從多態(tài)表征到置身參與：虛擬現(xiàn)實技術(shù)助力學科教學的價值路徑

胡翰林 劉革平

[摘? ?要] 虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種沉浸式交互虛擬系統(tǒng)，其教育功用應有效輻射學科教學，助力學科知識獲得與學科思維培養(yǎng)。針對當前學科教學過程中“抽象符號→技能訓練→工具思維”的現(xiàn)實問題，探析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學科教學過程中的直觀學習資源、知識有效應用與培養(yǎng)學科思維等價值;接著提出了虛擬現(xiàn)實助力學科教學的四種類型：獨立式學科本位型、分布式學科本位型、獨立式項目融合型與分布式項目融合型。最后依據(jù)虛擬現(xiàn)實學科教學價值與虛擬現(xiàn)實學科教學類型提出了虛擬現(xiàn)實助力學科教學的實踐路徑：直觀資源的操作體驗，指向知識內(nèi)容有效獲得;模擬情境的知識應用，促進知識向能力的轉(zhuǎn)化;真實場景的問題解決，實現(xiàn)知識向思維的通達。以優(yōu)化學科教學過程，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于教與學過程提供參考。

[關鍵詞] 虛擬現(xiàn)實技術(shù); 學科教學; 真實場景; 感知體驗; 實施路徑; 學科思維

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 胡翰林（1996—），男，四川南充人。博士研究生，主要從事智慧學習環(huán)境、虛擬現(xiàn)實等研究。E-mail：945017310@qq.com。

一、引? ?言

適應特定的學習空間，自然會產(chǎn)生相應的學習范式[1]。在基礎教育領域中，受制于特定的學習空間，學習過程中容易出現(xiàn)“抽象符號→技能訓練→工具思維”的抽象學習范式，致使當前學科教學結(jié)果重視知識與技能的掌握，輕視能力與素養(yǎng)的培養(yǎng)，學科教學的育人價值尚未完全彰顯，學科思維與核心素養(yǎng)難以有效落實。

理想的學科知識學習過程應該讓學習者真正地“融入”與“在場”，使學習結(jié)果能夠有效地連接學習者的經(jīng)驗與生活，促進學習者思維與能力的發(fā)展。對于學科教學現(xiàn)實問題的回應，需要我們在現(xiàn)有學習空間視閾下依托新興技術(shù)與思想來審視與設計學習過程，思考如何借助信息化的工具與手段來優(yōu)化原有學習范式。一是要維持抽象知識與直接經(jīng)驗的平衡。學科知識自身含有一定的抽象性，學習者需要依賴直接經(jīng)驗來幫助建立現(xiàn)實原型到抽象概念的過渡與轉(zhuǎn)換，通過動手操作來感知所需的基本活動經(jīng)驗，以平衡抽象知識與直接經(jīng)驗。二是要加強技能訓練與知識應用的融合。囿于注重解題技巧、方式方法、應試分數(shù)等固有結(jié)構(gòu)，知識學習重心位于技能掌握上，學科知識少有機會進行真實的實踐應用;但在學科核心素養(yǎng)的背景下，強調(diào)技能訓練的同時增加知識應用能力的鍛煉成為必然趨勢——倡導學習者在真實活動中運用學科知識去感知問題、分析問題及解決問題，從而建立起相應的學科知識應用意識。三是要促進工具思維到學科思維的進階。工具思維指向?qū)W習者掌握必備的思考、推理、計算等技能技巧，以解決題目、應對考試，其本質(zhì)在于掌握“既定”知識。造成學習者如何使用知識——學科思維的培養(yǎng)被忽視，學習結(jié)果仍處于淺層狀態(tài)。學科知識學習不應只停留在作為工具來解決脫離真實場景問題的層面，使其成為純記憶、演繹與推理的過程，而應促使學習者應用知識去解決現(xiàn)實生活問題，逐步培養(yǎng)學科生活化的思想，形成學科思維。

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）作為一種新興的虛擬仿真體驗技術(shù)，在教育中的應用已有作為教學教具、強化交互協(xié)作、創(chuàng)設環(huán)境資源等，在有效激發(fā)學習者學習動機與學習興趣的同時，能夠調(diào)動學習者的主動參與并實現(xiàn)知識的應用與遷移。其感知沉浸與交互體驗等特性可以豐富知識的表征形態(tài)，營造學習臨場感，對于學科教學而言能夠彌補當前教學過程中出現(xiàn)的問題與缺失，促使學習者從感知信息的多態(tài)表征逐步過渡到置身情境的參與式學習，實現(xiàn)學科思維培養(yǎng)。基于此，本研究旨在通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來優(yōu)化與助力現(xiàn)有學科教學過程，以期使學習者在學習過程中能夠感知豐富的學習內(nèi)容、建立知識的應用意識并最終培養(yǎng)學科思維。

二、作用探析：虛擬現(xiàn)實在

學科教學中的價值發(fā)現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是融合計算機圖形技術(shù)、人機接口技術(shù)、傳感技術(shù)、仿真技術(shù)以及人工智能等多學科的新興技術(shù)[2]，讓用戶置身于多感官系統(tǒng)參與的三維虛擬環(huán)境中，通過相應設備進行人機交互、獲取多模態(tài)信息，使用戶在身心一體的交互過程中高度沉浸，實現(xiàn)真實感知體驗的效果。其在教育中的應用具有激發(fā)學習動機、增強學習體驗、創(chuàng)設心理沉浸、實現(xiàn)情境學習與知識遷移等潛力[3]，且能夠有效優(yōu)化學習過程與提升學習效果?！秶医逃聵I(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》[4]、《關于加快推進虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》[5]中均指出了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領域中的重要價值與應用推進策略。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為教育信息化的工具之一，挖掘其在基礎教育領域中的深層次應用，尤其是將其有效融入學科教學中解決現(xiàn)實問題，進而優(yōu)化教與學的方法，是當前的研究趨勢與重點。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入基礎教育學科教學何以可能？首先需要分析學科知識與虛擬現(xiàn)實技術(shù)間的契合點。從虛擬現(xiàn)實技術(shù)的典型特征來看，其能夠有效彌補當前學科知識教學過程中的缺失，見表1。在存在形式上，學科知識偏重于以高度凝練、概括的文字、圖形等符號靜態(tài)呈現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)則能賦予學習者動態(tài)的感知模擬、操作體驗等過程;在應用邏輯上，學科知識多用于學習者依據(jù)試題進行概念規(guī)則的計算、猜想、驗證等同質(zhì)推理過程，虛擬現(xiàn)實技術(shù)則能讓學習者根據(jù)需要解決的問題進行學習、設計、探索、實踐與反思等具體交互過程;在價值取向上，學科知識形成了使用已知知識來解決已知問題的取向，虛擬現(xiàn)實技術(shù)則傾向于未知領域的自主探索、實踐創(chuàng)造與問題解決。由此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入學科教學有其必要性與適切性，在學科知識學習過程中的價值具體表現(xiàn)為以下方面：

（一）內(nèi)容支持：直觀學習資源

虛擬現(xiàn)實技術(shù)精準、全息地快速操作、搭建、成型，能為學習者賦予學科知識多態(tài)、直觀的學習資源，提供學習者經(jīng)歷全方位觀察、感知體驗等有效操作的機會。讓學習者通過操作視角與距離的動態(tài)變換過程來觀察事物的具體形態(tài)、細節(jié)展現(xiàn)，感悟?qū)W科知識在其中的體現(xiàn)與應用，以滿足學習者認知結(jié)構(gòu)形成過程中對真實具體事物的認知需求，促使學習者認知結(jié)構(gòu)從主體物質(zhì)動作結(jié)構(gòu)過渡到內(nèi)部心智活動結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

（二）方法過程：知識有效應用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有強交互特性，能夠有效支持學習者的“做中學”過程，使其依據(jù)一定的項目任務應用學科知識來制作、完成相應的模型。首先，在虛擬仿真環(huán)境中學習者能夠?qū)⑾惹傲暤玫闹R應用于模型設計、制作等過程，在建模操作中將抽象的知識現(xiàn)象、邏輯推理等轉(zhuǎn)化為可視化的具體過程，使學習者不斷豐富與深化對知識的已有認知。其次，學習者的創(chuàng)意設計轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M制品，能夠有效激發(fā)學習者知識應用的積極性，使其在學科知識與虛擬制品之間建立相關的對比反思、模型轉(zhuǎn)換、深入思考等。

（三）結(jié)果體現(xiàn)：培養(yǎng)學科思維

虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入學科教學首先支持學習者進入虛擬現(xiàn)實場景進行感知體驗，感悟?qū)W科知識的價值所在，并進一步改進和深化大腦中已有知識經(jīng)驗結(jié)構(gòu)，使其更為符合真實場景中的應然樣態(tài)。其次，在學習者應用知識進行虛擬環(huán)境操作與建立模型的過程中，能夠在知識與實物表象間進行抽象和概括、記憶和聯(lián)想、對比和加工過程，從而理解知識的本質(zhì)屬性，并在知識應用過程中培養(yǎng)問題發(fā)現(xiàn)與解決的心理發(fā)展過程。這樣，學習者在經(jīng)歷情境感知、模擬應用、實踐反思等系列操作后，會意識到知識的獲取過程離不開真實場景，知識的最終指向為真實場景中的有效應用，并逐漸在學習的方法、過程、結(jié)果層面融入真實場景，甚至發(fā)現(xiàn)并解決真實場景中存在的問題，形成學科思維。

三、作用方式：虛擬現(xiàn)實助力

學科教學的具體類型

當前虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要存在桌面式虛擬現(xiàn)實（Desktop VR）、完全沉浸式虛擬現(xiàn)實（Fully-immersive VR）與分布式虛擬現(xiàn)實（Distributed VR）等三種類型[6]：桌面式虛擬現(xiàn)實是在電腦屏幕、平板或其他桌面式顯示設備呈現(xiàn)出三維虛擬環(huán)境，讓用戶通過觸摸、鼠標或手柄等進行感知交互;完全沉浸式虛擬現(xiàn)實需要用戶佩戴沉浸式的體驗設備（如頭盔、眼鏡等），以增強沉浸感;分布式虛擬現(xiàn)實是利用互聯(lián)網(wǎng)將獨立分散的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)進行有效聯(lián)結(jié)，使用統(tǒng)一的協(xié)議、標準與數(shù)據(jù)庫，以突破時空限制形成多方協(xié)同、耦合互動的一體化系統(tǒng)。其中，桌面式與完全沉浸式虛擬現(xiàn)實強調(diào)單一獨立的沉浸體驗，分布式虛擬現(xiàn)實注重分布統(tǒng)一的協(xié)調(diào)交互，因此，虛擬現(xiàn)實作用于學科教學存在獨立式與分布式兩種不同類型。同時，結(jié)合虛擬現(xiàn)實有效融入學科教學的應用取向與推進邏輯，其主要存在指向知識獲得的學科本位與指向知識應用、學科思維的項目融合等兩種方式。綜上所述，虛擬現(xiàn)實作用于學科教學的具體類型見表2。

（一）獨立式學科本位型，獲取單一學科知識

獨立式學科本位型是當前虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育應用中的常態(tài)，即通過桌面式或頭戴式設備為學習者呈現(xiàn)學科知識或創(chuàng)設知識情境，促使學習者參與到逼真的學習環(huán)境中進行感知、操作，借助豐富的個性化學習資源幫助自身學習與掌握知識。其以學科知識為主要學習內(nèi)容，以知識獲取為學習目標，以學習者在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的感知體驗為學習過程，其核心在于利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的真實、沉浸與交互等特性來豐富知識的表征形式，提升學習者的動機、投入與學習效果。

（二）分布式學科本位型，獲取多元學科知識

分布式學科本位型是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，匯集聯(lián)結(jié)多方虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，實現(xiàn)協(xié)同管理、資源共享等，以形成多元一體的自組織學習場域，促使學習者通過體驗多方共享資源來全面地獲取學科知識。其仍以獲取學科知識為主要目標，但在實踐應用過程中存在兩種形態(tài)：單學科分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，能夠支持學習者不受時空限制來獲取多方資源、進行溝通交流等，最終形成學習共同體來完成學習任務;跨學科分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，促使學習者在不同學科知識間進行交流互動，體驗在同一場景、系統(tǒng)中不同學科知識間的聯(lián)系，以形成跨學科知識。

（三）獨立式項目融合型，培養(yǎng)一般學科思維

獨立式項目融合旨在讓學習者參與到虛擬現(xiàn)實中的項目任務中來，在完成任務的同時學習學科知識，以形成應用知識解決問題的學科思維。其在以學科知識獲取為目標的基礎上，強調(diào)項目完成過程中的知識應用與問題解決能力，主要學習過程為學習者在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行相關操作、體驗來逐步完成任務，在不斷發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的過程中培養(yǎng)知識應用意識，逐步在知識與真實情境間建立緊密聯(lián)系。有研究表明，虛擬現(xiàn)實的游戲項目能對學習效果產(chǎn)生更大的促進作用[7]，說明學習者的自主探究與完成任務過程能夠產(chǎn)生更好的學習體驗與學習效果。獨立式項目融合型具體表現(xiàn)為在感知虛擬現(xiàn)實環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問題、自主探究形成問題解決策略、實踐操作解決問題等。

（四）分布式項目融合型，培養(yǎng)復雜學科思維

分布式項目融合型是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領域應用中的理想形態(tài)，其擁有更大集群的學科（同一或不同學科）資源，能夠與項目進行更為有效、深入的融合，以催生出蘊含多學科知識與復雜問題解決的綜合型項目，促進學習者在學習過程中跨越學科邊界，培養(yǎng)綜合運用學科知識來解決問題的能力。在學習過程中注重學習者的具身體驗、協(xié)作交流、情感狀態(tài)與問題解決等項目化學習思維，在掌握知識的基礎上進一步拓展、應用知識，形成綜合、復雜的學科思維。分布式項目融合型虛擬現(xiàn)實以項目任務為貫通相關學科內(nèi)容的主線，能夠在重構(gòu)學科內(nèi)容與共建共享資源的過程中消除學科壁壘，實現(xiàn)真正意義上的學科融合[8]。同時，對于在線教育而言，其能夠有效優(yōu)化當前存在的不足與弊端[9]，為身處異地的學習者提供多樣化的交互方式、構(gòu)想化的教學場景、泛在化的學習體驗活動等[10]。

四、實踐路徑：虛擬現(xiàn)實助力

學科教學的價值實現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠在學習過程中呈現(xiàn)多態(tài)的場景、模型以給予學習者直觀的感知體驗，賦予學習者真實的“做中學”平臺來置身參與，實現(xiàn)知識的實踐應用，并通過問題解決過程來培養(yǎng)學科思維。因此，本研究依據(jù)虛擬現(xiàn)實的直觀學習資源、知識有效應用以及培養(yǎng)學科思維的學科教學價值與學科本位（獨立式與分布式）、項目融合（獨立式與分布式）的學科教學類型，嘗試融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)來優(yōu)化原有學科教學范式，構(gòu)建如圖1所示虛擬現(xiàn)實助力學科教學的實踐路徑，并推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學科教學中從基礎應用向深度融合過渡，實現(xiàn)技術(shù)促進學習的核心價值。

（一）直觀資源的操作體驗，指向知識內(nèi)容有效獲得

從知識的表征形式來看，可以分為抽象表征（抽象層面的普遍規(guī)律）與具象表征（實踐層面的直接經(jīng)驗）。以往的學習范式中學習者普遍獲得的是抽象表征，受學習空間制約難以獲得具象表征，學習者并未真切地感受到知識的“存在”，不能實現(xiàn)知識與真實事物間的有效關聯(lián)。研究顯示，抽象學科知識與具體事例結(jié)合起來能夠產(chǎn)生更為有效的學習結(jié)果[11]。因此，在虛擬現(xiàn)實的支持下，學習者能夠進行相關操作來感知信息與獲取直接活動經(jīng)驗，在建構(gòu)抽象概念的同時感知知識的現(xiàn)實存在形態(tài)，增加知識表征的豐富性與完備度，以形成更加穩(wěn)固、全面的認知結(jié)構(gòu)。

1. 動態(tài)操作，感受知識的豐富表征

學習者對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中物品、環(huán)境的操作，能夠獲得主體性動作經(jīng)驗，以彌補文字、言語、視聽符號的不足，并且在不斷更新與加深對客體知識的認識過程中實現(xiàn)雙向?qū)ο蠡诰邆渲R抽象概括能力的同時又能將其對應到具體事物中去。

在新知學習階段，通過適宜的示范或引導，鼓勵學習者對虛擬現(xiàn)實物品進行縮放、移動、旋轉(zhuǎn)等顯性直觀操作來獲得知識的具象表征，從而形成基于觀察與操作的直接經(jīng)驗在知識理解階段，僅憑大腦的抽象思考并不能有效理解與內(nèi)化，同時還會降低學習者的積極性，而通過對虛擬現(xiàn)實物品的有效操作能夠激發(fā)學習者的興趣，提高他們的學習動機與學習投入，從而在探索與操作、交流與思考的過程中形成對知識的深入理解與拓展延伸。此外，在假設驗證階段，學習者對于已有概念、定理等存在的困惑、質(zhì)疑，可以通過直觀操作，在具體實物中尋找依據(jù)或驗證其合理性，理解知識的同時形成尊重事實、追求證據(jù)的科學態(tài)度。

2. 具身學習，身體感官的有效參與

具身認知認為，大腦中認知的產(chǎn)生依賴于身體各個感覺運動器官的協(xié)調(diào)發(fā)揮，身體的參與性越多，這些通路就會越活躍，感覺系統(tǒng)就會感知到更多的信息，形成的認知也會更加豐富[12]。因此，認知的形成依賴大量直接經(jīng)驗與感性經(jīng)驗，需要身體感覺運動器官參與到學習過程中進行感知體驗與共情理解。學習者對虛擬物品的操作，是一種以身體經(jīng)驗為基礎的具身學習，即通過“體認”的方式來建立對外界事物的知覺映像和初級概念，達成與外部事物的實質(zhì)性關聯(lián)。研究表明，抽象的認知植根于身體感官與體驗[13]，通過身體經(jīng)驗建立的具體事物與抽象概念間的關聯(lián)，有助于提高對學科知識的理解[14]。經(jīng)由身體感知、體驗信息的多樣存在形式，學習者能夠有效實現(xiàn)抽象表征與具象表征的融合。學習者通過對語言、文字、圖片等抽象符號的加工（隱性操作）過程獲得對直觀事物的普遍本質(zhì)認識，同時結(jié)合對虛擬現(xiàn)實的感知操作（顯性操作）來獲得直觀認識，在不斷的顯性操作與隱性操作下，逐漸建立豐富表征并加深自己的認識。此外，在感知操作過程中學習者通過觸覺、視覺等多感官通道感知信息，改進和豐富了信息在大腦中的編碼層次與水平，從而加強知識記憶的穩(wěn)固性和長久性。

（二）模擬情境的知識應用，促進知識向能力的轉(zhuǎn)化

模擬情境的知識應用是學習者在虛擬現(xiàn)實技術(shù)呈現(xiàn)的虛擬實驗室、虛擬場館等模擬環(huán)境中進行探索、交互以完成相應的項目任務，通過“邊做邊學”的過程來培養(yǎng)知識應用意識，使學習者在自主探究與完成任務的過程中經(jīng)歷與建立認知沖突，并通過不斷的交互調(diào)解來深化理解、完善學習者的已有知識結(jié)構(gòu)，獲得個人經(jīng)驗能力。

1. 逼真的模擬項目，引發(fā)持續(xù)認知沖突

在虛擬現(xiàn)實模擬情境中的學習，重在使學習者通過“自主探究”“合作學習”等多元學習方式來親身實踐，完成相應的逼真項目任務，并形成一定的模擬制品。學習者在不斷的設計制作與感悟體驗過程中，能夠深化對知識的理解，逐漸形成并豐富個人經(jīng)驗;同時，也將產(chǎn)生一系列區(qū)別于面授課堂中的認知沖突。對于知識的學習，只有經(jīng)歷并通過不斷調(diào)節(jié)解決認知沖突后，才能促使學習者的認知活動不斷豐富與發(fā)展[15]。學習者在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行自主探究與完成任務的過程中，將不斷產(chǎn)生新的認知沖突：首先，虛擬現(xiàn)實模擬情境的豐富性與交互性能夠使學習者感受到知識的情境屬性與社會文化價值所在，其“在場感”與“沉浸感”能夠幫助學習者實現(xiàn)對知識的全面理解;其次，學習者生成制品的過程需要將抽象符號轉(zhuǎn)化為形象具體的三維模型建立，其相同內(nèi)容的不同表征形式會帶給學習者一定的認知沖突;最后，學習者完成項目任務、形成三維制品與應有模型資源間的對比反差，會使學習者在模型設計過程中的思考方式、解決策略與模型搭建等方面建立認知沖突。認知沖突打破了知識作為既有的規(guī)定性抽象符號觀念，其調(diào)解過程需要在與環(huán)境事物不斷的交互過程中主動建構(gòu)，即通過持續(xù)的生成，促進已有認識的不斷修正、完善與深化，從而形成更為全面的認知結(jié)構(gòu)。

2. 臨場的知識應用，形成個人經(jīng)驗能力

學習者在模擬情境中完成項目任務是對學科知識的深度理解與價值追求，其實質(zhì)在于激發(fā)、引導學習者的知識應用意識，在臨場的知識應用過程中形成個人經(jīng)驗能力。因此在完成虛擬任務的過程中，首先要鼓勵學習者自主探究與大膽嘗試，促使其在動手操作的過程中發(fā)散思維，形成多樣的知識應用方式，培養(yǎng)其綜合、創(chuàng)新運用知識的能力。其次要確立反思維度，以幫助學習者進行有效的階段性反思。在學習者項目計劃、模型設計的過程中，依據(jù)學習者的實時表現(xiàn)與學習體驗，引導其對面臨困惑、可行策略、優(yōu)化完善等進行“在行動中反思”，促進學習者形成即時的反思—修改動態(tài)循環(huán)機制;在項目結(jié)束后，從知識應用、操作流程、部件匹配、結(jié)構(gòu)搭建等維度出發(fā)，促使學習者進行“對行動的反思”，以修改不足與總結(jié)經(jīng)驗。最后通過回顧、總結(jié)與提升，形成個人經(jīng)驗能力。在完成項目的過程中，讓學習者有意識地記錄下關于知識理解與應用、項目計劃與實施過程中的直覺或頓悟等關鍵點，同時將這些關鍵點進行歸納與整理，總結(jié)出核心的知識理解、應用以及項目完成的方式方法等。在此過程中，學習者的個人知識經(jīng)驗得以漸次形成，深層次概念意義得到充分建構(gòu)，促使知識理解向個人能力的轉(zhuǎn)化。

（三）真實場景的問題解決，實現(xiàn)知識向思維的通達

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領域中的應用需要抓住現(xiàn)實情境線索，轉(zhuǎn)化真實學習場景[16]。就虛擬現(xiàn)實的本質(zhì)而言，其是作為真實世界場景的縮影，是我們感知體驗信息、知識學習應用與實踐解決問題的中介場或?qū)嵙晥觯蚨軌蛴行Ъ訌娭R學習與真實場景間的關聯(lián);同時，虛擬場景中的感知體驗與問題解決并非為虛擬現(xiàn)實的全部價值，其最終價值應該促進學習者由虛擬場景學習自然地回歸于真實場景學習，使其能夠在真實場景中遷移延伸與深入思考，運用學科知識來審視、思考與解決真實場景中的未知問題，逐漸形成學科思維。

1. 虛擬—真實場景的關聯(lián)感知

指向真實場景的問題解決，強調(diào)要將真實世界中存在的問題在虛擬場景中進行顯現(xiàn)與解決。這樣，學習者的知識應用并非為脫離真實場景與物體的想象，而是帶著真實場景問題去經(jīng)歷現(xiàn)實原型的觀察、感知、體驗、操作等親身實踐過程，使知識應用與問題解決過程更為符合真實場景中的應然樣態(tài)。同時，引導學習者建立知識與真實場景間的相關聯(lián)想，對知識的情境、文化、社會屬性等進行重點關注，使知識理解并不限于自身固有形式，在有效拓寬知識邊界的同時，促進知識在不同情境間的遷移。在此過程中，學習者能夠?qū)崿F(xiàn)抽象知識的具體化與真實性還原，擴充知識的豐富性與全面性，進一步理解學科知識的問題解決價值所在。

2. 個人—社會活動的問題解決

真實場景的問題解決過程并非僅為個體的獨立活動，而是自主探究與群體協(xié)作相結(jié)合的社會性活動。因此，要促進學習者形成面向真實場景解決未知問題的能力，在虛擬現(xiàn)實場景中就要促使學習者的問題解決過程從個人活動上升為社會活動。相應地，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中具體表現(xiàn)為主題聚焦（Thematic Focus）、認知吸取（Cognitive Absorption）、社會參與（Participation）、社會結(jié)構(gòu)（Social Structure）的問題解決過程[17]。主題聚焦是在學習者進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境后，讓其對環(huán)境中的物體進行感知、洞察、內(nèi)化后產(chǎn)生對實物原型或?qū)W科知識的再思考，促使他們在質(zhì)疑與發(fā)現(xiàn)問題的過程中增加對當前知識點的精深理解，并同時聚焦于某個現(xiàn)象或問題;認知吸取指利用來自虛擬現(xiàn)實環(huán)境的刺激作用于學習者，從而激發(fā)學習者的學習內(nèi)驅(qū)力，促使他們產(chǎn)生好奇、沉浸、享受甚至忽略時間等“心流”體驗，集中精力投入到問題分析、策略設計等自主探究或合作學習等過程中;社會參與是讓學習者個人參與到小組、群體中進行經(jīng)驗與觀點的分享、討論、交流、評價、互助等社會互動，以形成認知共同體來促使問題更好地被解決;社會結(jié)構(gòu)是指在整個問題解決過程中不同學習者需要承擔不同的角色，通過專家與新手角色的不斷對話與交互來達到小組、群體內(nèi)認知結(jié)構(gòu)的平衡。

3. 知能—心智結(jié)構(gòu)的學習結(jié)果

項目融合以真實場景中的問題為出發(fā)點，能夠讓學習者運用學科知識進行問題發(fā)現(xiàn)、資料收集、構(gòu)思策略、模型設計等來解決現(xiàn)實問題或?qū)崿F(xiàn)改進創(chuàng)新。因此，學習者先前獲取的學科知識構(gòu)成學習者的知能結(jié)構(gòu)，當其運用構(gòu)建的知能結(jié)構(gòu)去解決外部問題時，所形成的作用于外部客體的認識結(jié)果形成了心智結(jié)構(gòu)[18]。心智是個體在與外部環(huán)境世界交互過程中形成的維持自身機能和促進發(fā)展的系列認知能力，它促使個體采取行動來解決問題或?qū)崿F(xiàn)目標[19]。學習者綜合利用虛擬現(xiàn)實環(huán)境資源，在與環(huán)境的交互過程中不斷深化與豐富已有的知能結(jié)構(gòu);同時運用所學知識來發(fā)現(xiàn)、解決環(huán)境中存在的問題，在此過程中逐步建立起一套面向未來、適應未知環(huán)境的“知能—心智”結(jié)構(gòu)，形成有效的認知結(jié)果。

4. 知識—生活邏輯的學科思維

學科知識“生活化”是學科思維的重要表征形式，需要學習者融入生活環(huán)境中，運用學科“透鏡”去觀察、解決現(xiàn)實生活中的現(xiàn)象及問題，讓知識的學習與應用回歸生活世界，加強知識與現(xiàn)實生活間的聯(lián)系。虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入學科教學，能夠使學習者掌握的學科知識與真實環(huán)境更好地建立關聯(lián)，從而在解決真實場景中的問題過程中，促使學習者的知識學習從“學校知識”逐漸走向“生活世界”，實現(xiàn)知識“生活化”，形成學科思維?？傮w而言，學科知識的來源和應用都不能脫離學習者的生活經(jīng)驗與生活實踐，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠支持尋求與生活經(jīng)驗建立必要平衡的過程。

[參考文獻]

[1] 沈書生.學習空間的變遷與學習范式的轉(zhuǎn)型[J].電化教育研究，2018，39（8）：59-63，84.

[2] JIE C Y， CHEN C H， CHANGJENG M. Integrating video-capture virtual reality technology into a physically interactive learning environment for english learning[J]. Computers & education， 2010， 55（3）：1346-1356.

[3] 劉德建，劉曉琳，張琰，陸奧帆，黃榮懷.虛擬現(xiàn)實技術(shù)教育應用的潛力、進展與挑戰(zhàn)[J].開放教育研究，2016，22（4）：25-31.

[4] 國務院關于印發(fā)國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知[EB/OL].（2017-01-19）[2021-04-26] http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-01/19/content_5161341.htm.

[5] 工業(yè)和信息化部關于加快推進虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見[EB/OL].（2018-12-21）[2021-04-26] https：//www.miit.gov.cn/jgsj/dzs/wjfb/art/2020/art_1a514e4bb2e14b018802293d5b73de4b.html.

[6] 高媛，劉德建，黃真真，黃榮懷.虛擬現(xiàn)實技術(shù)促進學習的核心要素及其挑戰(zhàn)[J].電化教育研究，2016，37（10）：77-87，103.

[7] MERCHANT Z， GOETZ E T， CIFUENTES L， KEENEY-KENNICUTT W， DAVIS T J. Effectiveness of virtual reality based instruction on students' learning outcomes in k-12 and higher education： a meta analysis[J]. Computers & education， 2014，70（1）：29-40.

[8] 申靜潔，趙呈領.創(chuàng)客教育融入學科課程：一種實踐路徑的設計研究[J].中國電化教育，2019（3）：22-31.

[9] 屠明將，劉義兵，吳南中.基于VR的分布式教學：理論模型與實現(xiàn)策略[J].電化教育研究，2021，42（1）：93-99，121.

[10] 劉革平，王星.虛擬現(xiàn)實重塑在線教育：學習資源、教學組織與系統(tǒng)平臺[J].中國電化教育，2020（11）：87-96.

[11] 謝明初.數(shù)學教育中的建構(gòu)主義：一個哲學的審視[M].上海：華東師范大學出版社， 2007.

[12] 胡翰林，沈書生.生成認知促進高階思維的形成——從概念的發(fā)展談起[J].電化教育研究，2021，42（6）：27-33.

[13] MOELLER K， FISCHER U， LINK T， et al. Learning and development of embodied numerosity[J]. Cognitive processing， 2012， 13（1）：271-274.

[14] TRAN C， SMITH B， BUSCHKUEHL M. Support of mathematical thinking through embodied cognition： nondigital and digital approaches[J]. Cognitive research： principles and implications， 2017， 2（1）：16.

[15] 林崇德，胡衛(wèi)平.思維型課堂教學的理論與實踐[J].北京師范大學學報（社會科學版），2010（1）：29-36.

[16] 孫田琳子.虛擬現(xiàn)實教育應用的倫理反思——基于伯格曼技術(shù)哲學視角[J].電化教育研究，2020，41（9）：48-54.

[17] GOEL L， JOHNSON N， JUNGLAS I， et al. Situated learning： conceptualization and measurement[J]. Decision sciences journal of innovative education， 2010， 8（1）：215-240.

[18] 沈書生.設計學習事件：指向?qū)W習的層次[J].電化教育研究，2019，40（10）：5-11.

[19] 戈爾茨坦.認知心理學 心智、研究與你的生活[M].3版. 張明，譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，2015.