VR技术教学模式设计研究

张毅

摘要当下VR技术（虚拟现实）被应用于教学已有多年，研究者针对教学效果已有不同见解，但知识应在情境中方能有效传递。据此，本文从有效培养学生自主建构学习能力的视角出发，探讨以学习者为中心的，基于情境的虚拟现实教学模式设计方法，为探索如何发展有中国特色的信息化教学提供了理论依据和工作思路。

关键词 VR 虚拟现实 教学模式

中图分类号：G434文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.26.004

Research on VR Technology Teaching Application Mode

ZHANG Yi

（NanjingVocationalCollegeofInformationTechnology，InstituteofDigitalArt，Nanjing，Jiangsu210000）

AbstractAtpresent， VRtechnology hasbeenappliedtoteachingfor many years.Researchershavedifferentopinions on the teaching effect， but knowledge should be effectively transmitted in some special context. Therefore， from the perspective of effectively cultivating students’ autonomous learning ability， this paper discusses how to design a learner centered， situational based virtual reality teaching model.Itprovides atheoretical basis andworking ideas forexploring how to develop information-based teaching with Chinese characteristics.

KeywordsVR； virtual reality； teaching mode

虚拟现实技术，又称VR技术，起源于20世纪，以高度的沉浸性、交互性和想象性被广泛运用。与教育融合已开始逐步进入到综合实施阶段。目前，基于情境的虛拟现实教学模式研究最广泛。以VR技术融合学习场景构建全新教学情境为主，包含趋于真实的学习资源、合理的活动和可互动的平台，提供给学习者以身历其境的感觉。

1教学情境中的场景类型设计

在VR技术应用的过程中，学习场景也出现了变化和发展。针对教学目的创设，形成了如下几种类型：

1.1自然场景的仿真模拟设计

通过VR技术将日常生活中难以展现的自然场景具象地表现出来，例如：对太空、丛林、火山，甚至细胞、原子、人体内部等，进行模拟，给学习者带来身临其境的学习环境。以“阿波罗11号”登陆月球场景模拟为例，学习者通过模拟的登月火箭和月球场景，亲身体验月球环境。谷歌公司的“探险先锋计划”也是如此，让学习者可以“实地”参观全球地标景点，如罗马斗兽场、埃及金字塔、墨西哥马丘比丘等。

1.2应用场景的仿真模拟设计

通过VR技术将教学车间、实验室等技术应用的场景仿真再现出来，例如：对医学外科手术室、实验室进行仿真，以便让学习者在虚拟的实践场所中反复练习操作，以提高应用技能，完成临床实践教学培训。此类虚拟应用场景的开发正成为当下医学教育积极探索的方向。教育部办公厅为此印发了《2018年教育信息化和网络安全工作要点》，明确要求了示范性虚拟仿真实验教学项目的建设。[1]在经过三年的试点之后，很多医学院已经建成了系统性的教学项目集成学习场景。

1.3幻想场景的仿真模拟设计

通过VR技术实现对历史或幻想空间的搭建，重现历史或幻想场景在学生眼前，能极大的提升学习的趣味性、互动性和参与度。例如：“罗马重生”项目，利用虚拟现实技术重建罗马古城，再现了古罗马帝国的盛况。谷歌公司也开发了虚拟仿真的二战历史学习课程。

1.4多人互动场景的仿真模拟设计

通过搭建虚拟交互空间，让学生实现多人沟通交流和协作学习，例如：各个著名大学，诸如哈佛、斯坦福、纽约大学等，在著名的游戏Second Life里建立了种种虚拟课堂，让学习者和教育者一起开展社交式的学习活动，从而激发学习热情，感受学习乐趣。其中的语言学习，开展得如火如荼。德国歌德学院建立的“虚拟歌德学院”，通过演出、展览、教学和交流等模块有效地开展语言教学。甚至，“虚拟歌德学院”将远程慕课教学也有机的融合进来。

从技术层面上来说，前三种类型可以通过桌面虚拟现实系统和沉浸式虚拟现实系统来实现，但最后一类的虚拟交互空间，软硬件完成难度最大，属于分布式虚拟现实系统，目前在教育领域尚未普及。当下，大学教育多使用在线远程教育平台来充当虚拟社区，实现沟通与协作学习，但用哈佛教师RebeccaNesson的话说：“不论一个远程教育系统多么好，你和你的学生之间还是会存在一些内在的隔阂”。远程教育平台不论是“教学模型云平台建设、教学模型资源的检索方法以及教学环境虚拟场景的构建方法。”[2]都不如虚拟交换空间。因此，这才是未来的方向。

2教学情境中的场景化活动设计

在未来，随着虚拟现实技术的运用，教学引导者会逐步在协作学习中扮演学习促进者和陪伴者，甚至会演变为虚拟导师。教师虚拟化，仅代表着教师形象的虚拟化，其作用更多的体现在学习活动的设计中。

2.1自主学习场景活动设计

自主学习是整个教学模式的核心内容，因此，必须纳入学生探究与批判性思维的培养，最终形成建构式学习。“与‘传递’教学相比，‘自主建构’教学遵循‘交互’模式，教学是以基于项目的‘师生合作、自主探究’的方式进行组织，在完成项目所必需的合作探究等学习活动中，学生的分析、综合、评价等高阶认知过程被有机组织在一起。”[3]这要求场景设计要包含多种可能性。尤其是社科类课程，学习者需要在各种假设、分析和论证中自我寻找到正确的方向和路径，进而在新场景里完成相应的任务。比如：哈佛大学开发的RIVER CITY项目，就是对某一社会场景活动的还原性学习。对该社会环境下出现的各种政治、经济和自然因素进行多方面组合设计，让学生在尽可能复杂的社会场景活动里进行思考。

在多重探究学习中，必须纳入批判性思维的培养。因为根据德尔菲报告，批判性思维包含学习者对知识含义的归类理解、分析评价、质疑和说明，以及自我认知矫正的过程，是学习的核心能力之一。如何在虚拟现实技术应用的同时，确保该思维能力的培养是一个挑战。这意味着虚拟情境类型的增多和互动的增多，给开发带来了难度。而教学中，预设情境若过多，在讨论及思考引导上，在尺度的把握上，需要深入研究：既要确保教学主要任务的完成，又需要留有批判思考的空间，形成多维度的探索。

目前，国内的大学也开始进行相关探索，但还停留在论证阶段。如：北京师范大学的影像史学（虚拟仿真）研究中心，虽然已建立“中华古文明起源—古代中国与世界”历史学虚拟仿真实验系统，并于2019学年开始了两轮的历史学虚拟仿真实验课程，但该课程正在搜集相关数据，准备据此进行进一步的调整和完善。[4]

2.2协作学习场景活動设计

协作学习活动的目的是为了个人在自主学习的基础上通过沟通、讨论、合作等，进一步深入对知识的建构。而协作学习中包含的沟通与合作素养已经成为美国、经合组织、欧盟等多个国家级重要组织认定的核心素养之一。在协作学习中，学习者需要能用口头和书面的方式，清晰有效地表达自己的设想和观点，还要能展现出与不同团队有效合作共事的能力。同时兼具灵活性，为了达到目标可作出必要的妥协，能系统合作，共同承担责任。

因此，教学引导者必须在场景活动中设计出多重探究任务，在单人任务之外，加入小组协作任务，并按任务难度进行进阶式的设置，让学习者可以在自我假设和多人讨论中充分阐释和论证自己的设想，并最终得出结论。

需要指出的是，不论是哪一种场景活动设计，对学习者学习数据的及时统计分析和反馈是极其重要的。场景设计中需要考虑这样的进行个性化的教学设计，以确保学习者能真正实现相应的学习目标。

3教学情境中的评价系统设计

目前VR技术应用于教育情境大致可分为三类：虚拟游戏、虚拟仿真和虚拟世界。“虚拟游戏：基于虚拟现实的协作游戏，由两个或两个以上学习者通过游戏的形式完成学习任务，为一种特殊的仿真类型；虚拟仿真：通过虚拟现实技术模仿现实过程或情境的交互式数字学习环境；虚拟世界：学习者具备以虚拟化身的形式在三维空间中与物体建立交互以及与其他学习者交流的能力，如：SecondLife。”[5]

但不论是哪种类型的虚拟现实教育系统，在评价中都应包含对知识目标、能力目标和素质目标，这三个维度的评价。同时应该利用数字技术的优势，着重考察过程性学习。这样方能全面评价学生在学习目标上的完成情况。对知识和能力目标的评价无疑是最关键的，这是针对专业展开的评价，但值得关注的是对素质目标的评价。素质目标是多重的，但应该纳入上文所述的，对批判性思维素养和沟通合作素养的评价。

同时，每个目标的实现，也应该设定细致的层级和评分标准。目前，多国学者已经据此开始了研究，以素养目标中的沟通与合作目标为例，英国就设定了非常详细的评分标准。仅“沟通”目标，就有五个层级，而每一级又按讨论、获取信息和传递信息来进行评价点的设置。[6“]合作”目标亦如此，包括明确分工，妥善安排计划，完成从简单到复杂一系列任务。同时，在过程中还考查学生能否做到明确实现目标所需的时间、条件，并学会协商；能否及时调整，高效的完成；能否分析总结并制定今后的改进措施。这些都值得借鉴和参考。

以水晶岛项目为例，该项目营造了一个游戏化的沉浸式虚拟世界。在项目中，水晶岛上暴发了疫情，学习者扮演生物学家、护士、病人等系列角色，巧妙的在整个过程中加入对传染病来源、特性和治疗的完整知识。学生需要在游戏过程中，完成自学、问答、测试、任务、讨论等多个环节。其中，自学、问答、测试，这三环节可以作为对知识目标的评价方式，任务环节可以作为能力目标的评价方式，而某些任务和讨论类型可以作为对素质目标的评价方式。教师应对任务设定做到进阶式的安排，同时在任务类型中可设置单人任务和多人协作任务；而讨论环节更应纳入小组合作。该虚拟游戏系统就有机融入了多层次沟通和合作评价，不仅会提醒学习者制定总计划和子任务完成目标，还会根据其完成的子任务来评估其进度。反观国内的虚拟现实教学评价，由于其交互情境开发的不够完善，因此在针对沟通与合作部分的评价细化不够，有待加强。

4基于情境的虚拟现实教学模式研发的问题与发展趋势

总体来说，针对基于情境创设的虚拟现实教学模式研发，国内外均有大量学者进行探索，在整合应用层面上还存在着诸多问题：

第一，虚拟现实场景资源目前开发依然处于不足阶段。尽管全国各大高校和众多企业近来都在开发各类虚拟现实场景资源，但面对人数众多的教育市场，开发速度远远满足不了使用需求。而且，尽管国家开始进行虚拟现实资源库的立项建设，但在总体开发课程资源方面，各方依然各自为阵，并未统筹安排，极易造成重复建设与资源浪费。而在知识更新迭代激烈的当下，相应的资源与使用方的同步性也会随着时间的流逝逐步降低。及时高效，协调发展，是未来资源开发亟待解决的问题。

第二，“对虚实融合学习环境功能挖掘不足，在教学中使用较少，且处于浅表化应用阶段。”[7]即虚拟现实学习环境与教学设计者的教师，与学习使用者的学生，都未能做到高度匹配。尤其是企业开发的学习环境，由于尚处于使用初期，缺乏实践修正，不论在多场景衔接的流畅度上，还是在学习任务的整体设计开发上，都未能达到系统化、灵活化的效果，也未能凸显以学生为中心的理念，知识与技能学习训练方式仍占主导地位。

第三，虚拟现实学习情境应用效果并未达到理想效果。郑玲等详细统计了2007至2019年的国际实证论文，对其进行了仔细的分析，发现虚拟现实技术并不适用于所有的协作学习。例如，虚拟世界QuestAtlantis中展开的英语学习，虚拟世界组和非虚拟世界组学习者，在英语测试结果中没有显著差异。在警察训练中，虚拟训练与标准训练效果一致。在高级心脏生命支持（ACLS）课程中，亦是如此。但虚拟培训在学生的自我效能感，知识迁移方面好于传统教学。[8]同时，虚拟世界的协同学习效果虽然比虚拟游戏、虚拟仿真要好，但由于场景构架和活动范围大，在学习的趣味性和针对性上，表现不足。多刺激物的设置使得学生的注意力易受无关事物影响，知识学习效果并不比传统教学出色。

由此，未来一段时间，从务实的角度出发，基于情境创设的虚拟现实教学模式应走向线上线下虚实结合的道路。在整体设计的思路下，首先，通过国家政策完成虚拟现实资源的统筹建设；其次，教师通过横向科研或各种方式，积极参与企业的虚拟资源开发；再次，利用现有条件，综合采用课堂、实训室、实习企业等教学情境和虚拟现实情境，从以学生为中心这个角度出发，从活动设计和教学评价进行综合考虑。并据此深入探究VR技术带来的“互动深度”与时长，从而达到最终促进学生积极参与的目的。

5总结

综上，尽管基于情境的虚拟现实教学模式在多学科实证研究方面，还需要进一步加强，但VR技术的应用给未来教育的革新带来了巨大的契机。作为教育工作者，唯有积极投身于此，不断深入研究，才能实现信息化时代教育的真正价值。

基金项目：本文为2019年江苏省高校哲学社会科学研究一般项目“新媒体时代下VR技术与教育深度融合模式研究”阶段性研究成果（课题编号：2019SJA0642）

参考文献

[1]教育部办公厅.关于印发《2018年教育信息化和网络安全工作要點》的通知[EB/OL].2018-02-12.

[2]张志祯.虚拟现实教育应用：追求身心一体的教育[J].中国远程教育，2016（06）：5-15.

[3]张睆，胡卫平.基于科学学科核心素养的虚拟现实情境创设[J].山西师大学报（社会科学版），2018，45（03）：100-103

[4]吴琼，张文浩.虚拟仿真技术在高校历史教学中的应用研究[J].中国现代教育装备，2021（05）：16-28.

[5]郑玲，刘革平等.协作学习中虚拟现实技术对学习效果的影响[J].中国远程教育，2021（04）：56-63.

[6]林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京师范大学出版社， 2016：93.

[7]郭欣悦，吴峰，邵梁.职业教育虚实融合场景化学习活动设计研究[J].中国电话教育，2021（02）：131-136.

[8]郑玲，刘革平，谢涛等.协作学习中虚拟现实技术对学习效果的影响[J].中国远程教育，2021（04）：56-63.