基于構(gòu)建主義理論的VR學(xué)習(xí)平臺(tái)研究

劉嘉韡 熊敏江

摘要：針對(duì)教育的現(xiàn)狀和VR技術(shù)水平，設(shè)計(jì)VR學(xué)習(xí)平臺(tái)，分析VR平臺(tái)教育優(yōu)勢(shì)、發(fā)展目標(biāo)以及目前存在的問題。提出依托建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論使用VR學(xué)習(xí)平臺(tái)優(yōu)化教學(xué)新模式。

關(guān)鍵詞：教育;VR;學(xué)習(xí)平臺(tái);虛擬現(xiàn)實(shí);建構(gòu)主義

教育是培養(yǎng)人才的重要途徑，也是國(guó)家發(fā)展的可靠保證，教育工作如何服務(wù)社會(huì)現(xiàn)實(shí)需求，這就需要關(guān)注“人”的核心要素，縱向挖掘?qū)W生自身潛能，增強(qiáng)業(yè)務(wù)技能從而提升學(xué)習(xí)效能。我們要按照科學(xué)化、規(guī)范化、信息化、實(shí)戰(zhàn)化的要求，實(shí)現(xiàn)教學(xué)理論由“任務(wù)型”向“實(shí)戰(zhàn)型”轉(zhuǎn)變，教學(xué)模式由“填鴨灌輸型”向“學(xué)習(xí)自主型”轉(zhuǎn)變，教學(xué)內(nèi)容由“理論型”向“實(shí)用型”轉(zhuǎn)變，教學(xué)效果由“單一型”向“復(fù)合型”轉(zhuǎn)變，教學(xué)保障由“現(xiàn)實(shí)型”向“發(fā)展型”轉(zhuǎn)變。

一、理論基礎(chǔ)

（一）VR技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生出逼真的視覺、聽覺和嗅覺等來感知世界，使用戶有身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)是在眾多相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它綜合了計(jì)算機(jī)圖形圖像、仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、人工智能、語言識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門學(xué)科的最新成果。虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息科學(xué)的交叉和融合，被認(rèn)為是21世紀(jì)信息技術(shù)的代表。一般來說，虛擬現(xiàn)實(shí)具有四大特征：

多感知性——在虛擬環(huán)境中，用戶除了具有一般計(jì)算機(jī)的視覺感知外，還具有聽覺、觸覺、力覺、運(yùn)動(dòng)感、甚至嗅覺和味覺等多種感知。

沉浸感——它是指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能使用戶暫時(shí)與外部環(huán)境脫離而全身心融合到生成的虛擬世界中去。

交互性——它是指用戶對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度，用戶可以通過三維交互設(shè)備從內(nèi)到外、從外到內(nèi)與虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)對(duì)話、實(shí)時(shí)交互。

自主性——即虛擬環(huán)境中的物體可以按照各種模型和規(guī)則自主運(yùn)動(dòng)。

（二）建構(gòu)主義教學(xué)理論

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)者的知識(shí)是在一定的情境下，借助他人的幫助，如人與人之間的協(xié)作、交流、利用必要的信息等等，通過意義的建構(gòu)而獲得的。理想的學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)當(dāng)包括情境、協(xié)作、交流和意義建構(gòu)四個(gè)部分。學(xué)習(xí)環(huán)境中的情境必須有利于學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)內(nèi)容的意義建構(gòu)。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)習(xí)者建構(gòu)意義的情境是最重要的環(huán)節(jié)或方面;協(xié)作：應(yīng)該貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)過程中。教師與學(xué)生之間，學(xué)生與學(xué)生之間的協(xié)作;交流：交流是協(xié)作過程中最基本的方式或環(huán)節(jié)。其實(shí)，協(xié)作學(xué)習(xí)的過程就是交流的過程，在這個(gè)過程中，每個(gè)學(xué)習(xí)者的想法都為整個(gè)學(xué)習(xí)群體所共享。交流對(duì)于推進(jìn)每個(gè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)進(jìn)程，是至關(guān)重要的手段;意義的建構(gòu)是教學(xué)活動(dòng)的最終目標(biāo)，一切都要圍繞這種最終目標(biāo)來進(jìn)行。

在教學(xué)進(jìn)程的設(shè)計(jì)上，建構(gòu)主義者提出如果教學(xué)簡(jiǎn)單得脫離情境，就不應(yīng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。而要呈現(xiàn)整體性的任務(wù)，讓學(xué)生嘗試進(jìn)行問題的解決，在此過程中學(xué)生要自己發(fā)現(xiàn)完成整體任務(wù)所需實(shí)現(xiàn)完成的子任務(wù)，以及完成各級(jí)任務(wù)所需的各級(jí)知識(shí)技能。

二、VR學(xué)習(xí)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

將VR學(xué)習(xí)解決方案分為虛擬學(xué)習(xí)、智能學(xué)習(xí)和智慧學(xué)習(xí)三個(gè)部分。虛擬學(xué)習(xí)搭建虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)人員感受浸入式的教學(xué)模式。在虛擬基礎(chǔ)上收集學(xué)習(xí)人的相關(guān)信息，進(jìn)行學(xué)習(xí)效果智能分析，從而可以精細(xì)化的修改學(xué)習(xí)場(chǎng)景，達(dá)到更好的教學(xué)效果。完成教學(xué)->評(píng)估->優(yōu)化全過程后，加入多人協(xié)同和專家評(píng)判實(shí)現(xiàn)真正的人機(jī)交互、虛擬和現(xiàn)實(shí)的融合，讓學(xué)習(xí)平臺(tái)充滿智慧。

（一）VR學(xué)習(xí)場(chǎng)景管理平臺(tái)

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為傳統(tǒng)學(xué)校解決師資缺乏、教學(xué)內(nèi)容不規(guī)范、教學(xué)方式單一等問題，實(shí)現(xiàn)教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變、教學(xué)手段的創(chuàng)新、教學(xué)模式的變革，實(shí)現(xiàn)教學(xué)工作的簡(jiǎn)單化、靈活化、高效化，打造VR虛擬場(chǎng)景讓學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中獲取實(shí)際的工作技能。

培訓(xùn)場(chǎng)景可以主要分為日常學(xué)習(xí)場(chǎng)景、實(shí)戰(zhàn)考試場(chǎng)景、知識(shí)點(diǎn)突破場(chǎng)景等幾大類，每類中可以根據(jù)日常的工作實(shí)際情況設(shè)置多個(gè)場(chǎng)景。

（二）VR考試管理平臺(tái)

該平臺(tái)通過在學(xué)習(xí)場(chǎng)景中設(shè)置考試試題，然后通過真人演習(xí)的方式來考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，可以讓每次考試變?yōu)橐淮窝萘?xí)，從而全面考查學(xué)生接受學(xué)習(xí)的效果情況。

（三）學(xué)習(xí)信息管理系統(tǒng)

收集VR學(xué)習(xí)場(chǎng)景中參與學(xué)生的用戶信息，以及他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中所采取的行為信息，比如學(xué)生屬性信息、學(xué)生參與信息、學(xué)習(xí)關(guān)注點(diǎn)信息等與學(xué)生有關(guān)的信息。

（四）學(xué)習(xí)效果分析系統(tǒng)

通過上述采集的學(xué)習(xí)信息，通過決策分析系統(tǒng)，采用各類統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，建立一體化、業(yè)務(wù)無關(guān)的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)、培訓(xùn)過程監(jiān)控分析等應(yīng)用，為評(píng)估學(xué)習(xí)效果，改善學(xué)習(xí)場(chǎng)景提供快速化、科學(xué)化、理性化的可靠保障。

（五）多人協(xié)同訓(xùn)練系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以解決協(xié)同訓(xùn)練的問題，該系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)三維實(shí)時(shí)交互功能外，還包括協(xié)同通信與信息管理功能。多人協(xié)同訓(xùn)練平臺(tái)是多名學(xué)生利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在一個(gè)實(shí)時(shí)三維場(chǎng)景中，通過網(wǎng)絡(luò)通信來相互配合以完成一項(xiàng)任務(wù); 同時(shí)，系統(tǒng)提供相關(guān)信息的知識(shí)庫，記錄整個(gè)操作過程，以提供給專家評(píng)判系統(tǒng)。

（六）專家評(píng)判系統(tǒng)

利用人工智能技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)，讓多人協(xié)同的虛擬環(huán)境中，加入專家評(píng)判的交互機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)過程和教學(xué)方案的隨時(shí)調(diào)整和專家評(píng)定，從而將學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)判中不僅包含客觀量化的評(píng)判信息同時(shí)也可以加入主動(dòng)經(jīng)驗(yàn)性的評(píng)判信息。

三、VR培訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

VR培訓(xùn)平臺(tái)的沉浸式體驗(yàn)感給建構(gòu)主義學(xué)習(xí)方法提供了有力的技術(shù)支撐， 將在很大程度上改變教育的面貌。其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（一）提供開放的學(xué)習(xí)空間

VR技術(shù)所構(gòu)建出來的虛擬實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練環(huán)境不受地域空間的限制，直接從計(jì)算機(jī)終端調(diào)取場(chǎng)景或者連接到云儲(chǔ)存數(shù)據(jù)庫中，很好解決學(xué)習(xí)中地域限制的問題，使學(xué)生不必前往實(shí)際地點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。VR系統(tǒng)可以在同一模擬場(chǎng)景創(chuàng)造出不同的實(shí)戰(zhàn)環(huán)境。

（二）建立“一站式”的授課模式

授課教師自身通過佩帶VR終端機(jī)進(jìn)行講課，VR終端機(jī)會(huì)記錄教官的身體動(dòng)作和語言，將所需要的知識(shí)理論和技能的演練標(biāo)準(zhǔn)事項(xiàng)轉(zhuǎn)化成模擬視覺信號(hào)儲(chǔ)存到云數(shù)據(jù)庫中，再通過互聯(lián)網(wǎng)等方式將教官的一舉一動(dòng)傳輸?shù)礁鱾€(gè)VR系統(tǒng)的接收器上， 學(xué)生可以通過佩帶VR接收器就可以對(duì)最新的戰(zhàn)術(shù)技能進(jìn)行學(xué)習(xí)，省去逐級(jí)學(xué)習(xí)所要消耗的時(shí)間。這種“一 站式”的學(xué)習(xí)模式不再需要各級(jí)學(xué)校組織集體課堂學(xué)習(xí)，節(jié)省組織學(xué)習(xí)所需要的時(shí)間，使學(xué)習(xí)在第一時(shí)問內(nèi)了解、接觸和掌握知識(shí)。

（三）打造及時(shí)的學(xué)習(xí)反饋系統(tǒng)

學(xué)習(xí)過程中最重要的壞節(jié)之一是學(xué)習(xí)成果的反饋，體現(xiàn)學(xué)生技能掌握水平的高低和教師的講課能力都需要通過反饋來實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)模式的技能培養(yǎng)過程中，教學(xué)反饋往往是事后反饋，即參加課堂學(xué)習(xí)的學(xué)生完成全部的學(xué)習(xí)之后，將自身所學(xué)知識(shí)通過考試的方式展現(xiàn)給教師，教師統(tǒng)一進(jìn)行講解和分析，指出存在的同題和不足之處。但是這種“事后諸葛亮”的反饋方式首先是“點(diǎn)對(duì)面”的反饋不能具體細(xì)致的針對(duì)每一個(gè)學(xué)生做出指導(dǎo)性意見， 其次不能實(shí)時(shí)跟進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時(shí)指出學(xué)習(xí)過程中學(xué)員出現(xiàn)的理解錯(cuò)誤，容易使學(xué)員形成錯(cuò)誤的固定認(rèn)知后才進(jìn)行矯正。

針對(duì)這一弊端， VR技術(shù)通過將標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)點(diǎn)和行動(dòng)準(zhǔn)則編人數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)學(xué)生使用VR接收器進(jìn)行技能演練時(shí)，就會(huì)時(shí)刻受到數(shù)據(jù)庫“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的監(jiān)督和指導(dǎo)，在使用的技能或者作出的判斷不符合當(dāng)時(shí)場(chǎng)景需要或者形勢(shì)需要時(shí)，VR接收器就會(huì)報(bào)警。呈現(xiàn)在眼前的虛擬成像場(chǎng)景出現(xiàn)“警告”字樣，使學(xué)生做出錯(cuò)誤行為時(shí)立刻得到反饋和提醒，及時(shí)改正自身錯(cuò)誤。VR接收器還會(huì)即時(shí)上傳學(xué)生所犯錯(cuò)誤到數(shù)據(jù)庫中，讓教師第一時(shí)問得到學(xué)生學(xué)習(xí)成果的反饋，為下一步的學(xué)習(xí)做好基礎(chǔ)工作。

四、結(jié)束語

我國(guó)社會(huì)快速發(fā)展對(duì)教育工作提出了新的更高要求，各級(jí)教育工作越來越向?qū)I(yè)化、精確化、規(guī)范化的方向發(fā)展。在大數(shù)據(jù)引領(lǐng)的時(shí)代，我們將以新的思路、新的戰(zhàn)略、新的舉措，積極探索新的建構(gòu)式的教育發(fā)展模式來適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，不斷提升實(shí)景化教育實(shí)效，為開創(chuàng)教育工作新局面提供強(qiáng)有力的組織、人才和技術(shù)保障。

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作者簡(jiǎn)介：

1、劉嘉韡，男，1980年1月，湖北武漢，2002年畢業(yè)于華中師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系，2010年在華中師范大學(xué)取得教育管理研究生學(xué)位;2003年在武漢市第十四中學(xué)任教，擔(dān)任高中信息技術(shù)和綜合實(shí)踐教師，現(xiàn)為中學(xué)一級(jí)教師，十四中學(xué)人事干事。

2、熊敏江，女，1981年9月出生于湖北武漢，獲得華中科技大學(xué)工程碩士學(xué)位，高級(jí)講師，教育研究指導(dǎo)部主任，主要研究方向是教育信息化，任教于武漢市江漢區(qū)社區(qū)宣傳教育學(xué)院。

（1武漢市第十四中學(xué);2武漢市江漢區(qū)社區(qū)宣傳教育學(xué)院）