基于知識(shí)圖譜設(shè)計(jì)的 VR教學(xué)資源建構(gòu)問題研究*

李小平　董銀銀　姜麗萍　張琳　趙豐年　許瓊

摘? ?要：知識(shí)圖譜是驅(qū)動(dòng)教育資源智能化的關(guān)鍵問題，文章以虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）教育資源設(shè)計(jì)為目標(biāo)，站在人工智能的角度上詳細(xì)闡述了知識(shí)圖譜設(shè)計(jì)，其中包括教育資源知識(shí)圖譜的設(shè)計(jì)、VR教育資源知識(shí)圖譜特性、VR教育資源知識(shí)圖譜的作用與描述、基于知識(shí)圖譜下的VR教育資源智能建構(gòu)，并詳細(xì)給出VR教學(xué)體驗(yàn)系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜等12個(gè)子知識(shí)圖譜;詳細(xì)講述了知識(shí)圖譜下的資源整體實(shí)現(xiàn)過程，并在遠(yuǎn)程等系統(tǒng)上完成了知識(shí)圖譜智能驅(qū)動(dòng)的實(shí)證和過程實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：知識(shí)圖譜;教學(xué)資源;VR體驗(yàn)

中圖分類號：G40-057 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2020）19-0015-09

教育是一種體驗(yàn)過程，其目的是讓學(xué)生在這個(gè)體驗(yàn)過程中，模擬或感受一遍某種思維方式，然后熟悉這種思維，記住這種思維，熟練地代入其他問題。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)為教育領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，能夠讓學(xué)生在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中充分互動(dòng)，解決傳統(tǒng)課堂上交互性、沉浸感不強(qiáng)的問題。[1]VR教育資源可以充分適應(yīng)教育的特征，由于其三維空間的展現(xiàn)、知識(shí)思維的轉(zhuǎn)變、體驗(yàn)者效果的追蹤反饋控制都大大提升了育人的質(zhì)量，大大縮短了知識(shí)自我建構(gòu)的路徑，在未來教育中將逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，是新技術(shù)環(huán)境下的教育資源的必然。為了讓VR教育資源更加科學(xué)化、個(gè)性化，更加符合人們的認(rèn)知規(guī)律和生活認(rèn)同感，為了讓更多的學(xué)科教育資源向VR教育資源過渡，就要盡早地將人工智能思想融入到VR教育資源建構(gòu)當(dāng)中，要為VR資源智能化奠定良好的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)、推理基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)變教師的職能，將教師的職能從知識(shí)內(nèi)容的教授轉(zhuǎn)變?yōu)榕c計(jì)算機(jī)合作，共同實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源基礎(chǔ)思想、基礎(chǔ)架構(gòu)、構(gòu)架策略、知識(shí)架構(gòu)框架等，去完成更高一級的教學(xué)建設(shè)。如果將人的智慧與知識(shí)連接起來，就會(huì)產(chǎn)生教育智能性的應(yīng)用升級和體驗(yàn)，而這項(xiàng)工作的核心就是VR教學(xué)資源知識(shí)圖譜體系的建立。

一、教育資源知識(shí)圖譜的設(shè)計(jì)

知識(shí)是人類通過觀察、學(xué)習(xí)和思考有關(guān)客觀世界的各種現(xiàn)象而獲得和總結(jié)出的用所有事實(shí)、手段來描述、表示和傳承的規(guī)則或原則的集合。[2]

VR教學(xué)資源是自然現(xiàn)象、社會(huì)現(xiàn)象被用來演化人類本性和行為圖譜的另一種知識(shí)的描述和承載形式。以VR資源形式承載的教學(xué)是一種知識(shí)體驗(yàn)過程和探索過程。

知識(shí)圖譜是VR教學(xué)資源的思想基礎(chǔ)，教育領(lǐng)域的知識(shí)圖譜是個(gè)性化學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑推薦的服務(wù)平臺(tái)，[3]其以結(jié)構(gòu)化的形式描述客觀世界中概念、實(shí)體及其關(guān)系。[4]在人工智能時(shí)代背景下，知識(shí)圖譜將錯(cuò)綜復(fù)雜的各類信息表達(dá)成更接近人類認(rèn)知世界的形式，并提供了一種更好地組織、管理和理解互聯(lián)網(wǎng)海量教育資源信息的能力。[5]

VR教育資源的知識(shí)圖譜是一個(gè)知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)，它包含教育資源的實(shí)體、屬性和關(guān)系，知識(shí)檢索與推理，具有一定的專業(yè)性。由于教育大數(shù)據(jù)的積淀和經(jīng)驗(yàn)非常有限，以及傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)觀點(diǎn)不適應(yīng)未來智能教育形態(tài)的發(fā)展和創(chuàng)新，要擺脫傳統(tǒng)人工構(gòu)建、數(shù)據(jù)規(guī)模局限的束縛，必須具有正確的大數(shù)據(jù)思維，才能真正使教育資源知識(shí)圖譜在大數(shù)據(jù)智能搜索推薦、分析預(yù)測的關(guān)聯(lián)分析、可解釋性推理方面有效發(fā)揮作用，產(chǎn)生從以知識(shí)規(guī)模量到知識(shí)效用質(zhì)變的轉(zhuǎn)換，提供高質(zhì)量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)提供可靠的先驗(yàn)知識(shí)。

VR知識(shí)圖譜在教育中體現(xiàn)在知識(shí)建構(gòu)、VR知識(shí)的結(jié)構(gòu)發(fā)展、邏輯問題向形象問題轉(zhuǎn)換、 知識(shí)問題的空間映射、解決問題方法和過程在故事情節(jié)中的映射、知識(shí)掌握向能力提升的轉(zhuǎn)移、教師創(chuàng)新拓展建構(gòu)等方面;VR教育資源知識(shí)圖譜將根據(jù)VR資源設(shè)計(jì)、架構(gòu)、運(yùn)行、反饋和控制的流程來實(shí)現(xiàn)，它將體現(xiàn)VR資源設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的思想承載、智能驅(qū)動(dòng)下知識(shí)的搜索機(jī)制和策略，將支撐VR的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、體驗(yàn)者感知、自適應(yīng)VR系統(tǒng)修正等功能，其內(nèi)容將比教學(xué)課程知識(shí)圖譜問題更加復(fù)雜，是以問題為出發(fā)點(diǎn)的、在空間交互中產(chǎn)生沖突的自我建構(gòu)體驗(yàn)過程，將形成以“知識(shí)本體+教學(xué)經(jīng)驗(yàn)+VR智能構(gòu)建”為主的資源內(nèi)容滾動(dòng)式架構(gòu)。Burdea 和 Coiffet提出了虛擬現(xiàn)實(shí)的三個(gè)基本特征——想象性、交互性和沉浸性。[6]因此，我們設(shè)計(jì)的VR教育資源應(yīng)充分發(fā)揮VR的特性，更加側(cè)重于解決資源智能的問題，其圖譜要具有對課程資源進(jìn)行故事敘事和空間再現(xiàn)的能力，又能從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)角度出發(fā)給出以問題為導(dǎo)向的、以不同方向思維為目標(biāo)的內(nèi)容智能搜索導(dǎo)航定位的功能，并實(shí)現(xiàn)在其圖譜架構(gòu)基礎(chǔ)上圖譜的自愈/自育、空間架構(gòu)下知識(shí)的自愈/自育，動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)知識(shí)獲取、知識(shí)表示、知識(shí)存儲(chǔ)、知識(shí)建模、知識(shí)融合、知識(shí)理解、知識(shí)運(yùn)維[2]等功能。

二、VR教育資源知識(shí)圖譜特性

1.VR教育資源

由于VR教育資源所表征的問題是世界性的問題，是人類自然學(xué)科和社會(huì)學(xué)科問題描述的總和，是未來世界和不可預(yù)測問題的虛擬世界的描述，是解決問題、認(rèn)識(shí)問題、辨識(shí)問題、分析問題的集合，既有高度濃縮的定理、推理知識(shí)的描述，又有事實(shí)、案例所表現(xiàn)的自然特性寫真，是多種形態(tài)結(jié)點(diǎn)的組合;它在真實(shí)和科學(xué)描述之間存在，在可能與不可能之間存在，在過去、現(xiàn)在、將來、超時(shí)空的任何一個(gè)時(shí)態(tài)存在以及在邏輯和形象思維之間存在。

VR教育資源屬于現(xiàn)代性教育資源，是在強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)軟硬件基礎(chǔ)上、在教育心理學(xué)基礎(chǔ)上、在教育理念發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變的條件下發(fā)展起來的，它是說明自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)現(xiàn)象的最直接的解釋通道，[7]又是人類關(guān)系的完整顯現(xiàn)，它將客觀現(xiàn)象與人們的情感、認(rèn)識(shí)、評價(jià)相融合，讓人們在聯(lián)想、判斷、主動(dòng)探究上發(fā)揮主觀能動(dòng)性。因此其知識(shí)圖譜理論層架構(gòu)分成了概念分類層、元素組合設(shè)計(jì)層和教學(xué)體驗(yàn)層，如圖1 所示。VR教育資源是一個(gè)新的教學(xué)形態(tài)，它的教學(xué)方式從說教過渡到體驗(yàn)，從知識(shí)的描述講解過渡到自己去體驗(yàn)知識(shí)的內(nèi)涵，轉(zhuǎn)變了從被動(dòng)建構(gòu)到主動(dòng)建構(gòu)的認(rèn)識(shí)，轉(zhuǎn)變了知識(shí)獲得方法、評價(jià)方法、理解方法、能力提升的認(rèn)識(shí)，與傳統(tǒng)教材上用來組織和表征知識(shí)的概念圖[8]有所不同，所以其知識(shí)圖譜具有普遍性和特殊性。

2.VR教育資源知識(shí)圖譜

傳統(tǒng)教育資源知識(shí)圖譜具有一定的成熟性、系統(tǒng)性、經(jīng)驗(yàn)沉淀性;其按照一種學(xué)習(xí)心理定勢和邏輯定勢進(jìn)行思維和知識(shí)推演，以傳統(tǒng)的教學(xué)行為和示范行為進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的推進(jìn)，承上啟下的關(guān)系非常明確，結(jié)論非常穩(wěn)定，內(nèi)容形式聯(lián)想度不高，與其他學(xué)科的交叉性較小，對新事物的發(fā)展的自適應(yīng)度不強(qiáng);對基礎(chǔ)學(xué)科教育、較為穩(wěn)定的學(xué)科教育、發(fā)展較慢的學(xué)科教學(xué)起到了重大的教學(xué)作用，也為教育知識(shí)圖譜奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

VR教育資源知識(shí)圖譜的最大特性是將對多個(gè)知識(shí)的語言描述放置于人們感知、情緒、感情、交互的空間當(dāng)中，將綜合的知識(shí)分解成若干的故事情節(jié)，形成體驗(yàn)者扮演故事的角色和參與者的構(gòu)造，在體驗(yàn)過程中不斷地發(fā)現(xiàn)問題、找出解決問題的方法與途徑，在解決問題的過程中達(dá)到自我建構(gòu)。Haiping Zhu等根據(jù)學(xué)習(xí)者在不同學(xué)習(xí)情境下的不同偏好，提出了一種基于知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)路徑推薦模型，并證實(shí)了學(xué)習(xí)者在此教育資源的輔助下能夠合理地平衡學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)時(shí)間，從而提高個(gè)性化學(xué)習(xí)的效率。[9]問題解決的方式和方法、現(xiàn)象與問題具有差異性，需要針對其不同的過程階段構(gòu)建出不同的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖譜;知識(shí)圖譜的先進(jìn)與否，將決定教育資源智能的程度，將決定教育資源再造性、再生成性，決定圍繞教育資源的教學(xué)支持的優(yōu)質(zhì)性，將決定整體教學(xué)的引領(lǐng)性?；谝陨侠碛晌覀冋J(rèn)為，VR教育資源知識(shí)圖譜應(yīng)具有以下特性：

（1）發(fā)展性

除具有傳統(tǒng)承載知識(shí)內(nèi)容、知識(shí)觀點(diǎn)、知識(shí)關(guān)系的性能外，新資源的知識(shí)圖譜結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性將決定知識(shí)圖譜拓展的能力，現(xiàn)代知識(shí)圖譜的初建要充分體現(xiàn)對未來問題的引領(lǐng)性，對未來科技帶來的性能的影響性，以及新資源和應(yīng)用領(lǐng)域融合的預(yù)測性等;層次的獨(dú)立發(fā)展將對今后的拓展具有重要的作用。更加注重于知識(shí)圖譜結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的定位、形成;更加關(guān)注資源的成長、評價(jià)、更新以及刪減，是具有發(fā)展性的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

（2）層次性

知識(shí)圖譜呈現(xiàn)多種角度的視點(diǎn)和觀察點(diǎn)，呈現(xiàn)多層次的描述關(guān)系;是一個(gè)以問題為導(dǎo)向的、探究為主的結(jié)構(gòu)體。

（3）擴(kuò)展性

網(wǎng)狀式的知識(shí)圖譜基本都建立在較為穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)屬于成長自愈結(jié)構(gòu)，需要留出相當(dāng)?shù)慕Y(jié)點(diǎn)空間向外進(jìn)行問題的擴(kuò)展和知識(shí)銜接，不適合采用網(wǎng)狀式的結(jié)構(gòu);全面設(shè)計(jì)反映該知識(shí)點(diǎn)解決問題的途徑和過程，既要有主要理論觀點(diǎn)，又要有相應(yīng)的案例、事實(shí)、反面觀點(diǎn)、疑問觀點(diǎn)的支撐，形成多用途的、系列對應(yīng)組合的知識(shí)圖譜;而對教育資源的知識(shí)圖譜描述和構(gòu)造工作絕對不是利用天然的圖譜進(jìn)行問題任意抽取和組合，必須以教學(xué)需求、任務(wù)需求、目標(biāo)需求、滾動(dòng)式成熟為設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)完成與解決問題相關(guān)的、與陳述相關(guān)的知識(shí)節(jié)點(diǎn)間的鏈接。

（4）可塑性

新資源從媒體融合、觀點(diǎn)交叉、技術(shù)融合、時(shí)代跨越、理論交叉、先進(jìn)性的拓展上都有非常大的變化，要求它的資源知識(shí)圖譜層次定位必須清晰、可塑;新資源的知識(shí)圖譜既要保持知識(shí)的自然成長規(guī)律，符合一定的知識(shí)認(rèn)知規(guī)律，又能夠適應(yīng)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自然嫁接;知識(shí)結(jié)點(diǎn)的鏈接既要遵循自然科學(xué)的規(guī)律，又要遵循教育認(rèn)知的規(guī)律，進(jìn)行知識(shí)到知識(shí)的自然過渡與延展，富有自然的邏輯性。

（5）承上啟下

知識(shí)的表示和知識(shí)圖譜設(shè)計(jì)上應(yīng)該是順意鏈接，不應(yīng)該是產(chǎn)生在兩個(gè)知識(shí)結(jié)點(diǎn)之間問題的重大分歧，不應(yīng)該產(chǎn)生較大跨度的跳轉(zhuǎn)。應(yīng)該界定解決問題的目標(biāo)區(qū)域，將問題類似、解決方法相近的劃在一個(gè)區(qū)域。其分支知識(shí)圖譜銜接流暢，教學(xué)思路清晰延展，具有承上啟下的相關(guān)設(shè)計(jì)，具有知識(shí)脈絡(luò)認(rèn)知的拓展設(shè)計(jì)規(guī)則。

（6）形態(tài)描述多樣性

VR技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)、 網(wǎng)絡(luò)、視聽、多媒體、人工智能等多種技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是智能化的人機(jī)界面交互技術(shù)。[10]VR技術(shù)營造的是集現(xiàn)實(shí)、未來，自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)，微觀、宏觀，假想、超越為一體的空間環(huán)境。既有現(xiàn)實(shí)的仿真，又有創(chuàng)造性的發(fā)揮，其教學(xué)目的是通過體驗(yàn)和創(chuàng)造去建構(gòu)自我知識(shí)體系，所以VR 問題的第一要素，就是可信、逼真。既要符合認(rèn)知規(guī)律、自然法則、社會(huì)基本的道德規(guī)范，又要讓體驗(yàn)者有身臨其境的感覺。因?yàn)榇嬖谥R(shí)的隱藏和綜合描述技巧問題、故事化描述的問題、實(shí)踐沖突的虛擬構(gòu)造問題、虛空間與實(shí)空間的構(gòu)造問題，以及構(gòu)造虛擬空間的虛擬人物、問題、沖突等系列元素的描述問題，所以VR教育知識(shí)圖譜具有這樣的形態(tài)描述多樣化的性能。

三、VR教育資源知識(shí)圖譜的作用與描述

VR 教育資源知識(shí)圖譜的構(gòu)造將決定教育資源未來的智能特性的程度，將決定VR空間的智能適應(yīng)度，將決定未來VR技術(shù)的發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域;也就是說VR教育知識(shí)圖譜是“VR +AI”的基礎(chǔ)，它的作用相當(dāng)于智能領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的地位，反映了VR設(shè)計(jì)的內(nèi)涵、思想、基礎(chǔ)構(gòu)架、交叉知識(shí)融合、拓展技術(shù)的接口、教育心理的結(jié)合、VR資源論的特性。目前的研究大多集中在基本關(guān)系的提取上。更深入、更準(zhǔn)確的關(guān)系提取可以幫助挖掘出更多的教育背景信息。[11]因此，研究VR教育資源知識(shí)圖譜將具有一定學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，它的價(jià)值絕對不是停留在娛樂趣味上，它將是5G智能時(shí)代教學(xué)方法和教學(xué)思想發(fā)展的必然。下面我們將按照其功能分別予以陳述：

1.VR 教學(xué)體驗(yàn)系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜

它架構(gòu)了VR 系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)脈絡(luò)，是以概念、VR元素組合設(shè)計(jì)、VR 教學(xué)體驗(yàn)三個(gè)層面構(gòu)建的關(guān)系層次網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)聯(lián)通主義的理念，采用樹狀結(jié)構(gòu)、層層遞進(jìn)的方式將學(xué)科知識(shí)圖譜可視化呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，使學(xué)習(xí)者能夠更加全面直觀地了解所學(xué)內(nèi)容的知識(shí)體系。[12]因此本研究采取以問題為導(dǎo)向、以VR元素為基礎(chǔ)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路，給出了達(dá)到最佳教學(xué)目標(biāo)的推演路徑，如圖2 所示。

VR 教學(xué)體驗(yàn)系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜體現(xiàn)了VR化教學(xué)體驗(yàn)的構(gòu)成基于動(dòng)機(jī)心理學(xué)中對認(rèn)知評價(jià)和情感輸出的分類，體現(xiàn)了高投入度教學(xué)設(shè)計(jì)、臨在感問題的研究及情感設(shè)計(jì)研究的關(guān)系。[13]該知識(shí)圖譜包含了以下知識(shí)元素：

（1）VR化教學(xué)體驗(yàn)的核心元素

核心元素描述了VR化教學(xué)系統(tǒng)本身及其與學(xué)習(xí)者之間的互動(dòng)，定義了游戲化世界的背景、交互規(guī)則以及故事場景;給出虛擬環(huán)境則是呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的具體方式，包括將物理場景轉(zhuǎn)化為圖像和聲音。

（2）VR化教學(xué)體驗(yàn)吸引人的因素

從教學(xué)體驗(yàn)心理學(xué)角度上描述了挑戰(zhàn)、感覺和情緒、其他參與者，以及敘事和故事等要素，這些因素促使學(xué)習(xí)者在融入虛擬世界以及跟虛擬世界完成交互過程中獲得有趣的體驗(yàn)。

（3）VR化獎(jiǎng)勵(lì)評估的依據(jù)

從心理學(xué)角度上給出了挑戰(zhàn)、技能、滿意程度等有價(jià)值的評估依據(jù)。

（4）VR化教學(xué)體驗(yàn)的子成分

從情境體驗(yàn)設(shè)計(jì)角度出發(fā)給出了技巧/技能、挑戰(zhàn)、情緒、控制/自由度、專注/集中、實(shí)體呈現(xiàn)、參與感/好奇度、故事/戲劇性、社交屬性、互動(dòng)/可操控性等體驗(yàn)成分，極大擴(kuò)展了情境教學(xué)的設(shè)計(jì)元素。

（5）VR化教學(xué)系統(tǒng)的心理成分

站在心理學(xué)的角度描述了在場感對虛擬世界的認(rèn)知和注意、對參與空間和社會(huì)認(rèn)知的作用，站在投入動(dòng)機(jī)的角度上描述參與感等活動(dòng)，站在心流的角度上對系統(tǒng)的主觀、認(rèn)知和情感評測進(jìn)行描述。

（6）VR化教學(xué)系統(tǒng)交互

站在學(xué)習(xí)者與游戲化系統(tǒng)交互的角度上給出了互動(dòng)過程中影響、控制感、所有權(quán)以及促進(jìn)等因素。

2.學(xué)習(xí)者分類知識(shí)圖譜

學(xué)習(xí)者對 VR 環(huán)境的態(tài)度是在學(xué)習(xí)期間形成的，他們在 VR 環(huán)境內(nèi)部交互時(shí)形成了動(dòng)機(jī)，態(tài)度和動(dòng)機(jī)共同體現(xiàn)了情感支持和教育支持。[14]基于此，該知識(shí)圖譜針對學(xué)習(xí)者的五種類型的體驗(yàn)特點(diǎn)，從VR機(jī)制上和元素設(shè)計(jì)設(shè)置上給出了設(shè)計(jì)規(guī)則式的圖譜，系統(tǒng)地給出了基于VR設(shè)計(jì)培養(yǎng)的主要元素，是一個(gè)帶有目標(biāo)性的知識(shí)圖譜。其主導(dǎo)型設(shè)計(jì)更加突出培養(yǎng)其挑戰(zhàn)的性格，社交型更加突出其多任務(wù)、多角色的應(yīng)對，創(chuàng)造型更加突出自我構(gòu)建，探索型更突出其見世面，成就型更加突出其成就的奠基。該知識(shí)圖譜方向的指定將為以下知識(shí)圖譜的方向確定奠定基礎(chǔ)，如圖3所示。

3.教學(xué)需求模式知識(shí)圖譜

這是一個(gè)以行業(yè)、實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)為核心的圖譜設(shè)計(jì)，將根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需求、教學(xué)實(shí)踐的需求、知識(shí)現(xiàn)實(shí)成就人的需求、拓展思維的需求、系統(tǒng)體驗(yàn)性的需求，在知識(shí)和構(gòu)造復(fù)雜度的前提下進(jìn)行知識(shí)圖譜模式設(shè)計(jì)的推理。每一個(gè)模式下面帶有更詳細(xì)的知識(shí)圖譜。圖4中a、b兩張圖是主知識(shí)圖譜和一個(gè)分支知識(shí)圖譜，這兩個(gè)圖可以對知識(shí)圖譜的相加運(yùn)算進(jìn)行鏈接。

該知識(shí)圖譜的建立是人工智能基于智能體滾雪球設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行的，即設(shè)計(jì)好基礎(chǔ)架構(gòu)，根據(jù)問題的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)取向不斷地發(fā)展壯大，是一個(gè)以圖譜驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案;而對圖譜的建立與維護(hù)將會(huì)是多樣的，這同時(shí)需要教師將原有的教學(xué)內(nèi)容講解功能向知識(shí)的分解、新認(rèn)知、新思維上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，著眼于資源的架構(gòu)設(shè)計(jì)，資源內(nèi)容逐步委托于智能網(wǎng)的搜索上。

4.VR/AR線索設(shè)計(jì)思維知識(shí)圖譜

這是體現(xiàn)在VR設(shè)計(jì)當(dāng)中的智能輔助的設(shè)計(jì)思維，是以VR/AR為核心的、以線索設(shè)計(jì)為方向的思維圖譜設(shè)計(jì);它給出了VR化線索設(shè)計(jì)思維經(jīng)驗(yàn)性的圖譜，分支線索設(shè)計(jì)是激發(fā)好奇心和挖掘解決問題途徑的重要設(shè)計(jì)方法，它為VR智能設(shè)計(jì)思想提供了判斷性思維，是智能反饋的重要線索，我們將根據(jù)這樣的線索提升在設(shè)計(jì)中問題設(shè)計(jì)的關(guān)注性、追蹤性，以及系列智能有效的、經(jīng)驗(yàn)脈絡(luò)式的設(shè)計(jì)思維。合理的分支設(shè)計(jì)可以引發(fā)體驗(yàn)者在自己知識(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)用各種方法進(jìn)行快速選擇，是一種方法能力的提升，也是知識(shí)綜合運(yùn)用能力的提升。線索思維也反映了在VR資源應(yīng)用中對知識(shí)圖譜設(shè)計(jì)者動(dòng)機(jī)是否得當(dāng)?shù)呐袛?，我們可以通過線索的提供，進(jìn)一步印證其設(shè)計(jì)的合理性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)選擇、行動(dòng)、反饋、資源管理、戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃等功能，逐步建立起知識(shí)判斷網(wǎng)絡(luò)和知識(shí)故障分析網(wǎng)絡(luò)，如圖5 所示。

5.AR/VR空間設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜

這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)式的圖譜框架，具有很強(qiáng)的組合性，可以根據(jù)教學(xué)體驗(yàn)的需求、學(xué)生的個(gè)性情況、故事的情節(jié)描述，讓這個(gè)知識(shí)圖譜去驅(qū)動(dòng)空間的設(shè)計(jì)，產(chǎn)生與教師、設(shè)計(jì)者所需要的空間建議。經(jīng)驗(yàn)式圖譜從形式上看是一個(gè)空間元素與元素關(guān)系的設(shè)計(jì)，而實(shí)質(zhì)上是從智能角度出發(fā)的，這在大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上評判和挖掘了元素組合關(guān)系效果和空間整體效果。將會(huì)不斷地通過實(shí)踐來對知識(shí)空間設(shè)計(jì)進(jìn)行問題分類;將會(huì)實(shí)現(xiàn)根據(jù)體驗(yàn)者的體驗(yàn)效果動(dòng)態(tài)調(diào)整空間，或動(dòng)態(tài)地進(jìn)行元素的調(diào)整，讓空間與體驗(yàn)者之間產(chǎn)生最融合的體驗(yàn)空間。（見圖6）

6.VR反邏輯設(shè)計(jì)內(nèi)容搜索知識(shí)圖譜

這是基于推理圖譜問題的反向邏輯知識(shí)圖譜。對知識(shí)進(jìn)行反邏輯操作設(shè)計(jì)，即以“事物+反邏輯”為核心的圖譜設(shè)計(jì)，完成問題反面教材和負(fù)面案例的VR圖譜的構(gòu)建。這提升了體驗(yàn)反差性設(shè)計(jì)的思維能力，提升了逆向思維的創(chuàng)新能力，提升了體驗(yàn)空間比對性設(shè)計(jì)的能力;為體驗(yàn)提供了更加豐富的聯(lián)想，這些反邏輯的內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)要求在網(wǎng)上搜索獲得的基礎(chǔ)上進(jìn)行篩選，作為知識(shí)的擴(kuò)展內(nèi)容掛接在課程的參考中，圍繞這些知識(shí)元素展開反邏輯案例設(shè)計(jì)、反邏輯空間設(shè)計(jì)、比對性設(shè)計(jì)、誤判性設(shè)計(jì)、干擾思維空間設(shè)計(jì)，如圖7所示。

7.VR情境敘事設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜

它負(fù)責(zé)完成情境體驗(yàn)的故事編導(dǎo)設(shè)計(jì)，情境設(shè)計(jì)是空間設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它的設(shè)計(jì)思路將決定空間的設(shè)計(jì)方法、元素的定制策略、交互體驗(yàn)的深度等。通過將第一人稱視角、場景、角色和行動(dòng)集成到教學(xué)敘事中，實(shí)現(xiàn)了探索因果關(guān)系的體驗(yàn)?zāi)M，各類線索設(shè)計(jì)能夠幫助聚焦學(xué)習(xí)者注意力、影響學(xué)習(xí)者的行動(dòng)傾向和改善學(xué)習(xí)者的情感體驗(yàn)。情境敘事知識(shí)圖譜將智能地根據(jù)不同體驗(yàn)者的性別、年齡、職業(yè)、性格、愛好，以及所敘述事物的性質(zhì)進(jìn)行情境敘事最優(yōu)建議推送，將實(shí)現(xiàn)“個(gè)性化的”的敘事設(shè)計(jì)、敘事調(diào)整，產(chǎn)生最好的體驗(yàn)效果，充分體現(xiàn)VR教育資源設(shè)計(jì)人性化的智能特性，如圖8 所示。

我們以情境敘事分支當(dāng)中的“問題拋出”為例，它是整個(gè)空間移情設(shè)計(jì)的核心，它是體驗(yàn)者評價(jià)空間的第一感受，將決定體驗(yàn)者是否即時(shí)離開體驗(yàn)的關(guān)鍵，它決定了空間的性質(zhì)，決定了整個(gè)空間的第一移情因素，它將對勾起體驗(yàn)者的好奇心、探究心理、為古人擔(dān)憂等欣賞環(huán)節(jié)起重要作用;其中每一個(gè)拋出的分支都可以不斷地延展和深入，都可以通過智能自育性系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上完成相關(guān)內(nèi)容的吸收和擴(kuò)展。

8.VR導(dǎo)航設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜

VR教育資源導(dǎo)航是沉浸性體驗(yàn)環(huán)境中的學(xué)習(xí)引導(dǎo)，當(dāng)今的知識(shí)導(dǎo)航應(yīng)該充分考慮到體驗(yàn)者自身知識(shí)儲(chǔ)備情況、技能熟練程度進(jìn)行設(shè)計(jì)，既要體現(xiàn)其對初學(xué)者的引導(dǎo)，又要為體驗(yàn)者的好奇心提供充分的空間;系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)體驗(yàn)者在線表現(xiàn)的信息反饋，進(jìn)行導(dǎo)航路徑的推送。我們以北京理工大學(xué)汽車維修知識(shí)圖譜為例，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)訴求和每個(gè)學(xué)生的訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)行幾個(gè)方面導(dǎo)航的選擇。汽車維修案例展示了根據(jù)呈現(xiàn)的問題看故障的邏輯思維。其中包括故障知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)航（見圖9）、系統(tǒng)漫游型導(dǎo)航、以知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)的導(dǎo)航、以故障為基礎(chǔ)的導(dǎo)航、以實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)為目的解析導(dǎo)航、以觀察目標(biāo)為目的的仿真導(dǎo)航、以技能掌握為目的的拆裝實(shí)驗(yàn)導(dǎo)航、以拓展知識(shí)空間為目的的導(dǎo)航等。VR導(dǎo)航設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜如圖10所示。

VR化教學(xué)中教師將簡單問題按照主題故事的要素設(shè)計(jì)為空間環(huán)境和元素，并根據(jù)空間環(huán)境和元素設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)導(dǎo)航，根據(jù)體驗(yàn)者的能力水平設(shè)置導(dǎo)航性質(zhì)，其中包括顯性導(dǎo)航、隱性導(dǎo)航、創(chuàng)意導(dǎo)航以及智能導(dǎo)航。導(dǎo)航既能夠貫徹教學(xué)體驗(yàn)的意圖和要求，又能讓學(xué)習(xí)者根據(jù)自身需要規(guī)劃出自己的學(xué)習(xí)路徑;既能體現(xiàn)教學(xué)的主體內(nèi)容和主線活動(dòng)，又能夠讓學(xué)生完成對知識(shí)的探索。導(dǎo)航的目的不是讓體驗(yàn)者能夠順利地走完體驗(yàn)全程，而是要在失敗中找到解決問題的方法進(jìn)行探索性的體驗(yàn);那么就要有錯(cuò)誤的知識(shí)導(dǎo)航路徑，如分歧性知識(shí)導(dǎo)航路徑等;讓體驗(yàn)者從心理素質(zhì)上、從辨識(shí)問題上、從問題的敏感度上、從挫折的思考中獲得更大的提升，讓其在這個(gè)問題上自我建構(gòu)知識(shí)體系;而這一切就決定了智能性導(dǎo)航路徑設(shè)置的科學(xué)性和智適應(yīng)性。

9.VR 教學(xué)底線設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜

這是一個(gè)以信息篩選為目標(biāo)的設(shè)計(jì)，即通過這個(gè)圖譜動(dòng)態(tài)地完成突破底線的防守和內(nèi)容管控，是以底線為出發(fā)點(diǎn)的教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)，在正義和正能量設(shè)計(jì)的前提下，把握最大的設(shè)計(jì)沖突，保證最大的體驗(yàn)震撼效果，極大程度上給體驗(yàn)者營造關(guān)注的環(huán)境，產(chǎn)生別出心裁的問題，產(chǎn)生更大的心理突破性體驗(yàn)。它為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這種效果提供聯(lián)想，拓寬空間想象的思維;對于設(shè)計(jì)底線的界限、哪些內(nèi)容和規(guī)則屬于允許的范圍，其中包括重大言論的界定、重大事件人的界定、敏感話題的界定、敏感人物的界定、重大原則的界定、敏感元素的界定;界定的依據(jù)是網(wǎng)上獲得的資源內(nèi)容，一是敏感的界定，二是進(jìn)行智能語義的搜索比對來完成信息內(nèi)容的篩選;由于新事物新形態(tài)的不斷涌現(xiàn)，要求底線設(shè)計(jì)圖譜自身就有“自育”、“自愈”、“防御”的功能 ，將會(huì)在網(wǎng)上不斷搜集空間作品、評價(jià)，提煉規(guī)則，收集判別指標(biāo)，完善系統(tǒng)的底線判定，如圖11 所示。

10.問題對應(yīng)策略知識(shí)圖譜

這是一個(gè)以表結(jié)構(gòu)形式展開的知識(shí)圖譜，這個(gè)圖譜非常適合策略的修正、更新和擴(kuò)充，可以按照數(shù)據(jù)庫的方式進(jìn)行分類檢索。這是一個(gè)閉環(huán)機(jī)制下的教學(xué)體驗(yàn)控制策略，可以產(chǎn)生精準(zhǔn)的體驗(yàn)過程控制，不斷讓體驗(yàn)者達(dá)到最佳狀態(tài)，不斷提升其對體驗(yàn)空間的興趣度，不斷增加其對問題的好奇心，等等。對應(yīng)策略的知識(shí)圖譜的作用相當(dāng)于VR智能專家設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，是VR體驗(yàn)的策略控制依據(jù)、智能問題的基礎(chǔ)，如表 1 所示。

11.情感設(shè)計(jì)知識(shí)圖譜

人的潛意識(shí)會(huì)不斷地分析所處的環(huán)境，當(dāng)達(dá)到特定的條件時(shí)，就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的情感。事件必須改變一些對人類而言有價(jià)值的東西，才能激發(fā)情感。在VR資源設(shè)計(jì)中，被改變的人類價(jià)值越重要，改變得越頻繁，產(chǎn)生的情感就越強(qiáng)烈。情感體驗(yàn)包含交互性和沉浸感，強(qiáng)調(diào)內(nèi)在動(dòng)機(jī)的增加，內(nèi)在動(dòng)機(jī)反過來也會(huì)促進(jìn)自我效能感的提升。[15]情感下的知識(shí)傳播是最為有效的，也是最為積極的，其潛移默化的傳播和體驗(yàn)，會(huì)使人們在渲染的氣氛和情緒當(dāng)中完成知識(shí)的吸收和理解。而什么樣的體驗(yàn)需要什么樣的情感，問題在哪些階段需要哪些情感設(shè)計(jì)、什么樣的人需要什么樣的情感安撫，這都需要經(jīng)驗(yàn)和大數(shù)據(jù)計(jì)算完成，如圖12所示。

12.體驗(yàn)樂趣分類知識(shí)圖譜

心流理論將體驗(yàn)分成八個(gè)區(qū)域，如高挑戰(zhàn)低技能、中挑戰(zhàn)、中技能等。[16]該知識(shí)圖譜也是延續(xù)這個(gè)理論派生出來的，更加系統(tǒng)地給出了體驗(yàn)樂趣的設(shè)計(jì)方式、應(yīng)有的元素和布局，如圖13所示。

四、基于知識(shí)圖譜下的VR教育資源智能建構(gòu)

知識(shí)圖譜構(gòu)建主要研究如何從海量數(shù)據(jù)中抽取指定的實(shí)體，并根據(jù)實(shí)體信息構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的實(shí)體與實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。[17]VR知識(shí)圖譜在資源建設(shè)當(dāng)中的意義不僅是繼承其知識(shí)的延展脈絡(luò)，更重要的是繼承了不同的教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)的，VR教學(xué)的形態(tài)過程、知識(shí)表現(xiàn)形態(tài)的轉(zhuǎn)化過程、思想體系的演繹過程、智能獲取知識(shí)圖譜和知識(shí)內(nèi)容的自育過程，是一個(gè)充滿人工智能思想的體系架構(gòu)。

基于知識(shí)圖譜的VR教學(xué)資源逐漸成為學(xué)生的第二大腦，擴(kuò)容學(xué)生的記憶力，輔助為學(xué)生進(jìn)行智力的補(bǔ)充，通過形象的方式幫助學(xué)生進(jìn)行邏輯問題的推理，幫助師生進(jìn)行跨境、跨學(xué)科的，知識(shí)支撐、融合經(jīng)驗(yàn)供給和自我環(huán)境下的知識(shí)體驗(yàn)建構(gòu);它不僅在知識(shí)上有助于人們的智力進(jìn)步，更重要的是構(gòu)造了問題和理論的第一感知、強(qiáng)化了學(xué)生創(chuàng)造力的訓(xùn)練、強(qiáng)化了學(xué)生對應(yīng)用能力的提升;鍛煉了學(xué)生的意志，開闊學(xué)生的眼界，提升了學(xué)生的在任何險(xiǎn)峻問題面前的膽量和氣魄，實(shí)現(xiàn)了虛擬環(huán)境中勇氣的轉(zhuǎn)移，可以通過現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)知識(shí)圖譜解決未來VR空間假設(shè)的問題，也能通過歷史的知識(shí)圖譜找出現(xiàn)有問題的解決方案，是一個(gè)智能承載、上下融合的體系。

未來的VR教育資源不是停留在物理內(nèi)容復(fù)原、系統(tǒng)仿真的層面上，而是圍繞學(xué)生的第一感知、第一人稱的感受、場景帶來的感受進(jìn)行VR空間的智適應(yīng)調(diào)整和控制，讓資源隨時(shí)可以找到最適宜學(xué)生個(gè)體的成果。知識(shí)構(gòu)建的關(guān)鍵在于有意義學(xué)習(xí)，而有意義學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是能夠在新知的學(xué)習(xí)與已有知識(shí)之間建立聯(lián)系。[18]由于VR教育資源是一個(gè)充滿教育智慧的、充滿經(jīng)驗(yàn)的、充滿新技術(shù)的系統(tǒng)，它的作用是通過學(xué)生空間的體驗(yàn)達(dá)到知識(shí)自我建構(gòu)的目的，系列問題就此出現(xiàn)了，由于其內(nèi)容的交叉性非常強(qiáng)，幾乎涉及所有的學(xué)科應(yīng)用和信息技術(shù)，所以其知識(shí)圖譜的支撐程度要求更加強(qiáng)大，比如故事情節(jié)敘事設(shè)計(jì)、VR空間設(shè)計(jì)等都充滿了解決問題的融合性，就此出現(xiàn)了聯(lián)合運(yùn)用的知識(shí)圖譜現(xiàn)象;但也有部分專用的情境，從基于知識(shí)圖譜的VR教育資源智能建構(gòu)示意圖（見圖 14 ）中我們可以看出，知識(shí)圖譜聯(lián)合或者專用于支持VR資源建設(shè)的各個(gè)方面。

1.VR教育資源知識(shí)圖譜的自育/自愈

VR教育資源知識(shí)圖譜是以人工智能滾雪球式循序漸進(jìn)完成的，也就是內(nèi)容的獲得、內(nèi)容的正確性都要根據(jù)專業(yè)的需求和專項(xiàng)的問題進(jìn)行擴(kuò)展。運(yùn)維后的修正、彌補(bǔ)、更新、替換、補(bǔ)充等工作稱之為教育資源知識(shí)運(yùn)算。VR教育資源知識(shí)圖譜計(jì)算的目的是要完成課程資源內(nèi)容、課程知識(shí)系列、專業(yè)知識(shí)圖譜的自愈/自育，而自愈/自育就必須有相應(yīng)的滋養(yǎng)身體的營養(yǎng)。VR教育資源知識(shí)圖譜的自育是指可通過語義搜索的方式找到網(wǎng)上所需的內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)圖譜相關(guān)內(nèi)容的更新替換等。

2.依據(jù)VR教育資源知識(shí)圖譜的知識(shí)內(nèi)容的自育/自愈

內(nèi)容的自育/自愈是指不斷地替換補(bǔ)充知識(shí)圖譜架構(gòu)下的知識(shí)內(nèi)容，不斷地拓展VR空間設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)12個(gè)圖譜在各種問題上的觀點(diǎn)、描述、案例、策略、布局等的擴(kuò)充和替補(bǔ)，不斷地對VR體系難度等級、個(gè)性化的適用性進(jìn)行彌補(bǔ)。知識(shí)圖譜內(nèi)容經(jīng)過運(yùn)行后經(jīng)常需要進(jìn)行正確性檢測，如發(fā)現(xiàn)有邏輯性、表現(xiàn)性、空間沖突的問題，就必須通過智能、半智能化操作完成內(nèi)容的修復(fù)。

3.依據(jù)VR教育資源知識(shí)圖譜的知識(shí)內(nèi)容支持下的在線VR體驗(yàn)過程控制

在VR 設(shè)計(jì)和體驗(yàn)的全過程中，我們可以通過測量人體感知、體驗(yàn)者的反饋、體驗(yàn)的路徑、體驗(yàn)者的操作成功程度等系列數(shù)據(jù)獲得設(shè)計(jì)中的問題，其問題相關(guān)描述如表1所示;體驗(yàn)者在尋找問題上總是走錯(cuò)路，就應(yīng)該通過反饋信息在對應(yīng)策略知識(shí)圖譜中找到對應(yīng)策略;這樣就形成了個(gè)性化智能閉環(huán)控制路徑，當(dāng)然如果沒有相對應(yīng)的策略就要半智能化，或者手工將對策內(nèi)容加入知識(shí)圖譜當(dāng)中。

五、結(jié)束語

VR教育資源如果只是停留在現(xiàn)有技術(shù)環(huán)境下進(jìn)行人工建設(shè)，會(huì)迷失方向，VR教育資源的建設(shè)必須依賴人工智能內(nèi)部控制、智適應(yīng)的思想來實(shí)現(xiàn)，并且包括人體感知下的體驗(yàn)者信息反饋，自動(dòng)地完成VR資源生成、維護(hù)和再發(fā)展的過程，其智能性就體現(xiàn)在知識(shí)圖譜上，知識(shí)圖譜的設(shè)計(jì)、分類、運(yùn)算、結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計(jì)都將決定VR體驗(yàn)的成功與否，以上介紹了通用性知識(shí)圖譜設(shè)計(jì)過程，其類知識(shí)圖譜架構(gòu)下的智能自育/自愈過程我們分別在遠(yuǎn)程智能答辯系統(tǒng)中和廣電總局培訓(xùn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能，印證完成。

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（編輯：王天鵬）