结果发现：通过良好的桌面软件设计和学习任务设计，触摸桌面技术可以有效促进小组内学生的协作交互，从而促进他们对历史知识的理解和掌握。
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。DiHenbourg使用“智慧桌面”系统（The ART Table svstem）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。在另外一个名为“七巧板桌面系统”（The Tangram Tabletop System）的研究中，桌面提供了三种操作对象模式，从完全的实物操作到完全的虚拟对象操作，小学生可根据学习需求选择不同的操作模式。Streng的“辩论桌”（ArgueTable）项目，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。学习者通过拖拽“虚拟笔记”建立各论点之间的关系，实现自己的论证过程（见图6）。而Kharrufa在“数字谜团”项目（The Distal Mysteries Proiect）中关注改善触摸桌面活动设计方法，最大限度地外化学习者思维过程和高阶思维技能。该项目设计、开发和评估了针对11-14岁学生的交互式桌面学习活动，通过对学生交互过程的话语分析，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。
分析现有触摸桌面课堂应用的研究可以发现，要想取得良好的协作学习效果，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：交互桌面操作与学生协作活动的关系：交互桌面与传统教室物理环境的关系；教师调控小组协作与整体课堂学习任务的能力。

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“实体化”，学习者在此环境中进行的操作更加真实、互动性更强。学习者如何在更实体化的技术支持下组织、实施协作活动，教师如何在教室环境中设计、协调学生协作活动等一系列挑战，都将为C3CL研究领域注入更新、更有活力的研究问题。
目前在CSCL领域中，国外多点触摸桌面技术研究已经全面展开，在技术实现、教学理念和应用实践方面都进行了细致的研究。相较于电脑、电子白板等设备，多点触摸桌面仍然是一种新型技源于：论文要求www.7ctime.com
术形式。DiHenbourg将不同交互层面的技术特点形象地描述为“个人电脑桌面（desktop）是个性化的。桌台（tabletop）是社交性的，电子白板是公共性的，这三者组成了课堂技术生态环境”。因此，从技术角度来看，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。将是多点触摸桌面研究的核心关注点。从教学角度来看。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、技术知识以及协调、组织和管理技能，将成为影响多点触摸技术应用的重要因素，值得相关研究人员在此方面开展深入探讨。