摘要：当前,利用虚拟学习环境进行科学发现学习已经成为推进科学教育的一条重要途径。然而,由于科学发现学习的认知过程高度复杂,而现有的虚拟学习环境未能提供所需的学习支持,导致其应用效果难以令人满意。要解决这个问题,就必须建立科学发现学习的认知模型,进而以此为基础进行虚拟学习环境的设计开发。因此,该文在科学哲学、信息加工心理学和教育科学相关研究的基础上,从领域知识的结构、发现机制和学习活动的设计三个方面建立科学发现学习的认知模型。科学发现学习是学生针对实际系统设计实验从而渐进地探究发现科学理论模型的过程。其中,科学理论模型包括局部模型与全局模型两个层面,和数学模型与物理模型两种形式。学生可以采用假设驱动或实验驱动两种策略在假设空间和实验空间中进行双重搜索,其知识形成过程可以分为从假设空间到局部模型和从局部模型到全局模型两个阶段。科学发现学习需经历理解问题、提出假设、设计实验、检验假设和得出结论五个环节,应从领域知识、元策略和内部目标三个方面为学生提供支持。该认知模型结构化特征明显,易于通过计算机代码进行形式化表达,为面向科学发现学习的智能化虚拟学习环境的设计开发奠定了必要的理论基础。

摘要：文章首先将科学发现学习的认知要素划分为实际系统和科学理论模型,以及实验空间和假设空间。然后,运用GOMS模型对科学发现学习进行认知任务分析,将其分解为理解问题、探究局部模型、合成全局模型和反思评价四个子目标,详细分析了其中的基本操作与方法,以及在此过程中学生的工作记忆和长时记忆是如何发展变化的。由此建立的认知模型为基于计算机的科学发现学习环境的设计奠定了必要的理论基础。

摘要：在商业、健康、环境、政治、教育等领域,游戏化的应用旨在提高人们的参与度或鼓励某些行为。文章在追踪国内外游戏在教育领域应用成果的基础上,对"教育游戏化"进行概念定位,并在游戏化的元素结构框架下解析教育游戏化的动力结构:教育游戏化的实践起点是促进学习者参与,以规则、情感、关系、进阶、叙事等五个动力元素为基本动力,以促进人的全面发展为实践归宿。最后,文章结合实践提出了五条教育游戏化的设计策略,即目标规则明确化、参与主体情感化、学习关系社交化、学习进阶可视化和教育过程叙事化,为教育游戏化筹划存在的可能性。

摘要：如何搭建脚手架是基于计算机的科学发现学习环境研究的核心议题。本文梳理了已有系统中的一些设计方法与应用效果研究,旨在归纳总结科学发现学习环境中脚手架设计的基本策略与方法,为其他类似的虚拟学习环境设计提供借鉴。