VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

李小平 趙豐年等

摘要：該文針對(duì)VR/AR教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用和全國(guó)VR/AR教學(xué)大賽的賽事推廣需求，從VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)角度，分析了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的多面性，從心理學(xué)視角列出了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)包含的內(nèi)容，論述了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法；綜合動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、情感設(shè)計(jì)和教學(xué)設(shè)計(jì)等多角度，提出了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的分層構(gòu)成模型；提出了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)用模型，將相應(yīng)體驗(yàn)分為方法性體驗(yàn)、技能性體驗(yàn)、知識(shí)性體驗(yàn)和啟發(fā)探索性體驗(yàn)，并給出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；從用戶界面、交互性、可用性等幾個(gè)方面，提出了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在VR/AR教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)用理論基礎(chǔ)性研究上進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；體驗(yàn)設(shè)計(jì)；教學(xué)體驗(yàn)；應(yīng)用框架；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)是VR/AR教學(xué)設(shè)計(jì)中的核心問題。在VR/AR教學(xué)過程中，VR/AR體驗(yàn)效果越好，其感知效果和教學(xué)效果也就越好，可信度也就越高。VR/AR技術(shù)所具有的沉浸性、交互性、構(gòu)想性、夸張性和社會(huì)性等特征，使其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如何在學(xué)習(xí)中設(shè)計(jì)具有功能性和目的性，同時(shí)又有趣且吸引人的體驗(yàn)，是VR/AR教學(xué)設(shè)計(jì)的重要研究方向，涉及到人工智能、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、電子商務(wù)、人機(jī)交互、戲劇、電子敘事等多個(gè)領(lǐng)域。要使得VR/AR教學(xué)體驗(yàn)更加完整，就要更深入地在各個(gè)層面上關(guān)注內(nèi)容設(shè)計(jì)和特性設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)它們之間的各個(gè)因素。從教學(xué)設(shè)計(jì)的角度，教學(xué)傳輸模式將逐漸讓位給體驗(yàn)編導(dǎo)模式，教育者的角色也將從信息提供者轉(zhuǎn)變?yōu)轶w驗(yàn)設(shè)計(jì)/編導(dǎo)者。本文針對(duì)VR/AR教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用和全國(guó)VR/AR教學(xué)大賽的賽事推廣需求，提出VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)生框架、構(gòu)成框架和應(yīng)用模型，并對(duì)VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的內(nèi)容、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)進(jìn)行了論述。

一、VR/AR教學(xué)體驗(yàn)及其產(chǎn)生框架

人們做的每個(gè)活動(dòng)都會(huì)形成以及產(chǎn)生一個(gè)體驗(yàn)，體驗(yàn)是在一個(gè)給定時(shí)間內(nèi)用戶和環(huán)境交互的過程和結(jié)果。在交互的過程中，形成體驗(yàn)的不同元素融合起來形成個(gè)體的輸出，要被實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)、使用的工具以及交互發(fā)生的領(lǐng)域形成環(huán)境。為了讓學(xué)習(xí)者可以投入到教學(xué)任務(wù)中，需要綜合考慮功能性、可用性以及美觀性。通過觀察形成學(xué)習(xí)者和任務(wù)交互的進(jìn)程的元素，我們可以了解大多數(shù)教學(xué)體驗(yàn)的共同元素。教學(xué)體驗(yàn)是一個(gè)反饋的循環(huán)，過去的體驗(yàn)會(huì)影響未來的體驗(yàn)。這種產(chǎn)生式的體驗(yàn)會(huì)讓學(xué)習(xí)者的情感發(fā)生改變，形成積極的體驗(yàn)（如快樂）或者心流。

（一）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的概念

在設(shè)計(jì)者的視角下，VR/AR教學(xué)體驗(yàn)可以被解釋為不同的沉浸概念，包括：感官沉浸、挑戰(zhàn)沉浸和想象力沉浸，它們會(huì)在使用VR/AR系統(tǒng)時(shí)同時(shí)發(fā)生并相互交互。感官沉浸是學(xué)習(xí)者在與VR系統(tǒng)交互時(shí)獲得的，挑戰(zhàn)沉浸是“當(dāng)一個(gè)人達(dá)到一個(gè)挑戰(zhàn)和能力的令人滿意的平衡點(diǎn)”時(shí)出現(xiàn)的，而想象力沉浸則是當(dāng)學(xué)習(xí)者“使用他的想象力和任務(wù)產(chǎn)生共鳴，或者只是享受VR系統(tǒng)的幻想”時(shí)發(fā)生的。三種沉浸感覺的交叉點(diǎn)就能為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)完全沉浸的VR體驗(yàn)。感官沉浸是學(xué)習(xí)者與交互界面的連接，而挑戰(zhàn)和想象力沉浸則是學(xué)習(xí)者和VR系統(tǒng)的連接。

除了沉浸以外，還可以使用另兩個(gè)概念來描述VR體驗(yàn)：心流和代入感。心流是指?jìng)€(gè)體在遇到與其技能水平相匹配的挑戰(zhàn)時(shí)，全身心投入目標(biāo)導(dǎo)向的任務(wù)，達(dá)到忘我的一種心理狀態(tài)。代入感則是指在虛擬世界中身臨其境的一種感覺。如果VR教學(xué)系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)、即時(shí)的反饋、沉浸的虛擬世界，那么有可能獲得心流這種最優(yōu)體驗(yàn)。另一方面，沉浸和代人感不會(huì)自動(dòng)意味著學(xué)習(xí)者會(huì)有愉快的體驗(yàn)，但相應(yīng)體驗(yàn)也是有價(jià)值的，因此是次佳的體驗(yàn)。

（二）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的多面性

在使用VR/AR教學(xué)系統(tǒng)時(shí)，有意義的目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者的行為，在系統(tǒng)規(guī)則和選擇范圍中，學(xué)習(xí)者追求這些目標(biāo)，贏得獎(jiǎng)勵(lì)，做出決策，并且迎接挑戰(zhàn)。學(xué)習(xí)者有意或無意持續(xù)不斷地評(píng)估他們?cè)谙到y(tǒng)中的表現(xiàn)，看他們是否正在達(dá)成期望的目標(biāo)，以及他們是否具有迎接挑戰(zhàn)的能力。如果他們?cè)诳朔щy之后達(dá)到目標(biāo)，就會(huì)獲得正面情緒和勝任感。VR敘事變成了講故事，在故事中學(xué)習(xí)者扮演一個(gè)積極的角色。有趣的時(shí)空將學(xué)習(xí)者的注意吸引到虛擬世界中，從而提供了對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的逃離。學(xué)習(xí)者投入到他們?cè)赩R世界中扮演的角色中。VR世界的生成也同樣由界面支持，從而限定了其中的物理交互和社會(huì)交互。界面提供了探索、發(fā)現(xiàn)和收集新事物的環(huán)境。在那里學(xué)習(xí)者與其他代理進(jìn)行交互并且逐步適應(yīng)，從而越來越深地陷入到虛擬世界中，在其中深度體驗(yàn)學(xué)習(xí)。

當(dāng)學(xué)習(xí)者描述他們的體驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)描述相應(yīng)的情感變化（例如：享受）、認(rèn)知評(píng)測(cè)（例如：挑戰(zhàn)）、以及動(dòng)機(jī)（例如：好奇心）。整理出學(xué)習(xí)者的認(rèn)知、情感、動(dòng)機(jī)、知覺以及注意點(diǎn)，將揭示出學(xué)習(xí)體驗(yàn)的決定性因素，例如體驗(yàn)的質(zhì)量、強(qiáng)度、意義、價(jià)值和廣度?？傊@些決定性因素使得分析VR/AR教學(xué)體驗(yàn)成為可能，并且賦予了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)獨(dú)一無二的特征。如圖1所示，中間部分是學(xué)習(xí)者與虛擬世界的交互過程，教學(xué)體驗(yàn)在這個(gè)過程中不斷演化。在VR系統(tǒng)之外，教學(xué)體驗(yàn)很大程度上會(huì)受到基礎(chǔ)心理學(xué)和學(xué)習(xí)者個(gè)人背景的影響，包括：學(xué)習(xí)者在系統(tǒng)中的臨場(chǎng)感、參與度以及心流。

（三）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的產(chǎn)生框架

VR教學(xué)系統(tǒng)中軟硬件的設(shè)計(jì)依賴于虛擬世界中人的行為，因此需要依賴認(rèn)知科學(xué)專家建立：用戶感官和運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的生理物理特性、系統(tǒng)中模式和比喻的概念性和實(shí)用性差異、以及幫助系統(tǒng)用戶的行為軟件助理。

VR教學(xué)體驗(yàn)的產(chǎn)生框架（如圖2所示）是在虛擬環(huán)境中沉浸與交互的三個(gè)層次的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成，包括：

（1）物理層：即學(xué)習(xí)者的感知運(yùn)動(dòng)沉浸與交互層，是計(jì)算機(jī)用戶感知接口與學(xué)習(xí)者在物理上相互連接的層次。在這個(gè)層次上的沉浸與交互可以根據(jù)感知和運(yùn)動(dòng)的特征進(jìn)行量化。

（2）用戶層：是指學(xué)習(xí)者心理上沉浸于虛擬世界的交互和體驗(yàn)，是一種心理上透明而不可見的“底層”沉浸與交互，也就是認(rèn)知層面上的沉浸與交互。這一層次的交互涉及與接口相關(guān)的認(rèn)知過程，比如模式匹配和比喻的使用等。學(xué)習(xí)者的活動(dòng)通常能分解為若干基本的行為，可將其稱為“基礎(chǔ)虛擬行為”，一般包括：觀察、漫游、交互和溝通。

（3）VR教學(xué)應(yīng)用層：是針對(duì)一個(gè)給定教學(xué)任務(wù)或功能產(chǎn)生的沉浸，屬于功能性的沉浸與交互。主要關(guān)注學(xué)習(xí)者能做什么，比如在虛擬世界中探索特定學(xué)科問題的解決方案或在虛擬實(shí)驗(yàn)室中完成仿真的物理實(shí)驗(yàn)。這個(gè)層次是學(xué)習(xí)者最終將虛擬世界作為一個(gè)整體感受到的內(nèi)容，是VR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。

學(xué)習(xí)者的各層沉浸與交互構(gòu)成了一個(gè)緊密相關(guān)、無沖突的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了一個(gè)三層結(jié)構(gòu)模型。該模型與虛擬世界的三層構(gòu)造形成了邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過這個(gè)產(chǎn)生框架，可以針對(duì)學(xué)習(xí)者不同的沉浸與交互層次的需求，構(gòu)造出相應(yīng)的教學(xué)虛擬世界。

二、VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的內(nèi)容與設(shè)計(jì)

（一）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的內(nèi)容

VR/AR教學(xué)帶來的體驗(yàn)不應(yīng)該局限于任務(wù)解決能力的提升，它還應(yīng)能增加學(xué)習(xí)者的享受。積極的情緒是好奇心和學(xué)習(xí)新事物的前提，針對(duì)消費(fèi)者需要滿足而提出的分層理念：實(shí)用性、適用性和愉悅感，也同樣適用于VR/AR教學(xué)體驗(yàn)。VR/AR教學(xué)體驗(yàn)基于現(xiàn)象感知和具身認(rèn)知，常常被學(xué)習(xí)者描述成有趣而令人愉悅的，也就是說情感體驗(yàn)是VR/AR教學(xué)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。用戶界面和交互設(shè)計(jì)師應(yīng)該基于這個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，使用理解性體驗(yàn)、教學(xué)形態(tài)問題體驗(yàn)、多種效果的感知認(rèn)識(shí)、多種媒體的感受、意會(huì)型的感受方式等，來提升VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的趣味性。

學(xué)習(xí)者對(duì)一個(gè)VR/AR教學(xué)活動(dòng)的體驗(yàn)是個(gè)性化的，它蘊(yùn)含著學(xué)習(xí)者的技能、知識(shí)以及先前的相似經(jīng)驗(yàn)，是學(xué)習(xí)者和VR/AR系統(tǒng)交互時(shí)產(chǎn)生的情緒和感覺。由于這種交互總是發(fā)生在一些物理和社會(huì)環(huán)境中，了解學(xué)習(xí)者、提供的任務(wù)以及使用的環(huán)境是VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

VR/AR教學(xué)體驗(yàn)研究的主要目的是研究哪些因素能影響教學(xué)，哪些類型的體驗(yàn)更加適合教學(xué)，如何設(shè)計(jì)以教學(xué)為目標(biāo)的特定體驗(yàn)，研究學(xué)習(xí)者如何在有趣的基礎(chǔ)上挖掘他們的潛能和應(yīng)對(duì)有難度的挑戰(zhàn)，如何通過非正式社交、藝術(shù)欣賞等方式所帶來的潛意識(shí)體驗(yàn)提升學(xué)業(yè)成就，并研究如何對(duì)VR/AR教學(xué)體驗(yàn)進(jìn)行分類。

基于Mcdougall、Ekman和Reiss等學(xué)者的研究，結(jié)合VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的特性，可以從心理學(xué)角度給出VR/AR體驗(yàn)的類別定義，如下表所示。該類別可以作為VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)參考的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。

（二）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的類型

可以從參與程度和與環(huán)境的相關(guān)性兩個(gè)方面將體驗(yàn)設(shè)計(jì)分為4種類型：娛樂、教育、美學(xué)和逃避。其中，娛樂（例如觀看演出、聽音樂等）體驗(yàn)往往是被動(dòng)參與、吸收性的；教育體驗(yàn)（例如參加研討會(huì)、輔導(dǎo)班等）則強(qiáng)調(diào)吸收與主動(dòng)參與；美學(xué)體驗(yàn)（例如參觀博物館、畫廊等）往往是一種被動(dòng)參與、沉浸式的體驗(yàn)；逃避現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)（例如主題公園、賭場(chǎng)等）則是主動(dòng)參與的沉浸體驗(yàn)。這種4象限劃分只是形式化的，大多數(shù)體驗(yàn)都是跨邊界的，結(jié)合了所有四個(gè)領(lǐng)域的特征和元素，關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)每種體驗(yàn)的最佳平衡。使用該體驗(yàn)框架，可以創(chuàng)造性地探索各個(gè)領(lǐng)域的特性，從而編導(dǎo)出符合需要的特定教學(xué)體驗(yàn)。

參考這種分類，設(shè)計(jì)VR/AR教學(xué)體驗(yàn)時(shí)應(yīng)考慮以下問題：

（1）如何改善教學(xué)體驗(yàn)的美學(xué)層面？如何設(shè)計(jì)虛擬環(huán)境，使得它更有吸引力、更有趣和感覺舒適？如何設(shè)計(jì)一種氛圍，使得學(xué)習(xí)者想要沉浸其中？

（2）一旦學(xué)習(xí)者被吸引進(jìn)入這個(gè)體驗(yàn)，他們能夠做什么？如何提供與電子游戲可玩性類似的體驗(yàn)？學(xué)習(xí)者如何以其獨(dú)特的方式影響相應(yīng)的環(huán)境和體驗(yàn)的走向？

（3）學(xué)習(xí)者能在體驗(yàn)中學(xué)到什么？體驗(yàn)設(shè)計(jì)中的哪些信息和活動(dòng)，能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者探索知識(shí)和技能？

（4）如何設(shè)計(jì)教學(xué)體驗(yàn)的娛樂層面，讓學(xué)習(xí)者能享受其中？如何使用戲劇懸念、故事劇情等手段，讓學(xué)習(xí)者流連忘返？

（三）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的主題做事化設(shè)計(jì)

VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是主題化。一個(gè)有效的主題應(yīng)該是精簡(jiǎn)、有趣和深刻的。主題化既可以是為整個(gè)體驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)統(tǒng)整的原則，也可以是編制一個(gè)統(tǒng)一的故事，讓學(xué)習(xí)者的參與成為完成故事必不可少的一環(huán)。

故事設(shè)計(jì)往往是VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心元素。故事能夠提供一種容易記憶的、有趣的格式來傳輸各種信息。通過分享故事，人們能從彼此的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)。故事還是一種形式的專家系統(tǒng)，能幫助我們整合和記憶學(xué)到的東西。大量證據(jù)表明，故事能夠更有效地組織信息，從而優(yōu)化交流和學(xué)習(xí)，故事是人類認(rèn)知的核心要素。

在VR/AR教學(xué)中，學(xué)習(xí)者往往并不滿足于僅有強(qiáng)烈的感官體驗(yàn)，他們還想要一個(gè)故事，因此教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)者還需要增加角色和情節(jié)，以增強(qiáng)體驗(yàn)的戲劇化程度，通過懸念和戲劇張力提升學(xué)習(xí)的沉浸感和參與度。不但如此，學(xué)習(xí)者還想要擁有直接影響體驗(yàn)和故事發(fā)展的自由，通過增強(qiáng)控制感、擁有感和主體感，獲得最大限度的情感滿足和認(rèn)知收益。換言之，學(xué)習(xí)者對(duì)體驗(yàn)的需求已經(jīng)從傳統(tǒng)的被動(dòng)消費(fèi)式體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)沉浸式體驗(yàn)。

（四）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)元素設(shè)計(jì)

VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下元素：

（1）戲劇化的故事陳述：通過講故事促進(jìn)引人入勝的行動(dòng)。

（2）表演：真正去操作，將場(chǎng)景像演出一樣表現(xiàn)出來，或者像游戲玩法一樣執(zhí)行。

（3）強(qiáng)化：通過對(duì)事件的選擇、排序和表現(xiàn)，來強(qiáng)化情緒。

（4）壓縮：采用精簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，消除冗余因素，降低外在認(rèn)知負(fù)荷。

（5）單一行動(dòng)：設(shè)計(jì)強(qiáng)大的核心行動(dòng)（類似電子游戲中的核心可玩性機(jī)制），多個(gè)不同的事件都鏈接到該行動(dòng)，使事件之間產(chǎn)生清楚的因果關(guān)聯(lián)。

（6）終結(jié)：提供終點(diǎn)（例如場(chǎng)景和故事的結(jié)局），以獲得認(rèn)知和情感的滿足和心理的釋放。

（7）范圍：限制行動(dòng)的長(zhǎng)度以獲得美學(xué)和認(rèn)知的滿足。

（8）交互：能夠幫助學(xué)習(xí)者與他人、知識(shí)、信息、體驗(yàn)以及設(shè)備本身進(jìn)行交互。

（9）懸置疑慮：即對(duì)體驗(yàn)的認(rèn)知和情感的投入，投入的體驗(yàn)只有在虛擬世界提供了表達(dá)的上下文，學(xué)習(xí)者懸置疑慮時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。

三、VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的構(gòu)成框架

VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的構(gòu)成基于動(dòng)機(jī)心理學(xué)中對(duì)認(rèn)知評(píng)價(jià)和情感輸出的分類、高投入度教學(xué)設(shè)計(jì)的框架、對(duì)臨場(chǎng)感的研究、情感設(shè)計(jì)研究等，將其分為：VR概念分類層、VR元素組合設(shè)計(jì)層和VR教學(xué)體驗(yàn)層，如圖3所示。該框架形成了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，并奠定了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)用設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的構(gòu)成框架主要涵蓋以下方面的元素設(shè)計(jì)和關(guān)系設(shè)計(jì)：

（1）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的核心元素：VR教學(xué)系統(tǒng)本身及其與學(xué)習(xí)者之間的互動(dòng)。VR/AR教學(xué)系統(tǒng)包括兩個(gè)元素：系統(tǒng)規(guī)則和虛擬環(huán)境，前者是VR/AR教學(xué)系統(tǒng)的靈魂，而后者則是相應(yīng)的載體。系統(tǒng)規(guī)則定義了VR/AR世界的背景、交互規(guī)則以及故事場(chǎng)景；而虛擬環(huán)境則是呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的具體方式，包括將物理場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為圖像和聲音。

（2）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)吸引人的因素：挑戰(zhàn)、感覺和情緒、其他參與者以及敘事和故事等，這些因素促使學(xué)習(xí)者參與虛擬世界的交互并且獲得有趣的體驗(yàn)。學(xué)習(xí)者的參與動(dòng)機(jī)也可以用獎(jiǎng)勵(lì)和成就來解釋。尋求獎(jiǎng)勵(lì)被認(rèn)為能強(qiáng)化學(xué)習(xí)者的行為，因?yàn)楠?jiǎng)勵(lì)會(huì)刺激學(xué)習(xí)者去尋求更多的獎(jiǎng)勵(lì)。

（3）VR/AR獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)估的依據(jù)：獲取它的挑戰(zhàn)性、是否需要特殊技能以及其有趣和令人滿意的程度。這種評(píng)估為一個(gè)挑戰(zhàn)設(shè)定了內(nèi)部?jī)r(jià)值。通常認(rèn)為，受內(nèi)部動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)比受外部動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)更有價(jià)值。因此，沉浸、趣味、涉入感、投入感和心流等都被用于描述教學(xué)體驗(yàn)。

（4）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的子成分：技巧/技能、挑戰(zhàn)、情緒、控制/自由度、專注/集中、實(shí)體呈現(xiàn)、參與感/好奇度、故事/戲劇性、社交屬性、互動(dòng)/可操控性等。

（5）VR/AR教學(xué)系統(tǒng)的心理成分：在場(chǎng)感描述了對(duì)虛擬世界的認(rèn)知和注意，以及參與時(shí)的空間和社會(huì)認(rèn)知；參與感被認(rèn)為是一種投入的動(dòng)機(jī)；心流是指對(duì)系統(tǒng)的主觀、認(rèn)知和情感的評(píng)測(cè)。每個(gè)概念都包括若干子成分，與VR/AR系統(tǒng)的技術(shù)成分和教學(xué)體驗(yàn)的心理因素相關(guān)。

（6）VR/AR教學(xué)系統(tǒng)交互：學(xué)習(xí)者與VR/AR系統(tǒng)的交互過程描述了學(xué)習(xí)者從最開始接觸這個(gè)教學(xué)系統(tǒng)到最后完成整個(gè)流程的行為結(jié)果。該互動(dòng)的過程受到三個(gè)因素的影響，即控制感、所有權(quán)以及促進(jìn)因素。

四、VR/AR教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)用設(shè)計(jì)

（一）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)用模型

VR/AR教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)用模型（如圖4所示）是在AR/VR技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，生成各自的教學(xué)空間，達(dá)到教學(xué)問題空間化的效果，在空間中進(jìn)行感知、情感、行為和反思層面的體驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，展開對(duì)體驗(yàn)對(duì)象基本能力的分析，包括對(duì)其技能、經(jīng)驗(yàn)、體能等各方面進(jìn)行評(píng)估。依據(jù)相應(yīng)的評(píng)估結(jié)果，將系統(tǒng)設(shè)置為不同的挑戰(zhàn)級(jí)別和技能級(jí)別，以使學(xué)習(xí)者獲得不同的心理體驗(yàn)，并激發(fā)其獲得最佳的心流體驗(yàn)。具體的深度體驗(yàn)設(shè)計(jì)包括：方法性體驗(yàn)、技能性體驗(yàn)、知識(shí)體驗(yàn)和啟發(fā)探索性體驗(yàn)。最后進(jìn)行體驗(yàn)的評(píng)價(jià)，評(píng)估學(xué)習(xí)者的學(xué)業(yè)表現(xiàn)和遷移效果。

（二）VR/AR教學(xué)方法性體驗(yàn)設(shè)計(jì)

方法性體驗(yàn)是指解決一種方法性的問題體驗(yàn)，是讓學(xué)習(xí)者/體驗(yàn)者能夠效仿/模仿某種問題的解決思路、途徑、手段和關(guān)鍵點(diǎn)。方法性體驗(yàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括（如圖5所示）：要體驗(yàn)什么樣的方法；要學(xué)習(xí)什么樣的解決問題方法的形態(tài)；如何構(gòu)造問題的一個(gè)矛盾性的存在，如何構(gòu)造一個(gè)矛盾性的空間，如何給出圍繞這種方法體驗(yàn)的正方和反方；如何根據(jù)幾方的關(guān)系構(gòu)造問題的沖突；如何通過沖突體驗(yàn)，找出解決沖突的方法和場(chǎng)景；如何設(shè)計(jì)整個(gè)體驗(yàn)的過程，包括對(duì)各種問題分支的體驗(yàn)，例如正確解決問題會(huì)進(jìn)入什么體驗(yàn)，不正確會(huì)進(jìn)入什么體驗(yàn)。

（三）VR/AR教學(xué)技能性體驗(yàn)設(shè)計(jì)

技能性體驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)首先要對(duì)體驗(yàn)者進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)行業(yè)技能的需求，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行體能測(cè)試、壓力測(cè)試、對(duì)虛擬環(huán)境的熟悉程度測(cè)試、已掌握的知識(shí)和技能的測(cè)試等。然后依據(jù)測(cè)試結(jié)果，通過競(jìng)爭(zhēng)、博弈、面向?qū)沟确绞?，設(shè)計(jì)交互能力體驗(yàn)、交互技術(shù)體驗(yàn)、綜合技能體驗(yàn)等，使學(xué)習(xí)者通過沉浸式體驗(yàn)達(dá)到技能的熟悉、訓(xùn)練和精通。最后通過技能體驗(yàn)評(píng)價(jià)獲得反饋數(shù)據(jù)，提供個(gè)性化、智能化的教學(xué)體驗(yàn)策略建議，以改善教學(xué)體驗(yàn)效果，如下頁(yè)圖6所示。

（四）VR/AR教學(xué)知識(shí)性體驗(yàn)設(shè)計(jì)

在VR/AR教學(xué)體驗(yàn)中，是對(duì)知識(shí)本體進(jìn)行的直觀體驗(yàn)，是以第一人稱視角進(jìn)入虛擬空間進(jìn)行的體驗(yàn)。知識(shí)空間是—個(gè)帶有一定成熟度的空間，構(gòu)造的元素是與問題相關(guān)的。通過設(shè)計(jì)問題元素的關(guān)系，體現(xiàn)出對(duì)知識(shí)問題的矛盾和沖突。在空間中要實(shí)現(xiàn)多種層次的體驗(yàn)設(shè)計(jì)，如氣氛、綜合知識(shí)內(nèi)容體驗(yàn)、技能問題體驗(yàn)、對(duì)知識(shí)更深一步理解的體驗(yàn)、對(duì)知識(shí)引導(dǎo)和運(yùn)用的導(dǎo)航策略、整個(gè)空間復(fù)雜度的策略等，使得學(xué)習(xí)者能夠應(yīng)對(duì)各種級(jí)別的挑戰(zhàn)。整個(gè)教學(xué)中既能體驗(yàn)交互性，又能體驗(yàn)知識(shí)的廣度、深度和對(duì)抗度等方面，從而獲得深刻而持久的知識(shí)體驗(yàn)。通過體驗(yàn)特點(diǎn)不斷調(diào)整體驗(yàn)難度的高低，不斷補(bǔ)充體驗(yàn)元素，同時(shí)對(duì)體驗(yàn)痕跡進(jìn)行追蹤、優(yōu)化和歸納，評(píng)估對(duì)知識(shí)重難點(diǎn)的掌握程度，達(dá)到“潤(rùn)物細(xì)無聲”的知識(shí)體驗(yàn)效果，如圖7所示。

（五）VR/AR教學(xué)啟發(fā)性體驗(yàn)設(shè)計(jì)

啟發(fā)探索性體驗(yàn)起源于不定性問題（即劣構(gòu)問題）的提出，通過各種反思性的實(shí)踐（包括對(duì)危險(xiǎn)空間、失敗空間、反向問題、疑問空間等的探索），使學(xué)習(xí)者能夠悟出一些方法并找出不定性問題的結(jié)論和初始概念。對(duì)某種不可能問題的解決途徑的探索，對(duì)難關(guān)問題的突破和探索，對(duì)空間表現(xiàn)構(gòu)造問題的探索，對(duì)失敗空間和反向空間問題的設(shè)計(jì)和探索是突破意識(shí)和探索意識(shí)的展現(xiàn)；通過在惡劣環(huán)境中求生存的體驗(yàn)，在極度環(huán)境下解決問題的體驗(yàn)，在團(tuán)隊(duì)合作中加強(qiáng)協(xié)同工作的體驗(yàn)，利用各種資源解決問題的體驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)習(xí)者得到可能是不定性的體驗(yàn)結(jié)論，如圖8所示。這種教學(xué)的目標(biāo)并不是要求獲得成功，而是在啟發(fā)引導(dǎo)和協(xié)同的作用下使學(xué)習(xí)者通過具身體驗(yàn)，獲得對(duì)世界的深刻而全面的認(rèn)識(shí)，達(dá)到情感教育、道德教育等目的。

（六）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)用設(shè)計(jì)的實(shí)踐

在教學(xué)VR遠(yuǎn)程體驗(yàn)工程思想的指導(dǎo)下，北京理工大學(xué)教育技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)建立了教育部遠(yuǎn)程虛擬現(xiàn)實(shí)仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和三維虛擬錄播實(shí)驗(yàn)室，在VR技術(shù)環(huán)境下完成了多達(dá)上百個(gè)遠(yuǎn)程教學(xué)課程和虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的制作。其中，《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理構(gòu)造及電控》《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》和《大學(xué)英語(yǔ)視聽說》等課程被評(píng)為國(guó)家級(jí)網(wǎng)絡(luò)精品課程，《汽車自動(dòng)變速箱原理與維修》課程曾代表教育部遠(yuǎn)程重點(diǎn)成果兩次展示給劉延?xùn)|副總理，并在同期教育部高教司發(fā)布會(huì)上進(jìn)行成果發(fā)布。例如，下頁(yè)圖9展示了VR體驗(yàn)設(shè)計(jì)在汽車故障檢測(cè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

此外，VR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)思想也應(yīng)用于全國(guó)職業(yè)院校技能大賽、全國(guó)職業(yè)院校教師微課大賽和北京市繼續(xù)教育計(jì)算機(jī)大賽等賽事中，取得了良好的效果。作品《探索摳像的秘密》綜合運(yùn)用VR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)技巧，將虛擬場(chǎng)景展示、技能傳授、知識(shí)講解有機(jī)結(jié)合（如圖10所示），獲得了北京市繼續(xù)教育大學(xué)生計(jì)算機(jī)大賽微課組一等獎(jiǎng)。

五、VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的評(píng)價(jià)

對(duì)VR/AR教學(xué)體驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)是VR/AR教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用的基本要求，建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)能夠?yàn)槿珖?guó)VR設(shè)計(jì)大賽等應(yīng)用的評(píng)判提供理論依據(jù)?？梢砸罁?jù)用戶界面、可用性和交互設(shè)計(jì)三個(gè)方面建立VR/AR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

（一）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的用戶界面評(píng)價(jià)

用戶界面是VR/AR教學(xué)場(chǎng)景的用戶接口，對(duì)其評(píng)價(jià)應(yīng)考慮以下因素：

（1）信息顯示：關(guān)鍵設(shè)計(jì)要明顯，這些相關(guān)信息應(yīng)該被展示出來，而且關(guān)鍵的信息要顯眼。不相關(guān)的信息應(yīng)該被排除掉。應(yīng)該提供給學(xué)習(xí)者足夠的信息，從而使其能夠判斷自己的狀態(tài)并作出合適的決定。

（2）菜單設(shè)置：如果有菜單的話，菜單應(yīng)該直觀且含義明確，并被視為VR/AR系統(tǒng)的自然組成

（3）地理位置：如果有迷你地圖的話，學(xué)習(xí)者要能知道自己在地圖的哪個(gè)位置，而且學(xué)習(xí)者不應(yīng)該被要求去記憶場(chǎng)景的設(shè)計(jì)。

（4）進(jìn)度存?。簩W(xué)習(xí)者應(yīng)該能在不同的狀態(tài)下保存進(jìn)度，并且可以很容易地關(guān)閉和打開系統(tǒng)。

（5）操作：初學(xué)者的操作應(yīng)該是非常清晰的，并且能快速做出積極反饋。

（6）輸入：輸入方法應(yīng)該很容易管理，并且具有適當(dāng)?shù)撵`敏度和響應(yīng)。輸入方法應(yīng)該允許定制相關(guān)映射。

（7）視野：視覺展示應(yīng)該讓學(xué)習(xí)者對(duì)所在的位置及綁定到該位置上的可視信息具有清晰的、一覽無余的視角。

（8）定制性：應(yīng)該允許學(xué)習(xí)者對(duì)用戶界面的各個(gè)方面進(jìn)行一定程度的定制。

（二）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的可用性評(píng)價(jià)

可用性體現(xiàn)了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)在達(dá)成教學(xué)目標(biāo)時(shí)的效率和方便性，對(duì)其評(píng)價(jià)應(yīng)考慮以下因素：

（1）知情性：學(xué)習(xí)者應(yīng)該能夠清楚地知道虛擬環(huán)境中正在發(fā)生什么，應(yīng)該理解失敗情況，并被允許犯一些錯(cuò)誤，且在犯錯(cuò)誤之后容易恢復(fù)。

（2）重復(fù)策略：VR/AR教學(xué)系統(tǒng)中的活動(dòng)應(yīng)該允許學(xué)習(xí)者多次參與，并且能使其樂在其中。多次執(zhí)行同一任務(wù)時(shí)，應(yīng)能跳過學(xué)習(xí)者已經(jīng)熟悉而不再有趣的內(nèi)容，從而確保學(xué)習(xí)者產(chǎn)生持續(xù)參與的欲望。

（3）預(yù)期性：系統(tǒng)中的人工智能應(yīng)該是合理的，對(duì)學(xué)習(xí)者可見并和學(xué)習(xí)者的預(yù)期保持一致。

（4）進(jìn)入策略：要滿足學(xué)習(xí)者的期望，縮短學(xué)習(xí)曲線，而且學(xué)習(xí)者能獲得足夠的信息來知道如何立即開始。學(xué)習(xí)者可以通過教程和調(diào)整難度快速地進(jìn)入系統(tǒng)，并且能在整個(gè)教學(xué)交互的過程中查看教程和調(diào)整難度。

（5）自然度：VR/AR教學(xué)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行機(jī)制應(yīng)該讓人感覺非常自然，從而產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)奈锢沓两托睦沓两４送?，系統(tǒng)中正在呈現(xiàn)的內(nèi)容應(yīng)該適用于學(xué)習(xí)者正在面臨的情況。

（6）識(shí)別能力：學(xué)習(xí)者應(yīng)該能夠識(shí)別VR/AR教學(xué)系統(tǒng)中的元素，如虛擬化身、敵人、障礙物、威脅和機(jī)會(huì)等。這些東西應(yīng)該非常顯眼，即使學(xué)習(xí)者視力很差甚至色盲也能發(fā)現(xiàn)，而且不會(huì)被輕易誤解。此外，學(xué)習(xí)者看到這些事物，就能理解它們是用來干什么的。

（7）一致性：VR/AR教學(xué)系統(tǒng)以一種可預(yù)測(cè)的方式對(duì)學(xué)習(xí)者的操作做出響應(yīng)，包括各種系統(tǒng)元素、總體設(shè)置及劇情之間的一致性。

（三）VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的交互設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

交互設(shè)計(jì)體現(xiàn)了VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的沉浸性和交互性，對(duì)其評(píng)價(jià)應(yīng)考慮以下因素：

（1）初次體驗(yàn)：第一次的VR教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)該是令人備受鼓舞的，幫助學(xué)習(xí)者建立起積極的自我評(píng)價(jià)，獲得較高的自我效能感，以激勵(lì)學(xué)習(xí)者繼續(xù)探索和完成任務(wù)。

（2）環(huán)境：通過使用恐懼、威脅、刺激、獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰，使學(xué)習(xí)者置身其境，制造各種空間沖突，使學(xué)習(xí)者能以第一視點(diǎn)的方式體驗(yàn)虛擬世界，并使體驗(yàn)者感覺到?jīng)_突和陷阱無處不在。

（3）目標(biāo)：學(xué)習(xí)者應(yīng)該在進(jìn)入VR/AR教學(xué)系統(tǒng)時(shí)盡快賦予明確的目標(biāo)，或者學(xué)習(xí)者能夠創(chuàng)建自己的目標(biāo)，而且目標(biāo)能夠被理解和鑒別。每一級(jí)可能有多重目標(biāo)，所以有多種取勝策略。此外，學(xué)習(xí)者應(yīng)該知道如何達(dá)成目標(biāo)，不能被卡住。

（4）任務(wù)：VR/AR教學(xué)系統(tǒng)中的任務(wù)應(yīng)該是多樣化的，不僅包括漫游、操縱物體等基本任務(wù)，也包括問題求解、探索性學(xué)習(xí)等復(fù)雜任務(wù)。不應(yīng)讓學(xué)習(xí)者執(zhí)行無聊的任務(wù)，任務(wù)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)的難度級(jí)別，并且始終圍繞著體驗(yàn)學(xué)習(xí)的主線。

（5）控制：學(xué)習(xí)者應(yīng)該感覺到自己在進(jìn)行控制，包括控制角色和影響虛擬世界，這種控制應(yīng)該允許對(duì)挑戰(zhàn)難度進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾?，學(xué)習(xí)者對(duì)VR世界的改變應(yīng)該是持久的、可見的。此外，學(xué)習(xí)者應(yīng)該能對(duì)威脅和機(jī)會(huì)作出反應(yīng)。

（6）挑戰(zhàn)：挑戰(zhàn)、策略和節(jié)奏應(yīng)該保持平衡。挑戰(zhàn)應(yīng)該是一種積極的體驗(yàn)，既不能太簡(jiǎn)單，也不能太難，應(yīng)與學(xué)習(xí)者的技能水平相當(dāng)，最好處于最近發(fā)展區(qū)的上邊沿。系統(tǒng)應(yīng)該逐步對(duì)學(xué)習(xí)者施加壓力但又不至于讓學(xué)習(xí)者感到挫敗。

（7）反饋：聲音和視覺效果要能引起學(xué)習(xí)者的興趣，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻提供有意義的反饋，從而創(chuàng)造出富有挑戰(zhàn)性的、令人興奮的交互，并通過影響學(xué)習(xí)者情緒使學(xué)習(xí)者進(jìn)入到虛擬世界中去。聲音和視覺反饋應(yīng)能立即響應(yīng)學(xué)習(xí)者的操作。

（8）進(jìn)度：VR教學(xué)系統(tǒng)中的活動(dòng)不能停滯，學(xué)習(xí)者應(yīng)該能夠感覺到各種學(xué)習(xí)活動(dòng)的進(jìn)度?？梢酝ㄟ^學(xué)習(xí)者熟悉的進(jìn)度條等可視化方式展示進(jìn)度。

（9）劇情：有意思的劇情和故事應(yīng)該支持VR系統(tǒng)中的交互，而且應(yīng)該作為VR交互的一部分被發(fā)掘。同時(shí)，劇情的設(shè)計(jì)應(yīng)為完成教學(xué)任務(wù)和達(dá)成教學(xué)目標(biāo)服務(wù)，與教學(xué)內(nèi)容具有內(nèi)在的一致性。

六、結(jié)束語(yǔ)

VR/AR系統(tǒng)具有的第一人稱體驗(yàn)、自然語(yǔ)義、具身化、自主性和沉浸感等特征，使其在教育領(lǐng)域獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。通過提供多個(gè)維度的沉浸、交互與認(rèn)知，VR/AR教學(xué)系統(tǒng)能夠激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)情境學(xué)習(xí)和促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移。在由VR/AR構(gòu)成的虛擬環(huán)境/疊加環(huán)境中，知識(shí)獲得了多重表征和富語(yǔ)義的呈現(xiàn)，能夠讓學(xué)習(xí)者在承載著故事的多維空間中穿梭，以可視化、智能化和個(gè)性化的方式體驗(yàn)事物的過程變化和極端變化，從知識(shí)產(chǎn)生的源頭、知識(shí)發(fā)展的動(dòng)力和知識(shí)應(yīng)用的方向等角度構(gòu)建知識(shí)，真正達(dá)到學(xué)有所得和學(xué)以致用。但是，VR/AR教育應(yīng)用仍然處于較為初級(jí)的階段，一定程度上限制了VR/AR技術(shù)與教育的深度融合。本文提出的VR/AR教學(xué)體驗(yàn)產(chǎn)生框架、類別定義、構(gòu)成框架、應(yīng)用模型和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將為VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)提供相應(yīng)的理論和實(shí)踐支撐，從而促進(jìn)VR/AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。