基于回旋性設(shè)計(jì)思想的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究

李宇佳， 張克永， 楊 雪

(吉林大學(xué) 高等教育研究所， 吉林 長春 130012)

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基于回旋性設(shè)計(jì)思想的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究

李宇佳， 張克永， 楊 雪

(吉林大學(xué) 高等教育研究所， 吉林 長春 130012)

針對虛擬實(shí)驗(yàn)存在界面對功能的表達(dá)模糊、操作自由度差、出錯(cuò)率高、缺乏實(shí)驗(yàn)狀態(tài)保障機(jī)制等問題，將工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的回旋性設(shè)計(jì)思想引入虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在詳細(xì)分析回旋性內(nèi)涵與虛擬實(shí)驗(yàn)構(gòu)成要素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了虛擬實(shí)驗(yàn)的回旋性設(shè)計(jì)模型，清晰地揭示了功能可見性、可逆性、容錯(cuò)性、安全網(wǎng)等4個(gè)模塊涉及的實(shí)驗(yàn)元素，并依據(jù)此模型進(jìn)一步提出虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方式。

回旋性設(shè)計(jì)； 虛擬實(shí)驗(yàn)； 模型構(gòu)建

在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開發(fā)時(shí)，設(shè)計(jì)者往往忽視技術(shù)的外在表現(xiàn)形式，即功能的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致一些虛擬實(shí)驗(yàn)易用性較差、忽視對實(shí)驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)調(diào)控。如何使虛擬實(shí)驗(yàn)更加符合實(shí)驗(yàn)者的認(rèn)知特點(diǎn)和行為習(xí)慣，滿足不同層次實(shí)驗(yàn)者的需求，是虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分重視的問題[1-2]。筆者嘗試將產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的“回旋性”設(shè)計(jì)思想引入虛擬實(shí)驗(yàn)研究，以期尋求優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)品質(zhì)的可行方案。

1 當(dāng)前虛擬實(shí)驗(yàn)所存在的問題

通過對虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用情況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)仍存在一些問題，主要表現(xiàn)在界面設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)、容錯(cuò)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)狀態(tài)調(diào)控等方面。

(1) 虛擬實(shí)驗(yàn)的交互界面不能清晰地呈現(xiàn)傳遞界面元素所代表的功能和系統(tǒng)狀態(tài)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)者理解困難甚至錯(cuò)誤；操作界面布局零亂，圖標(biāo)按鈕的使用方式不符合實(shí)驗(yàn)者操作習(xí)慣，影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。

(2) 虛擬實(shí)驗(yàn)的操作不能撤銷或回看，實(shí)驗(yàn)者無法對交互過程進(jìn)行靈活控制。若實(shí)驗(yàn)者需要修改實(shí)驗(yàn)過程中的某一環(huán)節(jié)，只能回到初始狀態(tài)重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如果這種情況反復(fù)出現(xiàn)，將使實(shí)驗(yàn)者產(chǎn)生厭煩情緒。

(3) 當(dāng)虛擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)不符合實(shí)驗(yàn)者的操作特點(diǎn)時(shí)，容易增加出錯(cuò)概率。一旦操作出錯(cuò)，且虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不能作出反應(yīng)或提示，可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或死機(jī)。此外，由于實(shí)驗(yàn)者在操作出錯(cuò)后無法及時(shí)獲得幫助和明確的糾錯(cuò)信息，將影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

(4) 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)未顧及實(shí)驗(yàn)者的心理、行為與情感等方面的狀態(tài)，缺乏對實(shí)驗(yàn)者認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力的考量，實(shí)驗(yàn)的難度等級單一或難度層級不可控，使一些實(shí)驗(yàn)者難以適應(yīng)。

以上問題是影響虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)品質(zhì)的重要因素。在虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中引入回旋性設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)開發(fā)以實(shí)驗(yàn)者為中心并滿足實(shí)驗(yàn)者認(rèn)知、行為和情感等方面需求，使實(shí)驗(yàn)者有較大的操作靈活度和自由度，實(shí)驗(yàn)效果更好的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)十分必要。

2 將回旋性設(shè)計(jì)思想引入虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 回旋性設(shè)計(jì)思想的內(nèi)涵

“回旋”具有可進(jìn)退、可商量、可變通之意，回旋性設(shè)計(jì)思想就是要求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品靈活、可進(jìn)可退，即具有回旋的特性。美國學(xué)者威廉·立德威爾(William Lidwell)等在《通用設(shè)計(jì)法則》[3]中指出：所謂“回旋性”是使系統(tǒng)造成的負(fù)面影響降到最小化，把正確操作設(shè)置得明白易懂，錯(cuò)誤操作發(fā)生前，避免錯(cuò)誤發(fā)生，若錯(cuò)誤一旦發(fā)生，也能把負(fù)面影響降到最低。該書還指出：具有回旋性的設(shè)計(jì)提供了靈活性、穩(wěn)定性、安全性，讓使用者更愿意嘗試與冒險(xiǎn)，并提出使設(shè)計(jì)體現(xiàn)“回旋性”的方式主要包含良好的功能可見性、可逆性、安全網(wǎng)等。

2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性概念的理念

虛擬實(shí)驗(yàn)的回旋性是基于以實(shí)驗(yàn)者為中心的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者與虛擬實(shí)驗(yàn)交互過程的順暢、靈活自由，減少操作錯(cuò)誤的發(fā)生，或在錯(cuò)誤發(fā)生后將負(fù)面影響最小化。該設(shè)計(jì)理念充分考慮實(shí)驗(yàn)者使用虛擬實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)知、行為及情感等多樣化的需求，使設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)驗(yàn)靈活而有彈性，為實(shí)驗(yàn)者的自主研究提供回旋的空間，有助于提高人機(jī)交互過程中虛擬實(shí)驗(yàn)的使用效率及易用性，減輕實(shí)驗(yàn)者使用的心理負(fù)擔(dān)，最大限度地滿足實(shí)驗(yàn)者體驗(yàn)過程的愉悅感、自由感與歸屬感。

2.3 引入回旋性設(shè)計(jì)思想的必要性

回旋性設(shè)計(jì)思想旨在以系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提升實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)品質(zhì)與教學(xué)效果。虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)主要有功能可見性設(shè)計(jì)、可逆性設(shè)計(jì)、容錯(cuò)性設(shè)計(jì)和安全網(wǎng)設(shè)計(jì)。功能可見性側(cè)重于降低實(shí)驗(yàn)者使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)過程中的認(rèn)知負(fù)荷，即看得懂且找得到所需信息；可逆性設(shè)計(jì)能滿足實(shí)驗(yàn)者靈活地在不同操作環(huán)節(jié)跳轉(zhuǎn)，而非簡單地執(zhí)行既定操作；容錯(cuò)性設(shè)計(jì)是從設(shè)計(jì)方面減少錯(cuò)誤的發(fā)生，即使錯(cuò)誤發(fā)生，也能指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)者及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤；安全網(wǎng)設(shè)計(jì)考慮的是防范實(shí)驗(yàn)者在使用過程中過度偏離正確操作，消除過度挫折或厭煩心態(tài)等負(fù)面影響。

虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)的4個(gè)方面相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成統(tǒng)一的整體。功能可見性保證實(shí)驗(yàn)者正確、流暢地操作實(shí)驗(yàn)，有助于減少后退與錯(cuò)誤的發(fā)生；可逆性和容錯(cuò)性保證虛擬實(shí)驗(yàn)的高度可用性，利于實(shí)驗(yàn)者主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、加工界面信息；安全網(wǎng)貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過程的始終，是保障實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)整體性功能有效運(yùn)作的保護(hù)機(jī)制。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

筆者在分析虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與實(shí)現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)模型(見圖1)。此模型將功能可見性設(shè)計(jì)、可逆性設(shè)計(jì)、容錯(cuò)性設(shè)計(jì)、安全網(wǎng)設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)要素進(jìn)行了匹配，這些要素是虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)的核心部分。

圖1 基于回旋性思想的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型

3.1 功能可見性模塊設(shè)計(jì)

3.1.1 導(dǎo)入隱喻設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)信息交互的流暢感

在虛擬實(shí)驗(yàn)界面設(shè)計(jì)中借助隱喻手法，將不熟悉或難以理解的信息用簡單、可視化的形式表達(dá)，主要體現(xiàn)在圖標(biāo)符號設(shè)計(jì)中。圖標(biāo)隱喻的常用方法包括形象隱喻、工具隱喻、符號隱喻、效果隱喻。形象隱喻是采用模擬現(xiàn)實(shí)圖像直接傳達(dá)圖標(biāo)含義，如虛擬實(shí)驗(yàn)界面中以真實(shí)示波器設(shè)備為原型設(shè)計(jì)的圖標(biāo)；工具隱喻是通過使用的工具表示功能，如調(diào)色板圖標(biāo)表示可使用該工具更改背景顏色；符號隱喻是利用抽象的符號或標(biāo)志與一些語義關(guān)聯(lián)，如問號很容易與“幫助”、“答疑”關(guān)聯(lián)[4]；效果隱喻是用操作的結(jié)果表征其操作，如水平左對齊圖標(biāo)，將執(zhí)行左對齊操作后物體呈現(xiàn)的結(jié)果呈現(xiàn)。隱喻設(shè)計(jì)應(yīng)尋求創(chuàng)意與功能實(shí)現(xiàn)的平衡，不能過分追求外觀上的新穎而忽視使用隱喻設(shè)計(jì)的初衷[5]。

3.1.2 運(yùn)用預(yù)設(shè)用途，幫助理解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)操作方式

心理學(xué)家Donald.A.Norman認(rèn)為：預(yù)設(shè)用途是產(chǎn)品本身所具有的并被使用者理解的基本性能[6]。將預(yù)設(shè)用途應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，是指虛擬實(shí)驗(yàn)中的信息通過外在表現(xiàn)形式被實(shí)驗(yàn)者理解，主要包括：(1)設(shè)計(jì)可點(diǎn)擊的提示線索，通過界面元素或區(qū)域外觀上的設(shè)計(jì)，表達(dá)界面中按鈕、圖標(biāo)或場景區(qū)域的操作功能，如點(diǎn)擊鼠標(biāo)時(shí)對象形狀變?yōu)槭譅?，提示學(xué)習(xí)者該區(qū)域是可通過點(diǎn)擊發(fā)生下一步動(dòng)作；(2)設(shè)計(jì)可拖拽的視覺表示，以增添特效來凸顯功能，如將頁面邊緣設(shè)計(jì)成書角卷曲以表示本頁面可通過拖拽翻頁。

3.1.3 實(shí)現(xiàn)自然匹配，減少實(shí)驗(yàn)者記憶負(fù)擔(dān)

在虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，自然匹配原則表現(xiàn)為界面元素的空間位置、大小、色彩和功能間的關(guān)系，使虛擬實(shí)驗(yàn)界面元素的操作更加自然和容易理解。

(1) 在空間位置的設(shè)計(jì)中要對功能項(xiàng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)臍w類和組織，將同類、同級的信息放置在同一區(qū)域或選單(菜單)下，使虛擬實(shí)驗(yàn)界面布局符合人的視覺心理和記憶特點(diǎn)，界面元素重點(diǎn)明確、層次分明。

(2) 字體大小與色彩設(shè)計(jì)應(yīng)合理表達(dá)功能的重要程度。通常小于9磅的字號易出現(xiàn)閱讀障礙，大于12磅的字號浪費(fèi)空間[7]，但放大字號和圖標(biāo)容易成為視覺焦點(diǎn)，具有強(qiáng)調(diào)的暗示。色彩選擇應(yīng)考慮文化背景、審美需求、學(xué)科特點(diǎn)等因素[8]，色彩合理搭配、風(fēng)格一致可帶來舒適感，色彩適度對比利于區(qū)分內(nèi)容的主次關(guān)系。

3.2 可逆性模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 可逆形式劃分

可逆性設(shè)計(jì)包括一步撤銷、多步撤銷、歷史記錄和恢復(fù)初始值等形式。(1)一步撤銷是根據(jù)知識間的聯(lián)系程度將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置為一系列按順序排列的操作節(jié)點(diǎn)，通過標(biāo)有“上一步”的按鈕實(shí)現(xiàn)向上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的跳轉(zhuǎn)；(2)多步撤銷是跨節(jié)點(diǎn)的跳轉(zhuǎn)。圖2的上部(a區(qū)域)有一條按實(shí)驗(yàn)進(jìn)程生成的導(dǎo)航軸，軸上有各操作節(jié)點(diǎn)，允許實(shí)驗(yàn)者自由跳轉(zhuǎn)到已完成的節(jié)點(diǎn)上；(3)歷史記錄的設(shè)計(jì)可借鑒Photoshop軟件的設(shè)計(jì)方法，令系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)的操作列表，記錄所執(zhí)行的每一個(gè)動(dòng)作，允許實(shí)驗(yàn)者撤銷或更改操作動(dòng)作(見圖2的b區(qū)域)；(4)恢復(fù)初始狀態(tài)的作用是當(dāng)實(shí)驗(yàn)者要清除已有的操作或回顧實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，系統(tǒng)能恢復(fù)虛擬實(shí)驗(yàn)的最初狀態(tài)，節(jié)省重啟實(shí)驗(yàn)所花費(fèi)的時(shí)間[9]。

圖2 機(jī)械基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)界面

3.2.2 路徑結(jié)構(gòu)決定可逆形式設(shè)計(jì)

根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容聯(lián)系及復(fù)雜程度，可將組織形式分為線性、樹狀和網(wǎng)狀三種結(jié)構(gòu)類型。

(1) 線性結(jié)構(gòu)用于流程單一、順序性較強(qiáng)的虛擬實(shí)驗(yàn)，是將實(shí)驗(yàn)過程按序劃分為一系列操作節(jié)點(diǎn)，通過后臺程序?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)與對應(yīng)實(shí)驗(yàn)流程的超鏈接。

(2) 樹狀結(jié)構(gòu)用于較復(fù)雜的虛擬實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)劃分為若干子實(shí)驗(yàn)，每個(gè)子實(shí)驗(yàn)都是完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的必經(jīng)步驟，有的子實(shí)驗(yàn)可以通過多種路徑完成。例如制取氧氣是完成某一復(fù)雜實(shí)驗(yàn)的一個(gè)環(huán)節(jié)，且有加熱高錳酸鉀、氯酸鉀、雙氧水等不同制氧方法。當(dāng)采用某種制氧方法遇到因難時(shí)，可重新選擇另一種方法。

(3) 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)適用于知識點(diǎn)多且聯(lián)系緊密的虛擬實(shí)驗(yàn)，節(jié)點(diǎn)間交叉搭建促成多條學(xué)習(xí)路徑。當(dāng)實(shí)驗(yàn)遇阻時(shí)，可從遇阻節(jié)點(diǎn)跳至另一條分支繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，無需返回上一節(jié)點(diǎn)，完成實(shí)驗(yàn)后再通過提示解決難題。

3.3 容錯(cuò)性模塊設(shè)計(jì)

3.3.1 分析出錯(cuò)原因，做好防御準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)者易出錯(cuò)的原因及類型。操作出錯(cuò)的原因主要有兩方面：一是與人的生理、心理特點(diǎn)和外界環(huán)境有關(guān)[10]；二是虛擬實(shí)驗(yàn)的功能設(shè)計(jì)不符合實(shí)驗(yàn)者的操作特點(diǎn)。設(shè)計(jì)者應(yīng)在界面信息的視覺表達(dá)上避免易引起誤操作的交互設(shè)計(jì)，并對出錯(cuò)率高的操作步驟給予輔助性提示。

3.3.2 明確出錯(cuò)信息，及時(shí)反饋錯(cuò)誤

虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)者的操作及時(shí)提供反饋，維持學(xué)習(xí)的連續(xù)性，防止學(xué)習(xí)過程脫節(jié)或錯(cuò)誤累積。當(dāng)實(shí)驗(yàn)者在系統(tǒng)的提示下仍無法正確操作時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)作出反應(yīng)[11]，避免因某一操作環(huán)節(jié)的錯(cuò)誤而使實(shí)驗(yàn)失敗。所反饋的出錯(cuò)信息不僅要告知實(shí)驗(yàn)者發(fā)生了錯(cuò)誤，還要提示出錯(cuò)的原因。描述出錯(cuò)原因的語言應(yīng)通俗易懂、內(nèi)容要具體明確；反饋形式應(yīng)友好、多樣，通過富有感情色彩的文字、聲音、圖像或動(dòng)畫給實(shí)驗(yàn)者以良好的情感體驗(yàn)。

3.3.3 提供糾錯(cuò)幫助，減小錯(cuò)誤代價(jià)

當(dāng)實(shí)驗(yàn)者操作錯(cuò)誤后，系統(tǒng)應(yīng)提供糾錯(cuò)幫助，包括建設(shè)性意見和糾正錯(cuò)誤的辦法。建設(shè)性意見是系統(tǒng)向?qū)嶒?yàn)者提供關(guān)聯(lián)推薦，列出與出錯(cuò)問題相關(guān)的多種解決方法與線索，使實(shí)驗(yàn)者能夠快速找到糾錯(cuò)方法。此方法也適用于出錯(cuò)形式在系統(tǒng)考慮范圍之外的情況。糾正錯(cuò)誤的辦法是在明確問題的前提下，以詳盡的文字說明或直觀的視頻演示告知實(shí)驗(yàn)者正確的操作方式，減少實(shí)驗(yàn)者出錯(cuò)后的挫敗感，幫助實(shí)驗(yàn)者迅速恢復(fù)到離出錯(cuò)點(diǎn)最近的狀態(tài)，降低出錯(cuò)產(chǎn)生的負(fù)面影響。

3.4 安全網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)

安全網(wǎng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)者的虛擬實(shí)驗(yàn)過程，判斷實(shí)驗(yàn)者的動(dòng)作，并根據(jù)反饋結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的難度。在圖3中，安全網(wǎng)調(diào)控機(jī)制以挫折和懈怠兩種學(xué)習(xí)狀態(tài)為坐標(biāo)軸，中間粗線代表實(shí)驗(yàn)者完全沉浸于虛擬實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了理想狀態(tài)，圓點(diǎn)表示安全網(wǎng)機(jī)制的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)；灰色區(qū)域是系統(tǒng)允許實(shí)驗(yàn)者狀態(tài)波動(dòng)的區(qū)間。在灰色區(qū)域，實(shí)驗(yàn)者能夠通過自身努力或系統(tǒng)幫助保持良好的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。a曲線表示無安全網(wǎng)調(diào)節(jié)時(shí)實(shí)驗(yàn)過難、實(shí)驗(yàn)者心理受挫的狀態(tài)，b曲線表示缺少安全網(wǎng)調(diào)控時(shí)實(shí)驗(yàn)過易、實(shí)驗(yàn)者不斷懈怠的過程。在融入安全網(wǎng)機(jī)制的虛擬實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)挑戰(zhàn)難度過大，超出灰色區(qū)域，安全網(wǎng)將進(jìn)行調(diào)控，通過降低難度使實(shí)驗(yàn)者逐漸回歸到沉浸狀態(tài)，如A曲線所示，反之，實(shí)驗(yàn)難度過低時(shí)，安全網(wǎng)將提升難度，其調(diào)節(jié)結(jié)果如B曲線所示。

圖3 安全網(wǎng)調(diào)控機(jī)制示意圖

3.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)過程，判斷實(shí)驗(yàn)狀態(tài)

安全網(wǎng)通過一定的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)者完成階段性任務(wù)所用時(shí)間、出錯(cuò)次數(shù)、使用提示幫助頻率、自我測試結(jié)果等，系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控得到的信息分析判斷實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)與學(xué)習(xí)水平。實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)應(yīng)設(shè)定為適宜于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)者水平的中級難度，允許實(shí)驗(yàn)狀態(tài)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)[12]，實(shí)驗(yàn)者可通過實(shí)驗(yàn)的拓展練習(xí)或系統(tǒng)提供的容錯(cuò)功能解決問題。波動(dòng)范圍不宜過大，若發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)狀態(tài)超出某一臨界值，即實(shí)驗(yàn)難度設(shè)置與實(shí)驗(yàn)者現(xiàn)有水平嚴(yán)重不符，安全網(wǎng)應(yīng)實(shí)施調(diào)節(jié)機(jī)制。

3.4.2 自動(dòng)調(diào)控學(xué)習(xí)難度，不斷提升學(xué)習(xí)效果

將虛擬實(shí)驗(yàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為不同的難度等級，當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者過度偏離“沉浸狀態(tài)”時(shí)，安全網(wǎng)需自動(dòng)調(diào)高或降低難度等級，使實(shí)驗(yàn)符合實(shí)驗(yàn)者變化的認(rèn)知水平。例如實(shí)驗(yàn)者在某一階段的學(xué)習(xí)狀態(tài)逐漸下滑，系統(tǒng)開始利用提示幫助或糾錯(cuò)的方式引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)者，若監(jiān)測發(fā)現(xiàn)容錯(cuò)功能未能遏制其下滑趨勢，安全網(wǎng)應(yīng)將實(shí)驗(yàn)路徑切換至較低難度，使實(shí)驗(yàn)者經(jīng)過平緩的難度遞進(jìn)過程實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。反之，若實(shí)驗(yàn)過于簡單，實(shí)驗(yàn)者會(huì)逐漸失去學(xué)習(xí)興趣，安全網(wǎng)應(yīng)將實(shí)驗(yàn)調(diào)至難度系數(shù)較大的路徑，增加實(shí)驗(yàn)者的成就感[13]。

4 結(jié)束語

回旋性設(shè)計(jì)思想為改善虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了新思路。將回旋性設(shè)計(jì)思想的內(nèi)涵所指與虛擬實(shí)驗(yàn)要素特性相耦合，構(gòu)建出虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)模型，為設(shè)計(jì)出符合實(shí)驗(yàn)者認(rèn)知特點(diǎn)、行為習(xí)慣和情感體驗(yàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)提供了參考依據(jù)。隨著技術(shù)水平的發(fā)展和理論分析的深入，虛擬實(shí)驗(yàn)回旋性設(shè)計(jì)理論也需進(jìn)一步豐富和拓展，從而更好地指導(dǎo)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

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Research on virtual experiment design based on rotary design thought

Li Yujia， Zhang Keyong， Yang Xue

(Institute of Higher Education, Jilin University, Changchun 130012, China)

Current virtual experiments have some serious problems, such as fuzzy interface function, low level freedom of operation, high error rate, lacking a mechanism to guarantee students’ learning state. So this article introduces the rotary design thought from the field of industrial design to virtual experiment design. Based on detailed analyzing the connotation of rotary design and the constituent elements of virtual experiment, a rotary design model of virtual experiment is built, which clearly reveals the visibility of function, reversibility, fault tolerance, safety net and some involving experimental elements, and this article further puts forward the concrete implementation ways of virtual experiments’ rotary design.

rotary design; virtual experiment; model building

2014- 06- 26

吉林省發(fā)展和改革委員會(huì)資助項(xiàng)目(2010018-1)

李宇佳(1989—)，女，河北石家莊，碩士研究生，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)教育研究與應(yīng)用

E-mail：jdgjslyj@163.com

楊雪(1955—)，女，吉林長春，教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)教育研究與應(yīng)用.

TP391.9

A

1002-4956(2015)2- 0127- 04