虚拟仿真教学资源创作中的脚本设计策略

耿 飞，苏 航，张甲瑞

（1.江苏农林职业技术学院，江苏 句容 212400；2.教育部高等学校科学研究发展中心，北京 海淀 100089；3.重庆工商职业学院，重庆 合川 401520）

党的二十大报告提出，“推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国”。教育部将大力推动国家教育数字化战略行动作为教育工作的重中之重，按照“应用为王、服务至上、示范引领、安全运行”的总体要求，在教育新型基础设施建设、大数据驱动的教育治理、教育数字化标准体系、国家智慧教育公共服务平台等方面进行了具体部署和集中推进。“虚拟仿真实训中心”是国家职业教育智慧教育平台的重要一环，随着虚拟现实技术逐渐成熟，软硬件开发设计门槛日渐降低，已初步构建起以技术创新为基础的生态体系，作为“元宇宙”的关键技术之一，VR被各大经济体和科技公司作为重点研发领域。2022年10月，工信部、教育部、文旅部等五部门联合印发的《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022-2026年）》中，将“虚拟现实+教育培训”作为十大“多行业多场景应用落地”领域之一。职业教育具有与产业发展紧密结合的特点，实训教学在整个人才培养体系中占有较高比重，具有沉浸感、交互性、构想性等特征的虚拟仿真教学资源较为完美地解决了学生实训教学过程中存在的 “三高三难” （高投入、高损耗、高风险，难实施、难观摩、难再现）问题，为学习者提供了更多样、更有效、更灵活、更安全的学习、体验、模仿、训练的环境，有效解决了教学和实训“最后一公里”问题[1]。

1 虚拟仿真教学资源的相关概念

1.1 仿真的概念

仿真（Simulation）是指利用模型复现实际系统中发生的本质过程，通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，是针对研究系统造价昂贵、实验危险性大或需要很长时间才能了解系统参数变化所引起的后果等的特别有效的研究手段。

1.2 虚拟仿真的概念

虚拟仿真（Virtual Simulation）是在仿真的概念下，随着计算机技术、网络技术等信息技术的发展而不断演化、丰富和发展，强调利用计算机生成三维动态实景，对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态、逼真的模仿。随着可穿戴设备的发展和应用，沉浸感（Immersion）、交 互 性（Interactivity）、构 想性（Imagination）被引入了虚拟仿真，虚拟现实（Virtual Reality）的概念就应运而生了。

1.3 职业教育虚拟仿真教学资源的约定

虚拟仿真教学资源的种类有很多种，比如生产实训中的ERP系统、网络工程师技能训练中的Cisco Packet Tracer和eNSP、BIM建筑信息模型、模拟电路和数字电路模拟器等比较成熟、工业应用上的仿真软件，都属于虚拟仿真教学软件的范畴。《职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设指南》对虚拟仿真资源的定义，更侧重的是除去这些成熟的通用性较强的仿真软件外，学校根据自身的办学特色和行业区域优势，利用新一代信息技术，自主开发或校企合作开发的虚拟仿真教学资源，鼓励强沉浸感、强交互性和强构想性的虚拟仿真资源的开发和应用，以解决职业教育教学和实训中的“三高三难”问题。

2 脚本设计的前期工作

在职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目典型案例遴选和虚拟仿真教学资源征集过程中，项目组发现购买企业开发的成熟产品不能满足学校具体的人才培养要求，学校自主开发的资源在实际教学应用中存在“不好用、不想用和不能用”等现象。虚拟仿真教学资源的开发，首先要界定教学及实训过程中的“三高三难”问题，再明确典型工作任务，按照技能要点或操作步骤确定模块或单元，然后撰写模块或单元的脚本，同时选择虚拟仿真资源类型及交互方式，匹配相应的硬件设备，据此开发虚拟仿真教学资源。脚本如同影视剧本一样，决定了虚拟仿真教学资源的质量和开发的效率。

2.1 明确虚拟仿真教学资源的类型

根据分类方法的不同，虚拟仿真教学资源有不同的类型。如从表现形式上，可分为纯虚拟类、模块化类、数字孪生类等；从教学形式上，可分为综合设计类、研究探索类、实训类、验证类和观摩展示类等[3]。办学性质和层次决定了职业教育的虚拟仿真教学资源大部分侧重技能的训练，但仍有很多综合性、探索性、验证性和展示性较强的教学内容需要虚拟仿真技术参与到教学中来，脚本的开发需要根据资源的类型特点来确定[2]。

综合设计类资源的脚本包含多门课程的原理、方法和技术，重在培养学生融会贯通专业课程、应用相关知识通过自主设计解决实际问题的能力；研究探索类资源以学科或行业发展前沿问题为选题，以学生自主设计为基本要求，面向前沿领域开设窗口，增加学生兴趣选择的灵活性，引导学生探索学科前沿知识和技能，对于以上两种虚拟仿真教学资源的脚本设计过程中，要辅以在线提供专业基本知识查询，或提前安排若干基础验证型实训，为虚拟仿真教学资源的顺利应用铺平道路。

教学实训类资源的脚本开发要注重全方位模拟现实中的设备或对象，操作过程和身体感受要与真实设备一致，强调沉浸感和交互性，加强正确操作的强化训练和错误操作的及时反馈，同时对实训过程进行全程记录和分析，对实训结果进行持续诊改。

基础验证类和观摩展示类资源的脚本开发重在重现学科基础知识的过程，把真实教学中难以观察到的现象清晰地显示出来，同时要鼓励学生反复试错、大胆尝试；观摩展示型资源的脚本开发要注重学生观察的视角和距离，将现实中的所有现象、状态、层次多维度、多角度和多方向地展示出来，配合课堂教学，帮助学生认识和理解，拓宽学生视野。

2.2 确定脚本设计的逻辑和重点

每种类型的虚拟仿真教学资源均有其特定的教学和实训逻辑重点，教学资源类型确定后，要根据其复杂性和操作的灵活性来选择合适的脚本设计逻辑和侧重点。

对于综合设计型和研究探索型资源，可以自由搭建多个对象组成的系统且不影响正确的实验实训结果，确保所有对象均可灵活地或多路径地自由操作；对于实训教学型资源，对特定的内容必须按规定的步骤进行交互操作来确保技能训练的规范性；对于基础验证型和观摩展示型资源，要通过自由观摩使学习者能变换角度和远近来观看环境和对象，协助解决原理型知识教学的难点和重点问题。

2.3 设计人性化的教学资源虚拟环境和界面

为了营造实训现场感，教学资源的虚拟环境如资源对象周边的场景、人物、工具、耗材、设施等的设计要逼真，提高学生对实训环境的认知。界面设计要尊重用户体验，界面友好，操作方便，在脚本设计中，要对用户登录、字幕提示、操作提示、反馈信息、界面设计、功能按钮、导航逻辑进行清晰和人性化的描述。对于软件界面结构层级，通过减少界面信息结构层级和增加单层信息幅度，对软件结构层级中的同级功能进行分类管理，来构建一种“宽而扁”“快而全”的界面信息组织形式，也就是通过适当增加同一层级界面的功能以减少界面的总层级数量，减少用户为实现某一功能的操作步骤，提高用户操作效率。同时，根据教学资源的特点，还应允许用户根据某一实训行为的频率来自定义界面元素，如“植物组织培养”中的材料表面浸润灭菌非常频繁，就需要学习者来自定义酒精灯等元素出现的界面。

2.4 强化教学资源的全过程脚本设计

教学资源的全过程脚本设计包括活动设计、交互设计、现象设计、结果设计和考核设计，需要根据教学资源的类型来选择和分别完成脚本设计。活动设计的脚本，要从学生角度描述学习所经历的阶段、操作方法和步骤；交互设计的脚本要有明确的输入操作和输出操作，如数据、动作、指令和方式等，避免将陈述性介绍或知识学习作为交互步骤；现象设计的脚本要将操作对象的结果，如声音、光线、烟火、运动、形变等描述清楚，与真实世界中的现象相似度越高，学生操作过程中的沉浸感和真实感就越强，教学效果就越好；结果设计的脚本要将错误的结果和正确的结果及其表现形式描述清楚，对正确结果进行奖励设计，对错误结果进行适当夸张的负反馈，让学生深刻地意识到错误的结果将会导致的严重后果；考核设计的脚本要删除提示信息，体现对步骤进行赋分、过程记录和成绩数据统计分析，自动生成实验实训报告，并允许对严重错误整体赋零分。

2.5 选择恰当的脚本设计教与学理论依据

教育学家和教育心理学家围绕教与学的规律，从不同角度、运用不同方法进行了各种研究，形成了各种各样的教与学的理论，对指导教育者进行教学设计和教学实践、帮助学习者完成学习任务有着重要的现实意义[3]。虚拟仿真教学资源作为教学元素参与到教学中来，资源的开发特别是脚本的设计同样需要在一定理论指导下，才能更有效、更被师生所认可。如行为主义强调“刺激-反应”的联结为教学实训类资源的脚本设计提供了指导；认知主义强调学习是原有认知结构对新知识和技能进行认知操作活动进而形成或发展认知结构的过程，脚本的设计就要注重人类认知规律的螺旋式递进特征，设计让学习者不断“证真”和“试误”从而获取新知识和新技能；建构主义认为学习本质上是知识的主动建构的过程，教育者应该为学习者创设学习环境，学习环境包括“情境、协作、会话和意义建构”四大要素，需要在脚本设计中进行清晰的描述；泛在学习强调利用信息技术提供学生一个可以在任何地方、随时、使用手边可以取得的科技工具来进行学习活动的4A(Anyone， Anytime，Anywhere，Any device)学习为基于移动端的虚拟仿真资源脚本开发提供了参考；“经验之塔”作为视听教学的理论基础，利用虚拟教学资源可以兼具操作和观察的功能，虚拟仿真教学资源脚本设计应尽可能地使“做的经验”和“观察的经验”融为一体。教与学的理论内涵非常丰富，需要脚本设计者构建起虚拟仿真同经典教与学理论间的关系，更加准确地看待技术与教育的关系[4]。

2.6 选择合适的教学资源专用设备及系统

虚拟仿真资源的教学应用离不开各种虚拟仿真专业设备及系统的支撑，只有借助设备才能使学习者通过视觉、听觉、嗅觉、味觉等多维度感官通道，高度沉浸在虚拟仿真的环境中[3]。常见的设备及系统有多通道LED大屏幕立体显示系统、动作捕捉系统、桌面VR交互系统、沉浸式HMD头载式交互系统、AR互动系统、MR互动系统、体感式互动系统等[5]，需要了解这些设备和系统的功能和特点，从适用性、交互性、先进性和经济性等因素综合选择合适的设备及系统，有针对性地利用其功能和特点来进行教学资源的脚本设计。例如，需要建设观摩展示类资源，在所有专用设备及系统中，多通道LED大屏幕立体显示系统最适合这种“一对多”的教学环境，教师讲解、演示，学生通过3D眼镜集中观看学习。教师以此基础开展脚本创作。

3 虚拟仿真教学资源脚本的设计

3.1 虚拟仿真教学资源脚本的概念

脚本来自于戏剧和电影制作领域，是指表演戏剧或拍摄电影过程中所遵循的底本，是对制作和开发起指导作用的文字或画面的底稿，戏剧和影视领域习惯称为“剧本”，在教学资源开发领域习惯称为“脚本”[5]。脚本开发的目的一方面是帮助教师进一步理清思路，另一方面是把制作内容信息、过程和最终效果用书面的形式表达出来，让资源开发人员明确教师的教学设计、教学思路和教学内容，最终开发出符合要求的教学资源。一般来说，在脚本设计得越成功，资源开发的效率就越高、效果就越好。

3.2 虚拟仿真教学资源脚本设计的内容

虚拟仿真教学资源脚本的内容一般包括资源的总体描述，运行媒介、知识点和技能点结构清单、逻辑关系图、交互跳转导航图、制作要求，以及每个知识点和技能点对应的文字、解说、图像、视频、动画和交互方式等的清单[6]。根据虚拟仿真教学资源的复杂程度，脚本设计一般要经过内容脚本、文字脚本、分镜头脚本到故事板的过程，每个过程的主要内容如图1所示。每个过程都有符合自身特点的写作格式，以分镜头脚本为例，在理清楚交互界面间和交互界面内的信息结构、连接方式，以及各种信息媒介在交互界面上的属性维度的基础上，遵循特定的格式，能规范脚本设计者的写作思路，使得技术开发人员能清晰地理解设计者意图。分镜头脚本一般包括背景、文本、动画/图像、画面、解说文本、交互物、页面元素、界面交互、教学策略和艺术要求等元素。

图1 脚本设计过程及主要内容

分镜头脚本是按照交互界面为依据来写作，“背景”中主要说明此交互界面的主要内容和前后变化方式；“文本”主要描述文字内容、格式、属性、位置、变化方式、出现和消失情况；“动画/图像”主要是对“镜头、时长、景别、画面、特技、解说、音乐音效”等元素的描述；“画面”是对“动画/图像”中“画面”元素的详细说明；“解说文本”是对“动画/图像”中“解说”元素的详细说明；“交互物”包括“热字、热物、按钮、菜单、热区、对话框”等，需要对交互物的内容、格式、颜色、效果、位置、触发方式和触发提示等进行说明；“页面元素”需要描述有哪些、如何布局、出现次序等；“界面交互”需要说明通过何种方式，从哪个界面进入、退出到哪个界面等；“教学策略”需要定性描述界面内容信息的组织策略和学习方式、如何激发学生学习兴趣、如何启发学生思考；“艺术要求”需要定性描述界面的艺术特点，如整体布局、色彩搭配等。

4 总结

虚拟仿真教学资源的教学应用，具有一定的技术门槛和学习成本，技术门槛体现在开发周期长、技术难度大和经费投入高，学习成本体现在熟练掌握硬件设备操作较耗时，导致很多师生在面对教学资源时，有不好用、不想用和不能用的畏难心理。这对虚拟仿真教学资源的开发提出了很高的要求，而脚本设计是资源开发的第一步，直接影响资源的教学效果和开发效率，需要教师从系统整体的角度来认识脚本设计的问题，遵循一定的规则，按照正确的格式，设计出规范、可阅读和执行性强的脚本。