心理實驗教學系統(tǒng)設(shè)計思路與發(fā)展探索

趙俊華 王艷 張夢瑩

摘? 要 心理實驗教學系統(tǒng)是心理學課程實驗教學的一個計算機化平臺。該系統(tǒng)早期的設(shè)計思路是通過演示性操作來體驗一些心理實驗項目，后來具備了跟外部實驗儀器進行連接的功能，學生也可以模仿編輯或創(chuàng)新設(shè)計一個實驗項目。最新的心理實驗教學系統(tǒng)朝向云端化發(fā)展，今后可以考慮更多外部傳感設(shè)備的有線與無線連接，納入大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

關(guān)鍵詞 心理學;實驗教學;心理實驗教學系統(tǒng);創(chuàng)新實踐;大數(shù)據(jù);PsyLAB;PsyKey;云端

1 前言

作為高校心理學相關(guān)專業(yè)實驗教學的補充，心理實驗教學系統(tǒng)是一種借助計算機來進行心理實驗項目教學的軟件系統(tǒng)，它可以讓學生更有效地完成各種心理實驗項目的程序化操作，節(jié)省教學時間。心理實驗教學系統(tǒng)的誕生一方面是計算機技術(shù)進步的結(jié)果，另一方面是對傳統(tǒng)心理實驗教學方式的不足進行反思的結(jié)果。國內(nèi)很多高校的心理學相關(guān)專業(yè)對心理實驗教學系統(tǒng)的應(yīng)用比較廣泛，但是在實際使用過程中，有關(guān)心理實驗教學系統(tǒng)的設(shè)計需求也在不斷地變化。

2 早期心理實驗教學系統(tǒng)對實驗項目演示性操作的體現(xiàn)

從歷史發(fā)展來看，20世紀80、90年代，心理實驗教學往往借助專門制作的各種實物器材來實現(xiàn)有限的實驗過程演示或操作[1]，比如暗適應(yīng)儀、聲光反應(yīng)時測量儀。盡管這種方式對培養(yǎng)動手操作能力很重要，但是在滿足實驗教學效率、擴大實驗教學對象和數(shù)據(jù)采集精準化方面比較欠缺。21世紀的第一個10年，隨著計算機的廣泛普及，心理實驗教學開始更多借助計算機軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)[2]。這類心理實驗教學系統(tǒng)的實驗項目構(gòu)成一般包括心理物理學實驗、反應(yīng)時實驗、知覺實驗、記憶實驗、注意實驗、發(fā)展心理實驗、思維實驗等，它們可以滿足的學科教學種類有普通心理學、實驗心理學、認知心理學、發(fā)展與教育心理學、工程心理學等。

實驗項目的性質(zhì)一般屬于經(jīng)典心理實驗的操作性演示，其中又包括不進行實驗數(shù)據(jù)采集或分析的實驗操作和進行實驗數(shù)據(jù)采集或分析的實驗操作。比如心云實驗教學系統(tǒng)（CETS）在教學河內(nèi)塔問題解決時，讓學生通過鼠標拖動，把第一個圓柱上的三個大小不同的圓盤全部移到第三根圓柱上，每次只能移動最上面的一個圓盤，并且大盤不能壓在小盤上。在這一過程中，學生只需要體驗問題解決的操作過程，但是移動圓盤的次數(shù)和花費時間等數(shù)據(jù)并沒有被計算機自動記錄，而有些實驗項目則會自動采集這些實驗數(shù)據(jù)并給出分析結(jié)果。

3 發(fā)展中的心理實驗教學系統(tǒng)對外接設(shè)備和編制實驗的體現(xiàn)

早期出現(xiàn)的心理實驗教學系統(tǒng)一般通過單機或局域網(wǎng)平臺為用戶提供服務(wù)，系統(tǒng)的安裝和運行、數(shù)據(jù)的自動化采集或分析都在客戶端。它們在提高實驗教學效率、滿足大班教學需求、實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄自動化和精準化方面具有傳統(tǒng)實體設(shè)備所不具備的功能。但是在實際的心理實驗教學中，并不是所有的實驗項目都可以轉(zhuǎn)化為計算機程序，比如那些涉及生理指標、眼動數(shù)據(jù)采集的實驗，就必須要借助專門的儀器設(shè)備。而且，過度地依賴計算機系統(tǒng)來進行心理實驗教學，很容易讓學生失去自己動手設(shè)計實驗、制作實驗設(shè)備、編制實驗材料，甚至是處理實驗數(shù)據(jù)的鍛煉機會，因為計算機化實驗系統(tǒng)包含的實驗項目一般都是事先編制好的，學生更多扮演的是一名被試而不是學習者。心理實驗教學除了要體驗已有的經(jīng)典實驗及其設(shè)計，還需要以學生為中心，教會學生獨立設(shè)計新實驗，解決新問題。

為了克服以上局限，新近的心理實驗教學系統(tǒng)開始重視和外圍實體設(shè)備的連接，強調(diào)自主實驗項目的添加或編輯，比如PsyLAB、Psytech3.0、PsyKey。這些產(chǎn)品有兩個共同特點。

1）利用USB技術(shù)連接外圍實體設(shè)備，比如動作靈活性測量儀、深度知覺測量儀，幫助學生完成傳統(tǒng)意義上的手動式操作實驗，而他們操作過程的實驗指導(dǎo)語呈現(xiàn)、實驗步驟的展開、實驗數(shù)據(jù)的采集和分析都可以由計算機來完成。這在一定程度上實現(xiàn)了軟體實驗系統(tǒng)和硬體實驗設(shè)備的整合。從功能優(yōu)勢上來看，它們既能發(fā)揮操作傳統(tǒng)實驗儀器對動手實踐能力的鍛煉，又能發(fā)揮計算機程序化實驗的規(guī)范性、高效性和數(shù)據(jù)采集自動化、精準化優(yōu)勢。

2）這些產(chǎn)品還體現(xiàn)出自主實驗設(shè)計性。比如直接在系統(tǒng)上編輯實驗材料或者刪除已有實驗材料，為已有實驗項目添加新的變量或者刪除已有變量，從外圍導(dǎo)入新的實驗材料或者上傳一個全新的實驗設(shè)計程序。為了實現(xiàn)這些功能，這類心理實驗教學系統(tǒng)開始有意識地整合相應(yīng)的實驗材料制作工具，比如新版的PsyLAB心理實驗教學系統(tǒng)提供的聲音發(fā)生器、圖片生成器，或者直接加入自己開發(fā)的心理實驗設(shè)計軟件[3]。這樣的設(shè)計對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力很有幫助。

4 新近的心理實驗教學系統(tǒng)對云端化實驗教學的體現(xiàn)

打破心理實驗教學的時空限制? 進入21世紀的第二個10年，隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步，一種基于云端的心理實驗教學系統(tǒng)開始出現(xiàn)，比如側(cè)重常規(guī)心理實驗演示的卓頓心理實驗系統(tǒng)，以及著眼于專題研究項目而開發(fā)的云端心理實驗室（cpsylab）[4]。這種不受固定或單一場地限制的教學資源進一步滿足了學生的自主學習需要，同時可以“打破心理實驗教學的時空限制，實現(xiàn)一校多區(qū)、一課多校、一課多專業(yè)等形式的教學”[5]，所以逐漸受到心理實驗教學的重視。云端化心理實驗教學系統(tǒng)和以往實驗室的計算機化教學系統(tǒng)相比，它不但做到了在線化心理實驗操作，而且實驗系統(tǒng)的安裝，數(shù)據(jù)的采集、分析和存儲都發(fā)生在云端。心理實驗教學系統(tǒng)的云端化使心理實驗的操作性教學真正走出傳統(tǒng)實驗室，用戶可以根據(jù)自己的學習條件自主上網(wǎng)，甚至是借助手機來實現(xiàn)心理實驗的操作性學習。

當然，最初出現(xiàn)的云端化心理實驗教學系統(tǒng)在設(shè)計思路上還僅僅是把原有的心理實驗教學系統(tǒng)從用戶計算機“遷移”到云端計算機，教學內(nèi)容也更多地側(cè)重心理實驗的演示性操作，對原有實驗系統(tǒng)所能連接的外圍實驗設(shè)備還沒辦法進行兼容，也沒有很好地整合自主實驗設(shè)計或自主編輯的功能。這顯然不能完全滿足心理實驗的教學需求。

實現(xiàn)自主性模仿編輯或創(chuàng)新設(shè)計? 培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新實踐能力是我國高等教育發(fā)展的重點目標。云端化心理實驗教學系統(tǒng)要想實現(xiàn)這一目標，就必須考慮自主實驗設(shè)計功能。同樣，作為一線心理實驗教學教師，他們最為關(guān)心的是學生不但要懂得怎樣以一名被試的身份去操作一個演示性實驗項目，還要懂得這個實驗項目的實驗程序是怎樣設(shè)計而成的，同時要學會根據(jù)相應(yīng)的研究目的動手設(shè)計一個新實驗。也就是說，用戶需要一個能夠同時完成從經(jīng)典性心理實驗的演示性操作、模仿性編輯到創(chuàng)新性設(shè)計的一體化云端心理實驗教學系統(tǒng)。

新版的CETS云端心理實驗教學系統(tǒng)采用三步一體設(shè)計模式來實現(xiàn)教師所期望的學習目標[6]。

首先，由經(jīng)典實驗演示子系統(tǒng)來完成演示性學習功能。該子系統(tǒng)的每一個實驗項目都包含有實驗說明、實驗運行、可能的實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)出和模仿性編輯控鍵。模仿性編輯控鍵主要是把感興趣的經(jīng)典實驗鏈接到下一步的模仿性編輯系統(tǒng)。

其次，由經(jīng)典實驗編輯子系統(tǒng)來完成模仿性學習。該子系統(tǒng)有一個可編輯的心理實驗項目表，列出的是學生想要進一步編輯的經(jīng)典實驗項目。這個子系統(tǒng)還提供有實驗項目編輯說明、實驗材料資源庫、實驗程序設(shè)計工具、實驗運行、實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)出和創(chuàng)新實驗設(shè)計控鍵，用戶可以通過創(chuàng)新設(shè)計控鍵進入創(chuàng)新實驗設(shè)計。

最后，由創(chuàng)新實驗設(shè)計子系統(tǒng)來完成創(chuàng)新性學習功能。該子系統(tǒng)有一個屬于學生自己的創(chuàng)新設(shè)計列表，列表中每個實驗項目都包含有問題提出、實驗說明、實驗編制、實驗運行、實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)出和創(chuàng)新實驗發(fā)布幾個模塊。此處的實驗編制模塊可以實現(xiàn)實驗材料上傳、實驗材料編輯、實驗程序設(shè)計等操作功能。

以上各系統(tǒng)作為一個相互鏈接的整體運行在云端，學習者可以自定時間，循序漸進地完成學習任務(wù)。

5 未來云端化心理實驗教學系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

云端系統(tǒng)和外圍實驗儀器的物聯(lián)? 盡管最新的云端心理實驗教學系統(tǒng)在演示性操作基礎(chǔ)上增添了模仿性編輯或創(chuàng)新性設(shè)計模塊，但是它們在連接外圍實驗儀器方面還有所欠缺。尤其是近些年來，借助各種實體儀器進行心理實驗教學的做法已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的小型實驗設(shè)備，如框棒儀、速示儀、鏡畫儀等，在課題研究中廣泛使用的眼動儀、生理反饋儀、腦電儀等外圍設(shè)備也需要更多學習。

在新版PsyKey心理教學系統(tǒng)里，研究者已經(jīng)開始嘗試融入眼動有關(guān)的實驗教學程序，只不過這種實驗程序還不能跟常用的眼動儀進行有效連接，主要原因是實驗教學系統(tǒng)上的眼動教學程序還不具備眼動數(shù)據(jù)的采集和分析功能，這個功能仍然由眼動儀自帶的軟件來執(zhí)行。而教師的需求是，學習者在操作眼動實驗教學程序時，這個程序必須和眼動儀自帶的軟件相互兼容，同步運行，或者在云端系統(tǒng)直接集成眼動數(shù)據(jù)的采集和分析模塊。這種設(shè)計思路也可以應(yīng)用到其他設(shè)備，如生理反饋儀、腦電儀。

近年來，一些移動式眼動儀、腦電儀以及可以感應(yīng)人體生理信號或環(huán)境信息的可穿戴設(shè)備在心理學研究中越來越多地被使用。這些“移動式傳感設(shè)備所獲取的行為與環(huán)境信息和生理信號，同樣可以通過移動互聯(lián)網(wǎng)實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲服務(wù)器，它們正在改變傳統(tǒng)心理學的研究對象、思路和方法”[7]。手機、平板電腦、高速無線網(wǎng)絡(luò)、移動式傳感設(shè)備和云端心理實驗系統(tǒng)借助無線互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可以組成一個新型的心理實驗教學生態(tài)鏈，使得傳統(tǒng)的心理實驗教學能夠考慮更多的生態(tài)實驗效應(yīng)，實現(xiàn)一些在實驗室無法完成的項目教學。

云端系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析? 目前，云端心理實驗教學系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和分析方面還是側(cè)重于變量之間因果關(guān)系的求證，樣本量也局限于小樣本，這也是傳統(tǒng)心理實驗的基本特征。網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的出現(xiàn)為心理實驗的大樣本測量，滿足實驗結(jié)果可解釋的時效性帶來可能。但是也有研究者認為，“大數(shù)據(jù)研究擅長探索相關(guān)性”[8]，這跟心理實驗的因果關(guān)系追求并不一致。不過研究者也可利用海量數(shù)據(jù)和理論假設(shè)相結(jié)合的方式，嘗試大數(shù)據(jù)分析和實驗法的優(yōu)勢互補[9]。這種做法具有理論可行性，因為“在大數(shù)據(jù)研究背景下，盡管不同變量之間的關(guān)系變得不那么明確，但是大數(shù)據(jù)采集過程所使用的理論、方法和工具都會受到研究者自身理論知識和先入之見的影響，因此，即使是大數(shù)據(jù)的關(guān)系挖掘和分析，也不排斥理論假設(shè)和因果分析”[10]。云端心理實驗教學系統(tǒng)恰恰為這種方法結(jié)合提供了一個現(xiàn)實可操作的平臺，因為云端心理實驗教學系統(tǒng)上的實驗項目設(shè)計本身就是基于理論假設(shè)的驅(qū)動，它的優(yōu)勢還在于能夠借助使用面的擴大，積累大量實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一定程度的大數(shù)據(jù)分析，同時不失因果關(guān)系解釋。這對于心理實驗統(tǒng)計方法的教學也是一個新的促進。

從教學層面來講，云端心理實驗教學系統(tǒng)可以提供的大數(shù)據(jù)并不局限于各個實驗項目的實驗數(shù)據(jù)，還可以提供有關(guān)使用者偏好的實驗項目、操作習慣等信息。這樣可以幫助優(yōu)化實驗教學項目，追蹤實驗教學內(nèi)容的前沿問題，預(yù)測心理實驗教學系統(tǒng)的使用對學習者的教育作用。

參考文獻

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