沉浸理论在虚拟学习环境设计中的应用

陶明华　王　斌

摘 要:设计信息时代新型的学习环境对提高学生的学习兴趣和学习效果有很重要的意义。本文主要从沉浸理论出发,通过对现有虚拟学习环境的分析,明确虚拟学习环境的特点和要素。并以沉浸理论为指导,提出虚拟学习环境系统的关键要素,从沉浸调整的角度对虚拟学习环境的设计提出了一些策略和建议。

关键词:沉浸理论 虚拟学习环境 沉浸调整

中图分类号:G434文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)17-0069-04

一、引言

在教育技术的发展历程中,对于教与学的看法,经历了早期硬件设备的充实、强调学习者内在认知历程的分析,到近年来转向重视学习环境的设计这样一个过程。现代教育更加注重培养学生的全面发展,培养学生在社会和生活中解决实际问题的能力。正如国内著名未来教育专家桑新民教授指出:信息时代新型学习与教学模式的探索中,必须把“三个世界”(经验世界,语言文字世界,虚拟现实世界)的学习经验整合起来,促成三者的有机结合。在以往的教育中,学生始终生活在两个世界的学习时空环境中,也就是我们所批评的理论脱离实际。当代信息技术正在创造出前所未有的虚拟现实世界,这第三个世界应该成为沟通前两个世界的重要桥梁。他还强调:优秀教师之所以教得好,关键在于不仅能让学生学起来、学进去,而且能使学生学出兴趣、学出滋味,学得生动、活泼、主动。教师在教学设计过程中不能只设计知识结构和讲授结构,而且应该设计学生的学习活动和学习环境。[1]由此可见,学生学得有兴趣、生动,情境学习,虚拟学习环境设计等这些关键词汇在当前的教育技术的发展研究中具有比较重要的意义。

二、虚拟学习环境设计的理论基础

前面引言中提到的教育技术专家关心的“学生学出兴趣,学出滋味”,其实质是学习者对学习很感兴趣,集中注意力,完全沉浸在学习之中,因此学习也很主动。这种学习者沉浸在学习背后的心理学理论支持就是沉浸理论。

1.沉浸理论的提出

沉浸理论(Flow Theory)于1975年由国际著名专家Mihaly Csikszentmihalyi首次提出,解释当人们在进行某些日常活动时为何会完全投入情境当中,集中注意力,并且过滤掉所有不相关的知觉,进入一种沉浸的状态。之后陆续有学者进行相关的沉浸行为研究并修正其定义,以期更能符合沉浸状态的描述。[2]

早期沉浸理论指出,挑战与技巧是影响沉浸的主要因素。若挑战太高,使用者对环境会缺少控制能力,而产生焦虑或挫折感;反之,挑战太低,使用者会觉得无聊而失去兴趣,沉浸状态主要发生在两者平衡的情况下。而1985年Massimini发现当挑战与技巧必须在一定的程度上,沉浸经验才有可能发生,两者均较低时,使用者的心态为冷漠;两者均较高时,沉浸体验最可能发生。沉浸理论示意如图1所示。后续的研究则开始着重讨论沉浸经验带来的自我肯定,促使学习者的后续学习行为;也有一些学者深入研究了沉浸体验的要素和沉浸体验发生的各种外部条件,提出精心设计的活动和时空安排有助于沉浸体验的发生。[3][4]

随着计算机科技的发展,沉浸理论延伸至人机互动的讨论,Webster等人视这种互动具游戏和探索的特质。Ghani和Deshpande(1994 )以人机互动对工作的影响进行研究,提出两个沉浸的主要特征:在活动中完全专注和活动中被引导出来的心理享受。[5]随着沉浸理论的不断发展,现今已经广泛应用于人机互动环境下的行为及心理的讨论上,其中也包括沉浸理论与e-Learning等,当然虚拟学习环境的设计也属于研究和应用的范围。

2.沉浸理论对虚拟学习环境设计提供了理论指导

虚拟现实技术(Virtual Reality Technology,简称VRT),即通过各种技术虚拟出不存在的或存在的事物和环境,让人感觉就如真实的一样。[6]它综合了对视觉、听觉、触觉、运动觉、体觉等感官认知模式的模拟,隔绝真实世界的信息,使人与计算机生成的环境融为一体,让使用者仿佛置身于电脑虚构的空间,感知其中的事物并能与虚构世界的人物、环境进行交流互动,从而产生亲临真实环境的感受和体验。[7]

以虚拟现实技术支持的虚拟学习环境一方面能很好地解决现行教育模式理论脱离实际的教育问题,因为虚拟现实世界成为沟通经验世界和语言文字世界的重要桥梁。另一方面,以虚拟现实技术支持虚拟学习环境的构建能使学生学出兴趣、滋味,学得生动、主动。在学习中,为学习者提供虚拟情境以缩短心智表征与实际现象间的差距;借着动画、声光的设计,激发学习动机。当学习者在学习过程中面对一些较难理解的复杂概念时,教师可以利用计算机,仿真出实际情况,帮助他们去理解,从而激发学习者的兴趣。学习者通过在虚拟学习环境中的学习体验来完成相应的学习任务,从而使学习者本人实现相关知识的建构。由此可见,虚拟学习环境中的情境化学习让学习者在虚拟的情境中学习知识与技能,这种情境反映了知识在真实生活情境中的应用方式与虚拟的情境结合,这样有利于把“三个世界”的学习经验整合起来,促成三者的有机结合。虚拟学习环境为学生实现沉浸式的学习提供了条件;沉浸理论为对虚拟学习环境设计提供了理论指导。

三、沉浸理论指导下的虚拟学习环境设计

在虚拟学习环境的设计中,如果能有效地应用沉浸理论,实施沉浸式的教与学,对于提高学习效果以及学生的全面发展大有帮助。它能更有效地使知识内容转化为学生的认知结构、个性品质、社会行为等。那么在虚拟学习环境中如何运用沉浸理论指导虚拟学习环境要素的设计?如何让不同的学生都能达到最佳的学习状态,获得忘我的体验?

1.虚拟学习环境设计理念

沉浸理论指导下的虚拟学习环境的设计旨在为学习者创设最优化的学习环境,使学习者能完全沉浸在所学内容中,取得最高的学习效率。虚拟环境下的学习是围绕一定的课题或任务展开的,学习者通过阅读学习材料、查阅相关资料、与其他学习者讨论等活动获取知识。这样的学习形式决定了虚拟环境下的学习是以“学”为主的学习活动,适宜于采用建构主义的教学模式。

教学设计专家David H. Jonassen提出了一种建构主义学习环境的设计模式,认为学习环境的设计主要包括问题(含疑问、项目、个案等)、相关的个案或实例、信息资源、认知工具、会话与协作工具以及社会/背景支持。[8]因此在虚拟学习环境的设计中,要特别注意为学习者创设贴近真实情境的问题,并提供丰富的实例。为了让学习者始终处于沉浸状态,学习环境系统需要根据学习者的现有水平提出有挑战性的任务,并根据学习者的学习情况,实时做出反馈与调整。

2.虚拟学习环境系统关键要素的设计

沉浸理论指导下虚拟学习活动发生在体现真实情境的一系列场景中,学习者作为场景中的角色感知、观察、判断现场环境,参与到练习群体共同的真实活动体验之中。通过从环境中获取行为效果的反馈,再继续感知、判断环境,调整自己的行为等,学习者在一系列场景中的活动就构成自己的学习过程。[9]在这个学习过程中真实情境、活动体验、反馈、学习者自我控制等是虚拟学习环境设计的关键要素。虚拟学习环境的设计者通过在线的学习测试来反复调节学习环境的设计,以求达到可以让学习者进入沉浸状态的过程。这一循环的过程由以下四个关键的元素构成,如图2所示。

(1)学习者数据系统

学习者是虚拟学习环境里的主体,学习者通过具体的学习活动来获得学习体验,每一次具体的经历可能由不同场景、不同活动组成。经过精心设计的学习环境和过程,其特殊、典型的场景和场景中的活动需要提炼、组织、设计。因为虚拟学习环境需要对学习者的学习过程、学习内容、学习兴趣等数据有一个记载和发掘。例如,虚拟学习环境数据系统可以发掘出一个学习者在虚拟学习环境的系统中一段时间内经常访问的学习内容,学习的难度水平是维持在一个水平还是不断得到提高,每次学习的时间长度等数据来判断这个学习者是否处于学习的沉浸状态。

(2)学习监视系统

从学习者学习的数据当中挑选能够反应学习者沉浸状态的数据,并送入分析系统。监视的目的是为了了解学习者的学习沉浸现状,实现及时的反馈,以调整学习者的学习沉浸状态。虚拟学习环境的监视原理可以理解为监视系统需要对在线的学习过程采取关键词特征定义。例如学习者对某一学习内容的兴趣就可以用他对该学习内容关键词的兴趣来表示。学习者对某一学习内容访问的次数越多,距访问时间越近,则用户对该学习内容的兴趣度越高。也就是说虚拟学习系统对学习兴趣的监视可以从访问次数和最近访问时间等指标出发。

(3)学习分析系统

分析学习者的沉浸状态并反馈给虚拟学习系统进行相应的调整变动。学习者在虚拟学习环境中通过参与和体验学习活动和任务来学习知识和技能。如果学习者的数据显示学习的效果不明显,学习时间逐渐缩短,学习的频率逐渐减少说明学习者学习的挑战难度太高。这个时候学习者对学习环境会缺少控制能力,如果不进行适时的调整,就会产生焦虑或挫折感,逐渐对学习失去兴趣。虚拟学习系统根据学习者的学习数据进行分析,随时了解学习者的学习沉浸情况。

因此,学习活动的任务难度设计要符合“最近发展区”的要求,不能过于简单,缺乏挑战性,也不能超出学习者的能力范围,让他们有受挫而产生的焦虑。任务难度应是学习者通过自己的努力思考与探索,或在学习支持的帮助下完成。

(4)反馈控制系统

虚拟学习环境系统响应分析系统的请求对学习者学习的沉浸性进行变动。通过系统的反馈来改善学习者的学习体验。学习者在环境中操作越多、反馈越多,愉悦感就越高。这是学习者在游戏中获得愉快体验的重要方面,也是学习者发生沉浸学习的重要原因。因为对于反馈的需求是人的一种渴望,它是天生的,只有不断得到反馈,人才能不断反思、不断领悟、不断进步。另外,操作与反馈的设计也需要达到一种平衡状态,如果操作多而反馈少,学习者会觉得单调乏味,像是单纯的网页浏览行为;操作少而反馈多,学习者又会陷入被动的境地,觉得像在看电影,也不会增加学习活动的可玩度和参与性。[10]

3.虚拟学习环境系统设计的策略

(1)在虚拟学习环境中扩大沉浸区域

在图3当中,曲线代表了一个学习者在一段学习过程中实际获得的体验。这些学习体验当中的某个特定部分可能会让这个学习者感到比自己的预期更难或更容易,不过对于这些情况他仍然可以适应,于是他的沉浸体验便可以维持在“沉浸区域”当中,也就是图中阴影部分的区域。如果实际获得的体验远离了“沉浸区域”,那么负面的精神效应——焦虑、厌倦便会打断学习者的沉浸体验。[11]

在虚拟环境的学习过程中,一个关键的问题就是如何让学习者保持沉浸状态并最终完成学习。要想扩大学习的“沉浸区域”, 虚拟学习环境的设计应给予沉浸性以更广的变化。一方面,从极简单的任务到很复杂的解题,学习应该可以让不同类型的学习者在沉浸的过程中不断地挑战适度的难度。这些不同的沉浸性选项应该可以被学习者所感知,从而让学习者可以在学习开始时找到适合自己的学习体验并投入其中。另一方面,虚拟学习环境要让学习者带着情感进入学习。在活动中个体身份与角色的确定会让学习者形成强烈的责任感,在与他人的交流、协作甚至竞争中都会产生人与人之间交往的认同感,这都是沉浸学习发生的很重要条件。[12]

(2)虚拟学习环境中构建适应不同学习者的个性化沉浸

学习者不是像一张白纸一样进入情境,而是以他们自己的需要去学习的。不同学习者的学习风格、认知习惯、情感结构、已有的经历等也不一样,从而生成自己对事物的情感感受、领悟和意义也不一样。由此可见,沉浸式学习的过程是因人而异的、个性化的,对同一个事物,不同的人形成了不同的感受、经验。在学习中每个人的沉浸区域也各不相同。因此,在虚拟学习环境中需要构建适应不同学习者的沉浸区域。创造动态的沉浸系统的基本原理如图4所示。

首先由学习者的学习特征数据提取模块来提取学习者感兴趣的学习内容、学习时间、学习难易程度等特征信息。活动特征提取模块实现是根据学习者对虚拟学习环境中的学习资源的浏览和学习活动的参与等相关反馈,来提取学习者的学习沉浸特征信息,把这些特征信息保存在学习者个性特征库中并及时跟踪和更新。虚拟学习环境的分析系统过滤个性化特征信息实现对学习沉浸特征的过滤,最后由个性化推荐模块根据过滤结果分别来实现学习者个性化推荐服务和个性化动态的沉浸调整。

(3)在虚拟学习环境中创造主动的沉浸系统

上面提出的系统构建适应不同学习者的沉浸区域策略是基于学习者的数据分析为基础的,是以学习者为出发点进行沉浸调整的。这种调整通常称为被动调整。在虚拟学习环境设计过程中如果我们可以给学习者在线学习的选择的权利,让学习者在虚拟学习环境当中定制自己的沉浸体验,为自己的沉浸体验导航,就可以实现主动的沉浸。虚拟学习系统的被动沉浸调整和主动沉浸调整各有优势,被动沉浸调整针对性强,而系统的主动沉浸调整则给学习者更多的选择,减少被动沉浸调整的需求。为了解释这样一个适应不同学习者的虚拟学习环境,可以把虚拟学习环境比喻为一个有着宽幅活动且适合不同类型学习者的大水池。因为学习者各自的口味不同,他们将会在游戏里做出各自不同的选择,并以不同的步调来展开他们的学习。学习者可以在虚拟学习环境中自由选择和定制自己的沉浸体验了。

四、结束语

在虚拟学习环境的设计过程中,可以设计大量的学习活动来为主动沉浸调整创造条件。为使每一位学习者都能愉快地体验活动,学习活动设计有结构,难易有层次,学习者可自由选择适合自己的任务难度等级。并且每一项活动都有明确的目标,清晰的行为标准,自适应的内在反馈,学习者通过自我的调控能不断地看到自己逐步接近目标的过程。

参考文献:

[1]桑新民.发挥教育对未来的选择功能——我的未来教育观[J].人民教育,2000(1).

[2]Csikszentmihalyi,M,Beyondboredomandanxiety[M].San-Francisco: Jossey-Bass.1975:72.

[3]Csikszentmihalyi,M.&LeFevre, J.Optimal experience In work and leisure[J].Journal of Personality and Social Psychology.Vol.56,815-822,1989.

[4]邓鹏.心流:体验生命的潜能和乐趣[J].远程教育杂志,2006(3):76.

[5]Ghani,A.J.&Deshpande,P.S.(1994).Task characteristics and the experience of optimal flow in human-computer interaction.The Journal of Psychology,128(4),381-391.

[6]周艳.虚拟现实与教育[J].外语电化教育,1999(4):18.

[7]Nadia Magnenat Thalmann,Virtual Reality Software and Technology,[DB/OL]http://wotan.liu.edu/docis/dbl/vrstvr/2000_ 25_ARCOTI.htm

[8]盛群力,李娥兰.设计建构与开放学习环境[J].远程教育杂志,2005(6).

[9]贾芳.论沉浸理论在设计教学领域中的应用[J].设计教育,2006(10):97.

[10]王锐俊.试论沉浸理论对外语教学的启示[J].中国科技信息,2005(19):149.

[11]Flow in Games游戏中的沉浸.[DB/OL]http://indie-g.com/main/?q=node/28

[12]吴冬芹.周彩英.浅析沉浸理论在教学中的应用[J].安康师专学报,2006(10).