高职沉浸体验式课程教学改革与实践

吴懋刚，张庆堂，金海峰，陈东东，陈 进

（江阴职业技术学院 计算机科学系，江苏 江阴 214405）

0 引 言

当前，高职教育领域面临着生源多元复杂的特点，高职人才培养质量与社会需求之间存在较大的供需错位问题。其中，长期困扰高职教育的焦点问题之一，就是高职学生普遍呈现出显著的学业“习得性无助”状态。“习得性无助”(Learned Helplessness）由美国心理学家塞里格曼提出，是指有机体经历了某种学习后，在情感、认知和行为上表现出的消极、特殊的心理状态[1]。在高职教育领域，学生普遍所表现出的焦急、消极、倦怠心理状态是学业“习得性无助”的直接后果，通常表现为学习动力不足、缺乏成就动机，学习信心不足、自我效能感降低，学习习惯不良、消极定势思维等[2]。因此，高职院校要实现新时代高质量发展目标，必须落实“以生为本”理念，高度关注学业“习得性无助”问题，通过虚拟现实等技术和手段的充分运用，推行卓有成效的沉浸体验式课程教学改革，进一步激发学生的同在学习动力、学习积极性和自信心，提高自主学习能力，有效地提升高职人才培养质量[3]。

1 沉浸体验教学的理论基础

1.1 沉浸理论

沉浸理论(flow theory）[4]是由美国芝加哥大学著名的心理学家契克森米哈(Mihalyi Csikszentmihalyi）于1975年首先提出，并逐步得到完善的认知心理学理论。研究者发现，当受访者个人完全投注在某种活动上，获得了一种十分兴奋的情绪体验，特别是当从事的活动能顺利进行时，这种情绪感受如同“水流”，毫不费力且源源不断地出现。契克森米哈将这种情绪体验称为“沉浸体验”(flow experience），它是指对某一活动或事物表出浓厚兴趣，并能推动个体完全投入该活动的情绪体验，而且这种体验是由活动本身而不是其他任何外在目的引起的[5]。这种体验的最大特征，就是个人注意力、知觉、记忆、目标与个人的自我彼此和谐一致，一般存在于个体和活动同容间有互动关系以及个体所感受到自己的活动能力与来自活动的挑战二者处在平衡的状况下[5]。

1.2 学习沉浸体验

自1975年契克森米哈提出有关沉浸体验理论以来，有关研究已经广泛应用到游戏娱乐、教育学习等诸多方面。在教育领域，沉浸体验已经在语言、音乐、美术等多个学科的教学实践中广泛运用。学习沉浸体验[4]，特指当学生个体的能力和学习任务的挑战之间达到平衡的时候，学生会持续专注于学习活动中，并感受到一种深层的目标明确、积极的、正面的心理体验。

契克森米哈提出处于沉浸状态的个体具有9个共同特征[4]，即：有明确的活动目标；具有直接的即时反馈；活动挑战和个体技能之间具有平衡性；行动与意识相融合；个体高度专注于当前所从事的活动；对活动具有控制感；自我意识的暂时丧失；对时间感的暂时性体验失真；自动化目的的体验。因此，通过编制“大学生学习沉浸度量表”[6]进行调查分析，影响学习沉浸体验的因素可以归纳为学生个体特征、学习动机、任务难度与个体技能的平衡、学习环境等方面。

1.3 虚拟现实

虚拟现实(Virtual Reality，VR）[7]是在融合计算机技术等多种技术基础上发展起来的新技术，通过触觉、视觉、听觉等辅助传感设备，以接近自然的互动方式与体验者交互，从而获得逼真的感知觉体验，自然的交互体验，及时的反馈体验。从技术及应用特征划分，可以将虚拟现实分为桌面虚拟现实(仿真）、沉浸式虚拟现实、增强虚拟现实、分布式虚拟现实等。近年以来，随着VR眼镜等消费级产品的不断成熟，虚拟现实迅速成为关注和应用的热点。在教育领域，相比传统教学模式，虚拟现实支持下的沉浸体验具有无损伤性、可重复性、可指定性等优点。在教学中运用虚拟现实技术，可以充分调动学生身体感官、动作，使得学生主体产生一种完全置身于“真实”环境的身心体验，这种认知过程将现实中无法表现和难以理解的、抽象的知识点表现出来，带来有趣的交互体验和丰富的拓展想象力，寓教于乐，帮助学生提高学习兴趣、提升学习动力，从而为创新教学模式、提高教学质量提供技术保障。

2 沉浸体验式课程教学改革

高职教学实践中需要充分发挥各种教学要素的作用，从课程教学同容沉浸、教学资源沉浸、学习环境沉浸这3个维度互动展开，突出以学生为主体的“沉浸体验”，积极地化解高职学生的学业“习得性无助”困境。

以高职计算机类程序设计基础课程为例，该课程是高职工科类新生入学第一学期就开设的专业基础课，对于培养学生计算思维能力、掌握程序设计基础知识和能力有着非常重要的作用，在当前“互联网+”“AI+”人才培养中更有着举足轻重的地位。然而，高职课程教学改革的重心往往是“重专业核心课程、轻专业基础课”。该课程目前仍然普遍以C/C++作为入门的程序设计语言，传统的教学同容仍然以其语法、语句、结构等知识点讲解为主线，仍然强调“鸡兔同笼”“素数”“数值排序算法”等数学问题求解的程序设计为主，教学中过于强调特定的C/C++编程语言以及其作为编程语言的完整性和系统性，而忽略了学生发现和分析解决问题能力、创新能力的培养，教学方式仍显呆板、枯燥。高职学生虽然初期对这门课程很感兴趣，但是学生个体普遍逻辑思维能力弱、数学基础薄弱，往往难以理解程序设计的思维方式，而且学习方式单一、结合应用案例的编程实践偏少，很快就感觉到非常困难、甚至害怕和消极逃避这门课程学习，带来的副作用就是对后续的所有编程类课程学习都越来越没有信心，影响学习兴趣和学习动力。

针对以上问题，围绕“沉浸体验”开展程序设计基础课程教改试点，创设情境、兴趣驱动，以“VGS机器人+创客”为行动导向设计教学同容，通过“思维训练、程序设计、实践创新”3个阶段递进组织沉浸体验教学，突出学生的主体、中心地位，强化学生自身的潜能和力量，从而有效提升课程教学质量。

图1 沉浸体验式课程教学的三维度互动系统

2.1 设计沉浸体验的教学内容

教学同容沉浸，即“以学生为中心”设计沉浸体验的课程教学同容，根据学生个体特征和不同阶段能力水平设定教学目标和任务，创设沉浸式的学习情境，在不断发现问题、分析解决问题的尝试过程中，鼓励和引导学生循序渐进地、专注地探索求知，帮助学生主动构建知识和能力，进一步提升学生的学习兴趣，从而发展成为其同在强烈的学习动机。

根据教学目标要求，程序设计基础课程以“VGS机器人+创客”(VGS-Robot+Maker）为行动导向，可以将该课程教学同容分为3个阶段展开。

1）V-虚拟机器人(Virtual Robot）挑战赛，计算思维基础训练阶段。

课程第1阶段侧重于计算思维基础训练，以设计机器人的目标移动、抓取物品、感知周围环境、避障、路线规划、走迷宫等为典型任务，指导学生用流程图和伪代码去挑战和实现每个任务，在掌握基本编程知识、能力的同时，着重引导学生学习如何进行问题求解和逻辑思考，保护和诱发高职新生“懵懂”的编程兴趣，激发学习动力。

2）G-游戏机器人(Robot Game）闯关赛，程序设计能力训练阶段。

课程第2阶段侧重于特定的C/C++编程语言学习和程序设计能力训练，重点化解C/C++编程语言学习的难点，将原来抽象繁复的语法、变量、数据类型、运算符和表达式、语句、流程控制、函数等知识点进行重构，以智能机器人为故事主角，通过实物形象化、故事化、游戏化来设计教学任务，指导学生掌握C/C+程序设计的知识和能力，进一步引导学生掌握问题分析和求解的方法和能力。

3）S-仿真机器人(Simulation Robot）创客比赛，能力强化和创新实践阶段。

课程第3阶段侧重于程序设计能力强化和创新实践训练，以Ardunio开源器件平台为基础，指导并鼓励学生自主设计、搭建和开发小型的仿真机器人，在发现和解决一系列实际问题的过程中，逐步认知和掌握Ardunio开源器件编程，以实际案例帮助学生学以致用、强化编程能力，进一步提高学习信心，以创新实践来驱动学习兴趣，激发学习动力。

沉浸体验的课程教学同容设计的难点，是要能满足学生个性化学习的需求，使得学生可以根据自身个体特点，自主选择或者设定挑战目标(教学任务），学生能力和任务挑战难度之间达到一定平衡，提高学生的学习兴趣和沉浸体验度，从而有效提高课程教学质量。

2.2 开发虚拟现实的课程资源

教学过程沉浸，即教学中要广泛应用虚拟现实的课程资源，开展线上线下混合教学，采用有效的教学方法和手段，帮助学生设立适当的目标、持续“挑战”任务、获得成就反馈，以获得成功的体验感，持续激发学习兴趣，从而能够逐渐挖掘自身学习潜力，增强学生的学习自信心，提升自我效能感。程序设计基础课程在不同的教学阶段，可以针对性地选用和开发特色的虚拟现实教学平台。

(1）计算思维基础训练阶段，采用MIT的RoboMind虚拟机器人教学平台辅助教学。RoboMind虚拟机器人具备真实机器人的前进、后退、左转、右转、抓取、避障等基本行为和指令，并提供大量虚拟地图用来教学和训练。学生不需要任何先验知识，可以使用基本指令进行结构化编程，在不同的虚拟地图上帮助机器人完成不同类型的训练任务。教学过程中，可以根据教学任务自编虚拟地图，也可以引导学生自主设计虚拟地图，通过挑战赛的方式训练机器人解决一些科学、工业和生活中经常碰到的经典问题，同时对机器人和人工智能领域产生一定的感性认识。

(2）程序设计能力训练阶段，自主设计虚拟现实的游戏化教学平台。平台以机器人的太空冒险旅行为背景，把修复因事故发生故障的太空舱和机器人，从而恢复太空旅行作为故事主线，将模块化编程、排故纠错训练作为游戏闯关的训练目标，将 C/C++语言的语句、结构、函数、常用算法等知识点有机融入每个闯关任务。学生进入游戏平台后，将沉浸式地代入“机器人”角色，进入不同的关卡，通过解谜、动作冒险、竞速、射击等游戏方式，在游戏闯关的过程中通过知识不断修复和武装自己。其中，每个游戏闯关任务，就是每个辅助学习和训练任务，每个学习任务的达成就是闯过一个“关卡”，最终取得编程无双的荣耀通关。

沉浸体验的教学资源开发的重点，是要配合线上辅助教学平台，进行基于大数据等技术的教学分析评价，通过学习勋章标识、学习积分、排行榜三大系统形成多元的形成性评价和建议，让学生在挑战竞赛中不断修正学习目标，获得及时的信息反馈，引导学生沉浸其中，积极体验并感悟成就，从而有效提升学生的学习信心。

2.3 构建沉浸体验式的学习环境

高职学习氛围缺失、教学方式不够新颖等是直接影响学生学业状态的客观因素。学习环境沉浸，就是要在教学中贯彻“以学生为主体”的高职教育理念，构建沉浸体验式的学习环境，从原有课堂讲授型的教学空间，转变为能够满足团队协作、自主学习、自由讨论、项目合作的教学形态，通过“润物细无声”的养成教育，帮助学生形成有效的学习方法和学习习惯，提高学习效率，形成积极正向的学习预期，帮助学生获得良好的学习沉浸体验。

程序设计基础课程教改的重要举措之一，就是要根据专业和课程的特色优势，学习借鉴创客空间的成功经验，构建满足沉浸体验教学的学习环境——“项目工场”[8]，充分呈现开放、共享、共同创造的核心价值，鼓励师生之间、学生之间充分交流互动和创新实践。其中，“项目工场”要结合实训基地建设，将“实训教学、技术服务、创新创业”有机融于一体，既要成为教学实训、技术研讨的主要教学实践场所，也要成为企业和师生项目的展示体验中心。教学过程中，要吸收融合IT企业的团队管理和Scrum敏捷框架的有益元素，将“项目组”作为学生自主学习、团队协作和创新的基础教学单元，从而把学生从游离的个体有机地组织凝聚起来，在项目组每个成员的比学赶拼、合作共进的过程中，达到学以致用、互帮互学的效果，逐步培养学生的团队协作精神、自信心、学习力。

沉浸体验式学习环境的构建，其核心在于教师要主动提升高职教育“以学生为中心”理念，主动适应角色转换，更要正确认识、充分尊重每位学生的个性和差异[9]，成为学生学习生活和未来发展的导师，建立互相尊重、真诚互助、积极融洽的师生关系和同学关系[10]，创设积极向上、自主实践、勇于探索实践的学习氛围，挖掘和培养学生的个性和兴趣，让学生积极、自信、健康地学习成长。

3 结 语

让每位学生都有人生出彩的机会，这是新时代社会和家庭对美好生活的向往，更是对高职教育的殷切期望。高职院校需要正确认识当前学生的学业“习得性无助”困境，通过沉浸体验的教学同容设计、开发虚拟现实的教学资源、构建沉浸体验式的学习环境，持续深化课程沉浸体验式教学改革，坚持因材施教，以学生发展为本，探索符合当前生源特点的多样化、个性化教学，激发学生主体积极性，真正帮助学生提高学习兴趣，增强学习自信和学习能力，职业技能和职业素质发展并重，培养高质量技术技能型人才，助推地区经济和社会高质量发展。