VR技術(shù)視角下課堂學(xué)習(xí)環(huán)境革新與重構(gòu)

朱福軍++鄭萌++顧倩頤

摘 要 首先研究VR技術(shù)的發(fā)展及其教學(xué)應(yīng)用，接著對課堂學(xué)習(xí)環(huán)境進行總結(jié)，分析利用VR技術(shù)對課堂學(xué)習(xí)環(huán)境進行革新，提出基于VR技術(shù)個性化課堂學(xué)習(xí)環(huán)境、基于VR技術(shù)課堂交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。

關(guān)鍵詞 VR技術(shù)；課堂學(xué)習(xí)環(huán)境；交互式學(xué)習(xí)環(huán)境

中圖分類號：G434 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）02-0043-04

Innovation and Reconstruction of Classroom Learning Environ-ment from Perspective of VR Technology//ZHU Fujun， ZHENG Meng， GU Qianyi

Abstract This paper firstly studies the development of VR techno-

logy and its application in teaching， and then summarizes the class-room learning environment. Finally， the author uses VR technology to analyze the innovation of classroom learning environment， and puts forward the personalized classroom learning environment based

on VR technology， and the interactive learning environment based on

VR technology.

Key words VR technology； classroom learning environment； inter-active learning environment

1 前言

隨著技術(shù)的不斷革新和發(fā)展，教育方式也在不斷變更和重構(gòu)，而這些新的教育方式必然需要新的學(xué)習(xí)環(huán)境去適應(yīng)。在互聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的時代背景下，教育信息化已經(jīng)成為教育領(lǐng)域家喻戶曉的名詞，而教育信息化的發(fā)展需要教育信息化學(xué)習(xí)環(huán)境作為基礎(chǔ)支撐。為了促進信息化學(xué)習(xí)環(huán)境的發(fā)展，時代的技術(shù)變更速度爆炸式生長，“從遙遠的過去開始，遍及世界文化的各個角落，人類活動總是通過技術(shù)加以實現(xiàn)”[1]。2016年是VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實）技術(shù)發(fā)展的元年，筆者嘗試將VR技術(shù)的發(fā)展和學(xué)習(xí)環(huán)境聯(lián)系起來，完成技術(shù)和學(xué)習(xí)環(huán)境的有機整合。

在教育領(lǐng)域，學(xué)習(xí)環(huán)境指促進學(xué)習(xí)者發(fā)展的各種支持性條件的統(tǒng)合[2]。目前，已經(jīng)有學(xué)者看到了VR技術(shù)在課堂學(xué)習(xí)環(huán)境中的重要性。比如黃榮懷教授提出的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境具有的特征之一就是：智慧學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)實現(xiàn)物理環(huán)境與虛擬環(huán)境的融合，在智慧環(huán)境中，對物理環(huán)境的感知、監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能進一步增強，增強現(xiàn)實等技術(shù)的應(yīng)用使虛擬環(huán)境與物理環(huán)境無縫融合[3]。因此，新技術(shù)的發(fā)展是學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)新和變革的根本性原因。

從古至今，學(xué)習(xí)環(huán)境經(jīng)歷了由原始社會以大自然為學(xué)習(xí)場所，到古代的庠序、私塾、書院，及太學(xué)、國子監(jiān)等官學(xué)，到工業(yè)革命后的班級教學(xué)環(huán)境的變遷。當前各種信息化學(xué)習(xí)環(huán)境如智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、移動學(xué)習(xí)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境等紛紛出現(xiàn)，正是由于智能技術(shù)、移動技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，才能使其在學(xué)習(xí)環(huán)境的競爭和變革中泛起漣漪。

通過文獻總結(jié)，筆者認為學(xué)習(xí)環(huán)境的研究主要分為兩類：一種是學(xué)習(xí)環(huán)境的廣義研究，即研究一切影響學(xué)習(xí)因素的人和物；另一種是狹義研究，主要是研究課堂學(xué)習(xí)環(huán)

境。課堂教學(xué)成為知識收獲的主要場所，如何在有限的環(huán)境激發(fā)學(xué)生更多的學(xué)習(xí)激情，讓學(xué)生能夠高效、快速并且愉快地學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)生命的價值，即成為課堂學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)該完成的使命?？v觀諸多發(fā)展的技術(shù)，筆者認為VR技術(shù)將帶給課堂學(xué)習(xí)環(huán)境不一樣的革新和重構(gòu)。審視針對課堂學(xué)習(xí)環(huán)境的研究，大多集中在如何適應(yīng)教學(xué)模式以及環(huán)境基本要素本身，忽略了如何從技術(shù)的角度去看環(huán)境的發(fā)展。因此，新型VR技術(shù)下研究課堂學(xué)習(xí)環(huán)境必然會有不同的收獲。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。其逼真性和實時交互性為系統(tǒng)仿真技術(shù)提供有力的支撐。它同時具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性，使人們能沉浸其中，超越其上，出入自然，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境[4]。VR的發(fā)展一共經(jīng)歷了3個時代，如表1所示。發(fā)展至今，VR技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，VR技術(shù)的視覺呈現(xiàn)效果已經(jīng)完全能夠和課堂結(jié)合，完成虛擬課堂、虛擬教學(xué)、虛擬實驗等場景構(gòu)造。

2 VR技術(shù)對課堂學(xué)習(xí)環(huán)境的革新分析

教育是人不斷提升自己處理和使用各種知識的智慧的生命過程，顯現(xiàn)于人獲取、選擇、處理和運用知識的生命活動之中[5]。實踐證明，技術(shù)的發(fā)展對教育發(fā)展具有極大的幫助，也就是教育過程中的對象、目標、環(huán)境、策略等都會因為技術(shù)革新帶來不同的新模式。按照美國學(xué)者B. Means等人在《用教育技術(shù)支持的教育改革》報告中的觀點，運用信息技術(shù)進行教育改革，其中革新教學(xué)的若干特征是在教育教學(xué)中體現(xiàn)學(xué)生探索、交互性指導(dǎo)、帶真實任務(wù)的多學(xué)科延伸模塊、協(xié)同作業(yè)、教師作為幫促者、異質(zhì)分組和基于績效的評估[6]。同樣，VR技術(shù)的發(fā)展對教育環(huán)境來說無疑又是新的革新。

利用VR技術(shù)革新教學(xué)情境 情境教育源于認知與情境學(xué)習(xí)的理論與實踐，該理論指出學(xué)習(xí)者參與基于社會情境的一般文化實踐是個人知識結(jié)構(gòu)形成的源泉，在特定情境中獲得的知識比所謂的一般知識更有力和更有用，因此，要將學(xué)習(xí)置于知識產(chǎn)生的特定的物理或社會情境中[7]。VR技術(shù)能夠呈現(xiàn)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中可以動態(tài)呈現(xiàn)不同的學(xué)習(xí)情境，為課堂學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)真實的沉浸感和視覺動態(tài)。VR技術(shù)的發(fā)展可以為學(xué)生創(chuàng)造課堂需要的虛擬教室、虛擬教學(xué)場景、虛擬實驗等場景。學(xué)生只需在教學(xué)情境發(fā)生過程中頭戴VR虛擬設(shè)備，即可模擬參與虛擬場景，可以360°無死角觀察每個細節(jié)動作，真正沉浸在虛擬場景當中。課堂中無論是靜止的建筑物、博物館、名勝的講解場景，還是動態(tài)的歷史軌跡和戰(zhàn)爭場景，還是具有危險發(fā)生的實驗場景，甚至精妙的自然現(xiàn)象，如火山爆發(fā)、分子運動等，均可在課堂中一一呈現(xiàn)。這樣虛擬現(xiàn)實的場景，打破了傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)環(huán)境的局限性。

VR技術(shù)走進課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，讓教學(xué)情境的實現(xiàn)只有想不到?jīng)]有做不到。隨著VR技術(shù)的發(fā)展，這些場景不再是以圖片和簡單的視頻呈現(xiàn)，而是學(xué)生頭戴VR設(shè)備，沉浸在一個個虛擬的教學(xué)情境中，高效快速地獲取所需知識。

利用VR技術(shù)革新教學(xué)模式 隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)模式正在不斷革新和發(fā)展，比如“基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式”“基于微課的教學(xué)模式”。不難發(fā)現(xiàn)，翻轉(zhuǎn)課堂翻轉(zhuǎn)了教學(xué)時空，課堂學(xué)習(xí)環(huán)境和課后學(xué)習(xí)環(huán)境之間有了一定程度的時間順序轉(zhuǎn)變。微課提出隨時隨地學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)環(huán)境無處不在。教學(xué)模式改變的一個重點集中在教學(xué)是應(yīng)該以學(xué)生為中心，還是以教師為中心，而VR技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這樣的問題。在知識學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不斷在虛擬場景中探索、實驗，獲得所需知識，真正做到做中學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的方式更容易變成他們自主獲取的過程。學(xué)習(xí)的過程也是不受時空限制的，學(xué)習(xí)的過程是由學(xué)生在自主參與過程中通過意義建構(gòu)產(chǎn)生的，教師在整個過程中承擔的作用只是引導(dǎo)者、學(xué)生意義構(gòu)建過程中的幫助者和刺激者。

因此，傳統(tǒng)教學(xué)模式中固有順序的教學(xué)設(shè)計在VR技術(shù)的支撐下將被打破，由此產(chǎn)生“基于VR的課堂教學(xué)模式”，如圖1所示。

基于VR的課堂教學(xué)模式中，教學(xué)環(huán)境和教學(xué)過程都是非線性的，學(xué)習(xí)者可以在VR系統(tǒng)中隨時隨地?zé)o先后順序地獲取知識信息，教師同樣如此。教師在整個VR系統(tǒng)中的教學(xué)呈現(xiàn)也不止微課、慕課這樣的簡單二維呈現(xiàn)，還可以虛擬教學(xué)呈現(xiàn)，學(xué)生在虛擬環(huán)境教學(xué)中親自參與學(xué)習(xí)過程。課堂教學(xué)中可能會出現(xiàn)的傳授、參與、發(fā)現(xiàn)、交互、評價、反饋、強化等學(xué)習(xí)活動也可以隨VR技術(shù)的引進發(fā)生非線性變化，學(xué)生在此學(xué)習(xí)環(huán)境中對知識的獲取也是碎片化的。

利用VR技術(shù)革新教學(xué)資源 隨著技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)資源也在不斷發(fā)生變化。造紙術(shù)使教學(xué)資源從竹簡過渡到書刊，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)使教學(xué)資源從書刊過渡到數(shù)字媒體資源。VR技術(shù)的出現(xiàn)對教學(xué)資源的變革具有極大的幫助作用。VR技術(shù)之前，無論是文字材料還是視音頻資源，都是簡單的二維呈現(xiàn)，比如微課視頻也只是簡單的教學(xué)活動呈現(xiàn)，無法還原整個微課教學(xué)場景，使學(xué)習(xí)者能夠?qū)Ｗ⒌赝瓿蓪W(xué)習(xí)。VR技術(shù)的出現(xiàn)即改變了這種資源的呈現(xiàn)方式，同樣使用微課視頻，如果利用VR技術(shù)錄制做出來，學(xué)生將會在虛擬場景中真實地參與課堂學(xué)習(xí)，每一堂課都是教師針對學(xué)生的一對一的個性化教學(xué)。這樣的學(xué)習(xí)資源將更受教師和學(xué)生青睞。

在技術(shù)飛速發(fā)展的年代，教育游戲成為教育領(lǐng)域一個比較熱的話題。VR技術(shù)已經(jīng)能夠比較成熟地做出較好的游戲，如果將VR游戲和教育結(jié)合，知識的獲取結(jié)合教育游戲中的通關(guān)、經(jīng)驗，學(xué)生能夠通過游戲通關(guān)情況和自己角色的成長來不斷地認知，在參與和經(jīng)驗總結(jié)中獲取新知。

利用VR技術(shù)革新教學(xué)時空 教育模式轉(zhuǎn)變一方面起源于學(xué)習(xí)環(huán)境這個原因。VR技術(shù)的出現(xiàn)，將使不同場景的學(xué)習(xí)環(huán)境匯聚在虛擬現(xiàn)實設(shè)備中，這個設(shè)備里包含所有學(xué)習(xí)者需要的場景，而學(xué)習(xí)者唯一要做的就是選擇場景的先后順序。這樣的選擇時間間隔短，學(xué)習(xí)者可以通過不斷地嘗試，選擇適合自己的順序。這種順序無論是先自學(xué)后教學(xué)，還是先教學(xué)后自學(xué)，學(xué)習(xí)者均能在短時間做出回應(yīng)。

在課堂教學(xué)中，學(xué)生能力的拓展延伸非常重要。但是在傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境中，由于受地域、場景、資源的限制，學(xué)生的拓展進行得非常困難。VR技術(shù)的出現(xiàn)，學(xué)生只需要進入虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境，就可以延伸拓展、學(xué)習(xí)觀摩，極大地幫助他們拓寬學(xué)習(xí)空間。

3 VR技術(shù)視角下課堂學(xué)習(xí)環(huán)境重構(gòu)模式

技術(shù)發(fā)展得越來越快，技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越重要。尹睿教授提出學(xué)習(xí)環(huán)境重構(gòu)的原則，包括追求技術(shù)促進學(xué)習(xí)、強調(diào)學(xué)習(xí)體驗的多樣性、注重靈活設(shè)計的適配性[8]。結(jié)合VR技術(shù)的發(fā)展，學(xué)習(xí)環(huán)境的重構(gòu)應(yīng)該追尋一定的技術(shù)規(guī)則?；诖嗽瓌t，筆者總結(jié)出基于VR技術(shù)的課堂交互式學(xué)習(xí)環(huán)境、基于VR技術(shù)的個性化課堂學(xué)習(xí)環(huán)境。

基于VR技術(shù)的課堂交互式學(xué)習(xí)環(huán)境 交互存在于教育活動中的每個過程，課堂學(xué)習(xí)過程中的交互存在于教師與學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間，以及課后學(xué)生與教學(xué)環(huán)境的交互等。VR技術(shù)的出現(xiàn)對學(xué)習(xí)環(huán)境的重構(gòu)具有推動作用。在此之前，如果學(xué)習(xí)過程中要完成學(xué)習(xí)環(huán)境之間的交互，需要借助交通工具，教師組織領(lǐng)導(dǎo)，其過程非常的麻煩。隨著技術(shù)的飛躍發(fā)展，VR技術(shù)所帶來的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境可以很好地解決學(xué)習(xí)環(huán)境交互帶來的困擾。由此筆者提出圖2所示基于VR技術(shù)的課堂交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。

在這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生一方面可以從現(xiàn)實的學(xué)習(xí)環(huán)境中獲取知識，另一方面仍然可以選擇在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中進行學(xué)習(xí)。真實環(huán)境中主要是教師真實參與其中，指導(dǎo)幫助學(xué)生完成知識的學(xué)習(xí)；虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)生進行的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括自主學(xué)習(xí)的所有學(xué)習(xí)活動（如自學(xué)、實驗、演示等）。

如一堂帶有實驗的科學(xué)課，首先，通過虛擬情境進行教學(xué)導(dǎo)入；其次，教師完成簡單的知識梳理；第三，學(xué)生利用VR設(shè)備進入虛擬環(huán)境進行實驗操作學(xué)習(xí)；第四，學(xué)生討論，合作完成實驗；第五，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧實驗中的知識；第六，學(xué)生根據(jù)不同學(xué)習(xí)情況，選擇是否利用VR設(shè)備反饋和復(fù)習(xí)。整個過程中教師的作用只是引導(dǎo)，并沒有太多的時間由教師操作和講解，很好地避免了教學(xué)環(huán)節(jié)中教師實驗容易出的錯誤。甚至在VR設(shè)備中可以模擬給出操作失誤造成的后果，這樣對學(xué)生的教育更有現(xiàn)實感。

在這樣的學(xué)習(xí)過程中，真實的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境和虛擬的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境交互進行，當學(xué)生實驗遇到問題時，立馬可以通過VR設(shè)備再次觀看實驗的過程；而且由于VR設(shè)備中的環(huán)境視角問題，學(xué)生觀察的視角不同，可能會產(chǎn)生不同的學(xué)習(xí)收獲。這樣一來，技術(shù)真正給教育帶來了更多選擇的機會。

基于VR技術(shù)的個性化課堂學(xué)習(xí)環(huán)境 信息時代背景下，技術(shù)的發(fā)展有力地推動著教育的發(fā)展。慕課、微課的發(fā)展，主要倡導(dǎo)的還是個性化學(xué)習(xí)和碎片化學(xué)習(xí)。VR技術(shù)的發(fā)展也真正從技術(shù)層面很好地解決了個性化的問題。由此筆者提出基于VR技術(shù)的個性化課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，如圖3所示。

個性化教學(xué)不應(yīng)該只局限于資源多樣化層面，資源的數(shù)量越多，并不代表著其適應(yīng)的人群越多。反而如果一個資源中每個觀察者看到的視角不同，那么其收獲的學(xué)習(xí)方式和知識也將會是不同的。課堂教學(xué)同樣如此。資源的發(fā)展如果能夠讓一千個讀者有一千個哈姆雷特，那么這樣的資源將是個性化的。VR技術(shù)的到來讓學(xué)生對學(xué)習(xí)環(huán)境的看法有巨大的改變，正是如此。

比如一堂古代遺址講解課中，傳統(tǒng)的課堂可能會照本宣科；多媒體技術(shù)的發(fā)展可能是播放圖片或者視頻；比較前沿的就是教師錄制成微課視頻，承擔導(dǎo)游的角色進行講解；更有學(xué)校甚至帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)習(xí)，但是成本較高且存在很多不確定因素。如果是一堂基于VR技術(shù)的課堂，學(xué)生只需要頭戴VR設(shè)備，就能夠從不同的視角學(xué)習(xí)參觀，并且不同的視角會產(chǎn)生不同收獲。

由于360°的環(huán)繞特點，學(xué)生在VR課堂學(xué)習(xí)過程中，部分關(guān)注的可能是教師的操作，部分是實驗現(xiàn)象的改變，部分是環(huán)境的變化。這樣，學(xué)生就可以根據(jù)自己的個性，選擇不同方式、不同視角、不同點去獲得新知。在課堂中，學(xué)生再將不同視角收獲的知識進行討論和整合，整個過程就是交互式學(xué)習(xí)。因此，VR技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)將這些知識點微妙地穿插在不同的視角中。

4 總結(jié)

VR技術(shù)在未來發(fā)展中有著重要趨勢，作為一種教學(xué)探索，實踐才剛剛開始。面對現(xiàn)代化進程的挑戰(zhàn)，教學(xué)模式的改變，除對多平臺的VR技術(shù)的應(yīng)用與探索外，還有更多需要跟進的地方[9]。傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境的弊端越來越多地顯現(xiàn)出來，隨著VR技術(shù)的發(fā)展和成熟，在未來教育中，基于VR技術(shù)的教學(xué)模式將會被越來越多的人接受。未來的教育領(lǐng)域中，虛擬現(xiàn)實將不在新興的名詞中出現(xiàn)，課堂學(xué)習(xí)環(huán)境也有可能隨著VR技術(shù)的發(fā)展，教室中的一切都在虛擬空間完成，真正意義上完成課堂學(xué)習(xí)環(huán)境的革新和重構(gòu)。■

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