本文是全国教育科学“十五”规划重点项目的研究成果。该研究在系统分析和总结了国内外信息技术(ICT)教育应用发展状况和各类“虚拟学习环境”(VLEs)开发与应用的基础上,结合我国中小学的组织特征和教育方式,设计开发了适合于我国中小学教学和学习需要的VLEs——PRIME学习支持系统,并对该系统的有效性和教育应用方式进行了实验验证,同时也提出了一些能够直接应用于课堂教学的、基于PRIME的新型教学和学习方式。PRIME的设计和开发采用了改良的“开发研究”方法,以支持知识生成和管理过程、高级认知发展等作为主要目标。从两个版本的开发过程来看,VLEs系统开发必须突破“隐喻式”设计思想,而教育学验证则是教育软件系统设计和开发不可缺少的环节。本文采用多元分析方法对PRIME验证性实验数据进行了分析。结果表明:该系统具有支持高级认知发展和高级知识获得的功能,尤其对一般元认知(计划、调节)、学科学习策略、ICT素养的发展等有十分显著的作用。具体来说,GOALS总得分在班级性质(实验班和对照班,F=5.507,p=0.021)、性别(F=7.939,p=0.006)、班级性质*性别(F=4.298,p=0.041)三个水平上差异十分显著;而学科学习策略总得分在年级(F=5.382,p=0.005)、班级性质(F= 9.275,p=0.003)上差异也具有显著性。如果以独立后测设计分析实验对学科学习策略策略的影响,所有分量和总得分上的差异性水平都达到了p=.000的水平,说明PRIME的应用对学科学习策略的提高有很好的作用。本文还描述了基于PRIME的阅读、写作、ICT与数学等学科独特的教学和学习方式,这些方式突破了现有ICT与课程整合的一般做法,确立了VLEs对常规课堂学习和教学过程的支持机制,它们对学生学业成绩的提高也有积极的作用。实验结果发现,各科学习成绩与活跃指数、高级认知尤其是一般元认知(计划、调节)、学科学习策略、ICT素养和动机与之间的相关十分显著,说明高级认知在学业成绩和PRIME应用之间的关系中可能扮演者重要的角色。根据以上研究,本文对如何应用VLEs进行课堂教学和学习提出了一些建议,其中包括教学设计、学习活动规划与管理、教学常规等方面的要求。另外,本文还探讨了“虚拟学习社区”(VLC)的形成和发展问题,认为教与学是最核心的社区活动,教师在社区发展中具有关键的作用,而家校联系则是它的一种有效应用方式。最后,本文指出了研究中存在的若干问题以及未来研究的一些重点,为PRIME系统的进一步完善和教学实验的推广指明了方向。概而言之,高级认知是ICT促进学生学习成绩提高的中介变量,而PRIME(VLEs)的有效应用既是培养高级认知能力的有效途径,也是实现信息技术与课程深层次整合的重要方法。因此,本文认为,支持高级认知发展和高级知识获得的VLEs应该作为ICT教育应用研究的新范式。本文对学科学习策略的测量采用自编的《学科学习策略问卷》,而对于高级认知的发展则采用改编的《GOALS问卷》进行评价;学业成绩评定依据学校组织的期末考试结果;PRIME系统记录的数据(活跃指数)也是重要的分析指标。本文的数据分析工具是SPSS 12.0。