一、引言
随着平板电脑的普及，教育APP 作为新型移动学习资源，凭借其特有的便携性、良好的交互性、随时随地学习等特性，正被应用于人们的正式学习和非正式学习中，促进信息技术与教育的深度融合。但是，基于文献和案例研究发现，教育APP 的教学设计与技术实现存在诸多缺陷。在教学设计方面，较多的教育APP 注重数字化学习内容的传递和呈现，缺少学习者认知特征的分析，忽略教学内容、教学方法、教学流程和学习活动的设计，导致教育APP 难以达成高阶学习目标;在技术实现方面，较多的教育APP 仍处于桌面应用模仿阶段，没有完全应用Pad 终端的摄像头、传感器、手势触屏和云服务等技术与功能，在交互性和智能性方面有待提升]。美国《国家教育技术规划》提出技术赋能学习愿景，认为教育APP 能实现其目标：一是支持学习者自由地探索、协作和创造，促进学习者掌握学术技能;二是为学习者提供无障碍学习，缩小机会和成绩差距;三是将基于技术的评估嵌入学习活动，以更好的方式测量学习者本身和学习过程，提供有效的形成性评估。基于上述愿景和目标，如何融合学习科学理论与移动互联网新技术，构建基于Pad 的教育APP 教学设计模型，研发具有移动特征的教育APP，已成为教育技术学研究者面临新课题之一。
本文以孤独症儿童情绪识别训练APP 为例，在综述相关核心文献和分析教育APP 案例的基础上，构建了一种基于Pad 的教育APP 教学设计模型，并介绍基于云平台的孤独症儿童情绪识别训练APP的设计与开发方案。
二、文献综述
Padagogy 轮模型是一个基于教育APP 的信息化教学设计模型，由阿兰凯灵顿基于数字布鲁姆教育目标分类框架开发而成。该模型采用轮的形式将核心能力、学习动机、学习目标、教育APP 和学习评价整合于一个框架中，描述各要素之间的关系，为教师围绕学习活动的设计应用教育APP 提供了框架。本部分采用文献研究的方法，分析孤独症儿童情绪识别的认知特征，介绍布鲁姆教育目标分类理论、Padagogy 轮模型和两种相关的教学策略。
( 一) 孤独症儿童情绪识别的认知特征
孤独症儿童社会交往障碍的原因之一在于其不能识别他人的社交情绪[7]。研究发现，与正常发展儿童根据他人的面部表情进行社会判断不同，孤独症儿童情绪识别的认知特征有四个方面：(1) 孤独症儿童情绪识别能力发展缓慢，与其认知水平相关，且个体间有明显差异;(2) 孤独症儿童采用局部加工方式进行面部表情识别，回避对眼睛的注视，将注意力集中在面部下半部分，如嘴巴和下颚;(3)孤独症儿童对物体认知优于面孔认知，其识别物体时非常感兴趣且准确率高，而对人的面部却表现不出兴趣且准确率低;(4) 孤独症儿童以非情感方式识别表情，当面部表情与情境线索不同时，其倾向于运用面部表情判断而非情境。
( 二) 布鲁姆教育目标分类理论
布鲁姆教育目标分类理论是教学分析、设计、开发、实践与评估的重要理论依据。该理论把教学目标分为知识、理解、应用、分析、综合和评价六个层次。Anderson 和Krathwohl 提出修订版的布鲁姆教育目标分类理论，将教学目标从知识领域和认知过程两个维度分类，在认知过程维度上教育目标分为记忆、理解、分析、应用、评价和创造六个层次，每个认知过程层次又可以分解为多个内在认知行为。例如，理解层次的认知行为包含解释、例证、区分、总结、推论和比较等。修订版的布鲁姆教育目标分类理论对教学目标的分类具有层次性、连续性和累积性，在复杂度上由简单到复杂，在认知顺序上前一个层次是后一个层次发生的前提和基础。因此，修订版的布鲁姆教育目标分类理论解释认知过程的复杂度和先后次序，为教学系统设计提供了认知理论依据。
( 三)Padagogy 轮模型
Padagogy 轮模型由阿兰凯灵顿依据数字布鲁姆教育目标分类理论提出，目前更新到5.0 版本。Padagogy 轮的基本原则是教育理念驱动技术应用，重点不在于技术应用，而在于学习过程。Padagogy轮模型具有系统性，包含五个圈：第一圈是核心能力，核心能力是学习设计的核心;第二圈是经过科学验证的动机因素，有自主、掌握和目的，是获得高效学习的关键;第三圈是布鲁姆教育目标分类学，有认知过程、认知行为和学习活动;第四圈是技术增强教学，能帮助教师个性化地实现教学理念的教育APP;第五圈是SAMR 模型，SAMR 指替代(Substitution)、增强(Augmentation)、修改(Modification)和重塑(Redefinition)，用于评估技术增强的教学，确定如何使用所选择的技术。Mark Coppin 将Padagogy 轮模型应用于孤独症儿童干预训练辅助技术研究，研发了孤独症儿童教育APP 轮，包括常见的学习特征、常见的学习特性、APP 类别和教育APP。Padagogy 轮模型整合了布鲁姆教育目标分类理论中认知过程的六个层次，为设计以学习者为中心的学习活动提供了框架，能有效提升学习者的数字化学习能力，指导教师选择相应的教育APP开展基于Pad 的信息化教学。
( 四) 情境体验式学习策略和回合式操作教学策略
学习活动设计需要相应的教学策略作为依据。孤独症儿童情绪识别训练的学习活动设计与两种有效的教学策略紧密相关，分别是情境体验式学习策略和回合式操作教学策略。
情境体验式学习策略融合了情境教学与体验式学习策略的优点。情境教学法是指在教学过程中，教师有目的地引入或创设具有一定情绪特点的、以形象为主体的生动具体的场景，以引起学习者一定的态度体验，帮助其理解学习内容，使其心理机能得到发展的教学方法。在教师创设的直接或间接的情境中，学习者基于教师创设的情境开展认知体验式学习。库伯提出体验式学习循环模型，将体验式学习过程分为四个连续循环的阶段，包括具体体验、反思观察、抽象概括和行动应用。情境体验式学习将情绪认知与具体的社交情境和情绪事件相联系，构建基于情境的体验式学习活动，有利于激发孤独症儿童的学习动机，支持其将习得的情绪认知技能泛化到真实生活的情境中。
回合式操作教学策略是应用行为分析学科中一种教学方法，其核心原理是以操作制约的方法去改变儿童的问题行为。根据儿童的能力水平确立学习目标，并为其设计教学情境和选择强化物，通过适当的干预模式建立新的适应行为，消除和改善问题行为。洛瓦斯针对孤独症儿童行为训练提出回合式操作教学法，采取小步骤教学，把教学目标分为多个子任务，每个子任务由多个回合组成，每个回合包括指令、反应、辅助、强化和停顿五个要素。孤独症儿童在学习上存在认知和行为障碍，通过小步子和量化的训练，能有效提升其在社交情绪、社交沟通和生活自理等技能。
综上所述，Padagogy 轮模型秉承以学习者为中心的教育理念，融合核心能力、动机因素、布鲁姆教育目标分类学、技术增强教学和SAMR 模型要素于一体的信息化教学设计模型，能有效指导教师应用教育APP 设计和实施信息化课堂教学改革。但是，该模型有两个不足之处，一个是该模型是一个通用型的信息化教学设计模型，在具体的教学应用中，需要与具体的学科或课程教学项目相结合，进一步细化学习者的核心能力，设计特定学科教学活动，积累相应学科的教育APP，形成个性化Padagogy轮;另一个是该模型是用于信息化教学的教学设计模型，不能直接用于指导教育APP 的设计与开发。
三、案例分析
孤独症儿童情绪识别训练教学领域有三个典型的教育APP 案例， 包括《Lets Face It!》《AutismEmotions》和《Mind Reading》。本部分从训练模型、教学策略和功能模型三个方面介绍基于Pad 的教育APP 设计。
( 一)Lets Face It!
Lets Face It!(LFI!) 是加拿大维多利亚大学脑与认知实验室和美国耶鲁大学儿童学习中心联合研发的孤独症儿童脸部表情学习应用程序。基于脸部表情处理层次模型，LFI! 包含三个层次的教学目标，层次一是注意脸部和理解脸部结构，层次二是识别脸部特征和脸部表情，层次三是理解脸部社会线索。LFI! 的学习内容分为三个层次，层次一是Find a Face，层次二是Zap It!和EmotionMaker， 层次三是The Eyes Have It。LFI! 的脸部表情能力训练分解为5 个脸部特征测试、3 个脸部情绪测试和2 个对象处理测试。例如，在Emotion Maker中，孤独症儿童需要选择眼神和嘴部图片重构脸部表情，对脸部表情的认知遵循由局部到整体的过程。LFI! 的脸部表情处理层次模型可用于评估孤独症儿童表情识别障碍的框架，发现孤独症儿童在每个层次脸部表情处理的不足之处。
( 二)Autism Emotions
Autism Emotions(AE) 由美国伊利诺斯州儿童与家庭希望研究所研制，是一款基于Model Me Face EmotionsTM 开发的教育APP。该APP 的学习内容包括高兴、伤心、自豪和平静四种基本情绪。AE 情绪识别的认知学习有两个特点：一是学习基于真实社交情境展开，每个情绪识别训练采用1-2分钟视频的方式呈现情绪发生的真实情境，为学习者创设观察、反思、抽象和行动的体验式学习情境，有利于学习者内化和泛化学习内容;二是AE 结合视频示范和音乐治疗两种干预方法，适合视觉和听觉两种感觉统合障碍的孤独症儿童。
( 三)Mind Reading
Mind Reading(MR) 是英国剑桥大学孤独症研究中心研发的一款情绪识别的教育软件，具有知识性、互动性和娱乐性等特征。该软件用于帮助孤独症儿童认知人类的面部表情和声音，识别和理解人类简单的情绪和复杂的心理状态，通过学习社会性情绪促进其社会交往能力的发展。该教育软件包含情绪资源库、学习中心和游戏区三个功能模块：(1) 情绪资源库包含24 组情绪，支持学习者从面孔、声音和情境等角度学习面部表情与情绪，可阅读故事和添加备注;(2) 学习中心包含20 个情绪学习单元和100 个情绪测试，学习者回答测试题，首次回答正确可以获得学习奖励;(3) 游戏区包含五类教育性游戏，使学习者在玩游戏的同时学习识别面部表情和情绪。
四、基于Pad 的教育APP 教学设计模型构建
( 一) 模型的框架
本研究以Padagogy 轮模型为基础，融合布鲁姆教育目标分类理论和两种相关教学策略，构建基于Pad 的教育APP 教学设计模型，如下页图1所示。该模型包含八个轮，由内而外分别为核心能力轮、学习内容轮、认知过程轮、认知行为轮、学习活动轮、学习策略轮、移动媒体轮和学习评价轮。以孤独症儿童情绪识别训练模型为例，其中，核心能力轮为学习者的情绪识别与理解能力，是教育APP 的学习目标;核心能力分解与扩展为学习内容轮，情绪识别核心能力分解为六种基本情绪的识别能力，包括快乐、伤心、生气、害怕、惊讶和讨厌，是人类在社会交往中经常使用的社会性情绪;认知过程轮是在特定学习内容中学习者经历由低阶到高阶的认知过程，包括记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次;认知行为轮是某个认知过程中学习者认知系统发生的内在认知行为，不同的认知过程有不同的内在认知行为，例如分析认知过程包含比较、辨别、分离和分类等认知行为;学习活动轮以有意义的学习活动为导向，将同一认知过程类别中的多种孤立的认知行为整合为特定有意义的学习活动，例如，比较和分辨两种内在认知行为整合为配一配学习活动，学习者从多种情绪图片中选择一张与特定面部表情相同情绪的图片;学习策略轮是Pad 中APP 采用情境体验式学习策略和回合式操作教学策略，设计学习者外显的行为操作程序、规则、方法、技巧和调控方式，支持和引导其经历六个认知过程达成核心能力目标;移动媒体轮是Pad 终端提供学习者进行学习活动的移动媒体功能，包括图片拍摄、图片展示、语音录制、语音识别、语音播放、视频拍摄、视频播放和触控游戏等;学习评价轮是对学习者情绪识别训练和测评的评价，包括基于训练过程的形成性评价、基于测评过程的总结性评价和基于训练者( 教师或家长) 观察的社会效度评价，并通过统计图表的可视化方式呈现评价结果。
( 二) 模型的机制
如上所述的该模型由八个轮组成，由内轮向外轮依次转换，共包含七种转换机制。一是核心能力轮与学习内容轮的分解关系，情绪识别核心能力是一种复杂和综合的技能体系，分解为六种基本社交性情绪，包括快乐、伤心、生气、害怕、惊讶和讨厌;二是学习内容轮与认知过程轮的经历关系，每种情绪识别能力的获得经历六个认知过程，包括记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次;三是认知过程轮与认知行为轮的包含关系，每个认知过程均包含多种相互联系的内在认知行为，内在认知行为的发生是认知过程达成的前提和基础;四是认知行为轮与学习活动轮的整合关系，多种相互关联的内在认知行为可以整合为一个或多个有意义的学习活动，通过有意义的学习活动的展开促成认知行为的发生;五是学习活动轮与学习策略轮的实现关系，学习活动通过学习策略中规定的程序、规则和调控等实现有效学习;六是学习策略轮与移动媒体轮的支持关系，在APP 中学习策略的运用需要移动媒体功能的支持;七是学习评价轮与前面七个轮之间的评价关系，通过收集和分析学习者在不同情绪识别的学习活动中学习行为和学习结果，评价前面七个轮中的过程效果和社会效果。
( 三) 模型的实施
该模型依据孤独症儿童情绪识别的认知特征构建，其实施过程包含六个基本的步骤：(1) 确定核心学习能力，将其分解为具体的学习内容;(2) 制定学习目标，设计评估方案，从认知过程的六个层次分析和制定学习者情绪认知训练的目标，使用每个认知过程中的认知行为动词阐述其学习目标，并根据具体的认知行为目标设计对应的评估方案;(3) 创设学习情境，设计学习活动，依据学习内容中的情绪类型，设计对应的社交情境，将学习内容中情绪融入社交情境，并以学习者为活动主体，设计学习活动的开展步骤、规则和结果;(4) 选择学习策略，选择情境体验式学习策略和回合式操作教学策略，引导学习者在某个特定社交情境中通过观察、实践、练习和反思等行为，支持其在情绪识别训练中经过指令、反应、辅助和强化等环节，完成第3 步中的学习活动;(5) 开发教育APP，开发情绪识别训练APP，应用Pad 终端的图像、音频、视频和数据存储等功能，支持学习者采用相应的学习策略完成第3 步中的学习活动;(6) 开展学习评价，基于APP记录学习行为数据开展情绪认知训练和测评的形成性和总结性评价，使用图形可视化的方式呈现学习者情绪识别的能力及其变化过程。
五、孤独症儿童情绪识别训练APP 设计与开发
( 一)APP 功能模块设计
孤独症儿童情绪识别训练APP 有六个功能模块，包括情绪识别训练、情绪训练评估、情绪管理库、学习行为数据分析、学习活动重构和用户中心模块，如下页图2 所示。情绪识别训练模块是孤独症儿童开展六种基本情绪识别训练的空间，每种情绪识别训练包含九个学习活动。情绪训练评估模块包括情绪识别训练测评和社会效度评价，前者用于评估孤独症儿童情绪识别训练的程度，包括人物和卡通情绪图片的测评，后者用于教师或家长对孤独症儿童的情绪识别训练的主观性评价。情绪管理库模块包括情绪添加、编辑和选用，设置孤独症儿童识别训练和测评的情绪媒体素材，情绪素材包括人物表情图片、卡通表情图片、人物情境图片和人物情境视频。学习行为数据分析模块收集和分析孤独症儿童情绪识别训练和训练评估的学习行为数据，并以曲线图、柱状图和雷达图等可视化图形呈现，反映孤独症儿童情绪识别能力的成长变化，构建基于学习行为的学习档案。学习活动重构模块支持教师和家长根据孤独症儿童情绪识别技能发展水平，动态设置情绪识别训练的学习活动及其顺序。用户中心模块包括用户注册、登录、退出登录和学习进度浏览，管理孤独症儿童在APP 中学习的基本信息。
( 二)APP 系统架构设计
孤独症儿童情绪识别训练APP 使用APICloud平台开发，其系统结构由端和云组成，如图3所示[27]。端包括APP 跨平台引擎，通过DeepEngine 半翻译式原理，将运行中的Web 语言转换成Native API 接口，编译成可用JavaScript调用的SDK 功能模块。SDK 功能模块包括文件管理、语音识别、图片裁剪、数据存储、本地资源调用、消息推送和版本更新。APP 界面由Window 和Frame 窗口组成，用HTML5 和前端框架技术实现。云为APP 提供移动后端即服务的云服务和聚合API，MBaaS 是一种新型的云服务，使用统一的API 和SDK 连接移动应用到云端，通过云集成后端服务。APP 云服务包括云端数据存储、消息推送、版本管理、云修复、数据分析和阿里云ECS 网络服务器资源等。例如：云端数据存储是通过客户端发送http 请求，调用mcm 模块和基于api.ajax 写成的原生JS 类库与RESTFul API 接口进行交互实现的。APP 管理服务通过SuperWebView SDK 实现，SuperWebView 能促进Web 和Native 的融合，提升用户体验和缩短迭代周期。
( 三)APP 关键技术实现
孤独症儿童情绪识别训练APP 采用APICloud云端一体的移动应用开发平台，跨Android 和iOS 两种移动终端平台。APICloud 作为标准化的移动应用开发平台，为开发者从云和端两个方向提供API 接口，并且封装为标准化的SDK功能模块，简化了移动应用开发技术，支持开发者从开发到上线实现APP 的快速迭代。APP 的界面是采用跨移动平台前端框架AUICSS 进行布局，如图4所示。APP 的数据存储是采用本地缓存、SQLite 数据库和APICloud 云端的NoSQL 数据库技术。
1. 移动多媒体技术
孤独症儿童在情绪识别训练过程中获取与处理情绪信息存在认知障碍，通过视觉和听觉的技术性补偿，提升孤独症儿童的情绪识别理解能力。情绪识别训练APP 通过调用APICloud 的API 对象的多媒体类方法，实现移动多媒体功能的使用。一是APP 实现拍照和摄像功能，创建情绪识别训练中的情绪图片和社交情境，图像拍摄或视频录制使用GetPicture 方法，设置MediaValue 属性值为Pic或Video;二是语音识别功能将孤独症儿童的语音信号转化为文字信息，促进孤独症儿童情绪认知的语言表达，克服输入慢和易出差错的缺点，补偿文字输入能力差的缺陷。语音识别功能使用SpeechRecognizer 模块的Record 方法，获取语音信号，提交语音信号到云端语音识别引擎，语音引擎完成语音识别并将识别的文字结果返回到APP 客户端。
2. 学习行为数据存储及可视化分析技术孤独症儿童情绪识别训练APP 存储孤独症儿童在APP 中情绪识别训练和测评中的学习行为数据，以及教师和家长开展的社会效度评价数据。APP 调用db 与mcm 模块和js-sdk 将数据存储到本地客户端与网络服务器端。其中本地客户端使用的是无服务器、零配置和事务性的SQLite 数据库;网络服务器端使用的是基于RESTFul API 接口的云数据库。学习行为数据可视化分析技术是通过APICloud 中db 模块的SelectSql 方法获取数据库数据，采用基于HTML5 的JavaScript 图表库Chart.js动态生成，能够形象、多维度地视角反映孤独症儿童的情绪识别技能发展水平及其进步。
六、总结与未来展望
本研究针对当前教育APP 存在的不足，以孤独症儿童情绪识别训练APP 为例，分析孤独症儿童的情绪认知障碍特征及其规律。依据布鲁姆教育目标分类理论，借鉴Padagogy 轮模型，引入情境体验式学习策略和回合式操作教学策略，构建基于Pad 的教育APP 教学设计模型。与其他教学设计模型相比，该模型不仅包含学习者的内在认知过程及其认知行为、外在学习活动及其学习策略，还描述了八个构成要素轮的内在关系和转换机制，界定了该模型的实施步骤。该模型以修订版的布鲁姆教育目标分类理论中认知过程的六个层次为架构，通过分解和整合两种机制实现认知目标、认知行为和学习活动的转换，有利于学习者达到应用、分析、评价和创造等高阶学习目标。在此基础上，本研究结合Pad 移动终端的媒体技术和云计算技术的优势，设计孤独症儿童情绪识别训练APP 的功能模块和体系架构，使用APICloud 平台的关键技术实现跨移动平台的情绪识别训练APP，为开发基于云平台的教育APP 提供技术方案。该方案充分发挥了Pad终端的移动媒体技术功能，包括图片拍摄、语音录制、语音识别、视频拍摄、触控游戏和云服务等，实现了具有移动特征的教育APP，提升了教育APP的交互性和智能性。笔者将进一步开展基于Pad 的教育APP 教学应用的实证研究，开展移动互联网下教育APP 的学习分析研究，发现学习者在移动学习中的认知行为发展规律。