VR技術(shù)教學模式設(shè)計研究

張毅

摘要當下VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實）被應(yīng)用于教學已有多年，研究者針對教學效果已有不同見解，但知識應(yīng)在情境中方能有效傳遞。據(jù)此，本文從有效培養(yǎng)學生自主建構(gòu)學習能力的視角出發(fā)，探討以學習者為中心的，基于情境的虛擬現(xiàn)實教學模式設(shè)計方法，為探索如何發(fā)展有中國特色的信息化教學提供了理論依據(jù)和工作思路。

關(guān)鍵詞 VR 虛擬現(xiàn)實 教學模式

中圖分類號：G434文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.26.004

Research on VR Technology Teaching Application Mode

ZHANG Yi

（NanjingVocationalCollegeofInformationTechnology，InstituteofDigitalArt，Nanjing，Jiangsu210000）

AbstractAtpresent， VRtechnology hasbeenappliedtoteachingfor many years.Researchershavedifferentopinions on the teaching effect， but knowledge should be effectively transmitted in some special context. Therefore， from the perspective of effectively cultivating students’ autonomous learning ability， this paper discusses how to design a learner centered， situational based virtual reality teaching model.Itprovides atheoretical basis andworking ideas forexploring how to develop information-based teaching with Chinese characteristics.

KeywordsVR； virtual reality； teaching mode

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，又稱VR技術(shù)，起源于20世紀，以高度的沉浸性、交互性和想象性被廣泛運用。與教育融合已開始逐步進入到綜合實施階段。目前，基于情境的虛擬現(xiàn)實教學模式研究最廣泛。以VR技術(shù)融合學習場景構(gòu)建全新教學情境為主，包含趨于真實的學習資源、合理的活動和可互動的平臺，提供給學習者以身歷其境的感覺。

1教學情境中的場景類型設(shè)計

在VR技術(shù)應(yīng)用的過程中，學習場景也出現(xiàn)了變化和發(fā)展。針對教學目的創(chuàng)設(shè)，形成了如下幾種類型：

1.1自然場景的仿真模擬設(shè)計

通過VR技術(shù)將日常生活中難以展現(xiàn)的自然場景具象地表現(xiàn)出來，例如：對太空、叢林、火山，甚至細胞、原子、人體內(nèi)部等，進行模擬，給學習者帶來身臨其境的學習環(huán)境。以“阿波羅11號”登陸月球場景模擬為例，學習者通過模擬的登月火箭和月球場景，親身體驗月球環(huán)境。谷歌公司的“探險先鋒計劃”也是如此，讓學習者可以“實地”參觀全球地標景點，如羅馬斗獸場、埃及金字塔、墨西哥馬丘比丘等。

1.2應(yīng)用場景的仿真模擬設(shè)計

通過VR技術(shù)將教學車間、實驗室等技術(shù)應(yīng)用的場景仿真再現(xiàn)出來，例如：對醫(yī)學外科手術(shù)室、實驗室進行仿真，以便讓學習者在虛擬的實踐場所中反復練習操作，以提高應(yīng)用技能，完成臨床實踐教學培訓。此類虛擬應(yīng)用場景的開發(fā)正成為當下醫(yī)學教育積極探索的方向。教育部辦公廳為此印發(fā)了《2018年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》，明確要求了示范性虛擬仿真實驗教學項目的建設(shè)。[1]在經(jīng)過三年的試點之后，很多醫(yī)學院已經(jīng)建成了系統(tǒng)性的教學項目集成學習場景。

1.3幻想場景的仿真模擬設(shè)計

通過VR技術(shù)實現(xiàn)對歷史或幻想空間的搭建，重現(xiàn)歷史或幻想場景在學生眼前，能極大的提升學習的趣味性、互動性和參與度。例如：“羅馬重生”項目，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)重建羅馬古城，再現(xiàn)了古羅馬帝國的盛況。谷歌公司也開發(fā)了虛擬仿真的二戰(zhàn)歷史學習課程。

1.4多人互動場景的仿真模擬設(shè)計

通過搭建虛擬交互空間，讓學生實現(xiàn)多人溝通交流和協(xié)作學習，例如：各個著名大學，諸如哈佛、斯坦福、紐約大學等，在著名的游戲Second Life里建立了種種虛擬課堂，讓學習者和教育者一起開展社交式的學習活動，從而激發(fā)學習熱情，感受學習樂趣。其中的語言學習，開展得如火如荼。德國歌德學院建立的“虛擬歌德學院”，通過演出、展覽、教學和交流等模塊有效地開展語言教學。甚至，“虛擬歌德學院”將遠程慕課教學也有機的融合進來。

從技術(shù)層面上來說，前三種類型可以通過桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來實現(xiàn)，但最后一類的虛擬交互空間，軟硬件完成難度最大，屬于分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，目前在教育領(lǐng)域尚未普及。當下，大學教育多使用在線遠程教育平臺來充當虛擬社區(qū)，實現(xiàn)溝通與協(xié)作學習，但用哈佛教師RebeccaNesson的話說：“不論一個遠程教育系統(tǒng)多么好，你和你的學生之間還是會存在一些內(nèi)在的隔閡”。遠程教育平臺不論是“教學模型云平臺建設(shè)、教學模型資源的檢索方法以及教學環(huán)境虛擬場景的構(gòu)建方法?！盵2]都不如虛擬交換空間。因此，這才是未來的方向。

2教學情境中的場景化活動設(shè)計

在未來，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用，教學引導者會逐步在協(xié)作學習中扮演學習促進者和陪伴者，甚至會演變?yōu)樘摂M導師。教師虛擬化，僅代表著教師形象的虛擬化，其作用更多的體現(xiàn)在學習活動的設(shè)計中。

2.1自主學習場景活動設(shè)計

自主學習是整個教學模式的核心內(nèi)容，因此，必須納入學生探究與批判性思維的培養(yǎng)，最終形成建構(gòu)式學習?！芭c‘傳遞’教學相比，‘自主建構(gòu)’教學遵循‘交互’模式，教學是以基于項目的‘師生合作、自主探究’的方式進行組織，在完成項目所必需的合作探究等學習活動中，學生的分析、綜合、評價等高階認知過程被有機組織在一起?！盵3]這要求場景設(shè)計要包含多種可能性。尤其是社科類課程，學習者需要在各種假設(shè)、分析和論證中自我尋找到正確的方向和路徑，進而在新場景里完成相應(yīng)的任務(wù)。比如：哈佛大學開發(fā)的RIVER CITY項目，就是對某一社會場景活動的還原性學習。對該社會環(huán)境下出現(xiàn)的各種政治、經(jīng)濟和自然因素進行多方面組合設(shè)計，讓學生在盡可能復雜的社會場景活動里進行思考。

在多重探究學習中，必須納入批判性思維的培養(yǎng)。因為根據(jù)德爾菲報告，批判性思維包含學習者對知識含義的歸類理解、分析評價、質(zhì)疑和說明，以及自我認知矯正的過程，是學習的核心能力之一。如何在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的同時，確保該思維能力的培養(yǎng)是一個挑戰(zhàn)。這意味著虛擬情境類型的增多和互動的增多，給開發(fā)帶來了難度。而教學中，預設(shè)情境若過多，在討論及思考引導上，在尺度的把握上，需要深入研究：既要確保教學主要任務(wù)的完成，又需要留有批判思考的空間，形成多維度的探索。

目前，國內(nèi)的大學也開始進行相關(guān)探索，但還停留在論證階段。如：北京師范大學的影像史學（虛擬仿真）研究中心，雖然已建立“中華古文明起源—古代中國與世界”歷史學虛擬仿真實驗系統(tǒng)，并于2019學年開始了兩輪的歷史學虛擬仿真實驗課程，但該課程正在搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，準備據(jù)此進行進一步的調(diào)整和完善。[4]

2.2協(xié)作學習場景活動設(shè)計

協(xié)作學習活動的目的是為了個人在自主學習的基礎(chǔ)上通過溝通、討論、合作等，進一步深入對知識的建構(gòu)。而協(xié)作學習中包含的溝通與合作素養(yǎng)已經(jīng)成為美國、經(jīng)合組織、歐盟等多個國家級重要組織認定的核心素養(yǎng)之一。在協(xié)作學習中，學習者需要能用口頭和書面的方式，清晰有效地表達自己的設(shè)想和觀點，還要能展現(xiàn)出與不同團隊有效合作共事的能力。同時兼具靈活性，為了達到目標可作出必要的妥協(xié)，能系統(tǒng)合作，共同承擔責任。

因此，教學引導者必須在場景活動中設(shè)計出多重探究任務(wù)，在單人任務(wù)之外，加入小組協(xié)作任務(wù)，并按任務(wù)難度進行進階式的設(shè)置，讓學習者可以在自我假設(shè)和多人討論中充分闡釋和論證自己的設(shè)想，并最終得出結(jié)論。

需要指出的是，不論是哪一種場景活動設(shè)計，對學習者學習數(shù)據(jù)的及時統(tǒng)計分析和反饋是極其重要的。場景設(shè)計中需要考慮這樣的進行個性化的教學設(shè)計，以確保學習者能真正實現(xiàn)相應(yīng)的學習目標。

3教學情境中的評價系統(tǒng)設(shè)計

目前VR技術(shù)應(yīng)用于教育情境大致可分為三類：虛擬游戲、虛擬仿真和虛擬世界?！疤摂M游戲：基于虛擬現(xiàn)實的協(xié)作游戲，由兩個或兩個以上學習者通過游戲的形式完成學習任務(wù)，為一種特殊的仿真類型；虛擬仿真：通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)模仿現(xiàn)實過程或情境的交互式數(shù)字學習環(huán)境；虛擬世界：學習者具備以虛擬化身的形式在三維空間中與物體建立交互以及與其他學習者交流的能力，如：SecondLife。”[5]

但不論是哪種類型的虛擬現(xiàn)實教育系統(tǒng)，在評價中都應(yīng)包含對知識目標、能力目標和素質(zhì)目標，這三個維度的評價。同時應(yīng)該利用數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢，著重考察過程性學習。這樣方能全面評價學生在學習目標上的完成情況。對知識和能力目標的評價無疑是最關(guān)鍵的，這是針對專業(yè)展開的評價，但值得關(guān)注的是對素質(zhì)目標的評價。素質(zhì)目標是多重的，但應(yīng)該納入上文所述的，對批判性思維素養(yǎng)和溝通合作素養(yǎng)的評價。

同時，每個目標的實現(xiàn)，也應(yīng)該設(shè)定細致的層級和評分標準。目前，多國學者已經(jīng)據(jù)此開始了研究，以素養(yǎng)目標中的溝通與合作目標為例，英國就設(shè)定了非常詳細的評分標準。僅“溝通”目標，就有五個層級，而每一級又按討論、獲取信息和傳遞信息來進行評價點的設(shè)置。[6“]合作”目標亦如此，包括明確分工，妥善安排計劃，完成從簡單到復雜一系列任務(wù)。同時，在過程中還考查學生能否做到明確實現(xiàn)目標所需的時間、條件，并學會協(xié)商；能否及時調(diào)整，高效的完成；能否分析總結(jié)并制定今后的改進措施。這些都值得借鑒和參考。

以水晶島項目為例，該項目營造了一個游戲化的沉浸式虛擬世界。在項目中，水晶島上暴發(fā)了疫情，學習者扮演生物學家、護士、病人等系列角色，巧妙的在整個過程中加入對傳染病來源、特性和治療的完整知識。學生需要在游戲過程中，完成自學、問答、測試、任務(wù)、討論等多個環(huán)節(jié)。其中，自學、問答、測試，這三環(huán)節(jié)可以作為對知識目標的評價方式，任務(wù)環(huán)節(jié)可以作為能力目標的評價方式，而某些任務(wù)和討論類型可以作為對素質(zhì)目標的評價方式。教師應(yīng)對任務(wù)設(shè)定做到進階式的安排，同時在任務(wù)類型中可設(shè)置單人任務(wù)和多人協(xié)作任務(wù)；而討論環(huán)節(jié)更應(yīng)納入小組合作。該虛擬游戲系統(tǒng)就有機融入了多層次溝通和合作評價，不僅會提醒學習者制定總計劃和子任務(wù)完成目標，還會根據(jù)其完成的子任務(wù)來評估其進度。反觀國內(nèi)的虛擬現(xiàn)實教學評價，由于其交互情境開發(fā)的不夠完善，因此在針對溝通與合作部分的評價細化不夠，有待加強。

4基于情境的虛擬現(xiàn)實教學模式研發(fā)的問題與發(fā)展趨勢

總體來說，針對基于情境創(chuàng)設(shè)的虛擬現(xiàn)實教學模式研發(fā)，國內(nèi)外均有大量學者進行探索，在整合應(yīng)用層面上還存在著諸多問題：

第一，虛擬現(xiàn)實場景資源目前開發(fā)依然處于不足階段。盡管全國各大高校和眾多企業(yè)近來都在開發(fā)各類虛擬現(xiàn)實場景資源，但面對人數(shù)眾多的教育市場，開發(fā)速度遠遠滿足不了使用需求。而且，盡管國家開始進行虛擬現(xiàn)實資源庫的立項建設(shè)，但在總體開發(fā)課程資源方面，各方依然各自為陣，并未統(tǒng)籌安排，極易造成重復建設(shè)與資源浪費。而在知識更新迭代激烈的當下，相應(yīng)的資源與使用方的同步性也會隨著時間的流逝逐步降低。及時高效，協(xié)調(diào)發(fā)展，是未來資源開發(fā)亟待解決的問題。

第二，“對虛實融合學習環(huán)境功能挖掘不足，在教學中使用較少，且處于淺表化應(yīng)用階段?！盵7]即虛擬現(xiàn)實學習環(huán)境與教學設(shè)計者的教師，與學習使用者的學生，都未能做到高度匹配。尤其是企業(yè)開發(fā)的學習環(huán)境，由于尚處于使用初期，缺乏實踐修正，不論在多場景銜接的流暢度上，還是在學習任務(wù)的整體設(shè)計開發(fā)上，都未能達到系統(tǒng)化、靈活化的效果，也未能凸顯以學生為中心的理念，知識與技能學習訓練方式仍占主導地位。

第三，虛擬現(xiàn)實學習情境應(yīng)用效果并未達到理想效果。鄭玲等詳細統(tǒng)計了2007至2019年的國際實證論文，對其進行了仔細的分析，發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)并不適用于所有的協(xié)作學習。例如，虛擬世界QuestAtlantis中展開的英語學習，虛擬世界組和非虛擬世界組學習者，在英語測試結(jié)果中沒有顯著差異。在警察訓練中，虛擬訓練與標準訓練效果一致。在高級心臟生命支持（ACLS）課程中，亦是如此。但虛擬培訓在學生的自我效能感，知識遷移方面好于傳統(tǒng)教學。[8]同時，虛擬世界的協(xié)同學習效果雖然比虛擬游戲、虛擬仿真要好，但由于場景構(gòu)架和活動范圍大，在學習的趣味性和針對性上，表現(xiàn)不足。多刺激物的設(shè)置使得學生的注意力易受無關(guān)事物影響，知識學習效果并不比傳統(tǒng)教學出色。

由此，未來一段時間，從務(wù)實的角度出發(fā)，基于情境創(chuàng)設(shè)的虛擬現(xiàn)實教學模式應(yīng)走向線上線下虛實結(jié)合的道路。在整體設(shè)計的思路下，首先，通過國家政策完成虛擬現(xiàn)實資源的統(tǒng)籌建設(shè)；其次，教師通過橫向科研或各種方式，積極參與企業(yè)的虛擬資源開發(fā)；再次，利用現(xiàn)有條件，綜合采用課堂、實訓室、實習企業(yè)等教學情境和虛擬現(xiàn)實情境，從以學生為中心這個角度出發(fā)，從活動設(shè)計和教學評價進行綜合考慮。并據(jù)此深入探究VR技術(shù)帶來的“互動深度”與時長，從而達到最終促進學生積極參與的目的。

5總結(jié)

綜上，盡管基于情境的虛擬現(xiàn)實教學模式在多學科實證研究方面，還需要進一步加強，但VR技術(shù)的應(yīng)用給未來教育的革新帶來了巨大的契機。作為教育工作者，唯有積極投身于此，不斷深入研究，才能實現(xiàn)信息化時代教育的真正價值。

基金項目：本文為2019年江蘇省高校哲學社會科學研究一般項目“新媒體時代下VR技術(shù)與教育深度融合模式研究”階段性研究成果（課題編號：2019SJA0642）

參考文獻

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