張毅 顧燕 高桐

摘要在5G高速發(fā)展的當(dāng)下，隨著VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實(shí)）在國內(nèi)教學(xué)的應(yīng)用范圍越來越廣，對該方面的研究也呈現(xiàn)出多元化的局面，而教學(xué)策略對實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)非常中非常重要。本文從學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)工具和學(xué)習(xí)場景出發(fā)，分析以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)策略設(shè)計(jì)方法，為今后實(shí)踐信息化教學(xué)提供了新的思路。

關(guān)鍵詞 VR 虛擬現(xiàn)實(shí) 教學(xué)策略

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.28.035

Research on Strategy Design of VR Technology Teaching Application

ZHANG Yi[1]， GU Yan[1]，GAO Tong[2]

（[1]Nanjing Vocational College of Information Technology， Institute of Digital Art， Nanjing， Jiangsu 210000；[2]NanjingUniversityofPostsandTelecommunications，CollegeofMediaandArt，Nanjing，Jiangsu210000）

AbstractWith the rapid development of 5G， with the wide application of VR technology（virtual reality）in domestic teaching， the research on this aspect also presents a diversified situation. And the teaching strategy is very important to achieve the teaching goal. Starting from learning resources， learning tools and learning scenes， this paper analyzes the design method of learner centered teaching strategy， which provides a new idea for practicing information-based teaching in the future.

KeywordsVR； virtual reality； teaching strategy

始于19世紀(jì)50年代的VR技術(shù)，又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，具有極強(qiáng)的“三性”，即沉浸性、交互性和想象性，從軍事、工業(yè)、航天等領(lǐng)域發(fā)端，逐步轉(zhuǎn)向教育、娛樂、旅游等多方面，開始出現(xiàn)普及化的傾向。而VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的運(yùn)用近年來發(fā)展得如火如荼。已有多位學(xué)者就基于VR技術(shù)的教學(xué)進(jìn)行了較為深入的研究，力圖利用最新的VR技術(shù)來優(yōu)化整個教學(xué)過程。

1教學(xué)策略與教學(xué)優(yōu)化

巴班斯基說過：“教學(xué)過程最優(yōu)化是在全面考慮教學(xué)規(guī)律、教學(xué)原則、現(xiàn)代教學(xué)形式和方法、教學(xué)系統(tǒng)特征以及內(nèi)部條件的基礎(chǔ)上，為了使過程既定標(biāo)準(zhǔn)看起來發(fā)揮最有效（即最優(yōu)化）的作用而組織的控制”。[1]如果說，優(yōu)化的現(xiàn)代教學(xué)過程，包含多種要素，那其能提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的核心因素就是“在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中有效的教學(xué)策略設(shè)計(jì)”。[2]

教學(xué)策略是“以一定的教育思想為指導(dǎo)，在特定的教學(xué)情境中，為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而制定，并在實(shí)施過程中不斷調(diào)適、優(yōu)化以使教學(xué)效果趨于最佳的系統(tǒng)決策與設(shè)計(jì)?！盵3]為了確保教學(xué)過程最優(yōu)，應(yīng)采用現(xiàn)代教育形式——VR技術(shù)，積極以學(xué)生為主體，制定最新的教學(xué)策略，并圍繞這一點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)工具和學(xué)習(xí)場景的策略設(shè)計(jì)。這樣方能促進(jìn)學(xué)生自我探究，以達(dá)到具有深度的互動學(xué)習(xí)效果。

2 VR學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)策略

2.1系統(tǒng)化設(shè)計(jì)

VR學(xué)習(xí)資源開發(fā)不足一直是整個虛擬現(xiàn)實(shí)融合教學(xué)的最大問題。盡管近年來各大高校和各類企業(yè)一直積極進(jìn)行相關(guān)資源的開發(fā)，但面對龐大的用戶數(shù)量和強(qiáng)烈的需求，資源開發(fā)依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足支撐眾多學(xué)校和各個學(xué)科的課程所需。絕大部分呈現(xiàn)出“碎片化”的狀態(tài)，即對課程某一單元或知識點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)，缺乏系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)包含如下幾層含義：

第一，系統(tǒng)化的VR學(xué)習(xí)資源開發(fā)，需要對整個課程群和課程進(jìn)行整體構(gòu)思。在VR資源開發(fā)時(shí)，并非是全面開發(fā)所有課程所需資源，而是先就整個專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程群進(jìn)行綜合考量。然后再對單一課程的現(xiàn)有資源進(jìn)行梳理，再結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)和學(xué)情進(jìn)行分析。挑選出確需進(jìn)行VR化的知識點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)。這些知識點(diǎn)應(yīng)該是現(xiàn)有學(xué)習(xí)資源無法帶來良好教學(xué)效果的部分，應(yīng)該是適合采用VR技術(shù)表現(xiàn)的部分，應(yīng)該是可以持續(xù)開發(fā)對后續(xù)課程和整個專業(yè)群有益的部分。這樣，一方面，可以充分利用現(xiàn)有資源，在“虛實(shí)結(jié)合”的情況下，降低教學(xué)成本；另一方面，避免片面追求學(xué)習(xí)資源“虛擬化”帶來的負(fù)面影響。因?yàn)槿窟M(jìn)行VR資源開發(fā)，除了在投入上耗費(fèi)較大，且并非所有學(xué)習(xí)資源都適合采用VR技術(shù)來進(jìn)行開發(fā)。根據(jù)不少學(xué)者統(tǒng)計(jì)，盡管VR技術(shù)對學(xué)習(xí)效果的影響，在對程序性知識的學(xué)習(xí)中表現(xiàn)較佳，但在知識類型的協(xié)作學(xué)習(xí)中，差異并不明顯。甚至，有些學(xué)者得出結(jié)論，即“良好的VR體驗(yàn)可以顯著加快學(xué)生的學(xué)習(xí)速度，但不一定能提高學(xué)習(xí)效果”。[4]還有一些課程，傳統(tǒng)的面對面技能培訓(xùn)甚至效果好于VR技術(shù)介入的學(xué)習(xí)。

因此，如果通過開發(fā)VR學(xué)習(xí)資源能做到可重復(fù)利用，那么可以快速、充分地利用VR技術(shù)來開發(fā)相關(guān)資源，例如：醫(yī)療手術(shù)解剖模擬仿真學(xué)習(xí)資源。反之，非重難點(diǎn)知識，則暫時(shí)可以采用現(xiàn)有學(xué)習(xí)資源完成教學(xué)，從“虛實(shí)結(jié)合”開始，在研判之后，逐步進(jìn)行VR資源開發(fā)。

第二，系統(tǒng)化的VR學(xué)習(xí)資源開發(fā)，必須建立在對學(xué)情的充分考慮之上。學(xué)習(xí)者的情況差異較大，例如，與同年齡段的本科生相比，不少高職學(xué)生的學(xué)習(xí)自制力和自主探究力較弱，純VR學(xué)習(xí)環(huán)境對于高職生而言，非但不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)學(xué)習(xí)，甚至?xí)驗(yàn)榛虞^多，成為其學(xué)習(xí)的干擾。因此，學(xué)習(xí)資源的開發(fā)應(yīng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的情況進(jìn)行區(qū)分，在互動及問題設(shè)置方面，要做差異化考慮。同時(shí)，學(xué)習(xí)者在進(jìn)行VR資源正式學(xué)習(xí)之前，需要根據(jù)其軟件操作的熟練度，安排合理的學(xué)習(xí)訓(xùn)練。而教師作為學(xué)習(xí)引導(dǎo)者，需要充分發(fā)揮其協(xié)助作用，通過課前、課中和課后的合理資源（課程資源、習(xí)題資源、測試系統(tǒng)、討論區(qū)等）安排，通過線上線下融合，在基于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析基礎(chǔ)上進(jìn)行積極的調(diào)整。

第三，系統(tǒng)化的VR學(xué)習(xí)資源開發(fā)，也應(yīng)該表現(xiàn)為開發(fā)者的多元化。其一，VR的學(xué)習(xí)資源開發(fā)大多委托給企業(yè)進(jìn)行，參與開發(fā)的人員并非純粹的教學(xué)人員，故而學(xué)習(xí)資源的適用性與實(shí)際效能會產(chǎn)生偏差。這就需要教學(xué)工作者積極參與，以確保開發(fā)資源的質(zhì)量和針對性，避免后期大量改動帶來時(shí)間和精力的浪費(fèi)。其二，VR學(xué)習(xí)資源開發(fā)應(yīng)包含編程和多媒體設(shè)計(jì)等多類人員，這樣方能保證學(xué)習(xí)資源較強(qiáng)的互動性、沉浸性和想象性。盡管VR資源是多感官的，但其主要表現(xiàn)為視覺上的強(qiáng)逼真性，因此設(shè)計(jì)人員的參與必不可少。已經(jīng)有學(xué)者注意到學(xué)習(xí)資源的可視化設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)類教學(xué)人員也積極參與到專業(yè)的資源開發(fā)中來。廣東工業(yè)大學(xué)數(shù)字媒體系的師生開發(fā)了名為《設(shè)計(jì)構(gòu)圖的VR體驗(yàn)》的學(xué)習(xí)資源，通過VR資源訓(xùn)練學(xué)生的構(gòu)圖能力，讓學(xué)生制作具有水墨風(fēng)格的作品。

2.2可生成化設(shè)計(jì)

第一，可生成化設(shè)計(jì)意味著學(xué)習(xí)資源的開發(fā)是持續(xù)的，能進(jìn)行不斷的修正和調(diào)整。當(dāng)下，很多VR學(xué)習(xí)資源的開發(fā)是一次性的。從企業(yè)購買之后，僅僅從設(shè)備硬件角度進(jìn)行維護(hù)，并不會根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行積極調(diào)整。其實(shí)，在投入真正的教學(xué)使用之后，開發(fā)者更需要積極聽取使用者的反饋，進(jìn)行持續(xù)地改進(jìn)。成熟的學(xué)習(xí)資源，需要包含多次教學(xué)實(shí)踐后的修正。另外，隨著時(shí)代的進(jìn)步，知識不斷更新迭代，學(xué)習(xí)資源也應(yīng)該保持與使用需求的同步性。

第二，可生成化設(shè)計(jì)意味著學(xué)習(xí)資源的開發(fā)是可互動生成的，能允許使用者參與后續(xù)開發(fā)。學(xué)習(xí)者作為資源使用者，并非是單向的被動接受知識。采用VR技術(shù)開發(fā)資源并不意味著簡單地將傳統(tǒng)教學(xué)模式從線下延續(xù)到線上。新技術(shù)是為了更好的優(yōu)化教學(xué)過程，形成最佳的教學(xué)效果而存在。因此，在以學(xué)習(xí)者為中心的前提下，不同學(xué)習(xí)者的互動與創(chuàng)造性應(yīng)該納入資源開發(fā)的構(gòu)思中來。日本的“Engage”項(xiàng)目，以及著名的美國“Second Life”項(xiàng)目開發(fā)者，都是先驅(qū)者，他們允許師生進(jìn)行積極參與，一方面，學(xué)習(xí)者的參與度得到了有效提升，另一方面，其自主內(nèi)容的開發(fā)也帶來了整個項(xiàng)目的動態(tài)生成。某些三維動畫類課程，例如：三維場景課程、三維角色課程，具備天然優(yōu)勢。這些課就可以利用師生創(chuàng)作的優(yōu)秀案例，進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)，作為最新的學(xué)習(xí)資源，供后來的學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。如此，師生就被有機(jī)的納入生成式的開發(fā)中。

3 VR學(xué)習(xí)工具設(shè)計(jì)策略

3.1 VR學(xué)習(xí)工具類型

目前，由于VR系統(tǒng)根據(jù)不同工具和展示效果，分為三類：其一，桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)和一定的移動設(shè)備為主要學(xué)習(xí)工具。設(shè)備相對簡單，易用性強(qiáng)，目前使用較多。其二，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，通過專有設(shè)備使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生身臨其境之感。設(shè)備專業(yè)，造價(jià)較高。其三，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供一個虛擬空間供多個學(xué)習(xí)者一起使用，通過交互協(xié)作學(xué)習(xí)以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。從軟硬件技術(shù)角度而言，要求最高，目前國內(nèi)尚未開始使用。

3.2多層次多維度設(shè)計(jì)

VR學(xué)習(xí)工具的優(yōu)勢明顯，在獲取信息和網(wǎng)絡(luò)開放程度方面都較傳統(tǒng)學(xué)習(xí)工具高效，能提高學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效果。但是學(xué)習(xí)工具需要從技術(shù)支持層、功能保障層和教育應(yīng)用層三個層面來進(jìn)行設(shè)計(jì)?！凹夹g(shù)支持層面分為系統(tǒng)性、可訪問性和移動設(shè)計(jì)三個維度；功能保障層又分用戶體驗(yàn)和數(shù)據(jù)安全兩個維度；教育應(yīng)用層則包括社會臨場感、教學(xué)臨場感和認(rèn)知臨場感三個維度。”[5]

技術(shù)層是學(xué)習(xí)工具的基礎(chǔ)，應(yīng)凸顯出后續(xù)發(fā)展的可拓展、可更新性，包括對其他教學(xué)設(shè)備及系統(tǒng)版本的可兼容性。正如上文所述，由于當(dāng)下的VR學(xué)習(xí)資源開發(fā)都是碎片化的，僅能針對一門課程，甚至一門課程中的某一單元或知識點(diǎn)，延續(xù)在工具設(shè)計(jì)上，就不能做到兼容和可擴(kuò)展。這不僅是資源的固化，也是造成學(xué)習(xí)工具重復(fù)置辦，導(dǎo)致價(jià)格高昂的因素之一。良好的VR工具能帶來視覺、聽覺和觸覺等多方位的沉浸性，是其他學(xué)習(xí)工具所不能比擬的。這也是滿足學(xué)生的多樣化體驗(yàn)需求的關(guān)鍵點(diǎn)，但良好的工具并不意味著必須是高昂復(fù)雜的設(shè)備。除一些特殊專業(yè)和課程，專業(yè)化的工具和不可移動的設(shè)備需求，有時(shí)會阻礙學(xué)生的學(xué)習(xí)。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)把可拓展性和移動性考慮進(jìn)去。以谷歌開發(fā)的紙板眼鏡為例，1副僅需要10元左右，加上移動設(shè)備，就能滿足普通的學(xué)習(xí)。

功能保障層則是指作為學(xué)習(xí)工具的形成要素，要為師生提供美觀友好的交互界面，并能通過工具，滿足聲音、動作識別等多重需求，如：實(shí)驗(yàn)、機(jī)械操作動作識別等。還要能為學(xué)生自主學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方便易用的路徑，例如：智能答疑和問題解決等。

教育應(yīng)用層是學(xué)習(xí)工具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。其包含的社會臨場感是指該學(xué)習(xí)工具能模擬社會，支持多人在線協(xié)作學(xué)習(xí)，例如：Second Life中英國文化協(xié)會開發(fā)的Language Lab英語城；歐盟教育委員會創(chuàng)設(shè)的VILL@AGE虛擬島嶼等等，形成了小社區(qū)，是多人協(xié)作學(xué)習(xí)的典范。教學(xué)臨場感則指教學(xué)體驗(yàn)，該工具是否具有靈活性，可支持多種學(xué)習(xí)模式，包括單人和多人，線上或線下。這是學(xué)習(xí)者知識和能力目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵。而認(rèn)知臨場感則是學(xué)習(xí)工具引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)。這一部分對完成學(xué)生的素質(zhì)目標(biāo)達(dá)成意義重大。

4 VR教學(xué)場景設(shè)計(jì)策略

教學(xué)策略一定是在特定教學(xué)情境中進(jìn)行的，而情境作用于學(xué)習(xí)主體，與知識學(xué)習(xí)的目標(biāo)和過程緊密相連。根據(jù)皮亞杰的觀點(diǎn)，人類認(rèn)知的兩大因素，其一為自身的內(nèi)因，其二就是外因的情境。所有的知識目標(biāo)都應(yīng)是情境中的，越具體的情境，越能給學(xué)習(xí)者提供直觀、生動的形象，對聯(lián)想的激發(fā)也越積極。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的當(dāng)下，教學(xué)情境中場景就實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。

4.1 VR場景設(shè)計(jì)類型

目前，VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)的教學(xué)場景大致分為：第一，模擬難以展現(xiàn)的教學(xué)場景和內(nèi)容，如：宏觀的宇宙、深海、火山等，微觀的細(xì)胞、原子微粒等，虛構(gòu)的歷史場景和故事等；第二，模擬危險(xiǎn)、造價(jià)高昂或應(yīng)用性強(qiáng)的車間、實(shí)驗(yàn)室等場景，如：飛機(jī)操作、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療手術(shù)等；第三，模擬虛擬交互空間，實(shí)現(xiàn)多人溝通交流和協(xié)作學(xué)習(xí)，例如：著名的游戲Second Life里哈佛、斯坦福、紐約大學(xué)等各著名大學(xué)建立的虛擬課堂。

4.2探究建構(gòu)式設(shè)計(jì)

不論何種VR場景設(shè)計(jì)，都應(yīng)該以學(xué)生為主體：第一，采用建構(gòu)主義理論，從分析學(xué)情開始，使學(xué)習(xí)者能運(yùn)用已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，在具有合理性的場所里完成新知識的學(xué)習(xí)。第二，針對學(xué)生的探究應(yīng)該開發(fā)多重的、實(shí)時(shí)的、逼真的場景反饋。例如：化學(xué)實(shí)驗(yàn)，要為學(xué)生操作不同種類和分量的試劑調(diào)配和反應(yīng)作出多種預(yù)設(shè)的場景效果，這樣才能滿足學(xué)生的各種假設(shè)和探索，促進(jìn)自主探究性學(xué)習(xí)。第三，形成整體設(shè)計(jì)，利用大場景作為引導(dǎo)，包含環(huán)環(huán)相扣的小場景系列，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。例如：筆者所在的學(xué)校，動畫場景課程開發(fā)，利用教師已完成的真實(shí)項(xiàng)目《大美棲霞》《小紅梅社區(qū)》等作為載體，形成項(xiàng)目式教學(xué)。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)時(shí)，先在建筑漫游中直觀了解虛擬現(xiàn)實(shí)場景制作內(nèi)容，再對項(xiàng)目中的建筑進(jìn)行拆解，完成案例式的建模制作學(xué)習(xí)，然后再據(jù)此設(shè)定延伸式的選題分組學(xué)習(xí)，將所學(xué)模型進(jìn)行改動，形成新建筑群，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造和探究的目的。

5總結(jié)

綜上，VR技術(shù)可滿足多種教學(xué)需要，其強(qiáng)大的功能對教育產(chǎn)生了巨大的影響，但VR在教育中的應(yīng)用仍存在各種問題。作為教學(xué)者，要積極應(yīng)對最新的挑戰(zhàn)，以學(xué)習(xí)者為中心，充分分析學(xué)情和學(xué)習(xí)者的互動行為特點(diǎn)，從整體出發(fā)，方能設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，真正做到深度融合。

基金項(xiàng)目：本文為2019年江蘇省高校哲學(xué)社會科學(xué)研究一般項(xiàng)目“新媒體時(shí)代下VR技術(shù)與教育深度融合模式研究”階段性研究成果（課題編號：2019SJA0642）

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