Web3D新技术环境下现代远程教育研究

阳西述，唐宜清

（1.湖南第一师范学院信息科学与工程系，长沙410205；2.长沙师范学校教育技术中心，长沙410100）

我国人口众多，优质教育资源却较少，以计算机网络为平台的现代远程教育可以让众多的受教育者通过网络来共享优质教育资源。然而，现代远程教育还存在着许多不足，例如：学生在进行远程教育时总觉得远离学校、缺少身临其境受教育的体验；学生在学习理工科课程时，由于缺少实验仪器，无法试做实验；学生学习英语等课程缺乏三维交互环境等等。这些原因会导致学员在远程学习时缺少兴趣、没有恒心，甚至半途而废。

Web3D即互联网上的三维技术，是一门新兴的现代信息技术，是虚拟现实技术（Virtual Reality,VR）在互联网上的实现形式[1]。虚拟现实具有高度的沉浸性、交互性和想象力，能够实现自然模拟、逼真体验，能够创建酷似客观环境又超越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其上的和谐人机交互环境。国内外有许多专业人士从事Web3D技术应用于网上物品展览、虚拟建筑、虚拟旅游等方面的研究[2-4]。若将Web3D新技术应用于远程教育，则可以用Web3D制作出虚拟三维场景（模型）并在网络上传输[5]，远程教育学生可通过网络可与三维场景（模型）进行交互操作，远程学习时将具有较强的现场感、沉浸感和想象力，能显著提高远程教育学生的兴趣，对远程教育的发展将会起到极大的促进作用[1]。可是Web3D技术众多，远程教育中究竟采用什么样的Web3D技术，Web3D新技术应用于现代远程教育的理论基础是什么，Web3D新技术环境下现代远程教育学生的学习、教师的管理和教学如何适应？下面进行详细探讨。

一、Web3D应用于现代远程教育的理论基础

（一）经验之塔理论

美国教育家戴尔（Edger Dale）的“经验之塔”理论把人们获得知识与能力的各种经验，依照抽象程度分为三大类[6]，形成金字塔式的结构。金字塔的底部称为“做的经验”，在这个层次中，每个学习者都不是旁观者，而是活动的参与者；金字塔中部称为“观察的经验”，这是学习者通过看、听实际事物或者实际事物的图像与声音而获得的经验；金字塔的顶部称为“抽象的经验”。戴尔认为，人们学习知识一是由自己的直接经验获得，二是通过自己的间接经验获得。当学习是由直接到间接、由具体到抽象时，获得知识和技能就比较容易。

Web3D应用于现代远程教育，通过学习者与三维虚拟环境的交互操作[7]，可以弥补远程教育学习者“做的经验”缺失和“观察经验”的不足。

（二）建构主义学习论

以皮亚杰为代表的建构主义学习理论认为，知识是学习者在一定的情境中，借助学习过程中其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得[8]。建构主义学习论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。强调学习过程中情境和意义建构的重要性，认为学习是在一定情景下发生的，知识只有在一定情景下才有意义，学习不是被动的接受信息，而是主动建构知识的意义。建构主义同时强调一定情景下协作式学习对意义建构的重要作用。

Web3D应用于远程教育，可以为远程学习者建立起网络虚拟三维环境，让远程学习者“身临其境”地学习，有助于对知识的意义建构。

（三）三代信息技术和三代远程教育

伽里森(Garrison)、尼珀(Nipper)和贝茨(Bates)提出的三代信息技术和三代远程教育的理论认为，第一代信息技术是邮政传递、电报和电话技术，第二代信息技术是广播电视、录音录像技术，第三代信息技术即计算机和网络技术。Web3D技术属于第三代信息技术后期技术。采用信息技术为手段的远程教育，也相应地划分为三代：函授教育，广播电视教育和以计算机网络为平台的现代远程教育[9]。Web3D是第三代信息技术后期新技术，将对第三代远程教育产生前所未有的新影响。

（四）远程教育工业化理论

以为彼德斯（Peters）为代表的远程教育工业化理论认为，远程教育以工业化为基础，随着工业的发展而发展。远程教育的教学管理也要按照工业化标准进行，而不能按照传统的方法进行教学与管理。彼德斯认为远程教育具有机械化、标准化、客观化、大规模批量生产、集中垄断和分布式等特点，远程教学与管理要有细化的劳动分工，要做好充分的准备工作，采用科学控制方法，有计划有组织地进行。Web3D新技术环境下的现代远程教育也应按照教育工业化理论来进行分工和管理。

二、现代远程教育应用Web3D新技术层次

Web3D是一种崭新的多媒体技术，它不仅集图、声、视于一体，能够虚拟三维物体和环境。但是，用Web3D虚拟出来的三维对象或场景的容量不能太大，这样才方便地在互联网上传输。当今世界有许多种Web3D技术可供选择，例如VRML、X3D、Cult3D、Viewpoint、Java3D、Webmax、Flash3D(Flex)等等。Web3D组织将VRML/X3D规定为Web3D标准（现已被国际标准化组织OSI规定为Web3D国际标准）。但是Web3D技术依然繁多，至今没有一种Web3D技术能够一统天下。根据各种Web3D技术的特点和远程教育的性质特点，我们选择Vrml/X3D、Cult3D和Flash3D作为现代远程教育中应用的Web3D技术。

远程教育中，凡是需要借助于网络三维技术来建构三维虚拟模型、虚拟情景、虚拟实验的课程，都可以采用Web3D技术来辅助教与学。如几何、英语、物理、电子信息类课程等等。通过Web3D建构的虚拟模型、虚拟情景、虚拟实验，可增强学生对抽象内容的意义建构，从而加深理解、促进学习。根据Web3D技术应用于现代远程教育的程度不同，我们将其分为以下三个层次：

第一层次是Web3D基本应用，把Web3D当作一种与其他媒体技术并行的一种技术，将Web3D技术制作的模型，当作素材嵌入到远程教育课件中去。例如在化学教学中，将Web3D三维分子模型嵌入进化学课件中去。

第二层次是Web3D中级应用，一堂远程教育课程的教学课件，主要使用Web3D技术制作而成，就是整个一堂课基本采用Web3D技术制作。例如将整个一堂课或一单元教学内容作为一个整体，采用Web3D技术来构建。

第三层次是Web3D高级综合应用，采用Web3D技术制作虚拟三维教室，甚至设计制作网上虚拟三维校园。这将使学习者完全融入到虚拟校园、虚拟教室里，到虚拟的环境中去学习。

三、Web3D新技术环境下现代远程教育学生的学习

根据建构主义和经验之塔学习理论，教育应以学生为主体，远程教育尤其如此。Web3D新技术环境下现代远程教育的学习，除了一般远程教育学习的共性，如不限时间和地点、学生自主学习等特点外，由于Web3D非常好的交互性，还可以充分调动远程教育学生自觉学习的主动性；Web3D较好的沉浸性和想像力，可以让接受远程教育的学生集中注意力于网络课程学习，对远程学习产生和保持长久的兴趣。

Web3D新技术有许多优点，但毕竟是一种新型信息技术。对学生在Web3D新技术环境下的远程学习提出了新的要求。

首先，学习目标要明确。通过查看有关文档，明确Web3D新技术环境下远程学习的目标，以便有的放矢、高效学习。

其次，大致了解远程学习中所用Web3D技术。由于Web3D技术有多种，在网络上远程学习时，先要注意阅读有关说明，知道当前课程采用哪种Web3D技术，是否需要下载并安装相应的Web3D插件，以便远程学习能顺利进行。

再次，熟悉交互操作的方式。Web3D具有非常好的交互性、沉浸性，但每个Web3D软件与学习者交互的方式并不完全相同。要注意查看有关说明，及时掌握该Web3D软件与用户的交互方式：交互菜单、按钮，鼠标、键盘操作功能，知道用鼠标如何操控Web3D模型或场景等。

此外，还要注意协作学习。要与其他Web3D远程教育学员进行协作，与Web3D远程教育的老师以适当形式沟通，以便克服困难、提高效率。

四、Web3D新技术环境下现代远程教育对教师的要求

建构主义理论认为，人作为认知主体对知识的获取不是被动地接受，而是主动加工建构的，即学习知识是“认知主体”的内部心理过程。远程教育要以学生为中心，老师为指导，强调学生是知识建构的主体，对知识的主动探索、主动发现以及主动建构、整合。教师是学生的指导者，是帮助学生积极主动完成知识建构的领路人。建构主义和“经验之塔”学习理论认为，现代远程教育应该以学生为中心，教师应该是教学计划的制订者、网络课程的设计者和学生学习活动的服务者（辅导者）。

Web3D新技术应用于现代远程教育以后，对教师的要求提高了。教师在设计与制作远程教育课程之前，要熟练地掌握多种Web3D技术，能采用Web3D软件（或语言）制作简单的Web3D素材。但是，复杂的Web3D实验、复杂的Web3D场景制作，不是人人可以在短时间里学会的，而是要有一定基础、花较长时间和较多精力才能学会的。

根据彼德斯现代远程教育工业化理论，现代远程教育应该采用规模化和工业化的标准来运作。远程教育的教师，应该有较细的分工和密切的协作。Web3D新技术环境下的现代远程教育教师，拟分为以下三类。

第一类教师是网站技术老师，他们是负责远程教育服务器与网页网站架构的专门教师。

第二类教师是Web3D课件老师，他们既掌握Web3D等媒体技术又懂教学原理，主要负责Web3D模型的设计与多媒体教学课件的设计制作。

第三类教师是教学设计与管理教师，主要负责远程教育课程的设计、教学管理、答疑等工作。这类教师，也要适当懂得一些Web3D等媒体技术，会用Web3D制作一些简单的Web3D素材、简单课件，会进行网络答疑指导作业等。

三类教师要既要分工、又要协作，共同努力完成Web3D新环境下远程教育教学任务。

五、Web3D新技术应用于现代远程教育实践

作者将Web3D新技术应用于现代远程教育过程中，采用Web3D技术开发了若干个Web3D虚拟三维模型、虚拟三维实验，还开发了一个Web3D虚拟课堂；架设了一个基于PHP+MYSQL+Web3D的远程教学网站模型，通过这个网站模型，进行了简易的Web3D远程教学实验，检测了Web3D在远程教育中的应用，学生反映很好。但目前掌握Web3D新技术的教师太少，要想在远程教育中普及Web3D新技术，还有较大困难。

六、结语

Web3D是一门全新的信息技术，Web3D新技术应用于现代远程教育后，能使远程教育具有沉浸感、想象力和高度的交互性；能使学生对远程学习产生浓厚的学习兴趣，能让学生充分发挥主观能动性、积极性，对教学效率的提高具有显著作用。Web3D新技术应用于远程教育以后，但对远程教育老师来说，在教学设计、课件制作等方面要求提高了，只有培训大量懂得Web3D技术制作的教师和Web3D教学设计的老师，才能大范围地在远程教育中推广。将Web3D新技术应用于现代远程教育，在迎接新媒体技术的挑战、推动我国现代远程教育的发展等方面，有重要现实意义和长远的历史意义。相信Web3D新技术应用现代远程教育的明天很美好。

[1]阳西述,刘怀玉.Web3D新技术在现代远程教育中的应用[J].吉首大学学报:自然科学版,2008,(1):47-50.

[2]段福洲,马鹏飞,赵文吉,等.村镇民俗旅游景观三维可视化方案设计[J].地球信息科学学报,2010,(8):549-554.

[3]王磊,基于WEB3D技术的虚拟博物馆的设计与实现[J].远程教育杂志,2006,(10).

[4]侯荣旭,杨庆林.网络环境下三维虚拟展示技术的应用研究[J].电脑知识与技术,2011,(27):6741-6749.

[5]刘琳,阳西述,桑婧.基于情感计算和Web3D技术的现代远程教学模型[J].中国远程教育,2008,(7):44-47.

[6]叶力汉.“经验之塔”理论及其现实指导意义[J].电化教育研究,1997,(2):20-24

[7]张燕,翔朱赟,董东.从“经验之塔”理论看增强现实教学媒体优势研究[J].现代教育技术,2012(5):22-25.

[8]钟志贤.建构主义学习理论与教学设计[J].电化教育研究,2006,(5):10-16.

[9]丁兴富.三代信息技术和三代远程教育[J].中国远程教育,2000,(8):15-19.