VR技術(shù)教學應用的策略設(shè)計研究

張毅 顧燕 高桐

摘要在5G高速發(fā)展的當下，隨著VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實）在國內(nèi)教學的應用范圍越來越廣，對該方面的研究也呈現(xiàn)出多元化的局面，而教學策略對實現(xiàn)教學目標非常中非常重要。本文從學習資源、學習工具和學習場景出發(fā)，分析以學習者為中心的教學策略設(shè)計方法，為今后實踐信息化教學提供了新的思路。

關(guān)鍵詞 VR 虛擬現(xiàn)實 教學策略

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.28.035

Research on Strategy Design of VR Technology Teaching Application

ZHANG Yi[1]， GU Yan[1]，GAO Tong[2]

（[1]Nanjing Vocational College of Information Technology， Institute of Digital Art， Nanjing， Jiangsu 210000；[2]NanjingUniversityofPostsandTelecommunications，CollegeofMediaandArt，Nanjing，Jiangsu210000）

AbstractWith the rapid development of 5G， with the wide application of VR technology（virtual reality）in domestic teaching， the research on this aspect also presents a diversified situation. And the teaching strategy is very important to achieve the teaching goal. Starting from learning resources， learning tools and learning scenes， this paper analyzes the design method of learner centered teaching strategy， which provides a new idea for practicing information-based teaching in the future.

KeywordsVR； virtual reality； teaching strategy

始于19世紀50年代的VR技術(shù)，又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)，具有極強的“三性”，即沉浸性、交互性和想象性，從軍事、工業(yè)、航天等領(lǐng)域發(fā)端，逐步轉(zhuǎn)向教育、娛樂、旅游等多方面，開始出現(xiàn)普及化的傾向。而VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的運用近年來發(fā)展得如火如荼。已有多位學者就基于VR技術(shù)的教學進行了較為深入的研究，力圖利用最新的VR技術(shù)來優(yōu)化整個教學過程。

1教學策略與教學優(yōu)化

巴班斯基說過：“教學過程最優(yōu)化是在全面考慮教學規(guī)律、教學原則、現(xiàn)代教學形式和方法、教學系統(tǒng)特征以及內(nèi)部條件的基礎(chǔ)上，為了使過程既定標準看起來發(fā)揮最有效（即最優(yōu)化）的作用而組織的控制”。[1]如果說，優(yōu)化的現(xiàn)代教學過程，包含多種要素，那其能提高學生學習效果的核心因素就是“在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中有效的教學策略設(shè)計”。[2]

教學策略是“以一定的教育思想為指導，在特定的教學情境中，為實現(xiàn)教學目標而制定，并在實施過程中不斷調(diào)適、優(yōu)化以使教學效果趨于最佳的系統(tǒng)決策與設(shè)計?！盵3]為了確保教學過程最優(yōu)，應采用現(xiàn)代教育形式——VR技術(shù)，積極以學生為主體，制定最新的教學策略，并圍繞這一點進行學習資源、學習工具和學習場景的策略設(shè)計。這樣方能促進學生自我探究，以達到具有深度的互動學習效果。

2 VR學習資源設(shè)計策略

2.1系統(tǒng)化設(shè)計

VR學習資源開發(fā)不足一直是整個虛擬現(xiàn)實融合教學的最大問題。盡管近年來各大高校和各類企業(yè)一直積極進行相關(guān)資源的開發(fā)，但面對龐大的用戶數(shù)量和強烈的需求，資源開發(fā)依然遠遠不足支撐眾多學校和各個學科的課程所需。絕大部分呈現(xiàn)出“碎片化”的狀態(tài)，即對課程某一單元或知識點進行研發(fā)，缺乏系統(tǒng)化的設(shè)計。系統(tǒng)化設(shè)計包含如下幾層含義：

第一，系統(tǒng)化的VR學習資源開發(fā)，需要對整個課程群和課程進行整體構(gòu)思。在VR資源開發(fā)時，并非是全面開發(fā)所有課程所需資源，而是先就整個專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和課程群進行綜合考量。然后再對單一課程的現(xiàn)有資源進行梳理，再結(jié)合教學目標、重難點和學情進行分析。挑選出確需進行VR化的知識點進行開發(fā)。這些知識點應該是現(xiàn)有學習資源無法帶來良好教學效果的部分，應該是適合采用VR技術(shù)表現(xiàn)的部分，應該是可以持續(xù)開發(fā)對后續(xù)課程和整個專業(yè)群有益的部分。這樣，一方面，可以充分利用現(xiàn)有資源，在“虛實結(jié)合”的情況下，降低教學成本；另一方面，避免片面追求學習資源“虛擬化”帶來的負面影響。因為全部進行VR資源開發(fā)，除了在投入上耗費較大，且并非所有學習資源都適合采用VR技術(shù)來進行開發(fā)。根據(jù)不少學者統(tǒng)計，盡管VR技術(shù)對學習效果的影響，在對程序性知識的學習中表現(xiàn)較佳，但在知識類型的協(xié)作學習中，差異并不明顯。甚至，有些學者得出結(jié)論，即“良好的VR體驗可以顯著加快學生的學習速度，但不一定能提高學習效果”。[4]還有一些課程，傳統(tǒng)的面對面技能培訓甚至效果好于VR技術(shù)介入的學習。

因此，如果通過開發(fā)VR學習資源能做到可重復利用，那么可以快速、充分地利用VR技術(shù)來開發(fā)相關(guān)資源，例如：醫(yī)療手術(shù)解剖模擬仿真學習資源。反之，非重難點知識，則暫時可以采用現(xiàn)有學習資源完成教學，從“虛實結(jié)合”開始，在研判之后，逐步進行VR資源開發(fā)。

第二，系統(tǒng)化的VR學習資源開發(fā)，必須建立在對學情的充分考慮之上。學習者的情況差異較大，例如，與同年齡段的本科生相比，不少高職學生的學習自制力和自主探究力較弱，純VR學習環(huán)境對于高職生而言，非但不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)學習，甚至會因為互動較多，成為其學習的干擾。因此，學習資源的開發(fā)應根據(jù)學習者的情況進行區(qū)分，在互動及問題設(shè)置方面，要做差異化考慮。同時，學習者在進行VR資源正式學習之前，需要根據(jù)其軟件操作的熟練度，安排合理的學習訓練。而教師作為學習引導者，需要充分發(fā)揮其協(xié)助作用，通過課前、課中和課后的合理資源（課程資源、習題資源、測試系統(tǒng)、討論區(qū)等）安排，通過線上線下融合，在基于學習數(shù)據(jù)的分析基礎(chǔ)上進行積極的調(diào)整。

第三，系統(tǒng)化的VR學習資源開發(fā)，也應該表現(xiàn)為開發(fā)者的多元化。其一，VR的學習資源開發(fā)大多委托給企業(yè)進行，參與開發(fā)的人員并非純粹的教學人員，故而學習資源的適用性與實際效能會產(chǎn)生偏差。這就需要教學工作者積極參與，以確保開發(fā)資源的質(zhì)量和針對性，避免后期大量改動帶來時間和精力的浪費。其二，VR學習資源開發(fā)應包含編程和多媒體設(shè)計等多類人員，這樣方能保證學習資源較強的互動性、沉浸性和想象性。盡管VR資源是多感官的，但其主要表現(xiàn)為視覺上的強逼真性，因此設(shè)計人員的參與必不可少。已經(jīng)有學者注意到學習資源的可視化設(shè)計，并且設(shè)計類教學人員也積極參與到專業(yè)的資源開發(fā)中來。廣東工業(yè)大學數(shù)字媒體系的師生開發(fā)了名為《設(shè)計構(gòu)圖的VR體驗》的學習資源，通過VR資源訓練學生的構(gòu)圖能力，讓學生制作具有水墨風格的作品。

2.2可生成化設(shè)計

第一，可生成化設(shè)計意味著學習資源的開發(fā)是持續(xù)的，能進行不斷的修正和調(diào)整。當下，很多VR學習資源的開發(fā)是一次性的。從企業(yè)購買之后，僅僅從設(shè)備硬件角度進行維護，并不會根據(jù)教學需要進行積極調(diào)整。其實，在投入真正的教學使用之后，開發(fā)者更需要積極聽取使用者的反饋，進行持續(xù)地改進。成熟的學習資源，需要包含多次教學實踐后的修正。另外，隨著時代的進步，知識不斷更新迭代，學習資源也應該保持與使用需求的同步性。

第二，可生成化設(shè)計意味著學習資源的開發(fā)是可互動生成的，能允許使用者參與后續(xù)開發(fā)。學習者作為資源使用者，并非是單向的被動接受知識。采用VR技術(shù)開發(fā)資源并不意味著簡單地將傳統(tǒng)教學模式從線下延續(xù)到線上。新技術(shù)是為了更好的優(yōu)化教學過程，形成最佳的教學效果而存在。因此，在以學習者為中心的前提下，不同學習者的互動與創(chuàng)造性應該納入資源開發(fā)的構(gòu)思中來。日本的“Engage”項目，以及著名的美國“Second Life”項目開發(fā)者，都是先驅(qū)者，他們允許師生進行積極參與，一方面，學習者的參與度得到了有效提升，另一方面，其自主內(nèi)容的開發(fā)也帶來了整個項目的動態(tài)生成。某些三維動畫類課程，例如：三維場景課程、三維角色課程，具備天然優(yōu)勢。這些課就可以利用師生創(chuàng)作的優(yōu)秀案例，進行虛擬現(xiàn)實開發(fā)，作為最新的學習資源，供后來的學習者學習。如此，師生就被有機的納入生成式的開發(fā)中。

3 VR學習工具設(shè)計策略

3.1 VR學習工具類型

目前，由于VR系統(tǒng)根據(jù)不同工具和展示效果，分為三類：其一，桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，以計算機和一定的移動設(shè)備為主要學習工具。設(shè)備相對簡單，易用性強，目前使用較多。其二，沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，通過專有設(shè)備使學習者產(chǎn)生身臨其境之感。設(shè)備專業(yè)，造價較高。其三，分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供一個虛擬空間供多個學習者一起使用，通過交互協(xié)作學習以實現(xiàn)學習目標。從軟硬件技術(shù)角度而言，要求最高，目前國內(nèi)尚未開始使用。

3.2多層次多維度設(shè)計

VR學習工具的優(yōu)勢明顯，在獲取信息和網(wǎng)絡開放程度方面都較傳統(tǒng)學習工具高效，能提高學習興趣，提升學習效果。但是學習工具需要從技術(shù)支持層、功能保障層和教育應用層三個層面來進行設(shè)計。“技術(shù)支持層面分為系統(tǒng)性、可訪問性和移動設(shè)計三個維度；功能保障層又分用戶體驗和數(shù)據(jù)安全兩個維度；教育應用層則包括社會臨場感、教學臨場感和認知臨場感三個維度?！盵5]

技術(shù)層是學習工具的基礎(chǔ)，應凸顯出后續(xù)發(fā)展的可拓展、可更新性，包括對其他教學設(shè)備及系統(tǒng)版本的可兼容性。正如上文所述，由于當下的VR學習資源開發(fā)都是碎片化的，僅能針對一門課程，甚至一門課程中的某一單元或知識點，延續(xù)在工具設(shè)計上，就不能做到兼容和可擴展。這不僅是資源的固化，也是造成學習工具重復置辦，導致價格高昂的因素之一。良好的VR工具能帶來視覺、聽覺和觸覺等多方位的沉浸性，是其他學習工具所不能比擬的。這也是滿足學生的多樣化體驗需求的關(guān)鍵點，但良好的工具并不意味著必須是高昂復雜的設(shè)備。除一些特殊專業(yè)和課程，專業(yè)化的工具和不可移動的設(shè)備需求，有時會阻礙學生的學習。所以在設(shè)計時，應把可拓展性和移動性考慮進去。以谷歌開發(fā)的紙板眼鏡為例，1副僅需要10元左右，加上移動設(shè)備，就能滿足普通的學習。

功能保障層則是指作為學習工具的形成要素，要為師生提供美觀友好的交互界面，并能通過工具，滿足聲音、動作識別等多重需求，如：實驗、機械操作動作識別等。還要能為學生自主學習設(shè)計方便易用的路徑，例如：智能答疑和問題解決等。

教育應用層是學習工具設(shè)計的關(guān)鍵部分。其包含的社會臨場感是指該學習工具能模擬社會，支持多人在線協(xié)作學習，例如：Second Life中英國文化協(xié)會開發(fā)的Language Lab英語城；歐盟教育委員會創(chuàng)設(shè)的VILL@AGE虛擬島嶼等等，形成了小社區(qū)，是多人協(xié)作學習的典范。教學臨場感則指教學體驗，該工具是否具有靈活性，可支持多種學習模式，包括單人和多人，線上或線下。這是學習者知識和能力目標達成的關(guān)鍵。而認知臨場感則是學習工具引導學生進行深度學習的設(shè)計。這一部分對完成學生的素質(zhì)目標達成意義重大。

4 VR教學場景設(shè)計策略

教學策略一定是在特定教學情境中進行的，而情境作用于學習主體，與知識學習的目標和過程緊密相連。根據(jù)皮亞杰的觀點，人類認知的兩大因素，其一為自身的內(nèi)因，其二就是外因的情境。所有的知識目標都應是情境中的，越具體的情境，越能給學習者提供直觀、生動的形象，對聯(lián)想的激發(fā)也越積極。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用的當下，教學情境中場景就實現(xiàn)了這一點。

4.1 VR場景設(shè)計類型

目前，VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)的教學場景大致分為：第一，模擬難以展現(xiàn)的教學場景和內(nèi)容，如：宏觀的宇宙、深海、火山等，微觀的細胞、原子微粒等，虛構(gòu)的歷史場景和故事等；第二，模擬危險、造價高昂或應用性強的車間、實驗室等場景，如：飛機操作、化學實驗、醫(yī)療手術(shù)等；第三，模擬虛擬交互空間，實現(xiàn)多人溝通交流和協(xié)作學習，例如：著名的游戲Second Life里哈佛、斯坦福、紐約大學等各著名大學建立的虛擬課堂。

4.2探究建構(gòu)式設(shè)計

不論何種VR場景設(shè)計，都應該以學生為主體：第一，采用建構(gòu)主義理論，從分析學情開始，使學習者能運用已有的知識和經(jīng)驗，在具有合理性的場所里完成新知識的學習。第二，針對學生的探究應該開發(fā)多重的、實時的、逼真的場景反饋。例如：化學實驗，要為學生操作不同種類和分量的試劑調(diào)配和反應作出多種預設(shè)的場景效果，這樣才能滿足學生的各種假設(shè)和探索，促進自主探究性學習。第三，形成整體設(shè)計，利用大場景作為引導，包含環(huán)環(huán)相扣的小場景系列，以實現(xiàn)項目式學習。例如：筆者所在的學校，動畫場景課程開發(fā)，利用教師已完成的真實項目《大美棲霞》《小紅梅社區(qū)》等作為載體，形成項目式教學。學生在課程學習時，先在建筑漫游中直觀了解虛擬現(xiàn)實場景制作內(nèi)容，再對項目中的建筑進行拆解，完成案例式的建模制作學習，然后再據(jù)此設(shè)定延伸式的選題分組學習，將所學模型進行改動，形成新建筑群，以實現(xiàn)創(chuàng)造和探究的目的。

5總結(jié)

綜上，VR技術(shù)可滿足多種教學需要，其強大的功能對教育產(chǎn)生了巨大的影響，但VR在教育中的應用仍存在各種問題。作為教學者，要積極應對最新的挑戰(zhàn)，以學習者為中心，充分分析學情和學習者的互動行為特點，從整體出發(fā)，方能設(shè)計出恰當?shù)慕虒W策略，真正做到深度融合。

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

[1][3]陳猛，馮壽鵬.基于情境的虛擬現(xiàn)實教學策略研究[J].中國教育信息化，2011（05）：66-68.

[2]趙一鳴，郝建江，王海燕，等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)教育應用研究演進的可視化分析[J].電話教育研究，2016（12）：26-33.

[4]鄭玲，劉革平等.協(xié)作學習中虛擬現(xiàn)實技術(shù)對學習效果的影響[J].中國遠程教育，2021（04）：56-63.

[5]趙慧臣等.人工智能時代數(shù)字化學習工具評價模型的建構(gòu)與應用建議[J].中國電化教育，2021，（08）：85-91.