李凌月　彭曉麗

關(guān)鍵詞：具身認(rèn)知；虛擬實(shí)訓(xùn)；師范生；微格教學(xué)；課堂管理

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）36-0106-04

微格教學(xué)是師范生鍛煉教學(xué)技能、診斷教學(xué)能力普遍運(yùn)用且行之有效的工具。目前基于數(shù)字微格系統(tǒng)的微格教學(xué)課堂已在高校中廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)有微格教學(xué)仍存在教學(xué)模式單一、教學(xué)場景有限等不足，Hargie等學(xué)者提出[1]：微格教學(xué)相對于課堂教學(xué)不夠成熟。如果把真實(shí)的課堂當(dāng)作是游泳池的深水區(qū)， 那么微格課堂的作用就是讓師范生“在淺水區(qū)里練習(xí)游泳”。虛擬現(xiàn)實(shí)可以逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境和事物，當(dāng)人們借助相關(guān)設(shè)備進(jìn)入到虛擬環(huán)境中，立即會產(chǎn)生“親臨其境”的體驗(yàn)，參與者可親自操作與虛擬環(huán)境或是虛擬對象進(jìn)行交互[2]。目前已有研究者嘗試將虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)應(yīng)用于微格教學(xué)技能訓(xùn)練[3]，但尚存在教學(xué)場景和訓(xùn)練模式單一等問題，尤其是師范生的課堂管理能力未得到充分重視。針對這一問題，本研究從具身認(rèn)知的視角出發(fā)，設(shè)計開發(fā)了虛擬微格課堂管理實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持師范生體驗(yàn)多樣化的教學(xué)情境，并支持師范生通過多種方式來應(yīng)對課堂教學(xué)中可能遇到的各類事件，突出學(xué)習(xí)過程的情境化及體驗(yàn)性，能夠較好體現(xiàn)具身認(rèn)知的基本理念，有利于師范生將虛擬環(huán)境中習(xí)得的課堂教學(xué)與管理技能向未來真實(shí)教學(xué)情境中遷移。

1 課堂管理能力實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計需求分析

從具身認(rèn)知的視角審視教育教學(xué)：“親身體驗(yàn)”是獲取知識必不可少的環(huán)節(jié)；情境會對學(xué)生的認(rèn)知過程產(chǎn)生影響從而對教學(xué)效果產(chǎn)生影響。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中是否能產(chǎn)生具身體驗(yàn)從而獲得更好的學(xué)習(xí)效果，教學(xué)情境的生動性與逼真性都起到?jīng)Q定性作用，情境越生動、越貼近生活的真實(shí)場景就越能引發(fā)學(xué)生的具身體驗(yàn)[4]。

Emmer將課堂管理定義為一系列教師的行為和活動[5]，致力于培養(yǎng)學(xué)生在課堂活動中的參與、合作意識，引導(dǎo)學(xué)生積極學(xué)習(xí)，建立良好的課堂秩序，有效處理學(xué)生的問題行為，營造良好的課堂氛圍。傳統(tǒng)微格教學(xué)將關(guān)注點(diǎn)更多集中于培養(yǎng)師范生的教學(xué)技能，對于課堂管理能力較少關(guān)注。在教師課堂管理能力評價指標(biāo)體系中，課堂環(huán)境管理能力強(qiáng)調(diào)教師對于物理環(huán)境和心理環(huán)境的管理即營造良好的師生及同學(xué)關(guān)系，在規(guī)定時間完成教學(xué)任務(wù)。課堂問題行為管理能力具體是指教師處理課堂沖突和問題行為的能力[6]。這兩個維度的管理能力在傳統(tǒng)微格教學(xué)活動中較難模擬，師范生在訓(xùn)練過程中也難以產(chǎn)生具身體驗(yàn)。

綜上，虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)最大限度還原真實(shí)課堂教學(xué)，從而幫助師范生在模擬授課的過程中獲取接近親身體驗(yàn)的認(rèn)知和技能。虛擬微格系統(tǒng)作為支持具身認(rèn)知發(fā)生的工具，應(yīng)當(dāng)支持師范生的身體與學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行交互，盡量保證其多種感覺通道被調(diào)動；支持師范生利用其身體與學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行交互，支持多種教學(xué)情境的體驗(yàn)，努力還原真實(shí)課堂和現(xiàn)實(shí)生活的情境及活動。

2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

虛擬實(shí)驗(yàn)室開發(fā)主要通過利用Unity 3D開發(fā)引擎，結(jié)合3D Studio Max（3ds Max）制作的仿真模型搭建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使用C# 語言在Microsoft Visual Stu?dio（簡稱VS）軟件上實(shí)現(xiàn)交互，主要涉及以下相關(guān)技術(shù)[7]：

2.1 三維建模技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)沉浸感、真實(shí)感，模型的質(zhì)量直接影響虛擬實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。本研究通過3ds Max 軟件對虛擬實(shí)驗(yàn)室及虛擬實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行創(chuàng)建、修改、貼圖、調(diào)整、渲染，并將其以fbx格式導(dǎo)出，模型與Unity 3D具有較好的兼容性。利用3ds Max還原講授型和小組討論型課堂情境，滿足微格實(shí)訓(xùn)具身學(xué)習(xí)對多種教學(xué)情境的需求。在不同的教學(xué)情境中，師范生需要及時轉(zhuǎn)變角色，如在講授型課堂中扮演講授人和主導(dǎo)者的角色，而在小組討論型課堂中，則主要充當(dāng)活動組織者和引導(dǎo)者的角色。虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的多樣化教學(xué)情境在一定程度上克服了傳統(tǒng)微格教學(xué)場景單一的問題，有利于具身認(rèn)知體驗(yàn)的生成。

2.2 立體顯示技術(shù)

本研究采用的是HTC Vive 頭盔顯示器（Head-Mounted Display，簡稱HMD），參與者通過頭盔顯示器感知虛擬教室當(dāng)中的環(huán)境及角色，觀察虛擬角色的表現(xiàn)。

2.3 人機(jī)交互技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)在人機(jī)交互方面借助的設(shè)備一般包括3D 體感攝像機(jī)、數(shù)據(jù)手套和手柄等。本研究是采用HTC Vive 手柄控制器，參與者通過手柄拾取教學(xué)工具，通過教具發(fā)射射線操控教學(xué)課件的播放，教師也可通過手柄實(shí)現(xiàn)在虛擬教室當(dāng)中的位移。通過采集并識別學(xué)習(xí)者的身體行為，來獲得其學(xué)習(xí)需求與狀態(tài)信息，在交互的過程中，參與者利用虛擬角色的行為作為反饋，即行為和動作可以交互式地創(chuàng)造虛擬場景，滿足具身認(rèn)知對于身體與學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行交互的需求[8]。系統(tǒng)構(gòu)建的流程如圖1所示：

3實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)施流程

3.1 課前準(zhǔn)備

虛擬微格實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)需在一間較為空曠的教室運(yùn)行，保證師范生在無法觀察周圍環(huán)境的情況下也有足夠的安全感。將設(shè)備與主機(jī)相接，并配置好頭戴式顯示器、傳感定位器、手柄；通過SteamVR 配置虛擬空間，完成其與虛擬頭盔、手柄以及感應(yīng)器的連接[9]。設(shè)備成功連接后，打開實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)軟件，根據(jù)提示進(jìn)入虛擬教室環(huán)境。

3.2 教學(xué)設(shè)計

該系統(tǒng)支持師范生體驗(yàn)不同年級教學(xué)對象和多種教學(xué)場景，所以師范生可以嘗試采用不同教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。師范生將上課所需課件導(dǎo)入系統(tǒng)，根據(jù)課程內(nèi)容選擇對應(yīng)年級的教學(xué)對象，輸入提問內(nèi)容及預(yù)設(shè)學(xué)生回答，再根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)定教學(xué)時長。

3.3 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

參訓(xùn)師范生通過點(diǎn)擊pad顯示屏中的開始上課按鈕，觸發(fā)上課功能。利用操控手柄可以拾取虛擬環(huán)境中的激光筆，播放教學(xué)課件，開始授課。在模擬的過程中，虛擬學(xué)生角色會隨機(jī)表現(xiàn)出問題行為，師范生需去制止或是勸導(dǎo)這些學(xué)生。虛擬學(xué)生的行為將會根據(jù)參與者的決策做出相應(yīng)的改變，如果師范生采用了無效的方式，虛擬學(xué)生的不良行為將一直持續(xù)下去，并且有可能會擾亂課堂教學(xué)，直到師范生作出正確的反應(yīng)。參考Niemeyer在其研究中羅列出常見的教學(xué)管理事件[10]，該虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計了6 種隨機(jī)事件：

1）嘲笑同學(xué)事件：在上課開始一段時間后會觸發(fā)該行為，一名同學(xué)會舉手并起立告訴參與者沒有聽懂上課所講內(nèi)容，周圍同學(xué)會發(fā)出笑聲。

2）學(xué)生睡覺事件：在進(jìn)行至課程預(yù)設(shè)時間一半時可能會觸發(fā)該事件，課堂中會有一名學(xué)生表現(xiàn)出閉眼、低頭最后趴桌子等一系列動作。

3）學(xué)生聊天事件：學(xué)生會和周圍同學(xué)竊竊私語，參與者能夠明顯感覺到虛擬教學(xué)環(huán)境會由安靜逐漸變得嘈雜。

4）學(xué)生走神事件：系統(tǒng)中當(dāng)學(xué)生不表現(xiàn)問題行為時，目光會一直追隨教師。但如果觸發(fā)走神事件，教室內(nèi)會有一名學(xué)生眼神不再追隨參與者，而是望向窗外。

5）提前下課事件：在臨近課程預(yù)設(shè)時間時會觸發(fā)該行為，此時教室會有部分學(xué)生收拾桌面物品并伴隨竊竊私語，參與者也能明顯感受到虛擬教學(xué)環(huán)境由安靜逐漸變得嘈雜。

6）消極參與事件：此行為只在小組討論型教室當(dāng)中會觸發(fā)，當(dāng)教師要求小組討論時，有部分學(xué)生不參與討論。參與者需上前勸導(dǎo)，使其加入小組討論當(dāng)中。

師范生需要在進(jìn)行虛擬實(shí)訓(xùn)之前合理規(guī)劃教學(xué)流程，控制好教學(xué)節(jié)奏和時長。當(dāng)遇到虛擬學(xué)生呈現(xiàn)問題事件時，師范生可以通過頭部定位器朝向問題行為學(xué)生并持續(xù)“凝視”，也可以通過操控手柄實(shí)現(xiàn)位移以及敲桌板進(jìn)行提示，但這種處理方式只能讓虛擬學(xué)生的問題行為短時間停止，其后有可能再次出現(xiàn)；此時，需要師范生通過語音發(fā)出明確的制止指令，當(dāng)系統(tǒng)通過語音識別引擎識別出“認(rèn)真聽講”“安靜”等關(guān)鍵詞時，虛擬學(xué)生的問題行為最終得到制止。此外，師范生在模擬授課時不能只重視控制課堂紀(jì)律，和諧的課堂心理環(huán)境也是需要考慮的重點(diǎn)。因此，師范生在虛擬課堂中能否合理勸導(dǎo)并安撫學(xué)生也將作為其教學(xué)技能評價的依據(jù)之一。

3.4 評價實(shí)訓(xùn)結(jié)果

實(shí)訓(xùn)過程支持全程錄音錄像，師范生依據(jù)虛擬學(xué)生的表現(xiàn)，結(jié)合教學(xué)視頻和系統(tǒng)自動生成的報告單初步判斷自身是否能夠有效管理課堂紀(jì)律，了解自己的課堂管理能力的發(fā)展情況。指導(dǎo)教師和其他師范生也可以共同觀看教學(xué)錄像進(jìn)行點(diǎn)評，給予針對性的評價或建議，讓參與虛擬實(shí)訓(xùn)的師范生明確后續(xù)改進(jìn)和提升的方向。

4 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

4.1 用戶體驗(yàn)調(diào)查分析

為了檢驗(yàn)虛擬微格實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用效果，在某師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的微格課程中，邀請了26位師范生使用該系統(tǒng)輔助其微格實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)活動。在試用四周后發(fā)放調(diào)查問卷，該問卷采取5級評分制，共有11個問題，涵蓋了用戶對于實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的易用性、真實(shí)性和教學(xué)管理事件的態(tài)度，如表1所示。經(jīng)過統(tǒng)計，該問卷的信度為0.889，表明該問卷較為可靠。

根據(jù)圖3可知，在系統(tǒng)易用性方面，使用者反饋該系統(tǒng)的流暢性較好，簡單易操作，但也有半數(shù)師范生對于該系統(tǒng)的交互方式處于中立態(tài)度，進(jìn)一步了解可能的原因是，大多師范生初次接觸VR技術(shù)，對于虛擬環(huán)境下的交互方式不太適應(yīng)。Larson的調(diào)查研究顯示，用戶在剛開始接觸虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)時感到緊張是在所難免的[11]。

針對系統(tǒng)環(huán)境和角色真實(shí)性的調(diào)查情況可知，超過半數(shù)的師范生認(rèn)為該系統(tǒng)在很大程度上還原了接近真實(shí)課堂的教學(xué)場景，其中的虛擬學(xué)生角色的形象動作均比較貼近現(xiàn)實(shí)。尤其是師范生在該系統(tǒng)中可以體驗(yàn)多種教學(xué)場景，他們認(rèn)為這對其教學(xué)技能的訓(xùn)練很有幫助，有助于微格課程理論知識的應(yīng)用和遷移。

關(guān)于教學(xué)管理事件的態(tài)度，大多數(shù)參與者認(rèn)為系統(tǒng)當(dāng)中的課堂管理事件是真實(shí)的，超過半數(shù)的學(xué)習(xí)者喜歡該系統(tǒng)的事件管理功能，并認(rèn)為隨機(jī)觸發(fā)的課堂管理事件對于自己熟悉未來真實(shí)課堂很有幫助。

4.2 師范生教學(xué)技能水平分析

微格任課教師依據(jù)教學(xué)能力維度量表[12]，為參與虛擬實(shí)訓(xùn)的師范生的教學(xué)能力水平進(jìn)行打分。其中“組織技能”和“結(jié)束技能”均涉及教學(xué)管理方面的能力，針對這兩個維度進(jìn)行分析可知：

師范生在使用實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)之前的組織技能和結(jié)束技能平均得分分別為6.08和4，在使用實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)之后兩者的平均得分為8.36和7.24，配對樣本檢驗(yàn)結(jié)果顯示前后測呈現(xiàn)出非常顯著的差異（p=0.000＜0.05），如表2所示。由此表明，使用虛擬微格實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠有效提升師范生的組織技能和結(jié)束技能。在訓(xùn)練過程中，當(dāng)虛擬學(xué)生角色出現(xiàn)走神等行為后，師范生除了制止不良行為之外通常會調(diào)整教學(xué)策略，盡可能吸引學(xué)生的注意力以促其參與到虛擬課堂教學(xué)活動中。當(dāng)臨近下課時系統(tǒng)會有鈴聲提示并觸發(fā)“提前下課”事件，師范生在處理該事件時學(xué)會了及時調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，從而確保了微格教學(xué)活動的完整性。

5 結(jié)束語

本文以具身認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，針對傳統(tǒng)微格教學(xué)的局限和已有虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的不足，針對師范生的課堂管理能力設(shè)計了虛擬微格實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠調(diào)動師范生多通道感知和參與的積極性，支持自然狀態(tài)下的多模態(tài)交互。該系統(tǒng)可還原真實(shí)課堂的多樣化教學(xué)情境，有助于激發(fā)師范生具身認(rèn)知體驗(yàn)的生成以及教學(xué)技能的應(yīng)用、遷移和提升。