從“經(jīng)驗之塔”看虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)理論的結(jié)合及應(yīng)用分析

程瓊 陳晴

摘 要 虛擬仿真技術(shù)將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，是當(dāng)今科技研究熱點。國家一直非常重視教育信息化的建設(shè)，將新技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)，是趨勢也是必然。新技術(shù)的應(yīng)用離不開教育教學(xué)理論的支撐，本文結(jié)合“經(jīng)驗之塔”理論，分析了虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)結(jié)合及應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，從建立恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)場景、開發(fā)更好的教學(xué)資源、實現(xiàn)學(xué)習(xí)效果和良好體驗的統(tǒng)一入手，探討了應(yīng)用路徑。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真 教育教學(xué) 經(jīng)驗之塔

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.01.053

Abstract Virtual simulation technology combines simulation technology with virtual reality technology， which is a hotspot of current scientific research. The state has always attached great importance to the construction of educational informatization， and the application of new technologies to education and teaching is a trend. The application of new technology is inseparable from the support of education and teaching theory. This paper combines the theory of "experience tower" to analyze the theoretical basis of the combination and application of virtual simulation technology and education and teaching， from establishing appropriate learning scenarios and developing better teaching resources， to achieve a unified learning experience and a good experience， explore the application path.

Keywords virtual simulation； education and teaching； experience tower

0 引言

信息社會，對于數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的依賴性不斷的加強(qiáng)，豐富多彩、實時互動的數(shù)字化服務(wù)不斷孕育而生?；赜^我們國內(nèi)的教育行業(yè)，改革開放以來，中國教育改革成績斐然，中國特色的教育體系逐步建立，把新興的數(shù)字化技術(shù)運用其中，為教育教學(xué)提高效率和效益，是當(dāng)今和未來必然的發(fā)展趨勢。在國內(nèi)已經(jīng)有多種形式的數(shù)字化技術(shù)運用在教育教學(xué)領(lǐng)域。經(jīng)過不少教育專家的努力，數(shù)字化校園、數(shù)字化教學(xué)資源庫、數(shù)字化教學(xué)實訓(xùn)室等已經(jīng)得到全面的推廣和使用?？v觀以上技術(shù)，主要是基于辦公自動化系統(tǒng)、數(shù)字化圖書館、管理信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)等，真正能引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深對知識直接的感性和理性理解的應(yīng)用還亟需挖掘。

1 虛擬仿真技術(shù)與“經(jīng)驗之塔”理論

虛擬仿真技術(shù)對于教育教學(xué)是非常適用的，虛擬仿真就是用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)，是可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)，是仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)有機(jī)結(jié)合的綜合系統(tǒng)。它能夠在多維空間創(chuàng)造一個可以讓使用者身臨其境的具備良好沉浸感的與現(xiàn)實相似的環(huán)境，使用者能在其中與周邊環(huán)境進(jìn)行有效的交互，從而可啟迪思維，創(chuàng)新設(shè)計。虛擬仿真技術(shù)具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性等3個基本特征，與教育教學(xué)的相關(guān)理論契合度高，能較好彌補(bǔ)原有不足，將虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)有機(jī)的結(jié)合，可創(chuàng)設(shè)更具動感的教學(xué)環(huán)境，從而豐富了我們的教學(xué)手段和實踐方法，在一定程度上解決了教學(xué)情景難以表達(dá)、硬件設(shè)備使用受限等困境，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有一定的幫助和引導(dǎo)作用。

“經(jīng)驗之塔”理論，美國視聽教育家戴爾在1946年完成的著作《視聽教學(xué)法》中首次提及，并進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述。在該理論中，學(xué)習(xí)之路從具體到抽象，學(xué)習(xí)者根據(jù)不同的學(xué)習(xí)階段漸進(jìn)為三種角色，依次是實際經(jīng)驗的參與者、真實事件的觀察者、間接事物的觀察者，學(xué)習(xí)者只有積累到一些具體經(jīng)驗，在理解真實事物的抽象表現(xiàn)形式的基礎(chǔ)上，才能有效地參加更加抽象的教學(xué)活動。因此，“經(jīng)驗之塔”理論將經(jīng)驗根據(jù)抽象程度，分為三大類、十個層次。

1.1 做的經(jīng)驗

“做的經(jīng)驗”位于塔的基部，包括參與演戲的經(jīng)驗、設(shè)計的經(jīng)驗、有目的的直接的經(jīng)驗等，此時，學(xué)習(xí)者是實際經(jīng)驗的參與者。這一部分體現(xiàn)了“做”的重要性，很多時候只有“做”且親自去“做”才能真正認(rèn)識，而現(xiàn)有的很多教育教學(xué)環(huán)境往往因時空限制難以獲得，影響到教育教學(xué)效率。虛擬仿真技術(shù)能營造可視化的仿真環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者沉浸其中，獲得與現(xiàn)實生活相似的感性認(rèn)識，學(xué)習(xí)者可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，學(xué)習(xí)者能夠獲得豐富、具體、生動的“做”的經(jīng)驗，完成認(rèn)知的第一步，為持續(xù)學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

1.2 觀察的經(jīng)驗

“觀察的經(jīng)驗”在塔的中層，此時，學(xué)習(xí)者是真實事件或間接事物的觀察者，包括觀摩示范、野外旅行、參觀展覽、電視和電影、靜態(tài)畫面、廣播和錄音等，是通過觀察怎么做而獲得的經(jīng)驗。在這一層次，學(xué)習(xí)者可利用的媒介更加多樣化，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用代表了數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的新高度。虛擬仿真技術(shù)將真實場景可視化再現(xiàn)，直觀而形象地展現(xiàn)抽象的內(nèi)涵，多種感官實時交互，身臨其境地觀察、了解、感受，對調(diào)動學(xué)習(xí)者的積極性有促進(jìn)作用。

1.3 抽象的經(jīng)驗

“抽象的經(jīng)驗”位于塔的頂層，此時，學(xué)習(xí)者觀察到的是一個事件的抽象符號，包括視覺符號和言語符號等。通過這些抽象符號，如施工圖上的線條代表著某種類型的線路，方框代表著某種報警息動裝置等，學(xué)習(xí)者只能看到事物或事件或物體的抽象的代表，是看不到事物的真實形態(tài)的，除非熟悉到一定程度，學(xué)習(xí)者很容易把知識的表象和本質(zhì)割裂開，虛擬仿真技術(shù)能將抽象的經(jīng)驗與觀察的經(jīng)驗、做的經(jīng)驗有機(jī)融合，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知體驗，更好發(fā)揮抽象的經(jīng)驗在學(xué)習(xí)中的作用。

2 虛擬仿真技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用分析

“經(jīng)驗之塔”理論認(rèn)為，有效的學(xué)習(xí)應(yīng)該始終與具體經(jīng)驗相關(guān)聯(lián)，教育教學(xué)應(yīng)從具體經(jīng)驗開始入手，逐步深入、提煉，發(fā)展至普遍和抽象，形成概念，將概念用作推理，還可以再反哺于具體，從而使學(xué)習(xí)具備延展性。在教育教學(xué)中，綜合應(yīng)用各種教學(xué)媒體，尤其是虛擬仿真技術(shù)，能模擬與現(xiàn)實社會類似或者現(xiàn)實生活中無法重現(xiàn)的環(huán)境，解決教育教學(xué)中學(xué)習(xí)情景化及交互性的要求，使學(xué)習(xí)更為具體，從而導(dǎo)致更好的抽象。如何應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)建立恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)場景，如何使用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)更好的教學(xué)資源，如何實現(xiàn)學(xué)習(xí)效果和良好體驗的統(tǒng)一，是虛擬仿真技術(shù)在教育教學(xué)中應(yīng)用的關(guān)鍵。

2.1 使用虛擬仿真技術(shù)建立恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)場景

虛擬仿真技術(shù)通過綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和仿真技術(shù)產(chǎn)生虛擬世界，能夠提供關(guān)于視覺、觸覺、聽覺等感官的模擬，能夠讓使用者身歷其境一般，及時、有效、沒有限制地觀察和體驗虛擬世界內(nèi)的事物。

虛擬仿真技術(shù)在體驗式學(xué)習(xí)上有不可替代的優(yōu)勢，能很好的體現(xiàn)及體驗“做的經(jīng)驗”及“觀察的經(jīng)驗”，幫助理解“抽象的經(jīng)驗”，能很好地提升學(xué)習(xí)效率，更好地“做中學(xué)”。比如在消防系統(tǒng)中的滅火環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)習(xí)者身處火災(zāi)現(xiàn)場，根據(jù)火災(zāi)情況，選擇合適的滅火設(shè)施實施滅火，這是做的經(jīng)驗；比如在消防系統(tǒng)的設(shè)備認(rèn)知環(huán)節(jié)，讓學(xué)習(xí)者觀察各種設(shè)施的存放位置及使用情況，這是“觀察的經(jīng)驗”；比如在消防系統(tǒng)的消防標(biāo)識學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)習(xí)者探知消防標(biāo)識和消防設(shè)施之間的關(guān)聯(lián)，讓學(xué)習(xí)者將具體與抽象有效結(jié)合。這些學(xué)習(xí)體驗與學(xué)習(xí)場景的構(gòu)建息息相關(guān)。

使用虛擬仿真技術(shù)建立恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)場景就是要提煉課程內(nèi)容，確定教學(xué)資源建設(shè)需求，構(gòu)建應(yīng)用場景，用合適的技術(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)。

2.2 使用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)更好的教學(xué)資源

結(jié)合虛擬仿真技術(shù)特點及教學(xué)資源的建設(shè)需求，基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)資源主要分為四類：立體物體的展示、立體空間的展示、虛擬場景的構(gòu)造、以及虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)。立體物體的展示是構(gòu)建一個與實物同樣的三維物體，然后在播放器或虛擬現(xiàn)實硬件上展示；立體空間的展示是指現(xiàn)實中存在的或者曾經(jīng)真實存在的空間，但由于條件的限制難以進(jìn)入的，通過虛擬仿真技術(shù)，可建立一個讓學(xué)習(xí)者看得見、聽得見，甚至可以摸得著的空間；虛擬場景的構(gòu)造是指在現(xiàn)實生活中可能出現(xiàn)的一些場景，通過虛擬仿真技術(shù)，在不同的時間或地點表示出來；虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)則是利用虛擬仿真技術(shù)，建立虛擬實訓(xùn)室，讓學(xué)習(xí)者操作虛擬儀器，不消耗器材，不受環(huán)境所限，且保證安全。

但目前，對教學(xué)資源的重視程度與教學(xué)資源的質(zhì)量并不匹配，教學(xué)資源與新科技新技術(shù)的應(yīng)用存在脫節(jié)，使用虛擬仿真技術(shù)能開發(fā)更好、能多樣、能符合教育教學(xué)規(guī)律的教學(xué)資源。建設(shè)基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)資源迫在眉睫，需要結(jié)合市場需求，教育目標(biāo)，使用對象，技術(shù)水平、應(yīng)用效果等因素綜合考慮。

2.3 實現(xiàn)學(xué)習(xí)效果和良好體驗的統(tǒng)一

實現(xiàn)學(xué)習(xí)效果和良好體驗的統(tǒng)一，一是要做到界面親切友好；二是讓學(xué)生快速了解相關(guān)知識，掌握技能；三是有合理的考評方式，需系統(tǒng)構(gòu)建教學(xué)實施全過程。以《智能樓宇門禁系統(tǒng)》虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)為例，學(xué)習(xí)者首先可以看到親切友好的登錄界面，通過各導(dǎo)航指引模塊依次進(jìn)行學(xué)習(xí)演練；可進(jìn)入系統(tǒng)的講解模塊，了解熟悉智能樓宇門禁系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識；可進(jìn)入實訓(xùn)系統(tǒng)，通過反復(fù)實踐與觀察，深入地理解并掌握操作知識，提高技能水平，并可與施工圖紙對比分析，實現(xiàn)抽象和具體的相互轉(zhuǎn)換；可進(jìn)入考核模塊，在沒有提示的情況下，進(jìn)行實踐，并配置錄播功能，可讓學(xué)習(xí)者及時反思問題；如此逐漸深入，從無到有，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對整個系統(tǒng)的認(rèn)識。因此，系統(tǒng)構(gòu)建教學(xué)實施全過程，需要基于知識庫組織內(nèi)容配合課堂教學(xué)，在虛擬的訓(xùn)練環(huán)境中觀察、操作虛擬設(shè)備，以及通過考核回放檢驗學(xué)習(xí)效果。

3 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)已較早被歐美一些國家應(yīng)用于教育與教學(xué)領(lǐng)域。我國虛擬仿真技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用還存在差距，2018年，虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)的結(jié)合迎來發(fā)展契機(jī)，為學(xué)習(xí)貫徹黨的十九大精神，順應(yīng)信息化時代的發(fā)展，一攬子政策及措施相繼實施。隨著我國高校教育教學(xué)改革的不斷深入，以“虛實結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實不虛”為原則，虛擬仿真技術(shù)將更加廣泛地應(yīng)用到高校教育教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)是目前的科技熱點，也是在教育教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)理論及實踐的深度融合將得到促進(jìn)，在提高質(zhì)量和推進(jìn)公平上將取得重大進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 何克抗.建構(gòu)主義——革新傳統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)[J].電化教育研究，1997（3）.

[2] 戴爾.視聽教學(xué)法之理論.杜維濤，譯.北京：中華書局，1949.

[3] 教育部.關(guān)于開展國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)工作的通知.2018（5）.