基于建构主义的虚拟现实情境创设在美术学习中的应用

吴建德

(山东艺术学院传媒学院，山东 济南 250300)

建构主义学习理论是21世纪教育改革的重要指导理论，被誉为“当代教学心理中的一场革命”。建构主义理论中关于学习情境的构建、协作和会话的学习方式同样体现在虚拟现实技术教学实践中，虚拟现实技术教学应用目的也与建构主义的目标相一致。虚拟现实技术在教学中的应用为真实情境创设提供了新思路，这是一种通过创设拟真实场景，通过外接设备体验学习的新方式。建构主义与虚拟现实技术在教学上从理论指导到技术实践都已具备了融合贯通的条件。

一、建构主义与虚拟现实技术的融合与发展

首先，建构主义学习理论强调学习者的主动性，而虚拟现实技术最大特点在于采用第一人称视角以引导学习者以自我主体为中心，通过无缝衔接的360度拟真空间，提高体验者沉浸感，这使得建构主义在情境化构建的理论要求上能够与虚拟现实技术相互配合，亦能达到构建主义理论与虚拟实践的完美衔接。

其次，协作性是建构主义理论强调的重点，在协作过程中主角可以是学生也可以是教师，协作性倡导将多元化客体进行组合，例如课前预习、资料搜集、课题假设与论证、课后评价等多层次的信息涌入增加了教育学中协作的困难度。由于传统授课方式的时空局限性加之学习者个体情况的差异性，让教师在传道授业解惑过程中使得学习者在知识学习时难以达到均化、普及效果。因此传统的教学手段在解决上述问题时会出现有心无力之弊端，而运用虚拟现实技术紧密结合协作特性，能弥补实践性教学中存在的短板，这样不但利于提高学习者兴趣，而且还能取到事半功倍的效果。

再者，虚拟现实技术对教育发展有着促进作用。从艺术角度来看，现代主义使众多门类艺术得以自我净化，而多媒体技术的发展将各门类艺术重新定位并捆绑，使其互相映衬与作用。数字技术将图画、文字、影像、声音交融于一体，这种崭新的虚拟空间呈现给大众的是一个互动的、自由的、包容性极强的环境表达。而有人认为，非象征互动是虚拟现实教育中一种可能的强大工具，在虚拟现实中，学习者可以直接处理概念，即个体不经过深思熟虑而直接体验世界，虚拟现实似乎提供了更直接和多样化的学习环境的可能性，这为学习者根据自身差异性去找合适自身的课程创造了条件，更具实用性。在教师授课中由口头教导转向间接引导参与，此举对意义的构建提供了更广阔的空间。因此，建构主义理论与虚拟现实的融合发展为教育提供了切实的理论指导与融合模式。

二、建构主义虚拟现实情境交互与美术学习

(一)建构主义虚拟情境交互与美术学习的关联性

建构主义理论成为科学教育中的主导理论，这符合当代思想的主流，它是从行为主义到认知主义发展而来的。“建构主义与认知主义、行为主义之间最大的区别在于目标，建构主义学习理论的教学重视意义建构；认知主义与行为主义是在教学之前设定目标，而建构主义学习理论的教学目标是在过程中完成的，通过探索式或者基于问题的教学来实现。”与此同时，建构主义学习原则中的主体是学生，强调学习者独立自主、协同合作、反思，注重学习情境的创设以及鼓励学习者主动进行意义建构。目前博物馆展示、美术馆观赏等多元化现场教学得到重视，这种现场感、空间的共性——即现场教育、时空的在场性，充分体现了以学生为中心的体验式教学模式。而学校美术课程借助数字媒体技术进行情境创设、协作学生学习和交流，与建构主义的以学生为中心的教学设计相符，这也对虚拟现实技术应用于教学提供了良好的条件。虚拟现实技术本身注重学生直接参与实践，这种多维度、超现实可信的视觉成像原理，能够给学生的美术课堂带来趣味性探索经验，同时在虚拟空间中学习者以自我视觉直接参与其中，能够在高沉浸感的视效情境中仰取俯拾，这是一种新尝试。

(二)建构主义虚拟情境交互应用于美术学习的环境支持

2015年9月，国务院办公厅发布《关于全面加强和改进学校美育工作的意见》，明确提出美术课程是学校进行美育的主要途径；学者钱初熹指出，在美术学习中学生通过培养自我的视觉能力、审美能力、想象能力和以创造力为核心的美术素养，统合自己的知识和深入体验的方法，能够有效提高审美感知力、判断力、表现力以及学习能力，从而有效促使学生提高创造性思考能力。以上可知：将学生知识创新能力纳入核心素养的架构体系，是新时代美术教育发展的根本。因此修正传统教学模式的僵化以及唯教师倾向等问题，“解绑”学生思维，构建以创新为导向的体系，以建构主义理论为指导，数字媒体技术应用为手段为学生创建创新园地，这种创新性教学模式将成为必由之路。2019年12月，湖北省武汉市出现了新冠疫情，2020年1月26日，国务院在新闻发布会上发文：“各地大中专、中小学、幼儿园春季学期推迟开学。”1月27日，教育部发文，要求各地大中专、中小学、幼儿园推迟春季开学时间，并于1月29日发出倡议：利用网络平台，“停课不停学”。在这个不得已而为之的举措下，全国教育院校与机构利用多媒体技术手段掀起网络课程热潮，网络信息化情境教学在这一刻彰显了其重要性。2019年，教育部办公厅关于印发《2019年教育信息化和网络安全工作要点》的通知中提出：“培养提升教师和学生的信息素养中关于深入落实《教育信息化“十三五”规划》和《教育信息化2.0行动计划》中提出推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用。”信息全球化背景下充满活力的后现代视觉世界通过多媒体网络技术正迅速转变为“视觉的世界化、世界的视觉化”。这种多样化、复合化技术带来的多元化虚拟情境，对学生们来说，日常生活中接触到的媒体和体验成为协助其了解和学习知识的必要构成部分。

(三)情境创设被视为美术教学设计的重要内容之一

“情境认知理论(Situated Cognition)认为，实践并非独立于知识的，知识与实践是相互交互的，知识只有通过实践活动才可以不断向前发展，知识是学习个体与教学环境的相互交换过程中而产生的一系列行为，是人类主动适应社会发展变化的一种协调能力。”错误!未找到引用源。。因此学习者在实践过程中只有通过与情境的相互作用才能达到自我知识的创新。美术作为视觉艺术与造型艺术，其培养学生的创造性思维这一目标使得美术教学对于情境创设的需求度高于其他学科。学者高文认为:“通过环境的互动人才会对事物产生理解，学什么与怎样学是相结合的，在这个过程中，人是整个情境的一部分。”虚拟现实技术应用于美术教学能够创设出多样化的学习情境，情境内容可根据学习者个体差异性提供不同的选择，因此能够帮助学习者开展个性化的、有目的的学习活动，助其更好地建构起良好的认知结构。研究者通过实验证明，人类83%的信息量来源于视觉媒介，在过去的美术教育中更多的直接体验来源于图案，这种表象化学习理念正在学习者潜意识里发挥着作用，而在当今视觉文化兴盛的时代，表象的观察与文字概述已经不能够满足于美术教学。这种教育上的革新要求除了让学习者领会视觉媒介带来的层面化解读之外，更应让学习者切身融入情境，通过数字化辅助，让学习者去关注与了解非实体形象知识，也就是要解读这些视觉媒介所带来的文化与社会现象。因此建构主义理论背景下的虚拟情境的创设，为学习者建构自身独特的艺术情感创造了条件，从虚拟博物馆到实时在线360度沉浸式展览馆，以及实时虚拟空间的绘画创作都充分体现了建构主义学习理论的情境创设要素在美术教学实践过程中的重要性。

三、建构主义虚拟情境创设用于美术学习的模式探索

(一)虚拟现实情境教学的原则

数字化时代背景下，现代美术教育与建构主义理论的融会贯通要求学习者具备良好信息素养，同时教学也应以学习者为中心，将体验式、探索式学习放在主位，注重学习者综合知识与技能的虚实结合，以引导为手段激发学习者知识的自主整合与意义建构，促进其创新性认知。

现今美术教学应当遵循自主原则、虚实结合原则、系统性原则、选择性原则及共享性原则。其一，自主原则强调学生自我的主动性，这种主动性不是纯粹的学习者处于自由体状态，教学模式应当根据不同年龄段的学生定义出对策。例如对空间判断能力相对弱势、对科学理论知识相对缺乏与想象的低年级学习群体来说，自主思考与美术学习需要一定的引导。教师通过虚拟现实进行角色转化，从主导者转为虚拟情景中的旁观引导者，会更有效地将概念转为实践性理论，利于学生学习与创作。可视化的虚拟情境内容能让对世界充满强烈探索愿望的学生不出教室就可以探索艺术之窗，激发内在积极性。视觉感受引发的大脑皮层的兴奋与喜悦，引导学生独立进行观察、思考，在行为过程中学习，在实践中体验，在沟通中完成自我升华。

虚实结合原则可以最大化发挥虚拟课堂优越性。虚拟现实技术应用于美术教学是否能够达到期盼的理想成果，这是众多学者与师生所关注的焦点。王进华、张勤利在虚拟现实技术与传统素描教学相结合的应用研究中做了相关的实验论述，其中将传统课堂素描学习者与采用虚拟现实技术进行学习的实验者进行了比较，测评数据统参数P值均大于0.05，证明了在传统教学方法与虚拟现实技术的应用素描教学中提高学习者绘画技能的有效和一致性。由于传统美术课堂在艺术作品欣赏中缺乏现实的临场感，学生单纯从图片中去感受艺术作品的内在精髓着实效果不佳。虚实结合可将多维度的拟真化体验方式带入到传统美术教育，将可观性、实践性课程进行再创造，使之融入到教学中，与现场学习相辅相成。例如绘画课程中使用HMD头盔与操控手柄进行虚拟现实绘画技术，可以在实时创作过程中得到教师的实时观察与指导，并可以将绘画过程与评价实时保存与提交。2019年法国艺术家Anna Zhilyaeva使用虚拟现实设备进行了实时绘画创作。创作过程中Anna Zhilyaeva可以使用各种虚拟材料媒介，随意性涂改调色，在360度交互立体空间里创作者在创作的同时可对自身作品进行评价与修改，将虚拟空间变成真实可信的艺术殿堂，给创作者带来了与众不同的创作灵感与视觉感受。因此通过整合后的教育资源结合虚拟现实自身的沉浸感、交互性、直观性等特点可让学生真正融入到课堂中去，从而实现美术教育的高质化转变。

系统性原则要求虚拟情境化教学同样要以科学理念为基础，与实际教学内容体系相符合。要求根据教学的客观规律，做出合理的教学内容设计，在虚拟教学科目上课程内容应根据教学培养方案规划出符合整体教学规律，能够涉及到不同阶段层次与学历水平的知识结构。虚拟情境式课程应当借助大数据择优筛选、归纳、整合。美术科目应当在内容上由简至难、情境内容合理，由表至里、层次清晰，形成逻辑结构合理的课程体系。

选择性原则使教学内容更加符合学生需求。一方面优秀的课程各院校之间可以跨区域进行个性化选择，在大数据背景下许多成熟的课程形式与受欢迎的优秀教师课堂可以通过多次筛选后进行跨区域整合，将优秀资源加工，最终受利于各教育院校，使地方院校之间达成统一平衡的教育水准。另一方面在新的技术水准要求下如将知识借助虚拟现实内容平台推广，跨区域实现可视化课程推广，平衡地区间教师能力，以达到无差别性教学质量。最后选择性教学可以根据学生自身条件创造多层次教学内容，以满足不同层级学生需要，打破高层次学校才能够享受优秀资源的弊端。

共享性原则，一方面是学生学习经验的共享，另一方面是教学内容的共享。虚拟现实的网络实时化使美术教学问题反馈变得更加灵活多样。由于传统的教学过程中产生的问题有延迟性，即很多情况下学生课后才能得到与教师交流问题的机会和如何解决的反馈，降低了学习效率性。而虚拟现实技术通过5G技术能够跨越时滞性鸿沟，将学生的学习经验，教师与学生之间的互动转换成实时交互。虚拟现实交互台的建设则为美术教学内容的共享提供了条件，超越时空局限，从视听觉、触觉、嗅觉等方面给学习者带来逼真可信的视知觉体验。例如美术鉴赏课，在国内的课程都是学生在课堂上以教师的引导教学为主，而国外教学大都是在美术馆、文化馆、博物馆进行的，在展示空间里学生们在教师引导下自主观摩与鉴赏。如 Google Arts & Culture已经可以提供来自 850 多个博物馆、美术馆的数字版艺术品。体验者在共享的学习资源中通过虚拟现实外接设备就能够在虚拟的艺术情境中近距离欣赏名师作品，并可以通过交互方式尝试从不同角度来观察体验。

(二)虚拟现实美术实践内容

创作实践是美术课堂教学中的重要组成部分，这对培养学生观察能力、创新能力以及提高学生审美能力至关重要。一方面虚拟情境实践内容的创设打破了时空局限,从视听觉、触觉等方面给学习者带来逼真可信的视知觉体验。另一方面虚拟现实美术实践内容的填充与扩容更是重中之重的要务。现今虚拟现实领域面临有设备有技术，而虚拟体验的内容产品却跟不上这一困局。因此在美术教育中应加强美术实践内容的创设填充，满足教学需求。在平台内容扩容中，结合以实践与鉴赏为主导的美术教育内容，创建相对应的虚拟课堂内容，通过可视化交互视域将学习者带入到逼真的艺术实践情境进而加深学习者对艺术知识的理解度，从而提高学习效率。例如小学美术中，人民教育出版社出版的三年级上册美术教材第3课《大人国与小人国》，课程内容通过《格列佛游记》影视图片，让学生懂得使用比较的方式区分大与小，以及第8课《星空的联想》带领学生想象茫茫的神奇宇宙，探索太空的神秘。这对空间判断能力相对弱势、对科学理论知识相对缺乏与想象的小学生群体来说，这种仅仅书本的表象思考与学习效果不佳，而虚拟现实情境创设将学生角色进行转化，在多维度可信的情境中会更有效地将概念转为实践性理论，利于学生熟记。可视化互动的虚拟情境平台及其美术实践内容建设能让对世界充满强烈探索愿望的学生不出教室就可以探索、认知艺术之窗，激发学生的内在积极性，使美术学习真正成为一种兴趣。

(三)虚拟现实教学的程序

在理论指导下培养兴趣。任何课程的学习理论铺垫引导是必备的基础。因此虚拟现实教学中同样需要将课程整体思路与知识概念作为学习的前期铺垫。通过知识理论的引导让学习者进行角色转换，可以给学生带来轻松、愉悦、不乏趣味性等积极的心理诱导，激发学习动机。在建构主义理论基础上结合虚拟现实技术激发学习者学习兴趣，在虚拟情景中通过学生自身体验触发学习者所思、所想、所感，开阔眼界进而学到知识。

在教学主体转变中进行实践。虚拟情境下的美术学习与传统学习环境相比更加灵活，教师可成为主体亦可成为辅体。而在大数据作用下，美术学习可从学生喜好、课程选择出发为美术学科提供数据分析，进而提高虚拟课程的包容性。实时共享技术能够打破区域与时间限制，将校内外跨区域链接成统一的虚拟空间，与此同时，虚拟可视化交互学习能够辅助学生将其真正关心与感兴趣的艺术内容挑出，放到针对性课程中进行学习，让学生成为选择的主体，亦可深层次挖掘学生艺术天赋。美国的Baobab Studios公司在2016年创作了第一部VR动画短片《Invasion!》。这部讲述两只兔子抵抗外星人入侵的短片里，体验者通过HMD头盔，可瞬间化身为一只兔子，体验者通过兔子的视角来体验，其强烈的身临其境感和参与故事的心理愉悦感提高了体验者的兴趣度。可以想象如将张择端绘制的5米余长、栩栩如生的巨作《清明上河图》采用虚拟现实技术呈现出来，让学习者成为画作中的某个角色，透过不同角色不同视角观察与体验，可以最大化实现美术教育空间的直观性。

实时问题反馈评估。学生学习中会遇到各种问题，问题的提出与解决是课程学习中重要的环节，而实时可视化学习可让美术教学问题的反馈变得更加灵活多样。传统的教学问题反馈方式大多是历时性，即美术教师与学生在课堂授课之外，对于作业指导与疑难解惑存在互动时滞性，虚拟情境课堂教学让问题反馈处于短时间形成性评估中，其发生节点为课内教学的瞬间，因此能高效率发挥促学作用，会很大程度上提高美术教学质量与学习效率。2016年的“重返万园之园——数字圆明园互动5R体验展”在中外文化交流中心展览馆举办。此次体验展中，参观者可以通过HMD头盔自主选择游览线路，穿越古圆明园，对比古今之变化，重要的是参观者可以在体验过程中实时对错误与不完整的信息进行纠正和补充，并可以传播与分享，这是一种不受时空限制的自主创造过程。从上述实例中能够看到虚拟现实可视化交互的实时教学问题反馈，能够有效增强学生的动手学习能力与创新能力。

建构主义理论背景下的虚拟现实可视化交互技术在知识引领上具有先天优势；在创作上具有启发性；在形式上，能够快速调动学生学习的积极性；在时间上，自由灵活。虚拟现实技术使传统“以教师为中心”的课程模式向“以学生中心”的形式转变，进而将以人为本的理念再次升华。我国的美术教育注重培养学生的实践、创新、动手能力，并将传统文化、传统美学元素以及数字技术背景下的创新内容作为支撑，对学生进行全面化美育(含艺术教育)、德育等教育。新时代美术课堂如结合虚拟现实情境化交互技术能够提高学生的学习兴趣，以此为突破口，依托5G技术、云平台等资源整合，利用虚拟现实相关内容，提升美术教学的艺术氛围，让学生在兴趣中学习，在创想中实践，在实践中实现自我塑造，从而提高学生综合素养，提高美术教育质量。