基于虛擬課堂的師范生技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)*

李小志，陳宥辛，葉新東

（溫州大學(xué) 教師教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，浙江 溫州 325035）

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)，簡(jiǎn)稱VR，是20 世紀(jì)80 年代新崛起的一種綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等。它由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器等生成三維信息而構(gòu)成虛擬環(huán)境，可以逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界（甚至是不存在的）的事物和環(huán)境，人投入到這種環(huán)境中，立即有“親臨其境”的感覺，并可親自操作，自然地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，[1]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因此受益匪淺并得到日新月異的發(fā)展。

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的成熟與應(yīng)用的普及，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已用于多個(gè)領(lǐng)域，如心理治療訓(xùn)練、高成本或高危場(chǎng)所訓(xùn)練、教育培訓(xùn)以及新人面試訓(xùn)練等場(chǎng)合，通過虛擬環(huán)境訓(xùn)練協(xié)助練習(xí)者在訓(xùn)練過程中發(fā)現(xiàn)問題并且給予及時(shí)的指導(dǎo)和幫助，增強(qiáng)練習(xí)者的技能或提高練習(xí)者的訓(xùn)練效率。[2]然而，目前在國(guó)內(nèi)外還沒有人將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于師范生培訓(xùn)，或用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立一個(gè)師范生能夠用于班級(jí)管理能力訓(xùn)練、累積信心、提高課堂教學(xué)技能及增長(zhǎng)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的虛擬課堂。

一、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需求分析

目前的課堂教學(xué)中所構(gòu)建的課堂環(huán)境，貴在學(xué)生能夠直接參與這類真實(shí)、具體的課堂環(huán)境，并獲得真實(shí)的體驗(yàn)感受，但因?yàn)槭苤朴诮虒W(xué)場(chǎng)地、教育環(huán)境以及經(jīng)費(fèi)、資源等因素，很多學(xué)校的課堂環(huán)境一旦建設(shè)完成，后期的使用基本都處于固定的模式中，沒有改變的空間，有些可以改變的地方無(wú)非就是采用活動(dòng)的桌椅，上課的教師只能采用改變桌椅的排列方式來(lái)改變上課的形式；[3]同時(shí)由于課程專業(yè)性的限制，這類課堂環(huán)境一般只適合這類課程使用，其他課程想用這類課堂環(huán)境就需要將其他課堂所需的設(shè)備、器材以及資源等都搬進(jìn)來(lái)，才能開展該教學(xué)活動(dòng)。

虛擬課堂環(huán)境是通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的一個(gè)數(shù)字化的教學(xué)、學(xué)習(xí)環(huán)境，教室內(nèi)的陳設(shè)與真實(shí)的教室一模一樣，并且所有的設(shè)備、桌椅和陳設(shè)都可以隨課程的需要而變換，是一個(gè)能充分體現(xiàn)和滿足教學(xué)者需要的課堂環(huán)境。相對(duì)真實(shí)課堂環(huán)境而言，虛擬課堂環(huán)境學(xué)習(xí)資源豐富、環(huán)境輕松靈活，給教師和學(xué)生提供了輕松自由、自主自導(dǎo)的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式。[4]隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，虛擬課堂環(huán)境的真實(shí)情境性、參與性、體驗(yàn)性以及沉浸感和存在感，在促進(jìn)教學(xué)者的教學(xué)、幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性等方面將有積極影響。

在虛擬課堂環(huán)境中，教師或?qū)W生可以借助頭盔，通過操控計(jì)算機(jī)、手機(jī)或其他虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備使自己置身于該虛擬環(huán)境之中，然后與環(huán)境中的人或物以實(shí)時(shí)互動(dòng)的方式進(jìn)行教學(xué)或?qū)W習(xí)，感受智慧學(xué)習(xí)，體驗(yàn)個(gè)性化的教學(xué)和學(xué)習(xí)，并從中獲得身臨其境的感受。通過對(duì)虛擬課堂環(huán)境的設(shè)計(jì)和開發(fā)，引導(dǎo)教師和學(xué)生積極參與其中，可以讓課堂教學(xué)突破時(shí)間、空間及經(jīng)費(fèi)等因素的限制，讓師生體驗(yàn)到與課堂教學(xué)環(huán)境相同，甚至更優(yōu)的感受。[5]虛擬課堂環(huán)境的使用現(xiàn)已成為高校教學(xué)改革的研究熱點(diǎn)，正吸引越來(lái)越多的研究者和教師的關(guān)注。

二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方案設(shè)計(jì)

虛擬課堂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立的目的是以幫助師范生建立較好的教學(xué)技能為目標(biāo)，主要解決兩個(gè)核心問題，即虛擬課堂環(huán)境的設(shè)計(jì)和用戶操作虛擬環(huán)境的實(shí)現(xiàn)。虛擬課堂環(huán)境的設(shè)計(jì)必須具有很高的生態(tài)效度，同時(shí)也必須結(jié)合較新的人機(jī)交互技術(shù)使師范生以相對(duì)人性化的方式與虛擬課堂中的學(xué)生、物體以及環(huán)境進(jìn)行交互。[6]要達(dá)成以上目標(biāo)則首先需要聚集各專業(yè)教師的豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以問卷、討論以及自我報(bào)告的方式匯集各專業(yè)教師較一致認(rèn)為師范生應(yīng)該具備的教學(xué)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)，并且根據(jù)所匯集的意見盡可能設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的虛擬課堂教學(xué)情境。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由一個(gè)主系統(tǒng)、四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)建起集交互式仿真、情境互動(dòng)、教學(xué)互動(dòng)、資源管理、教學(xué)評(píng)議于一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)。主要功能描述如下：

（1）系統(tǒng)平臺(tái)支持課堂場(chǎng)景包導(dǎo)入功能；支持自然環(huán)境系統(tǒng)，支持時(shí)間系統(tǒng)，能夠表現(xiàn)一天內(nèi)的時(shí)間和光影變化；具備教室環(huán)境和常用教具、電教設(shè)備等；支持課堂教學(xué)中的圖文教學(xué)內(nèi)容展示；支持用戶修改圖片和教學(xué)文字內(nèi)容。

（2）支持導(dǎo)入、管理、刪除3D 角色；支持添加、修改角色動(dòng)畫；支持角色I(xiàn)K 動(dòng)畫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)角色視線跟隨等動(dòng)作特效；支持多套UI 界面切換；支持2D 和3D UI 系統(tǒng)；UI 操作支持鼠標(biāo)和手勢(shì)操作。

（3）支持用戶自定義虛擬課堂場(chǎng)景布置；支持虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)作捕捉設(shè)備；支持課堂教學(xué)素材資源擴(kuò)展。

同時(shí)，系統(tǒng)通過模塊化設(shè)計(jì)，便于后期教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展和硬件設(shè)備的兼容支持。根據(jù)教學(xué)的要求和教師及師范生的需求，設(shè)計(jì)出具體架構(gòu)如圖1 所示。

三、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)流程

虛擬課堂項(xiàng)目開發(fā)從需求分析開始到最后平臺(tái)使用，經(jīng)歷了多個(gè)環(huán)節(jié)，用到的主要是Unity3D 軟件和Steam VR 軟件。項(xiàng)目開發(fā)的基本流程如圖2 所示。[7]

1.需求分析

在確定項(xiàng)目啟動(dòng)后，首先是對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行需求分析，根據(jù)虛擬課堂的場(chǎng)地規(guī)格，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際需要和各專業(yè)教師課堂中的真實(shí)教學(xué)視頻以及交互式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，通過問卷、討論以及自我報(bào)告的方式匯集各專業(yè)教師和學(xué)生的需求，并根據(jù)所匯集的意見盡可能設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的虛擬課堂教學(xué)情境，分析課堂內(nèi)的展示內(nèi)容和擺放位置。

圖1 虛擬課堂教學(xué)軟件環(huán)境的設(shè)計(jì)架構(gòu)

圖2 虛擬課堂開發(fā)流程

2.素材的收集與整理

完成需求分析后，選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通用的實(shí)體教室，收集教室的大小尺寸以及講臺(tái)、黑板的大小尺寸，教室內(nèi)應(yīng)有的對(duì)象等各種圖片，同時(shí)將各學(xué)科上課需要用到的器材、設(shè)備等分別拍照并進(jìn)行篩選和分類。另外，還需要對(duì)虛擬課堂中的鈴聲、旁白以及其他視頻進(jìn)行收集和編輯。

3.虛擬課堂的空間設(shè)計(jì)和三維建模

虛擬課堂的空間環(huán)境一定是一個(gè)有真實(shí)感的生態(tài)教室，其空間大小、布局、光線和色彩等都非常重要，都會(huì)影響使用者的感知體驗(yàn)。根據(jù)前面的分析和收集的素材，參照實(shí)體教室的結(jié)構(gòu)和學(xué)科特點(diǎn)，設(shè)計(jì)虛擬課堂的空間布局，并在Unity3D 軟件中將虛擬課堂的空間模型制作出來(lái)。虛擬課堂中各要素要風(fēng)格統(tǒng)一、交互性強(qiáng)，能吸引使用者的注意力。

4.圖片視頻資源的處理

使用者的教學(xué)課件在導(dǎo)入虛擬課堂中后，都以圖片的形式展示。另外，虛擬課堂中的器材和設(shè)備大部分也以圖片的形式呈現(xiàn)，因此圖片像素的處理是至關(guān)重要的。特別是對(duì)實(shí)體拍攝得到的圖片需要用專業(yè)的軟件進(jìn)行加工處理，一般需要進(jìn)行裁剪和調(diào)色，對(duì)于有特殊要求的圖片還要進(jìn)行特殊處理，以增強(qiáng)虛擬課堂環(huán)境中的效果。

5.引擎中場(chǎng)景的制作

在Unity3D 軟件中制作教室的墻體、桌椅、學(xué)生、黑板等各種模型，設(shè)置好它們的材質(zhì)和屬性等，并將它們分別進(jìn)行保存。接著在軟件中建立虛擬課堂，導(dǎo)入這些模型，再在場(chǎng)景中放置燈光，設(shè)置后期效果，最后進(jìn)行反復(fù)調(diào)整直至達(dá)到滿意的視覺效果。[8]

6.提示語(yǔ)的制作

請(qǐng)專業(yè)配音人員錄制場(chǎng)景中需要的旁白，然后按內(nèi)容分割成不同的片段進(jìn)行保存。在虛擬課堂的適當(dāng)位置和適當(dāng)時(shí)間觸發(fā)動(dòng)作，當(dāng)使用者進(jìn)入某區(qū)域（如禁止入內(nèi)區(qū)域）或課程進(jìn)行到某時(shí)段（如課間時(shí)段）時(shí)，自動(dòng)播放相應(yīng)的提示語(yǔ)。也可以在操作界面上制作語(yǔ)音控制的按鈕。

7.視頻的嵌入和控制

在教學(xué)中經(jīng)常會(huì)使用到視頻資源，虛擬課堂環(huán)境中也一樣需要，因此，首先應(yīng)在虛擬課堂的某個(gè)位置設(shè)置一個(gè)播放區(qū)域，調(diào)整好區(qū)域的大小與視頻的大小一致，接著對(duì)該視頻設(shè)置視頻觸發(fā)器，可通過在操作界面上設(shè)置按鈕進(jìn)行播放控制，當(dāng)使用者點(diǎn)擊按鈕時(shí)，可在設(shè)置的區(qū)域內(nèi)播放視頻。

8.語(yǔ)音關(guān)鍵字的制作和處理

使用者進(jìn)入虛擬課堂后，所有的教學(xué)或?qū)W習(xí)活動(dòng)都是按照真實(shí)的課堂教學(xué)來(lái)進(jìn)行的，因此與虛擬學(xué)生之間有各種真實(shí)的語(yǔ)音交互。要讓虛擬學(xué)生聽懂使用者的命令，使用前先在系統(tǒng)上預(yù)存一些上課必要的語(yǔ)音關(guān)鍵字或語(yǔ)音關(guān)鍵句，并將這些語(yǔ)音保存到系統(tǒng)中，當(dāng)使用者的講課中涉及這些語(yǔ)音關(guān)鍵字時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為虛擬學(xué)生能聽懂的命令，虛擬學(xué)生就會(huì)根據(jù)語(yǔ)音做出相應(yīng)的動(dòng)作。

9.沉浸式虛擬課堂的運(yùn)動(dòng)控制

沉浸式虛擬課堂系統(tǒng)中使用者的操控方式與其他的虛擬系統(tǒng)不同，使用者是從頭盔顯示器中觀察虛擬環(huán)境并通過手柄或注視點(diǎn)進(jìn)行交互控制。我校的虛擬課堂系統(tǒng)使用的是HTC vive 中的Steam VR 組件進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)使用者戴上頭盔后，紅外跟蹤定位器會(huì)捕捉到人的活動(dòng)區(qū)域，激光定位器會(huì)捕獲到頭部的運(yùn)動(dòng)和方向，頭盔中會(huì)顯示出對(duì)應(yīng)變化的景象。[9]當(dāng)使用者按下手柄上圓盤鍵時(shí)，圖像中會(huì)出現(xiàn)一條拋物線，松開按鍵后，使用者會(huì)瞬間移動(dòng)到拋物線末端所在的位置，使用者通過這種“乾坤大挪移”的方式在虛擬課堂中運(yùn)動(dòng)。

10.優(yōu)化和打包發(fā)布

完成所有的開發(fā)設(shè)計(jì)后，刪除不需要的內(nèi)容，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢查和優(yōu)化，最后將項(xiàng)目輸出為exe 可執(zhí)行文件。

四、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)施方法

基于虛擬課堂的師范生技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其場(chǎng)景所包括的教室、人物、教具等都是在Unity 3D 軟件中開發(fā)完成的，整個(gè)訓(xùn)練系統(tǒng)包括備課模塊、上課模塊和下課模塊。在上課模塊中，為充分還原真實(shí)的課堂情境，還在其中設(shè)置了學(xué)生提問、學(xué)生聊天、學(xué)生之間起爭(zhēng)執(zhí)、學(xué)生看或玩手機(jī)、學(xué)生睡覺等事件。[10]實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)在使用過程中的流程大致可以分為以下幾個(gè)過程。首先是師范生設(shè)置自己的課程信息、姓名以及授課時(shí)間，如圖3所示。完成信息的設(shè)置后，將教學(xué)所需要的資料如PPT等課件導(dǎo)入到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，隨著講課內(nèi)容的增加，虛擬學(xué)生提問的概率也相應(yīng)增加，因此師范生需要根據(jù)自己的學(xué)科內(nèi)容，在上課前將學(xué)生的提問提前設(shè)置好，然后設(shè)置好問題的關(guān)鍵字，當(dāng)虛擬學(xué)生的問題涉及設(shè)置的關(guān)鍵字后，就會(huì)調(diào)出相應(yīng)的問題，如圖4 所示。

圖3 課程信息設(shè)置界面

圖4 問題及答案設(shè)置界面

完成上述基本信息設(shè)置后，師范生才真正進(jìn)入訓(xùn)練環(huán)節(jié)。先進(jìn)入的是備課模塊，在備課模塊師范生需要完成對(duì)課件的各項(xiàng)操作設(shè)置。在虛擬課堂中備課時(shí)，需要將講課用到的課件等文件如PPT、PDF、圖片或相關(guān)課件等載入到課堂中。課堂訓(xùn)練中設(shè)置一個(gè)類似“沙盤模式”的環(huán)境，即沒有學(xué)生或事件發(fā)生的環(huán)境。讓師范生能夠先“提前預(yù)演”以及檢查自身課件、PPT 或教材等。該設(shè)置為一個(gè)“打勾選項(xiàng)”，一旦勾起沙盤模式，則系統(tǒng)僅載入選定的教室場(chǎng)景、背景、指定教室的相關(guān)器材（如空課桌、椅子等）、PPT 以及相關(guān)課件。其目的是達(dá)成“師范生能利用自身空閑時(shí)間進(jìn)行教師技能的練習(xí)與培養(yǎng)”，同時(shí)針對(duì)這方面可添加各種不同的“自我評(píng)價(jià)”量表，讓師范生可以通過自我評(píng)價(jià)的方式，學(xué)習(xí)當(dāng)教師時(shí)應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)。

載入PPT 或教材完畢后，需要讓師范生對(duì)自己的課件或PPT 進(jìn)行“材料確認(rèn)”的動(dòng)作。此時(shí)，需要師范生過目一下自己的材料，同時(shí)選出自己課件中至少兩頁(yè)含有重點(diǎn)信息的PPT 或課件頁(yè)。過目并且指定完“含有重要內(nèi)容的課件頁(yè)”后，才能使用該系統(tǒng)。

接下來(lái)就可以進(jìn)入上課模塊。師范生設(shè)定并載入所有相關(guān)材料（如PPT 等）后點(diǎn)擊界面上的開始鍵，進(jìn)入虛擬課堂場(chǎng)景。首先進(jìn)入的是上課前模塊，師范生在此環(huán)境下經(jīng)歷以下幾個(gè)過程：

先是鈴聲響起。接著根據(jù)師范生的前期設(shè)定，判斷師范生進(jìn)入場(chǎng)景時(shí)的初始位置（如教室門口以及講臺(tái)）。如果體感交互設(shè)備捕捉到師范生已站在講臺(tái)前或頭盔定位初始位置設(shè)定為“講臺(tái)”，那么全體學(xué)生起立，播放群體“老師好”聲音。根據(jù)學(xué)生說(shuō)完“老師好”后，教師一般會(huì)簡(jiǎn)單回一句“同學(xué)們好”，因此約1～2 秒后就讓虛擬學(xué)生陸續(xù)坐下，并設(shè)定讓所有虛擬學(xué)生在5 秒內(nèi)陸續(xù)坐下。此時(shí)，讓所有學(xué)生根據(jù)不同速度，逐一從桌子抽屜或書包中取出課本、文具等，擺到自己桌子上。

完成上述過程后，師范生就進(jìn)入到正式的上課環(huán)節(jié)了。此模塊由師范生開啟“課件”（如PPT、PDF、電子版的教科書）作為標(biāo)記。啟動(dòng)后，使虛擬環(huán)境內(nèi)的元素（如環(huán)境、學(xué)生等）進(jìn)入上課模式。為了避免虛擬課堂場(chǎng)景機(jī)械化或固化、盡量真實(shí)還原課堂場(chǎng)景，虛擬課堂結(jié)合RNG（Random Number Generator）以及Pseudorandom（偽隨機(jī)）的概念來(lái)盡可能逼近真實(shí)教室中千變?nèi)f化的事件。如在虛擬課堂中可像真實(shí)課堂里一樣使用PPT 激光筆操作課件，使用時(shí)用手柄控制器碰觸桌上的激光筆，按下控制器側(cè)邊抓取鍵拿起激光筆；拿起后按住返回鍵（圓盤方向鍵上方的按鍵）可激活紅外激光；圓盤上、下鍵可控制PPT 上下翻頁(yè)。下面將在RNG 以及Pseudorandom 的系統(tǒng)框架之下，描述、介紹，并且具體提供對(duì)應(yīng)5 種不同情況的虛擬課堂隨機(jī)發(fā)生事件。使用激光筆控制課件如圖5 所示。

圖5 使用激光筆控制課件

1.學(xué)生提問事件

首先確保上課模塊已進(jìn)行5 分鐘或10 分鐘以上。確保師范生已進(jìn)入課堂主題并講解足夠的內(nèi)容向?qū)W生提問，否則一開始講課虛擬學(xué)生就開始提問非常奇怪且不自然。接著根據(jù)師范生前期設(shè)定或載入PPT，依據(jù)所設(shè)置或選出含有該“課程的重點(diǎn)”的PPT 頁(yè)碼額外做判斷。例如某PPT 師范生前期自我評(píng)價(jià)問卷中，報(bào)告“PPT第8 頁(yè)、17 頁(yè)……”為重點(diǎn)。則當(dāng)訓(xùn)練中，師范生翻到第8 頁(yè)或第17 頁(yè)時(shí)，適當(dāng)提高學(xué)生提問的概率。選擇學(xué)生回答問題如圖6 所示。

圖6 選擇學(xué)生回答問題

如果設(shè)定為含有重點(diǎn)內(nèi)容的PPT 頁(yè)中提問事件是對(duì)的，則開始執(zhí)行設(shè)計(jì)腳本。當(dāng)某一名虛擬學(xué)生舉起手，此時(shí)如果師范生用手指向該學(xué)生的大概方向，那么學(xué)生可以提問以下幾類比較“萬(wàn)用”的問題，如“老師，剛剛說(shuō)的我沒聽懂能不能再解釋一次”或者“老師，我沒聽懂，能不能再舉個(gè)例子”。

如果設(shè)定為含有重點(diǎn)內(nèi)容的PPT 頁(yè)中提問事件是錯(cuò)的，則下一頁(yè)P(yáng)PT 中，適當(dāng)提高學(xué)生提問的概率，并執(zhí)行設(shè)計(jì)腳本。當(dāng)某一名虛擬學(xué)生舉起手，此時(shí)如果師范生用手指向該學(xué)生的大概方向，那么學(xué)生可以提問以下幾類比較“萬(wàn)用”的問題，如“老師，上一頁(yè)的內(nèi)容我沒聽懂能不能再解釋一次”或者“上一頁(yè)我沒聽懂，能不能麻煩老師再舉個(gè)例子”。

2.學(xué)生聊天事件

為了確保學(xué)生聊天的真實(shí)性，必須強(qiáng)行設(shè)定一個(gè)“學(xué)生聊天有效范圍”。虛擬學(xué)生只能與鄰近的虛擬學(xué)生進(jìn)行聊天。根據(jù)程序初始設(shè)定的“管理難度”決定虛擬學(xué)生聊天事件的頻繁度。隨機(jī)選擇場(chǎng)景中的一名虛擬學(xué)生，如果確認(rèn)有鄰近的虛擬學(xué)生，對(duì)該虛擬學(xué)生進(jìn)行一個(gè)判定，判定該學(xué)生是否將參與“聊天”行為，聊天的行為設(shè)定為，學(xué)生將轉(zhuǎn)頭面向其他聊天的學(xué)生。若有多名學(xué)生參與聊天，則求出若干學(xué)生之間的“中心點(diǎn)”，讓所有學(xué)生都注視著中心點(diǎn)進(jìn)行竊竊私語(yǔ)的舉動(dòng)與行為，并且每過幾分鐘對(duì)這些認(rèn)真上課的學(xué)生進(jìn)行判定。若聊天過于喧嘩時(shí)，則該學(xué)生會(huì)勸在身邊聊天的學(xué)生“安靜一點(diǎn)”。這行為可以通過言語(yǔ)“安靜一點(diǎn)”，也可以通過適當(dāng)?shù)氖謩?shì)（食指放在嘴巴前）加“噓”表示。

如果虛擬學(xué)生出現(xiàn)聊天行為，此時(shí)如果師范生用手“指向這幾位聊天中的虛擬學(xué)生”，并且如果頭部定位器顯示師范生正往這些聊天的虛擬學(xué)生的大概方向“注視”，則觸發(fā)師范生制止聊天事件，并讓聊天學(xué)生慢慢地安靜下來(lái)，在經(jīng)過幾秒后轉(zhuǎn)頭，頭朝向黑板，繼續(xù)上課。

3.學(xué)生之間起爭(zhēng)執(zhí)事件

上述聊天事件中，當(dāng)某一位學(xué)生試圖勸另一名同學(xué)停止聊天，結(jié)果引發(fā)爭(zhēng)執(zhí)事件，爭(zhēng)執(zhí)發(fā)生的瞬間，原先參與聊天的虛擬學(xué)生則停止竊竊私語(yǔ)的行為，不再講話、參與或執(zhí)行聊天行為，并且目光全轉(zhuǎn)向兩位起爭(zhēng)執(zhí)的學(xué)生。以兩位起爭(zhēng)執(zhí)的虛擬學(xué)生為中心，三個(gè)座位范圍內(nèi)的學(xué)生將受影響，并且轉(zhuǎn)頭看爭(zhēng)執(zhí)中的兩位學(xué)生。這些學(xué)生選擇繼續(xù)專注上課或是轉(zhuǎn)頭關(guān)注爭(zhēng)執(zhí)的學(xué)生，由系統(tǒng)對(duì)三個(gè)座位范圍內(nèi)的每一名學(xué)生進(jìn)行一次判定，決定爭(zhēng)執(zhí)事件是否影響該學(xué)生。

如果虛擬學(xué)生出現(xiàn)爭(zhēng)執(zhí)行為，此時(shí)如果師范生用手“指向這兩位爭(zhēng)執(zhí)中的虛擬學(xué)生”并且如果頭部定位器顯示師范生正朝這兩位爭(zhēng)執(zhí)中的虛擬學(xué)生的大概方向“注視”，則觸發(fā)師范生制止?fàn)巿?zhí)事件，并讓爭(zhēng)執(zhí)中的學(xué)生慢慢地安靜下來(lái)，針對(duì)這兩名聊天的學(xué)生，在經(jīng)過幾秒后轉(zhuǎn)頭，頭朝向黑板，繼續(xù)上課。

4.學(xué)生看或玩手機(jī)事件

若判定某學(xué)生發(fā)生看/玩手機(jī)事件，則如上述首先賦予每一位轉(zhuǎn)頭看/玩手機(jī)的學(xué)生一個(gè)決定該學(xué)生在若干毫秒后進(jìn)行低頭以及拿出手機(jī)的動(dòng)作。如果虛擬學(xué)生出現(xiàn)看/玩手機(jī)行為，此時(shí)如果師范生用手“指向這看/玩手機(jī)中的虛擬學(xué)生”并且如果頭部定位器顯示師范生正朝看/玩手機(jī)的虛擬學(xué)生的大概方向“注視”，則觸發(fā)師范生制止看/玩手機(jī)事件，在經(jīng)過幾秒后轉(zhuǎn)頭，頭朝向黑板，繼續(xù)上課。

5.學(xué)生睡覺事件

若判定某學(xué)生發(fā)生睡覺事件，則如上述首先賦予每一位睡覺的學(xué)生一個(gè)決定該學(xué)生在若干毫秒后進(jìn)行低頭、閉眼、趴在桌上的行為。如果虛擬學(xué)生出現(xiàn)睡覺行為，此時(shí)如果師范生用手“指向睡覺中的虛擬學(xué)生”并且如果頭部定位器顯示師范生正朝睡著的虛擬學(xué)生的大概方向“注視”，則觸發(fā)師范生制止睡覺事件，在經(jīng)過幾秒后，讓睡覺的學(xué)生身邊的隨機(jī)一名同學(xué)，進(jìn)行拍背或輕推的行為叫醒睡覺中的學(xué)生，讓其繼續(xù)上課。

最后是訓(xùn)練中的下課模塊，此模塊由師范生開始上課為起始時(shí)間，并根據(jù)“管理難易度”變量，決定學(xué)生何時(shí)進(jìn)入“準(zhǔn)備下課的行為模式”。正常難度下，學(xué)生將設(shè)定為，虛擬課堂結(jié)束的前3 分鐘，讓所有在虛擬教室中的學(xué)生進(jìn)入“下課模式”狀態(tài)。即學(xué)生開始收桌上的課本、文具等。此時(shí)先把所有學(xué)生分成以下三類——提前很多準(zhǔn)備下課的學(xué)生、提前下課的學(xué)生以及鈴聲響后才準(zhǔn)備下課的學(xué)生。

提前很多準(zhǔn)備下課的學(xué)生：這類學(xué)生將在下課模式啟動(dòng)的那一刻，執(zhí)行下課相關(guān)的行為，例如收課本、文具、書包、手機(jī)等。

提前下課的學(xué)生：這類學(xué)生將在下課模式啟動(dòng)后，在下課時(shí)間提前1～2 分鐘，才開始出現(xiàn)下課相關(guān)的行為。

鈴聲響后才準(zhǔn)備下課的學(xué)生：準(zhǔn)時(shí)到點(diǎn)的那一刻才出現(xiàn)準(zhǔn)備下課相關(guān)的行為。

這三類學(xué)生的比例，由管理難易度變量決定。例如：正常難易度下，則有1 成學(xué)生提前很多準(zhǔn)備下課，有7成學(xué)生提前下課，有2 成學(xué)生鈴聲響后下課。

鈴聲響后，讓所有學(xué)生同時(shí)起立，說(shuō)一聲“老師再見”。在所有學(xué)生收好課本、文具等后陸續(xù)走出教室門，接著系統(tǒng)畫面中出現(xiàn)“課堂結(jié)束”四個(gè)字，并進(jìn)入結(jié)束/填寫教學(xué)設(shè)計(jì)質(zhì)量自我評(píng)價(jià)表環(huán)節(jié)。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備性能的提升、技術(shù)的進(jìn)步和教師對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)認(rèn)識(shí)的提高，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域必將迎來(lái)一個(gè)發(fā)展期。[11]以協(xié)助在校生建立較好的教師教育知識(shí)為目標(biāo)，虛擬課堂系統(tǒng)需要解決兩個(gè)核心問題，即虛擬課堂環(huán)境的設(shè)計(jì)以及用戶可操作虛擬環(huán)境的實(shí)現(xiàn)。[12]虛擬課堂環(huán)境的設(shè)計(jì)必須具有很高的生態(tài)效度，同時(shí)，新的人機(jī)交互技術(shù)應(yīng)與使用者相結(jié)合，讓使用者與虛擬學(xué)生、物體和環(huán)境以更加自然、人性的方式進(jìn)行交互。[13]

以虛擬課堂研究為代表的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)踐研究階段，虛擬課堂的架構(gòu)也逐步清晰起來(lái)，由此帶來(lái)的教學(xué)新模式已逐步凸顯，改進(jìn)和完善的空間依然很多。[14]虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的研究者已經(jīng)開始構(gòu)建一個(gè)類似真實(shí)的用于虛擬教學(xué)的技術(shù)環(huán)境。本文通過對(duì)虛擬課堂環(huán)境的需求分析及開發(fā)流程的梳理，確定了虛擬課堂環(huán)境的設(shè)計(jì)思路。希望為虛擬課堂的環(huán)境設(shè)計(jì)提供一個(gè)實(shí)際參考，為以后虛擬課堂進(jìn)入真正的教學(xué)研究提供幫助。