基于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的深度學(xué)習(xí)模型構(gòu)建

李洪修 李美瑩

摘要：深度學(xué)習(xí)是一個集認(rèn)知與運(yùn)用、結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)性知識建構(gòu)與遷移、真實(shí)問題的解決為一體的學(xué)習(xí)過程。VR環(huán)境有助于學(xué)生在仿真的環(huán)境中自主探究，獲得認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)信息與真實(shí)環(huán)境無縫對接。在VR環(huán)境里，沉浸感為深度學(xué)習(xí)提供體驗(yàn)支持;交互功能為深度學(xué)習(xí)提供情感支持;構(gòu)想性為深度學(xué)習(xí)提供情境支持。根據(jù)建構(gòu)主義和具身認(rèn)知理論，該文嘗試構(gòu)建了基于VR環(huán)境的深度學(xué)習(xí)模型，并從深度學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備、知識遷移與建構(gòu)和深度學(xué)習(xí)評價三個階段闡述了基于VR環(huán)境的深度學(xué)習(xí)模型的運(yùn)行機(jī)制。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);深度學(xué)習(xí);模型構(gòu)建

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著科技的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）已進(jìn)入與各領(lǐng)域相結(jié)合的全方位發(fā)展階段。VR通過傳感器和可視化裝備，不僅在視、聽以及觸覺方面為用戶提供了和真實(shí)情境高度相似的多維虛擬環(huán)境，讓其可以產(chǎn)生身臨其境的體驗(yàn)，還能使用戶通過語言和手勢等在多維信息空間中進(jìn)行交互[1]。后來，VR因其沉浸性和可跨時空創(chuàng)設(shè)情境的優(yōu)點(diǎn)被越來越多地應(yīng)用于教學(xué)中。深度學(xué)習(xí)一直是近幾年來教育研究的熱點(diǎn)，而深度學(xué)習(xí)的開展，由于要達(dá)到培養(yǎng)“深層認(rèn)知能力”的目標(biāo)，就要營造符合深度學(xué)習(xí)目標(biāo)的“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境”，但僅僅靠已有的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源和工具與普通的二維教學(xué)結(jié)合是不夠的，還需要虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭配相關(guān)的學(xué)習(xí)資源和工具的支持。VR技術(shù)使學(xué)生在虛擬世界中獲得更全面、更逼真的體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生深層認(rèn)知能力的發(fā)展。因此，要想讓學(xué)生進(jìn)行真正的深度學(xué)習(xí)，需要VR的技術(shù)手段和其營造的“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境”的支持[2]。

一、VR的含義與特征

20世紀(jì)80年代初，美國VPL公司的拉尼爾首次正式提出了VR，即虛擬現(xiàn)實(shí)。他指出VR是由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)、顯示技術(shù)、多種傳感技術(shù)和人工智能等技術(shù)生成的多維數(shù)字化環(huán)境系統(tǒng)。VR通過運(yùn)用以交互式計算機(jī)技術(shù)為核心的科學(xué)技術(shù)，創(chuàng)建一種在視覺、聽覺和觸覺都與真實(shí)環(huán)境高度相似的虛擬數(shù)字化環(huán)境，用戶通過使用相關(guān)的專業(yè)裝備與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互，并可以在數(shù)字化環(huán)境中產(chǎn)生與親臨真實(shí)環(huán)境相似且能跨越時空的體驗(yàn)[3]。在VR這個交互式媒體里，用戶可以感知自己置身于虛擬環(huán)境中的位置和手勢，并引起強(qiáng)烈的真實(shí)感官反應(yīng)，從而更能沉浸在虛擬世界中。用戶依托Graphics等技術(shù)去感受模擬的物體和人物，使意識浸入數(shù)字化的環(huán)境中。在體驗(yàn)時用戶通常會佩戴頭盔顯示器.其內(nèi)設(shè)有處理器和方位跟蹤器還有負(fù)責(zé)聽覺系統(tǒng)的語音定位、識別器和觸覺等反饋系統(tǒng)的設(shè)備[4]。VR具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性等特征，具體如下表所示。

VR具有雙重屬性：它既是一種技術(shù)教育現(xiàn)象，又是一種傳播媒介[5]。VR作為教學(xué)傳播媒介，最接近“戴爾經(jīng)驗(yàn)之塔”理論中最底層的“有目的的直接體驗(yàn)”[6]。VR因其操作安全、可提供更深層次的探究機(jī)會等優(yōu)點(diǎn)和其功能特征與教育教學(xué)理論中的很多觀點(diǎn)比較吻合，而被廣泛應(yīng)用于教育中，它可以將感知世界和構(gòu)建知識緊密融合在一起，在學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)內(nèi)容之間搭建起一座橋梁[7]。而在VR創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)環(huán)境里，學(xué)生憑借與環(huán)境的相互作用，根據(jù)結(jié)果的反饋，做出下一步的操作預(yù)判，構(gòu)建起感知世界與知識間的聯(lián)系。VR的虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時交互與三維配準(zhǔn)等特點(diǎn)可以幫助學(xué)生在虛擬環(huán)境中探究思考、建構(gòu)新知，實(shí)現(xiàn)虛擬與真實(shí)環(huán)境的無縫對接。有學(xué)者認(rèn)為，VR技術(shù)作為多媒體教學(xué)手段的升級版，是適應(yīng)當(dāng)下社會發(fā)展的一種新型教學(xué)手段[8]。

二、VR對深度學(xué)習(xí)的支持

20世紀(jì)50年代，F(xiàn)erence Marton與Roger Saljo根據(jù)學(xué)習(xí)者對知識的獲取和加工方式、認(rèn)知程度，第一次提出了深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)的說法[9]。他們認(rèn)為深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于認(rèn)知理解、加工后批判性地習(xí)得新知，并能在新情境中完成遷移、最終解決實(shí)際問題的一種高層次、高效率的學(xué)習(xí)方式。在此之后，Eric Jensen與Le Ann Nickelsen從認(rèn)知層面闡述了其對于深度學(xué)習(xí)的理解，他們認(rèn)為深度學(xué)習(xí)就是對結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性知識的建構(gòu)，并對學(xué)習(xí)者的先有經(jīng)驗(yàn)和獲取的新知進(jìn)行高效且全方位地加工。因此，深度學(xué)習(xí)可以被看作是一個集認(rèn)知與運(yùn)用、結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)性知識建構(gòu)與遷移、真實(shí)問題的解決為一體的學(xué)習(xí)過程。它是對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、過程和結(jié)果的一種質(zhì)性描述，是以培養(yǎng)學(xué)生高階思維為目的的一種高投人性學(xué)習(xí)。在深度學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)習(xí)者往往在身體、情感、審美、道德和精神上達(dá)到共同的成長，進(jìn)入自由共享的狀態(tài)，使學(xué)習(xí)投入達(dá)到峰值，充滿強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī)，并形成批判性思維。

Michael Prosser和Keith Trigwell提出了學(xué)生學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境論，認(rèn)為學(xué)生所處的學(xué)習(xí)情境與對所處情境的感知都直接或間接地影響著學(xué)生深度學(xué)習(xí)的情況（如圖1所示）。VR的主要功能是能夠?yàn)閷W(xué)生的深度學(xué)習(xí)帶來全方位的學(xué)習(xí)情境體驗(yàn)。2002年，Sattahip Singhal與Miachel Zyda發(fā)表了虛擬環(huán)境的“五要素說”：即空間的共感（環(huán)境的同一性）、在場的共感（參與的感知性）、時間的共感（交互的實(shí)時性）、溝通的方法（交互的多樣性）、共享的方法（互動的動態(tài)性）。VR的出現(xiàn)也滿足了以上所有虛擬教學(xué)情境的需求。

（一）沉浸感為深度學(xué)習(xí)提供體驗(yàn)支持

首先，VR的沉浸感使學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境具有實(shí)踐性和可操作性。它不只是將學(xué)習(xí)內(nèi)容從二維平面變?yōu)槿S的立體畫面這么簡單，而是讓學(xué)生在可視、可聽、可實(shí)踐操作的虛擬學(xué)習(xí)空間中完成知識經(jīng)驗(yàn)的加工與建構(gòu)。在VR沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境中，教師設(shè)置虛擬與現(xiàn)實(shí)相適應(yīng)的教學(xué)任務(wù)，學(xué)生通過佩戴VR頭顯、眼鏡等設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師可以使用控制器來和其他學(xué)生交流，并能在虛擬的情境中為學(xué)生進(jìn)行導(dǎo)航。在虛擬情境中每個人都有屬于自己的化身，可以通過操作控制器實(shí)現(xiàn)對自己化身移動的操作。通過VR的聽覺傳感器，學(xué)生可以聽到大自然的溪水聲或鳥叫聲等;佩戴VR頭顯，學(xué)生們可以沉浸到長城、古羅馬的三維環(huán)境中。而教師在這一過程中可以通過使用IPAD來對學(xué)生的VR體驗(yàn)進(jìn)行啟動和終止，實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控。VR這種沉浸式體驗(yàn)?zāi)軌虬烟摂M情境投射到學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)中，例如在觀察活火山時，學(xué)生可近距離觀察火山噴發(fā)的瞬間，這有利于學(xué)生建立對抽象物體和地區(qū)的具象化的認(rèn)知。

其次，VR營造的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境不僅可以讓學(xué)習(xí)者在虛擬世界中直接操控物體，還能反過來讓學(xué)習(xí)者沉浸在其中，主動汲取知識完成訓(xùn)練。正如哈佛大學(xué)Dede教授團(tuán)隊開發(fā)的幫助19世紀(jì)末的美國小鎮(zhèn)居民擺脫傳染病的項(xiàng)目，該項(xiàng)目是讓學(xué)生浸入VR創(chuàng)設(shè)的和現(xiàn)實(shí)小鎮(zhèn)一樣的虛擬情境中，學(xué)生利用已有的生物醫(yī)學(xué)知識和豐富的互聯(lián)網(wǎng)資源調(diào)查病源，甚至學(xué)生可與鎮(zhèn)上的居民溝通尋求解決問題的方法。VR技術(shù)通過多維傳感器“占領(lǐng)”學(xué)生的多種感官，切斷與外界的感知聯(lián)系，讓學(xué)生完全沉浸于交互式學(xué)習(xí)氛圍中，為學(xué)生的高效率學(xué)習(xí)提供了首要條件。VR沉浸式的學(xué)習(xí)方式通過背景架構(gòu)、故事線安排、設(shè)置任務(wù)、人機(jī)交互和深入探究的深層體驗(yàn)，從根本上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對深度學(xué)習(xí)提供了豐富的體驗(yàn)支持。

（二）交互功能為深度學(xué)習(xí)提供情感支持

首先，VR的交互性特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生與設(shè)備的1：1交互，使學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境更加個性化。正如我們所知，深度學(xué)習(xí)是一種集知識和社會化情感表征為一體的學(xué)習(xí)過程[10]。而VR的交互性就滿足了深度學(xué)習(xí)的條件。VR的交互式學(xué)習(xí)體驗(yàn)兼具網(wǎng)絡(luò)游戲的趣味性與挑戰(zhàn)性，利用逼真的情境與挑戰(zhàn)來引起學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)。與傳統(tǒng)的計算機(jī)設(shè)備不同，VR把用戶與設(shè)備合看作一個整體，而用戶的體驗(yàn)界面也不只是傳遞信息的媒介。VR的多維傳感器為VR教學(xué)中的交互提供了多種模式。它實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的隱形數(shù)據(jù)的可視化操控，增強(qiáng)了人機(jī)交互頻率，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)操作便利性的質(zhì)的飛躍。因此，VR的交互性功能可以激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)，克服學(xué)習(xí)者的交流恐懼，使學(xué)習(xí)者獲取信息更加快速方便，為深度學(xué)習(xí)提供了豐富的情感體驗(yàn)。

其次，VR的交互性使學(xué)生的學(xué)習(xí)具有社交功能，可以培養(yǎng)學(xué)生的合作意識、集體意識和人際交往領(lǐng)域上的能力。例如，在VR教學(xué)中設(shè)計了可供學(xué)習(xí)者自由選擇的應(yīng)用解答和應(yīng)用創(chuàng)意兩個模塊，學(xué)習(xí)者必須選擇其中一個作答。其中，應(yīng)用解答是必須邀請一位伙伴，選擇平臺中的既定題目一起作答，待作品完成之后，可以選擇同步發(fā)布到共享平臺，供其他學(xué)習(xí)者鑒賞。而應(yīng)用創(chuàng)造則是難度較高的模塊，需要學(xué)習(xí)者與其同伴一起創(chuàng)造作品，與應(yīng)用解答模塊不同的是該模塊為學(xué)習(xí)中搭建了交流平臺，學(xué)習(xí)者可以在其中隨時隨地交流溝通，共同學(xué)習(xí)和創(chuàng)造，實(shí)現(xiàn)溝通零距離，創(chuàng)造無界限。應(yīng)用解答和應(yīng)用創(chuàng)意中某一個子模塊完成后，會對學(xué)習(xí)者在合作模塊的表現(xiàn)進(jìn)行階段性評價，以此為根據(jù)對學(xué)習(xí)者提出更好的建議。

（三）構(gòu)想功能為深度學(xué)習(xí)提供情境支持

首先，VR的構(gòu)想性功能不但能夠再現(xiàn)真實(shí)情境，還能夠構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的情境。當(dāng)學(xué)生在使用VR學(xué)習(xí)后，互聯(lián)網(wǎng)便為其提供“感知環(huán)境”，虛擬世界變?yōu)椤绑w驗(yàn)場”，現(xiàn)實(shí)世界成為了“對照區(qū)”，學(xué)生將會在虛擬情境中重新建構(gòu)空間感[ll]。情景學(xué)習(xí)理論主張學(xué)習(xí)就是情境和認(rèn)知相互影響作用的結(jié)果，學(xué)習(xí)者在充滿真實(shí)感的情境中主動完成新知的構(gòu)建。例如，在醫(yī)學(xué)課程中，通過VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬的醫(yī)療情境和齊全的醫(yī)療設(shè)備，模擬病癥部位，不僅可以給學(xué)習(xí)者提供醫(yī)療護(hù)理實(shí)操訓(xùn)練，還可以即時反饋醫(yī)療護(hù)理結(jié)果;在物理實(shí)驗(yàn)課程中，通過VR技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室，利用多維傳感器感受模擬的物理現(xiàn)象，通過親自操作、觀察虛擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)后得出結(jié)論;在歷史課程中，通過VR技術(shù)模擬歷史場景和人物，演繹歷史事件，學(xué)習(xí)者置身于歷史情境中作為歷史的“參與者”，感受歷史并深入了解歷史。在VR環(huán)境中，傳統(tǒng)的系列化課程轉(zhuǎn)變?yōu)樾问叫路f、場景定制化的教學(xué)演出，學(xué)習(xí)者“現(xiàn)場腦補(bǔ)”的實(shí)操和訓(xùn)練可使抽象的教學(xué)內(nèi)容具體化，從而獲得更全面、更精細(xì)的知識經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建更完善的知識體系。因?yàn)閂R強(qiáng)大的構(gòu)想功能，在虛擬情境中VR教學(xué)建構(gòu)的可能性是無限的。VR可幫助學(xué)習(xí)者在定性和定量的學(xué)習(xí)中獲得對世界的客觀認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。

其次，VR的構(gòu)想功能也能為深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)提供跨時空的教學(xué)。在傳統(tǒng)實(shí)踐課的教學(xué)中，會受到時間和空間條件及其它不可控因素的限制，例如實(shí)踐危險性較大、場地空間有限、實(shí)踐費(fèi)用高及設(shè)備少等。VR的構(gòu)想性就解決了以上問題，可為學(xué)習(xí)者提供跨時空的虛擬實(shí)踐場地和實(shí)驗(yàn)室、儀器設(shè)備等，學(xué)習(xí)者可在VR環(huán)境中感受接近真實(shí)情境但更優(yōu)化的教學(xué)實(shí)踐。VR創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境打破了實(shí)踐場所的限制，規(guī)避了設(shè)備使用的危險和損耗，增加了學(xué)生體驗(yàn)操作復(fù)雜、費(fèi)用高昂且周期較長的實(shí)踐的機(jī)會，從而提高了實(shí)踐教學(xué)的效果。因此，不論學(xué)生在任何時間、地點(diǎn)（家里、學(xué)校），VR都能提供給學(xué)習(xí)者真實(shí)教學(xué)內(nèi)容與虛擬環(huán)境有機(jī)組合的深度教學(xué)。也就是說，學(xué)習(xí)者可以隨時隨地并多次進(jìn)入同一或多種虛擬學(xué)習(xí)情境中，自己規(guī)劃學(xué)習(xí)進(jìn)度.完成教學(xué)實(shí)踐并獲取實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性。這樣，VR就能夠讓學(xué)生足不出戶地獲得各種場景教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的真切體驗(yàn)，收獲更深層的學(xué)習(xí)效果。VR環(huán)境下學(xué)生虛實(shí)情境的學(xué)習(xí)交互，如圖2所示。

三、基于VR的深度學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建

（一）構(gòu)建依據(jù)

模型構(gòu)建的前提是深度學(xué)習(xí)能夠真正被激發(fā)。激發(fā)學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)的前提條件有四點(diǎn)。第一，在教學(xué)準(zhǔn)備方面，學(xué)生的學(xué)習(xí)材料必須是依照學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)為其精心設(shè)計的、具有清晰教學(xué)目標(biāo)的結(jié)構(gòu)化材料。第二，在教學(xué)實(shí)施方面，必須按照合理的教學(xué)環(huán)節(jié)科學(xué)地實(shí)施教學(xué)，有目的有計劃地完成教學(xué)任務(wù)。第三，在氛圍營造方面，要有平等、寬松、合作、安全的互動氛圍。第四，在評價方面，即時根據(jù)教學(xué)反饋信息對教學(xué)環(huán)節(jié)及活動做出相應(yīng)跟進(jìn)調(diào)型[12]。

為了滿足以上這些條件，深度學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建有以下理論依據(jù)。

1.建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義理論為VR環(huán)境下深度學(xué)習(xí)的模型提供了理論依據(jù)。建構(gòu)主義理論主張學(xué)習(xí)者應(yīng)以自身與外界接觸并相互作用下獲得的有意義經(jīng)驗(yàn)為內(nèi)容建構(gòu)自己的知識體系，即使用自己已有的條件性知識獲取建構(gòu)后的元知識。這兩者的獲取就是深度學(xué)習(xí)發(fā)生的關(guān)鍵性因素之一。因此，為實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，首先要使用VR技術(shù)加強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的多維感知體驗(yàn)，在體驗(yàn)中反思學(xué)習(xí)中的問題和沖突加以具象概括并解決;其次要使用VR增強(qiáng)學(xué)習(xí)者認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)的聚合、聯(lián)結(jié)和遷移運(yùn)用，合理使用各種科學(xué)技術(shù)手段，使學(xué)生能夠在不同領(lǐng)域中積極運(yùn)用在虛擬情境中學(xué)習(xí)的相關(guān)學(xué)科知識，促進(jìn)其條件性知識和元認(rèn)知的發(fā)展;最后使用VR延伸教學(xué)空間，創(chuàng)設(shè)持續(xù)性的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)更加積極高效，從而獲得一種全面的、連續(xù)性的學(xué)習(xí)，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。除此之外，建構(gòu)主義還重視社會性交互在學(xué)習(xí)中的作用，這也為本模型VR的交互性功能構(gòu)建的師生學(xué)習(xí)共同體提供了科學(xué)依據(jù)。

2.具身認(rèn)知理論

具身認(rèn)知理論也是將VR技術(shù)與深度學(xué)習(xí)結(jié)合的基本理論依據(jù)。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需要親自去感受、體驗(yàn)和實(shí)踐，在認(rèn)知和實(shí)踐相互作用的過程中實(shí)現(xiàn)高階思維和問題解決能力的培養(yǎng)。而具身認(rèn)知理論主張學(xué)生學(xué)習(xí)要在深度理解知識的前提下，把知識遷移應(yīng)用到不同的情境中，以實(shí)踐的形式來發(fā)展自身的解決實(shí)際問題的能力[13]。首先，具身認(rèn)知觀認(rèn)為“體驗(yàn)”是獲取知識的重要途徑，學(xué)習(xí)者以自身對外界的感知和體驗(yàn)來獲得對事物的認(rèn)識，以此來構(gòu)建自己的知識體系。而傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)不利于學(xué)生真正理解和把握知識。所以，深度學(xué)習(xí)需要身心融合的體驗(yàn)式教學(xué)。其次，情境是影響學(xué)習(xí)質(zhì)量與效率的關(guān)鍵性因素。教師能否創(chuàng)設(shè)出逼真生動的教學(xué)情境極大程度影響著學(xué)生具身效應(yīng)的激活和具身體驗(yàn)的獲得[14]。因此，以具身認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，VR的沉浸性和構(gòu)想性就滿足深度學(xué)習(xí)的情境需要，從虛實(shí)情境兩方面為深度學(xué)習(xí)提供沉浸式的情境體驗(yàn)。

（二）基于VR環(huán)境的深度學(xué)習(xí)的基本模型構(gòu)建

本文著眼于深度學(xué)習(xí)理論和VR技術(shù)在教育中的應(yīng)用，關(guān)注學(xué)習(xí)者在VR環(huán)境中深度學(xué)習(xí)的過程，同時也研究VR在這一過程中所扮演的角色與作用。本文從深度學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備、知識建構(gòu)與遷移和深度學(xué)習(xí)的評價三方面來剖析學(xué)生在VR環(huán)境下的深度學(xué)習(xí)，提出以下學(xué)習(xí)模型，如圖3所示。

1.深度學(xué)習(xí)準(zhǔn)備階段

準(zhǔn)備階段是深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。首先，在教師方面，教師要先準(zhǔn)備教學(xué)資源、激活學(xué)生的先有經(jīng)驗(yàn)為新知的接納做準(zhǔn)備，繼而引起學(xué)生的認(rèn)知沖突。了解學(xué)生的先有經(jīng)驗(yàn)和自身的認(rèn)知水平是教師準(zhǔn)備階段的基礎(chǔ)和前提。而學(xué)生的學(xué)習(xí)投入、激情保持程度則是深度學(xué)習(xí)的根本保障[15]。其次，在學(xué)生方面，學(xué)生應(yīng)明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，在提出問題后在VR學(xué)習(xí)環(huán)境中自主探究。深度學(xué)習(xí)意味著學(xué)生要深入了解和掌握知識的本質(zhì)，并建構(gòu)起自身的知識體系，才能實(shí)現(xiàn)新舊知識間的遷移，以此完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)[16]。教師在準(zhǔn)備教學(xué)資源時要注意教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)要有銜接性;反饋的知識點(diǎn)要有獨(dú)立性;教學(xué)材料要具有跨學(xué)科的統(tǒng)整性和條理性。

VR為深度學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備階段提供網(wǎng)絡(luò)平臺和資源支持。VR通過計算機(jī)技術(shù)為深度學(xué)習(xí)提供了海量的資源與情境。深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)就需要教師在全面了解教學(xué)內(nèi)容的前提下，利用VR提供的資源與平臺，針對不同的教學(xué)層次，提出個陛化的教學(xué)要求，最后通過不同模塊的知識整合，列出課程統(tǒng)整的框架，便于學(xué)生在VR創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境中，通過新舊知識的相互作用完成認(rèn)知的建構(gòu)，使知識體系中的認(rèn)知內(nèi)容更具有銜接性。這里的整合不僅指要把教學(xué)內(nèi)容系列化、模塊組合系統(tǒng)化，還要跨學(xué)科、跨領(lǐng)域。在此過程中，要找出多學(xué)科的最佳整合要素，把它作為推進(jìn)整體課程整合的關(guān)鍵性要素，為學(xué)習(xí)者提供更全面的教學(xué)內(nèi)容。例如，在地理學(xué)科的教學(xué)中，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬三維地理環(huán)境，并結(jié)合GIS功能，為學(xué)生提供大量有關(guān)自然與人文地理兼具的綜合性課程資源和數(shù)據(jù)，并整合地理學(xué)科中分支學(xué)科方面的教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生呈現(xiàn)出跨學(xué)科多領(lǐng)域的資源支持。

2.深度學(xué)習(xí)知識建構(gòu)與遷移階段

深度學(xué)習(xí)的知識建構(gòu)與遷移階段是深度學(xué)習(xí)的核心階段，包括前一階段引發(fā)認(rèn)知沖突后的深層理解加工、進(jìn)行概念轉(zhuǎn)換、對新知進(jìn)行遷移創(chuàng)造進(jìn)而建構(gòu)個體知識。其中，遷移有內(nèi)部和外部之分。內(nèi)部關(guān)聯(lián)遷移即在原有知識結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，也不超出當(dāng)前學(xué)習(xí)階段的單元或?qū)W科的前提下，在學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)內(nèi)完成新問題的解決。外部拓展遷移的主要表現(xiàn)是知識在認(rèn)知結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)程度上發(fā)生了改變，如跨單元、跨學(xué)科的知識遷移，這些都使得知識脫離原始單一層次而發(fā)生更全面的成長。此階段的創(chuàng)造即深度學(xué)習(xí)的最高境界，則表現(xiàn)為把深度學(xué)習(xí)升華成知識生產(chǎn)與創(chuàng)新的一種特殊性價值。內(nèi)部遷移是對已有經(jīng)驗(yàn)與能力的進(jìn)一步強(qiáng)化或深化。而外部遷移則是在此基礎(chǔ)上獲得更全面的能力和素養(yǎng)[17]?！斑w移與應(yīng)用”不僅僅是對學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的一種最終檢驗(yàn)，更是一種學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式?！斑w移”即內(nèi)部知識擴(kuò)展并提升為外部經(jīng)驗(yàn)，“應(yīng)用”即把內(nèi)部知識消化并外顯于解決問題的過程，這是把間接經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為直接經(jīng)驗(yàn)、把抽象符號轉(zhuǎn)為具象化知識的過程[18]。

VR在這一過程中全程提供體驗(yàn)、情境和情感支持，幫助學(xué)生在虛擬情境中完成新知建構(gòu)與遷移。首先，VR可以為學(xué)生提供“SR”沉浸式體驗(yàn)f真實(shí)的訓(xùn)練活動、真實(shí)的學(xué)習(xí)過程、真實(shí)的學(xué)習(xí)條件、真實(shí)的角色安排和真實(shí)的學(xué)習(xí)壓力），教師依據(jù)教學(xué)目標(biāo)并在與舊知關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)上，在VR資源區(qū)調(diào)取合適的課程資源，提出問題并設(shè)置能夠給予學(xué)生足夠思考機(jī)會的學(xué)習(xí)任務(wù)，利用VR設(shè)備的技術(shù)手段賦予學(xué)生不同角色，為學(xué)生設(shè)置虛擬的教學(xué)情境，使學(xué)生獲得真實(shí)的體驗(yàn)圍繞問題進(jìn)行有針對性的學(xué)習(xí)。例如，在飛機(jī)駕駛的技能學(xué)習(xí)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生提供無風(fēng)險的“SR”沉浸式體驗(yàn)讓學(xué)生通過實(shí)踐來完成操作理論知識的建構(gòu)與遷移。教師可在虛擬環(huán)境中為學(xué)生設(shè)置暴雨、臺風(fēng)等惡劣天氣為學(xué)生提供高難度的情境訓(xùn)練，學(xué)生可以通過反復(fù)練習(xí)操作設(shè)備，最終達(dá)到在各種天氣情況下都能熟練駕駛的目的。其次，VR的交互性功能為學(xué)生的深度學(xué)習(xí)提供豐富的情感體驗(yàn)。教師在學(xué)生知識建構(gòu)過程中設(shè)置靈活性的問題引導(dǎo)師生、生生間的討論與交流。在VR全程體驗(yàn)中，學(xué)生可以即時和教師及同伴分享實(shí)時信息、疑問或感興趣的內(nèi)容，激發(fā)思維碰撞的火花，實(shí)現(xiàn)對知識的深度把握。在VR沉浸式教學(xué)中，學(xué)生既能實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)情境的深入理解，并在類似情境中分析差異并完成“舉一反三”的遷移運(yùn)用[19]，又能批判性地理解和吸收結(jié)構(gòu)化知識，實(shí)現(xiàn)對抽象概念與情境結(jié)合的非結(jié)構(gòu)化知識的掌握，將這種深度加工建構(gòu)知識的能力不斷運(yùn)用到新情境中，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果的質(zhì)的飛躍，達(dá)到觸類旁通的學(xué)習(xí)目標(biāo)[20]。

3.深度學(xué)習(xí)評價階段

評價階段是深度學(xué)習(xí)的成果驗(yàn)收階段，它貫穿于深度學(xué)習(xí)過程的始終。根據(jù)前文提到的學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境論可知，學(xué)習(xí)者的先有經(jīng)驗(yàn)不同，那么學(xué)生所處情境的認(rèn)知就呈現(xiàn)出多樣化的結(jié)果。VR沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境中評價學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)大致分為評價方式多樣化、評價標(biāo)準(zhǔn)定制化和評價反饋靈活化，充分發(fā)揮評價對于學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)全程的反饋?zhàn)饔?。例如，在VR體驗(yàn)學(xué)習(xí)項(xiàng)目中，通過設(shè)置關(guān)卡的方式來評價學(xué)習(xí)者的深度學(xué)習(xí)進(jìn)展程度;體驗(yàn)結(jié)束后，也可采取頭腦風(fēng)暴、師生生生互評和撰寫評價報告等交互性評價方式來驗(yàn)收學(xué)習(xí)結(jié)果。

在VR的學(xué)習(xí)系統(tǒng)中教師可以實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)者訓(xùn)練的合理性管理，更科學(xué)地規(guī)劃其自學(xué)和訓(xùn)練時間、內(nèi)容、人員等信息，并即時且準(zhǔn)確地分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，通過了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣偏好、交互情況等，將信息綜合處理，為學(xué)生篩選出適當(dāng)?shù)姆椒?，從而?shí)現(xiàn)服務(wù)個性化和信息推薦人性化。教師也可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備創(chuàng)建出數(shù)字化的多維評估體系，實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)的有效性。在學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程中，平臺終端會建立起專屬于每個學(xué)生的電子學(xué)習(xí)檔案，不僅可以記錄學(xué)生在平臺學(xué)習(xí)的進(jìn)度和效果，還可以通過同步學(xué)生的觀看記錄、測評成績以及自我評價和教師同伴評價記錄等完成對學(xué)生自主學(xué)習(xí)的引導(dǎo)與激勵，培養(yǎng)學(xué)生的自我控制能力。

在完成一階段的學(xué)習(xí)后，平臺會根據(jù)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的表現(xiàn)作出綜合性的評估，并從認(rèn)知領(lǐng)域、人際領(lǐng)域以及個人領(lǐng)域三個維度對其進(jìn)行全方位的評價，并給予適當(dāng)?shù)墓膭?，激勵學(xué)習(xí)者并提高其學(xué)習(xí)動機(jī)。當(dāng)在課下使用VR學(xué)習(xí)時，VR可以將人文情境和自然環(huán)境真實(shí)地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，多維感官參與的沉浸感使學(xué)生排除干擾百分百地投入到學(xué)習(xí)項(xiàng)目中[21]。虛擬情境中學(xué)習(xí)者情感與認(rèn)知的投入程度和自我管理約束程度，既是深度學(xué)習(xí)時學(xué)習(xí)激情的保持和知識的加工建構(gòu)與高階思維的培養(yǎng)的內(nèi)源動力保障，也是衡量與評價深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素。

四、結(jié)語

深度學(xué)習(xí)是近幾年來教育研究的熱點(diǎn)，而深度學(xué)習(xí)的開展，需要VR技術(shù)搭配相關(guān)的學(xué)習(xí)資源和工具的支持。VR為深度學(xué)習(xí)提供體驗(yàn)支持、情感支持和情景支持，有助于學(xué)生在仿真的環(huán)境中自主探究，獲得認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)環(huán)境無縫對接。本文構(gòu)建了基于VR環(huán)境的深度學(xué)習(xí)模型，并從深度學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備、知識遷移與建構(gòu)和深度學(xué)習(xí)評價三個階段闡述了基于VR環(huán)境的深度學(xué)習(xí)模型的運(yùn)行機(jī)制。

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