虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下探究式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐*

劉 暢，柯 健

（蘇州市職業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，江蘇 蘇州215104）

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷成熟，人們開(kāi)始探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，國(guó)內(nèi)許多高校都根據(jù)自身科研和教學(xué)需求建立了各具特色的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它們除了可以輔助高校的科研工作外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面也凸顯了自身的許多優(yōu)勢(shì)。利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以脫離真實(shí)的設(shè)備做各種各樣的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，獲得接近真實(shí)實(shí)驗(yàn)或者和真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體驗(yàn)，從而豐富感性認(rèn)知，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，同時(shí)又能避免從事真實(shí)實(shí)驗(yàn)所帶來(lái)的危險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失。只要學(xué)生自己想學(xué)，即便是在課下也能夠隨時(shí)隨地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，打破了時(shí)間和空間的限制。

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的探究式學(xué)習(xí)首先要為學(xué)生構(gòu)建出一個(gè)真實(shí)的或者接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生按照設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中平臺(tái)能夠給予及時(shí)的反饋或者提示，讓學(xué)生在探究式操作的過(guò)程中逐步掌握要領(lǐng)，不斷反思總結(jié)，建構(gòu)自己的結(jié)論，最后完成作品提交到評(píng)價(jià)系統(tǒng)中。教師可以調(diào)用或查詢(xún)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，并對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出疑問(wèn)或者建議。學(xué)生再根據(jù)這些反饋調(diào)整自己的行為模式，完善學(xué)習(xí)成果，最終得到滿意的結(jié)果。

因此，能夠支持探究式學(xué)習(xí)的虛擬仿真平臺(tái)除了能夠提供高仿真的界面外，還需要支持及時(shí)的行為結(jié)果反饋、學(xué)習(xí)過(guò)程的記錄與重現(xiàn)、學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)等來(lái)滿足學(xué)生的個(gè)性化探究學(xué)習(xí)。當(dāng)然教師在學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中也不能完全依賴(lài)平臺(tái)，學(xué)習(xí)過(guò)程中面對(duì)面的指導(dǎo)和學(xué)生間的交流仍是十分必要的。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介

《視頻新聞采集》是一門(mén)專(zhuān)業(yè)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，課程目標(biāo)是使學(xué)生熟練掌握新聞視頻作品的采集與制作的操作技能，能夠熟練使用攝像機(jī)在新聞現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍攝，獲取有價(jià)值的新聞素材。因此，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中到真實(shí)的新聞現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地拍攝就顯得十分重要。但將學(xué)生帶入到某些新聞現(xiàn)場(chǎng)（如火災(zāi)、槍擊）進(jìn)行實(shí)踐顯然是不現(xiàn)實(shí)也不安全的，即便在課堂上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)還原也需要耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力，教學(xué)效果難以達(dá)到要求?；诖耍覀?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了《視頻新聞采集》虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)的特點(diǎn)是針對(duì)課程相關(guān)教學(xué)需求在網(wǎng)上開(kāi)展虛擬拍攝實(shí)踐，模擬真實(shí)拍攝中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)新聞事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)相似的環(huán)境，支持學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)，登錄界面見(jiàn)圖1。

圖1 視頻新聞采集虛擬仿真平臺(tái)登錄界面

圖2 平臺(tái)提供的新聞場(chǎng)景

該平臺(tái)為學(xué)生提供四個(gè)典型的新聞場(chǎng)景：新聞發(fā)布會(huì)、車(chē)禍現(xiàn)場(chǎng)、超市搶購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)和解救人質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)（見(jiàn)圖2）。通過(guò)虛擬的人機(jī)交互界面，學(xué)生以第一人稱(chēng)的視角進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中進(jìn)行操作，在操作過(guò)程中不斷接收到系統(tǒng)提出的任務(wù)要求，學(xué)生要根據(jù)要求完成任務(wù)，模擬出真實(shí)操作后的相應(yīng)效果，完成一系列的拍攝活動(dòng)。同時(shí)平臺(tái)將操作過(guò)程的視頻進(jìn)行保存并可以回放，這種自動(dòng)記錄的結(jié)果和過(guò)程無(wú)論是錯(cuò)誤的還是正確的，都可以作為后面開(kāi)展個(gè)性化評(píng)價(jià)活動(dòng)的依據(jù)。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下的探究式學(xué)習(xí)，是在教師的引導(dǎo)下在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中進(jìn)行的。根據(jù)虛擬仿真平臺(tái)的特殊性，我們以《視頻新聞采集》平臺(tái)上“解救人質(zhì)”的新聞場(chǎng)景為例，將學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)成圖3所示的幾個(gè)步驟。

圖3 虛擬仿真平臺(tái)的探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)流程

1.實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

在虛擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行教學(xué)，首先要確保平臺(tái)的正常運(yùn)行，課前要對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)，保證教學(xué)能順利進(jìn)行。使用前，教師應(yīng)該向?qū)W生介紹虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用方法，包括如何進(jìn)入學(xué)習(xí)系統(tǒng)、如何開(kāi)始學(xué)習(xí)活動(dòng)等。

2.形成問(wèn)題

在教師提出本次課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的的同時(shí)，最好能讓學(xué)生自己形成問(wèn)題，當(dāng)學(xué)生面臨各種讓他們困惑的問(wèn)題時(shí)，他們就要做出各種猜測(cè)，想方設(shè)法尋找問(wèn)題的答案。比如，本次課程的主要學(xué)習(xí)任務(wù)是跟蹤拍攝警察解救人質(zhì)的過(guò)程，但是學(xué)生會(huì)看到一個(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題：如何在槍林彈雨的解救現(xiàn)場(chǎng)保證自己的安全，同時(shí)又能拍攝到最有價(jià)值的新聞畫(huà)面？學(xué)生在沒(méi)有進(jìn)行操作之前，可以根據(jù)自己對(duì)問(wèn)題的理解和想象給出一個(gè)臨時(shí)的答案，在具體實(shí)驗(yàn)拍攝之后，可以將拍攝結(jié)果與前面的猜想作對(duì)比，形成自己的結(jié)論。

3.探究式學(xué)習(xí)過(guò)程

在虛擬構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，學(xué)生處于警方攻堅(jiān)解救人質(zhì)的場(chǎng)景中，點(diǎn)擊開(kāi)始后，學(xué)生需要跟隨警員，拍攝攻堅(jiān)過(guò)程。學(xué)生可以通過(guò)鍵盤(pán)在場(chǎng)景中任意走動(dòng)，模擬手持?jǐn)z像機(jī)操作，進(jìn)行取景以及推、拉、搖、移、跟鏡頭拍攝。在拍攝過(guò)程中，系統(tǒng)還會(huì)不斷給出每一個(gè)步驟的任務(wù)提示，并模擬畫(huà)面人物對(duì)話，提示學(xué)生調(diào)整自己的行動(dòng)軌跡完成拍攝任務(wù)，并在此過(guò)程中確保自身始終處于安全位置（見(jiàn)圖4）。

圖4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

當(dāng)學(xué)生完成所有拍攝任務(wù)后，系統(tǒng)將拍攝視頻進(jìn)行保存，并可以回放。學(xué)生可以與其他學(xué)習(xí)同伴進(jìn)行在線交流，并查看學(xué)習(xí)同伴的拍攝過(guò)程，與自己拍攝的素材進(jìn)行對(duì)比和分析。除了在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的實(shí)踐操作，學(xué)生還可以根據(jù)平臺(tái)提供的文獻(xiàn)資料和網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行進(jìn)一步的閱讀和總結(jié)，搜集同類(lèi)案例的新聞現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道，不斷完善自己的知識(shí)體系建構(gòu)。

4.學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)一直是探究式學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠?yàn)樘骄渴綄W(xué)習(xí)活動(dòng)提供更加豐富的評(píng)價(jià)方式。

（1）對(duì)探究過(guò)程的評(píng)價(jià)

在虛擬仿真平臺(tái)上，學(xué)生每一步通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊或者鍵盤(pán)輸入的操作都能夠被記錄下來(lái)，經(jīng)過(guò)后臺(tái)的進(jìn)一步處理，為教師追溯評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)過(guò)程提供了可能。另外，學(xué)生在平臺(tái)上模擬攝像機(jī)拍攝的操作過(guò)程得以保存在系統(tǒng)中，教師可以通過(guò)回放觀看過(guò)程進(jìn)行判斷和打分。

（2）對(duì)探究方法的評(píng)價(jià)

學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的探究思路和解決問(wèn)題的方法也是探究式學(xué)習(xí)關(guān)注的重點(diǎn)。在該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上提供了實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理功能，實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄文檔可以非常方便地被存儲(chǔ)和調(diào)用，教師可以對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行批改，上面記錄的文字或者圖片信息都能夠很好地表現(xiàn)學(xué)生在探究式學(xué)習(xí)過(guò)程中的思路和方法。

（3）對(duì)探究結(jié)果的評(píng)價(jià)

對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)就是將學(xué)生的學(xué)習(xí)成果與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的結(jié)果進(jìn)行比較，系統(tǒng)自動(dòng)或者教師手動(dòng)進(jìn)行打分，得分越高說(shuō)明學(xué)習(xí)效果越好。學(xué)習(xí)成果可以是實(shí)踐操作結(jié)果，也可以是探究式學(xué)習(xí)后的知識(shí)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果。

5.總結(jié)與反思

學(xué)習(xí)總結(jié)階段可以在真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行，通過(guò)展示自己拍攝的解救人質(zhì)畫(huà)面闡述拍攝心得，在此過(guò)程中接受教師和同學(xué)們的質(zhì)疑并給予解答，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更深入的思考。同時(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)反思，學(xué)生能夠更嚴(yán)肅地對(duì)待新聞工作，加深職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知，提升職業(yè)榮譽(yù)感。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在探究式學(xué)習(xí)中的優(yōu)勢(shì)

1.更直觀的教學(xué)形式有利于探究式學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的非真實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)媒介，無(wú)論是通過(guò)文字、圖片還是觀摩視頻操作過(guò)程，都是以間接的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為主，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能為學(xué)生提供直接的操作機(jī)會(huì)，獲得真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋，這種“從做中學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)不僅是全部教學(xué)理論的基本原則，也是學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

2.豐富的趣味性有利于探究式學(xué)習(xí)

學(xué)生是探究式學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能否積極主動(dòng)地解決困難和問(wèn)題是探究式學(xué)習(xí)能否成功的關(guān)鍵。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這種環(huán)境通常是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)與制作的，除了真實(shí)感外還兼具美感，這讓學(xué)生比在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中學(xué)習(xí)更能獲得美的享受。同時(shí)，學(xué)生與虛擬物品之間常伴有交互，通過(guò)錯(cuò)誤的或者正確的嘗試，得到不同結(jié)果的反饋（甚至是獎(jiǎng)勵(lì)），有利于學(xué)生保持較高的學(xué)習(xí)興趣，這一特點(diǎn)正是探究式學(xué)習(xí)理論所提倡的。

3.全面及時(shí)的反饋有利于探究式學(xué)習(xí)

探究式學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)的區(qū)別在于如何對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)學(xué)習(xí)認(rèn)為學(xué)習(xí)結(jié)果十分重要，但是探究式學(xué)習(xí)認(rèn)為除學(xué)習(xí)結(jié)果，對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)也同樣重要。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除了能夠提供對(duì)最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)，還能對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的每一個(gè)操作步驟提供反饋，同時(shí)保留記錄學(xué)習(xí)過(guò)程中的操作記錄。這樣，教師就可以隨時(shí)調(diào)用，對(duì)學(xué)生在探究式學(xué)習(xí)過(guò)程中的創(chuàng)新性和閃光點(diǎn)給予肯定和保留，真正體現(xiàn)出探究式學(xué)習(xí)的意義。

4.低成本的重復(fù)性利用有利于探究式學(xué)習(xí)

可持續(xù)發(fā)展是人類(lèi)社會(huì)的永恒主題，教育也不例外。實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是一項(xiàng)極具重復(fù)性的工作，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在提供重復(fù)性低成本的教學(xué)資源上有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，可以反復(fù)使用的實(shí)驗(yàn)資源既不會(huì)帶來(lái)資源的浪費(fèi)，也不會(huì)造成環(huán)境污染，是節(jié)約教育資源和社會(huì)資源的最有利渠道。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可以讓學(xué)生修改一些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，靈活地為學(xué)生提供不同的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，這種適用性對(duì)探究式學(xué)習(xí)極為有利。

四、結(jié)束語(yǔ)

學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)能力越來(lái)越被人們所重視，進(jìn)而成為新時(shí)代教育的培養(yǎng)重點(diǎn)。當(dāng)一些傳統(tǒng)的教學(xué)媒介不能很好地展現(xiàn)某些學(xué)習(xí)內(nèi)容、難以激發(fā)學(xué)生的探究熱情時(shí)，就需要借助新的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)的發(fā)展?jié)摿κ菬o(wú)限的，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中也取得了良好的效果，使學(xué)生的自主探究和創(chuàng)新實(shí)踐能力得到了明顯的提高，最大限度將教學(xué)資源優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)教育完美結(jié)合。