摘要：在分析虛擬教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)涵、特征的基礎(chǔ)上，探討了虛擬教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。

關(guān)鍵詞：虛擬教學(xué)系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；功能

一、虛擬教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)涵與特征分析

(一)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)涵

1.虛擬的內(nèi)涵

什么是虛擬，虛擬可以看著是對(duì)現(xiàn)實(shí)的一種模仿、模擬、虛構(gòu)等。在這里我們主要討論的是基于數(shù)字化技術(shù)的虛擬，數(shù)字化的虛擬是建立在現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)上的一種具有時(shí)空超越性的虛擬。因此，我們把虛擬界定為：以數(shù)字化方式對(duì)自然事物或社會(huì)事務(wù)及其過程的模擬，其中也包括在客觀基礎(chǔ)上通過發(fā)揮人的想象力而產(chǎn)生的對(duì)于某些非現(xiàn)實(shí)的事物的數(shù)字化建構(gòu)。數(shù)字化虛擬具有超現(xiàn)實(shí)的特征，但它不等于現(xiàn)實(shí)。

2.虛擬教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)涵

虛擬教學(xué)系統(tǒng)是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)之上的，虛擬教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)不同，它通過刺激多種感官，使人沉浸于其中，同時(shí)與這個(gè)逼真的環(huán)境進(jìn)行交互，從而達(dá)到快速學(xué)習(xí)、真實(shí)體驗(yàn)生活經(jīng)驗(yàn)和提高能力的目的。系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)為，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)整體存在的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能的變化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的功能。從系統(tǒng)科學(xué)的角度上來看，虛擬教學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)相比結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用；其次，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要素之間關(guān)系的變化來看，虛擬教學(xué)系統(tǒng)要素之間的相互作用和內(nèi)在聯(lián)系更緊密更復(fù)雜。

(二)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的特征分析

1.沉浸性(immersion)

沉浸性(immersion)又稱臨場(chǎng)感，指學(xué)習(xí)者感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。沉浸性是學(xué)習(xí)者對(duì)虛擬世界中的真實(shí)感，此種真實(shí)感將使學(xué)習(xí)者難以覺察、分辨出其自身正處于一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，沉浸性是使人具有逼真感之根本。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提倡給學(xué)習(xí)者提夠真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者主動(dòng)形成意義建構(gòu)，虛擬教學(xué)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)就在于它能使學(xué)習(xí)者沉浸具有逼真感的三維立體學(xué)習(xí)環(huán)境中。這樣為學(xué)習(xí)者主動(dòng)形成意義建構(gòu)提供了可靠的保證。

2.交互性(interaction)

交互性(interaction)是指學(xué)習(xí)者對(duì)虛擬世界中的物體的可操作性，交互性不僅要有人機(jī)交互，更重要的是數(shù)字技術(shù)使人們通過網(wǎng)絡(luò)輕松實(shí)現(xiàn)人與人之間的溝通與交流。交互可以理解為一種雙向的交流，在教學(xué)過程中體現(xiàn)為學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)習(xí)資源、學(xué)生與學(xué)生之間的相互交流。在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中，通過學(xué)生與老師之間的有效交流，幫助學(xué)生將新知識(shí)同舊知識(shí)聯(lián)系起來，從而達(dá)到構(gòu)建新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的目的。

3.構(gòu)想性(imagination)

構(gòu)想性(imagination)是指學(xué)習(xí)者在虛擬世界的多維信息空間中，依靠自身的感知和認(rèn)知能力可全方位地獲取知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，尋求對(duì)問題的完美解決。研究和開發(fā)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的根本目的旨在擴(kuò)展人類的認(rèn)知與感知能力，建立和諧的人機(jī)環(huán)境，在虛擬教學(xué)系統(tǒng)提供和諧的人機(jī)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者主體地位充分得到體現(xiàn)。構(gòu)想性強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

4.多感知性(Multi－Sensory)

所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展角度上來看，理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)等幾種。

二、虛擬教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)探討

(一)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

虛擬教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，讓學(xué)習(xí)者沉浸具有逼真感的三維立體學(xué)習(xí)環(huán)境中是我們?cè)O(shè)計(jì)的主要目標(biāo)之一。因此，我們的設(shè)計(jì)就是要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下給學(xué)習(xí)者建立一個(gè)逼真的三維學(xué)習(xí)環(huán)境和情景，讓學(xué)習(xí)者開展自主性學(xué)習(xí)、協(xié)作性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)思想下開發(fā)出來，充分利用三維學(xué)習(xí)環(huán)境和情景，通過漫游、協(xié)作、會(huì)話、研討，使學(xué)習(xí)者主動(dòng)形成意義建構(gòu)。

(二)虛擬教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

虛擬教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是能給學(xué)習(xí)者建立一個(gè)逼真的三維學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在“真實(shí)”的環(huán)境下學(xué)習(xí)。因此，本系統(tǒng)由虛擬角色、虛擬課堂、虛擬課外、虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬社區(qū)等模塊組成。如圖1所示。

1.虛擬角色

在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)者可以設(shè)定或者選定自己喜歡的虛擬角色，如同三維游戲一樣，虛擬角色模塊能讓學(xué)習(xí)者有身臨其境的沉浸感，學(xué)習(xí)者能以第一人稱方式在虛擬教學(xué)系統(tǒng)中漫游，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)。

2.虛擬課堂

與傳統(tǒng)課堂相比，虛擬課堂模塊能給學(xué)生創(chuàng)建類似真實(shí)世界的三維場(chǎng)景，讓學(xué)生沉浸其中，讓課堂教學(xué)更加輕松、自然。

3.虛擬課外

眾所周知開展高質(zhì)量的課外活動(dòng)和課堂教學(xué)是一件很難的事情，其中一個(gè)重要的原因就是缺乏必要的場(chǎng)所和條件，而虛擬課外模塊能提供一切可能的學(xué)習(xí)條件。

4.虛擬實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)有成本低、無危險(xiǎn)、功能全、網(wǎng)路化等優(yōu)點(diǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K能給學(xué)生提供一種全新的實(shí)驗(yàn)方式，在時(shí)間上，學(xué)生能隨時(shí)隨地地做實(shí)驗(yàn)；在內(nèi)容上，虛擬實(shí)驗(yàn)提供的內(nèi)容更加豐富；在方式上，虛擬實(shí)驗(yàn)的方式更加靈活。

5.虛擬社區(qū)

在校學(xué)生缺乏社會(huì)生活經(jīng)驗(yàn)，我們可以通過虛擬社區(qū)模塊給學(xué)生創(chuàng)建真實(shí)的社會(huì)生活場(chǎng)景，例如爬山、野外露營(yíng)、過馬路、購(gòu)物、禮儀活動(dòng)等。虛擬社區(qū)就如同一個(gè)社會(huì)大家庭，學(xué)習(xí)者可以在這里增加生活經(jīng)驗(yàn)、增長(zhǎng)知識(shí)、豐富情感體驗(yàn)，等等。

三、虛擬教學(xué)系統(tǒng)的功能探討

(一)虛擬課堂教學(xué)——全方位、多角度呈現(xiàn)方式

虛擬教學(xué)系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)物虛擬化，虛擬各種人物，創(chuàng)建虛擬課堂。利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)?？梢酝黄苽鹘y(tǒng)教科書的限制，使每一位學(xué)習(xí)者都可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，按照適合于自己的方式和速度進(jìn)行學(xué)習(xí)。利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)，使學(xué)生自主控制人機(jī)交互和身臨其境在虛擬場(chǎng)景中。利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)，還可恰如其分地演示一些復(fù)雜的、抽象的、不宜直接觀察的自然過程和現(xiàn)象，全方位、多角度地展示教學(xué)內(nèi)容。

(二)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)——高效率模擬真實(shí)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)

在教學(xué)中，由于受昂貴價(jià)格的限制而無法普及或有許多實(shí)驗(yàn)是根本不可能做的，如果利用虛擬教學(xué)系統(tǒng)，建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)者身臨其境般的操作虛擬儀器，進(jìn)行各種虛擬實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)既不消耗器材，也不受場(chǎng)地等外界條件限制，有絕對(duì)的安全性。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)可以解決在教學(xué)中，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)安全性、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等方面的原因而無法進(jìn)行的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而提高實(shí)驗(yàn)效率，有效節(jié)約教育成本。

(三)虛擬遠(yuǎn)程教育——“真實(shí)”環(huán)境中遠(yuǎn)程教育

虛擬教學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教育中的作用尤為重要，在遠(yuǎn)程教育中最大的難點(diǎn)就是師生之間交互難的問題。由于師生之間缺乏類似傳統(tǒng)教育中師生面對(duì)面的交流和交互，遠(yuǎn)程教育中的學(xué)習(xí)者缺乏認(rèn)同感和歸屬感，學(xué)習(xí)效率低下。而虛擬教學(xué)系統(tǒng)可以給遠(yuǎn)程教育創(chuàng)造一個(gè)“真實(shí)”的教育教學(xué)環(huán)境，虛擬教學(xué)系統(tǒng)模擬真實(shí)的教學(xué)課堂和教學(xué)場(chǎng)景，學(xué)習(xí)者如身臨其境，能最大限度地找到認(rèn)同感和歸屬感，從而提高學(xué)習(xí)效率。

(四)虛擬社會(huì)——真實(shí)世界的“烏托邦”

由于虛擬教學(xué)系統(tǒng)能提供三維立體空間場(chǎng)景，學(xué)習(xí)者在其中如在真實(shí)的生活中一樣。作為虛擬教學(xué)系統(tǒng)本身來說，就可以把它看做是一個(gè)微型的虛擬社會(huì)，學(xué)習(xí)者特別是青少年學(xué)習(xí)者。在這種微型的虛擬社會(huì)學(xué)習(xí)者能體會(huì)現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)發(fā)生和將要發(fā)生的一些生活經(jīng)驗(yàn)，從模擬一些危險(xiǎn)和不可復(fù)制的事件中得到啟示，從而達(dá)到輕松學(xué)習(xí)的目的。