基于地理信息的协同交互学习模式研究

孙勇 胡霄汉

摘要：为提高教学与信息化水平，将学习和网络以及地理信息连接在一起，从而使学习知识的用户可以通过计算机和其他人进行交互式学习，是重点问题。计算机支持的协同学习是通过多媒体技术和网络技术营造协同学习的氛围，让学习者在彼此协作与沟通的基础上进行协同学习的一种学习方法，从而提高教学质量。本文结合了地理信息相关技术，将计算机支持的协同学习模型跟地理信息系统联系起来，研究学习者之间的协同学习概况，进而设计并建立基于地理信息的协同交互式学习模式系统。该系统以地图为交互界面，在系统设计中建立不同的协同学习交互模块功能，使用户可以进行学习地图浏览、教学地图基本操作、最优路径的选择、相关学习信息的查询与渲染、不同类型的学习资源和伙伴的选择等。

关键词：协同学习；交互性；协同学习资源选择；协同模式教学

中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）22-0210-02

Abstract： This article introduces how to use collaborative technology to support collaborative learning. And one of the main concepts is Computer Supported Collaborative Learning that is through the Computer technology build Collaborative Learning atmosphere， let learners on the basis of the cooperation and communication with each other. But this is far more than that computer technology at the same time， combined with geographical information technology. In this paper， based on GIS， on the basis of the computer supported cooperative learning with GIS， supplemented by relevant function of ArcGIS for data processing， research general situation of the collaborative learning between learners， thus related to design and build GIS collaborative learning system.

Key words：Collaborative learning； Collaborative； Learning resource selection； Collaborative learning based Teaching

1 引言

现有学习系统呈现的是一种离散和孤立的教学思维，缺乏学习者与内容的深度互动，缺乏信息聚合机制，缺乏群体思维操作，缺乏分工合作与整合工具，信息、知识、行动、情感、价值缺乏有机联系[1]。而计算机技术的发展与利用则刚好弥补了这个致命的缺陷，我们利用计算机技术将学习变得具有互动性、交互性、正依赖性。计算机支持的协同学习CSCL（Computer Support for Collaborative Learning）是当今网络教育的一个重要领域，它来源于CSCW（Computer Support for Collaborative Work）可以理解为在计算机平台下的协同工作。利用计算机相关技术，使得一个团队或者组别为了完成一个共同的工作目标而将各个用户的时空限制进行去除，从而可以令用户最大化的相互交互式的共享信息，共同交流彼此收获[2]。我们可以通过GIS平台和计算机技术达到协同学习（Collaborative Learning， CL）的目标，而协同学习（Collaborative Learning， CL）的含义是说使学习者以小组形式参加进入为了完成共同的学习目的，在刻意的激励机制下为得到最大化单体和小组学习成果进而互相协同与合作的所有相关行为动作。信息知识推荐是一种有效地提高学习者效率的办法。有了信任的支持，用户就能感知知识学习的赢利前景，能让用户乐于参与交互过程[3]。建立在GIS的协同学习系统则是在此基础上使单个学习者对除了本身以外的其他学习者日常学习的正互赖性、学习习惯、位置信息、个人责任、感情偏好以及对于其他学习者之间的信赖度等要素的理解和探究[4]。同时并将这些要素有机整体地连接在小组学习的环境当中，这样既有利于确保协同学习的成果，又可以让协同学习有条不紊地进行，并且最后做到在基于对GIS位置优化等条件的情况下进行学习者的取舍推荐。

2 研究内容

学习者在相互之间协同学习的历程中，不单单可以学习到更多的学问。更难能可贵的是，借由和他人之间的合作与锻炼，造就了自己工作时的协作和独立能力，以及领悟知识的本领。基于Web的协同学习（Web- Based Collaborative Learning），国外多简称为WBCL，也可以称之为WebCL，是指利用网络技术来支持的协作学习[5]。协同学习是基于认知理论的网络远程教育模式，将个人的学习成功建立在他人学习成功基础之上，换句話说就是使大家的学习资源与经验可以打破界限相互交流，它显著的优势就是协同学习要比个体单独学习更容易获得学习的气氛与环境，同时又可以最大限度地共享彼此的经验。近些年，世界上已经在协同学习方面取得了很大的研究成果，包括国内北京师范大学设计的WebCL网络协同学习系统以及德国Fern大学建立的分布式远程教学系统等。

由于地理信息的复杂性以及软件技术的不断发展，GIS的应用领域不断扩展和深化，特别随着网络技术的发展，人们已不满足于简单的人机交互一些地理信息来解决地理信息相关的问题，而是希望通过联网的计算机来促进人与人之间的信息交流，加强地理信息的共享与互助；传统的单用户模式限制了可解问题的复杂度和求解的效率，它正受到分散在不同计算机上，由各个用户分工协作以高效求解复杂问题。

对于结合GIS专业并以计算机技术为支持的信息化系统平台，其本身就可以自由访问多种信息资源，并且用户可以对此进行地理信息方面的编辑、分析、选取等操作，这完全是一种新型的地理信息系统，即协作地理信息系统（Cooperative GIS，简称CoGIS） [6]。把CoGIS定义为：“一组或多组异地的用户，借助计算机及其网络技术，基于地理信息共同协调与合作来完成一项任务”。即可以在基于GIS环境下完成协同学习的目标。

搭建一个建立在GIS软件与SilverLight开发平台基础上的协同学习应用系统。必须围绕关于学习者位置可视化 、基于位置优化的协同学习推荐模型以及实现CSCL协同学习者组队推荐算法三个关键问题进行系统开发。

1）基于GIS的协同学习系统可通过对学习者位置进行可视化来实现GIS的动态表达，从而达到信息数据的智能化，高效化，协同化。

2）基于GIS的协同学习系统主要是通过对学习者位置进行最优选择以及利用可信度计算出不同学习者之间的信赖程度进而为学习者之间的协同学习与组建小组奠定基础。

3）基于GIS的协同学习系统可通过在对学习者位置进行可视化和最优选取以及学习者个性推荐算法的基础上使学习者之间可以进行最有利的组队，达到学习效益的。最终在信息、位置、习惯、信赖度之间构建交互式的、协同式的学习与生活联系，让学习者可以借由互联网科技在学习上、生活上相互探讨研究，汇集集体的智慧力量从而使每个人都可以实现最理想的学习效果[7]。

3 协同交互式学习模式与系统分析

随着我国教育领域的不断发展，各种教育机构与平台使得现在学习者可以利用各种各样的渠道来获取自己所需求的资源，以往都是以教育机构为中心，由他们负责编写与发布各种教育资源和信息。虽然这种模式得到了极大的发展，但是由于发布者始终不是学习者本身，所以在现实生活中总是落后于学习领域的发展，学习者始终不能找到最有效，最及时的信息和资源。因此我们需要设计一种以学习者为中心的系统，使学习者相互间进行交流与分享，只有学习者本身才是最了解自己的，他们可以从其他人身上发现自己的不足，可以更好地找到那些志趣相投的同志来进行最适合自己的协同学习。

协同学习系统为了解决传统的学习方式的滞后性和闭塞性，对协同学习流程进行合理的优化，并且可以对系统数据进行有效的管理。主要功能如下：

协同学习数据管理模块：主要功能是使用户进行数据共享。包括数据上传，数据下载，可以通过系统将你认为你学习好的资料和课程上传，然后和其他学习者进行信息分享，这样可以有效的帮助学习者们更多地了解到专业信息的变化以及扩大彼此的知识面。具体模块分别是资料分享和课程推荐。

协同学习者位置可视化：主要功能是对共同参加协同学习的学习者进行一个位置分析以及对学习者学习的一些帮助，可以使协同学习者清楚地了解到每个学习者的个人信息和具体动态位置，学习者可以通过系统了解到协同学习者在城市哪个区、哪所高校、哪个专业以及所在学校的具体学习场所，同时也可以查询到城市一些著名的教学辅导机构的一些信息已经他们的位置信息，为学习者提供更多的参考以供选择。具体模块分别是学习者位置分析和教学辅导机构查询。

协同学习模式分析模块：主要功能是进行学习者之间可信度的计算以及相互间的选取。通过一系列的算法可以得出学习者相互之间信赖度是多少和对协同学习的有效性，可行性，和现实性进行计算从而进行学习者之间的学习伙伴的最终选取。具体模块分别是学习者可信度计算与学习者选取。

4 协同学习系统功能实现

基于地理信息的协同交互式学习系统具体包含的系统主要模块有五大类：系统简介、学习地点区域信息渲染、学习地点最优路径选择、学习地点信息属性查询、学习者类型个性推荐。

协同学习地点信息属性查询：我们以南京市其中一所高校为例，打开可供查询选择的下拉框，找到南京大学后点击查询，接着我们将得到一组和南京大學相关的属性信息，具体包括大学名称、大学等级批次、大学建校年代日期、大学校园面积，大学在校学生数量，大学全国排名、大学类型等情况。

学习地点信息属性查询：包括大学名称、大学等级批次、大学建校年代日期、大学校园面积，大学在校学生数量，大学全国排名、大学类型等情况。

协同学习伙伴选择： 将GIS与协同学习机制结合在一起是一个非常重大的突破，它不仅可以使用户更好地了解学习动态以及同类人的实时情况，只要做好最新图形数据和属性数据的录入建库， 不断修改、更新原有的数据， 就会使该系统成为查询方便、输出形式多样化的新型系统，从而实现该系统的动态管理， 更好地为用户提供信息服务。

5结论

为提升计算机教学与教育信息化的质量，将地理信息与协同学习机制结合在一起是一个非常重大的突破，它不仅可以使用户更好地了解学习动态以及同类人的实时情况，只要做好最新图形数据和属性数据的录入建库， 不断修改、更新原有的数据， 就会使该系统成为查询方便、输出形式多样化的新型系统，从而实现该系统的动态管理， 更好地为用户提供信息服务。

参考文献：

[1] 王佑镁，祝智庭.学习系统的知识时代回溯及其协同模型构建[J].教育研究，2012（6）：112-117.

[2] 唐安琼， 谭文安， 崔林生，等. 基于PDCA的e-Learning服务全生命周期建模与协同学习机制[J]. 江苏科技大学学报（自然科学版）， 2012， 26（1）：50-54.

[3] 曹云.基于网络知识学习的可信问题研究[J].科技进步与对策，2014，5（9）：143-146.

[4] 龙军.一种基于信任推理与演化的Web服务组合策略[J].计算机学报，2012，2（35）：98-313.

[5] 岳平，王治国.基于Web的协同学习策略及其应用[J].信息技术，2005（7）：70-80.

[6] 马蔼乃，邬伦，陈秀万等.论地理信息科学的发展[J].地理学与国土研究，2002，18（1）：1-5.

[7] 许云红.基于网络方法的专家知识推荐[D].北京：中国科学技术大学，2010：79-99.

【通联编辑：王力】