人文教育中的虚拟学习环境设计及其应用

贾靖林　杨玉辉　谢希俐　熊才平

【摘要】针对人文精神匮乏，人文教学的“工具性教育”弊端日益突出，提出利用虚拟展览馆促进人文教育的发展。分析了虚拟展览馆设计的理论，利用虚拟现实等相关技术，设计出一种基于Abnet的古代诗歌文化展览馆系统，并探讨了其在人文教育中的应用。

【关键词】分布式虚拟现实；虚拟展览馆；人文教育

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009—8097（2009）05—0073—03

一 问题的提出

当前，人文教学的“工具性教育”弊端呈现突出。“工具性教育”是指把人培养成工具，把教育当作工具来使用的一种观念形态的教育思想。[1]学生对“工具性教育”往往采取消极与反抗的情绪，不利于学生的成长；教学中的“人文教育”的严重缺失,开始从潜在危机走向具体的社会精神缺陷。[2] [3]由于人文精神的匮乏，民族的文化认同和归属感逐渐消失，不利于民族的发展。针对人文教育中存在的问题，我们应当探讨如何利用成熟的条件和资源加以改进。学校教育中的人文教育资源特别是诗歌、历史文化资源容易用虚拟现实技术模拟，有助于激发学生学习动机，促进学生发展，因而提出利用虚拟展览馆开展诗歌人文教育。本文在分析基于ABnet的分布式虚拟现实的基础上，依托建构主义学习理论，构建分布式中国古代诗歌文化虚拟展览馆系统，并与多种现代教育技术媒体结合，结合传统的现实展览馆和多媒体放映馆的特点，通过网络呈现在学生面前，使学生身临其境，以逼真的视、听、触觉为一体的虚拟学习环境和学生的主动性学习机制有效结合，提高学生的人文素养。

二 虚拟展览馆系统设计的理论分析

1 分布式虚拟现实概述

虚拟现实（virtual reality）是指利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户投入到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互技术。[4]虚拟现实分为桌面虚拟现实（desktop virtual reality）、沉浸式虚拟现实（immersive）、增强现实（augmented reality）型虚拟现实、分布式虚拟现实（distributed）等类型。分布式虚拟现实是指在多个地理上相互独立的用户，实时的通过计算机网络连接在一起，共同分享一个虚拟空间，一起体验虚拟经历，使虚拟用户达到一个更高的境界。桌面型的的分布式虚拟现实的实现方法很多，如：借助于Java进行实时通讯的Vrml语言设计的分布式虚拟现实、利用VirTools Dev和Multi-user Sevre快速高效制作的多人连线应用程序、利用Atomsphere服务器建立的分布式虚拟现实等，它们在性能上各有其优缺点。本文采用ABnet与Vrml语言构建分布式虚拟现实，其中，ABnet[5]是由美国人Rick基于java开发三维多人在线聊天服务器。

2 虚拟展览馆系统设计的理论基础

虚拟展览馆系统的设计以建构主义学习理论为基础。建构主义学习理论认为，学习之所以产生，是由于一个主动的、自我调整的学习者在解决问题的过程中，从经验和获取经验的环境中获得意义，从而建构个人意识。每个学习者都是在自己已有经验的基础上，以其特殊的方式在特定的环境下建构的。学习者获取知识的多少取决于自身经验建构有关知识的能力，而不是取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。[6]建构主义学习理论的四大要素为：情境、协作、会话和意义建构。虚拟现实技术在虚拟展览馆、虚拟博物馆、网络游戏等领域的应用，体现了建构主义的意义和思想。虚拟现实技术是指通过特殊的输入设备和一些能实现三维图形和三维音效的特殊输出设备来模拟人和环境间的交互技术。虚拟现实技术应用图形、声音和图像再造逼真的情境，使学习者身临其境。在现代教育技术环境中，虚拟现实技术能构造出最佳的课堂教学环境，将学生置身于其中，以求获得最佳的教学效果。它能创造和展示各种趋于现实的学习情境，把抽象的学习与现实生活融合起来，激发学生的思维。它可以克服传统班级授课制限制学生主动性和独立性的缺点。用虚拟现实技术“构筑”的课堂，学习者可以是一个或多个，教学模式可以多样化，教学方法可以任意选择，教学进度可以多方控制。在教学过程中，学生可以同教师一起成为教学的设计者和控制者，使师生的主体性都得以发挥。

三 虚拟展览馆系统的运行环境及其实现

1 虚拟展览馆系统的运行环境

以Web为运行平台，采用浏览器/服务器（B/S）结构在Web上进行分布式展示和交互，系统接受来自客户端可视化输入和交互操作，并根据客户端的不同请求以逼真视觉、震撼的立体声、交互触觉向浏览者展示不同的虚拟效果。在服务器端配置IIS服务（支持论坛和个人空间）和AbnetServer服务（支持分布式虚拟展览馆）。在客户端安装相应的三维浏览插件，如：BS Contact VRML-X3D、Complayer、Cortona。客户端服务软件，如AbnetClient.exe。浏览者利用Web通过相关的插件对虚拟展览馆进行浏览和多人连线交互。

整个虚拟展览馆系统由三维展览厅、二维论坛以及个人空间组成。展览厅在3DMax建模的基础上利用虚拟现实语言Vrml对各种模型进行整合来实现，与以往Flash实现的二维虚拟现实环境相比，具有更强大的沉浸性和音效性，给浏览者提供了一个更加接近现实的逼真环境。论坛和个人空间通过ASP、PHP等技术来实现，这方面的技术在国内相当成熟，与三维空间相结合从而使系统更加的完善，功能更强大。

2 虚拟展览馆系统的实现

（1）展览厅的设计

以时间为分割线把展览厅分为东周春秋展览馆、汉朝展览馆、唐朝展览馆和宋朝展览馆四个部分。

按照朝代顺序把中国历史上众多优秀的诗歌文化都清晰的展现出来，符合人们的逻辑思维，更容易被学习者记忆和接受。展览厅在三维虚拟空间里，通过相关的诗词、雕塑、图片、声音、视频以及相应的发言平台向学生展示中国古代诗歌文化所蕴含的中华民族的优良传统和民族精神，从而使其在现代社会得到传承和发展。在展览厅里，学生可以自由的漫游，还可以看到其他同学，赋予展览厅情感色彩，如同在真实的展览厅里，逼真的虚拟场景充分体现了建构主义理论强调的“情境”构建。学生点击相关的图片、雕塑和诗歌，打开其详细的网页介绍，使知识的呈现更加的详实。点击图片、雕塑和诗歌附近的按钮，可以打开相应的声音介绍和视频介绍，使知识更直观化、形象化，容易为学生所获取。在展览厅下方设有“学生即时发言”板块，学生在展览厅里可以通过这个“即时发言”板块进行相互交流。

（2）论坛的设计

论坛主要用于学生之间的协作交流。学生可以在论坛里对不同的诗歌文化内容板块发表自己的观点，利用论坛的文字、语音视频和其他同学进行交流，教师通过论坛组织学生进行分组交流讨论。论坛具有记录功能，记录学生在展览厅点击内容的次数，根据次数在论坛的热点知识库中对内容进行排名，教师按照热点知识的排名组织学生进行学习。论坛提供了相关的学习资源，如电子书籍、教学课件等。论坛根据每个学生发表观点或评论的次数给每个学生积分，学生凭积分可兑换自己需要的学习资源。此外，论坛系统具有一定的过滤功能，对学生的发言进行检索，防止不文明语言的出现。论坛形成了一套良好的评价反馈机制，充分体现行为主义的“刺激—反应—强化”的联结，学生在不断的“刺激—反应—强化”的过程中提高自己对诗歌文化学习。

（3）个人空间的设计

学生注册后，系统会自动分配个人学习空间，为学生提供一个学习交流平台，有利于学生展示自我，发表学习心得体会。空间会跟踪记录进入个人空间的访客，有利于回访，由一个点向四面八方延伸，最大程度促进资源共享。学生可以修改个人空间，如空间布局、背景图案、空间形象、空间动画重新装饰、设计。空间系统提供相应的优秀学习资源供学生使用，但学生必须通过论坛积分才能获得，这势必会激发学生学习的动机。此外，系统根据学生的论坛积分给学生一定的权限，部分或全部获得优秀资源，但是有一定的使用时间限制，如同玩家在网络游戏获得游戏装备，形成一个良好的学习环境，促使学生积极主动去学习。

四 虚拟展览馆在人文教育中的应用

首先，教师向学生介绍虚拟展览馆系统的结构、功能及其使用方法，然后组织学生由登录用户界面进入虚拟展览馆。（如图2所示）

教师在展览馆作为组织者、辅导者，扮演虚拟角色组织学生学习。学生进入展览馆后，扮演虚拟角色进行自主学习。教师通过发言系统及时回答学生提出的问题。学生在展览厅里通过文字、图片、语音、视频来获得知识，学生之间通过发言系统、论坛进行交流。在虚拟展览厅的自主学习结束后，教师组织学生进行讨论。系统论坛自动记录学生点击内容的次数并将内容按点击数由高到低自动排序。教师依据论坛信息对学生进行分组，组织学生通过文字、图片、语音、视频等进行交流讨论。教师根据发帖的数量和质量给学生加分，同时系统也会根据关键词和发帖的数量自动给学生加分，最后由教师来对各小组作出点评，学生通过积分兑换精美的课件和各种优秀的电子书籍。教师可以围绕一个关于中国古代诗歌文化的主题给学生安排相关的学习任务，学生在个人空间发布学习任务和个人的观点，鼓励学生通过学习获得积分来设计自己的空间。教师定期对学生的空间从个性化风格设计到内容质量进行评比和检查，对优秀学生给与积分奖励。从而使学生积极主动学习，有利于学生主动性和创造性的发挥，形成了一个不断循环的良好学习环境。

五 结束语

分布式虚拟现实技术的优势曾经在网络游戏中发挥的淋漓尽致，逼真地三维虚拟环境，震撼的立体声音、强大的交互功能使玩家如痴如醉。随着信息技术的不断发展和教育需求的不断提高，学习环境的构建显得越来越重要。分布式虚拟现实技术在环境构建上的独特优势及强大虚拟交互功能、跨越时空的特性越来越受到教育界的关注。本文从视觉、听觉和触觉三个方面研究了基于ABnet的分布式虚拟展览馆在中国古代诗歌文化展览中的多人在线技术、交互技术以及声音和视频的展示技术，与以往的基于HTML标记语言构建的网上展览馆相比，更加显示出它的沉浸性和环境的逼真性，其三维立体音响功效也是二维展览馆所无法比拟的，甚至可以与现实展览馆相媲美。这将对传统教育环境造成一定的冲击，也为教育教学提供了新思路，分布式虚拟现实技术与教育的结合必将对远程教育产生深远的影响。

参考文献

[1]冯建军.工具性教育及其反思[J].江苏高教,1999,(2):67．

[2]王晓燕.论初中文言文教学中的传统人文精神教育[D].内蒙古:内蒙古师范大学,2007.

[3]戚永祥.人文教育例谈[J].语文教学与研究,2005,(14):111.

[4]汤跃明.虚拟现实技术在教育中的应用[M].北京:科学出版社,2007:25-26.

[5]What is ABNet? [EB/OL].

[6]贠丽萍.基于建构主义学习理论的多媒体网络教学[J].电化教育研究,2008,(7):69．