基于建构主义的虚拟现实教学模式

基于建构主义的虚拟现实教学模式

●刘双振　张文泽　许阁阁

摘　要　虚拟现实教学模式以建构主义为理论支撑,以虚拟现实技术为现实路径,具有创建虚拟学习

场景、支持跨域协同协作、实现即时交流交互、提供个性化学习资源等功能.在虚实结合、系统性、选择性和共享性原则的指导下,虚拟现实教学可以通过理论导引、自主学习、研讨论述、巩固练习和反馈评估,实现抽象理论的可视化、实验过程的仿真化和技能培训的情景化.

关键词　建构主义;虚拟现实技术;虚拟现实教学)作　者　刘双振,安徽公安职业学院　(合肥　２３００３１

)张文泽,安徽公安职业学院　(合肥　２３００３１)许阁阁,安徽公安职业学院　(合肥　２３００３１

随着计算机信息技术和多媒体技术的快速发展,教育教学模式和学习方式发生了革命性变化,远程教育、微课教学、在线学习等平台的出现,预示着数字化教育教学时代的到来.«国家教育事业发展“十三五”规划»明确提出,全力推进信息技术与教育教学深度融合,综合互联网和虚拟现实技术,探索未来教育教学新模式.在建构主义指导下,借助虚拟现实技术开展教学,突破了传统教学模式的时空局限、具象局限和交互局限,能够促进教育者和学习者形成新的知识观、学习观、教育价值观和管理观.

一、相关概述(一)建构主义

)提出,其强调学习者的积极性和主动性,Piaetg认为学习是学习者基于原有的知识经验生成意义、

[１]

建构理解的过程.其引申出知识学习的两个重要

将新的外界信息整合到自己原有知识体系中,以充实知识体系;顺应指外界环境传递的信息超出了传统认知范围,通过理解、泛化和内化过程,认知结构发生重组和改造,达到扩充知识体系的目的.建构主义认为,在教学过程中,学生才是中心主体,教师在学习中要担当引导者、促进者和辅助者的角色,通过创建各种学习情境指引学生主动建构有意义的知识体系,并通过师生间、学生间的互动交流,加深对新知识内涵的理解,使学生不断纠正错误的传统认知,实现有意义的教学活动.

(二)虚拟现实技术

虚拟现实技术指在视、听、触、嗅、味觉等方

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面高度逼真的计算机模拟环境.其实,虚拟现实

建构主义最早由瑞士心理学家皮亚杰(Jean

技术能够综合各种技术构建起虚拟空间环境,人们可以借助于传感辅助设备,在三维虚拟环境中感知虚拟人或虚拟事物的物理性,是一种能够实现模拟”基仿真的人－机交互技术.虚拟现实技术有“３I、交互性(本特征,即沉浸性(Immersion)InterＧ

途径,即同化和顺应.同化指在原有认知基础上,

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[３]

)和构想性().actionImainationg

二、建构主义与虚拟现实技术之间的联系

场景中互动协作.运用虚拟现实技术开展教学最大的优势在于提供了课后远程面对面共同学习的平台,使分散在各个地方的学生能够同时参加学习活动.开展虚拟现实教学,一方面拓展了协同合作的主体范围,主体不再局限于学生与教师.学生也可与其他课程领域的专家、学者直接协作与对话,从而拓展学生知识体系的宽度和深度.另一方面,能够促进教育资源均衡分配.师资力量较弱的区域引(——虚拟学习场景一)情境—

建构主义中的情境指以生动具体的形象为主体的各种场景,一般分为教学情境和学习情境.在教育教学过程中,教师为了让学生更好地理解新知识的内涵,会创设各种各样的情境,加深学生对新知识的认知和理解.传统教学情形下,教师通常会采用情景模拟或实习实训的方式创设学习情境,这两种情境均具有一定的局限性:情景模拟创建的情境一方面难以呈现全部的知识内涵,另一方面由于成本问题不可能所有的新知识都进行模拟教学;实习实训创设的真实场景固然能够让学生切身体会理论知识的实践指导意义,但实习实训往往具有时空局限,难以常态化开展.虚拟现实技术的出现,为创设学习情境提供了新思路,即借助虚拟现实技术,根据教学需求搭建起各种各样的虚拟学习场景,学生佩戴便携式装备(如VR眼镜)便可进入虚拟学习场景中进行体验式学习.虚拟现实技术搭建的虚拟学习场景不仅能够实现理论知识的具象化、抽象原理的可视化以及虚拟事物的可触化,而且能够建立虚拟的实习场所,让学生身临其境般体验相关业务的操作流程,提升学生实操动手能力的同时,加深学生对知识的意义建构.

(二)协作—

——跨域协同协作建构主义强调协作贯穿于整个学习过程,协作的主体既可以是学生,也可以是师生以及教师和教师;协作的客体多元化,包括课前的搜集资料与预习分析、课中的问题研讨与假设验证、课后的知识总结与深入思考.尽管构建主义一再强调协作的重要性,但是在增进协作方式上建构主义鲜有建树.如在教学实践中可能会出现以下协作问题:由于师资力量欠缺导致难以全面指导学生,由于学生性格内向而畏惧提问,由于课时量的局限性导致无法详细讲解等尴尬局面.传统的教学手段在解决上述问题时往往有心无力,而运用虚拟现实技术开展教学教研活动,恰好能弥补实践教学中的短板,即教师和学生可以随时随地借助便携式装备进入虚拟学习

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进虚拟现实设备,能让学生享受精品教学资源.

(三)会话—

——即时交流交互会话是学习的重要途径之一,不同主体沟通交流能够加深对事物机理的认知,并拓宽观察事物的视域.通俗而言,会话方式包括面对面会话和远程会话两种,其中面对面会话是效果最佳的交流方式.随着即时聊天工具的成熟发展,诸如微信、QQ等,远程会话也能够实现面对面无障碍交流,但是在互动过程中仍存在一定的“距离感”

.虚拟现实技术支持的会话,有别于一般的即时通讯途径,创新点就是基于现有跨时空通讯条件下,能够实现同空间沟通交流,即会话双方借助虚拟现实技术进入虚拟的模拟空间,开展零距离面对面的交流互动.

(四)意义建构—

——个性化学习资源建构主义提出,学生是通过“同化”和“顺应”两个过程,将外界信息不断修正并内化为自己的知识结构.在意义建构过程中,学生不单是信息的被动接受者和观察者,更是信息接收的行动者和主导者.虚拟现实教学符合建构主义强调的意义建构要素,能够为学习者提供个性化学习资源和外界信息,让学习者在知识体系建构过程中拥有更多选择权.

虚拟现实教学模式中的意义建构具有两个优势.一是学习资源多样化.虚拟现实教学能够不断更新数据库信息,将前沿理论、精品课程、先进方法用于实际教学,允许学习者最大限度地接受优质教育和优质资源.二是学习进度个性化.每个学生的认知水平、学习能力等不尽相同,虚拟现实教学系统能够记录每个学习者的学习进度,并根据学习需要设置个性化的教学计划,弥补教学活动中出现的教学进度与课时计划难以平衡的短板.

三、基于建构主义的虚拟现实教学模式探索(一)虚拟现实教学的原则

虚拟现实教学的设计与实施应当遵循虚实结合原则、系统性原则、选择性原则以及共享性原则.

其一,虚实结合原则是虚拟现实教学的首要原则,必须贯穿于教学实践活动的全过程.所谓虚实结合,就是兼顾实践教学和现实教学,二者相辅相式装备,进入虚拟学习场景中,学习特定的内容.共享是为了最大限度提升资源的利用率,因此平台资源建设过程一定要避免资源的重复建设,合理地规划各个应用系统的研发和内容的开发,可以交由专门的部门统一负责,整合精品课程资源,扩大开放程度,支持共同使用虚拟现实教学平台.

(二)虚拟现实教学的内容

一是抽象理论可视化.虚拟现实教学相较于传成,共同服务于教学活动.因此,虚拟现实教学要运用虚拟教学的优势,在情境模拟、跨域协作、远程教学、仿真教学和技能培训方面以虚促实,充分发挥辅助实践教学的作用.

系统性原则要求虚拟现实教学设计出科学、合理的教学内容体系.结合教育教学的层次性客观规律,虚拟现实教学的内容设计应当具有系统性,通过设计系统整体的课目和内容,不同学历水平的学生都可以通过虚拟现实教学掌握专业的知识结构.课程必须经过严格的筛选、归纳和整合.每一类课目都应当内容合理、结构完整、层次清晰,形成具有内在逻辑结构的教育课程体系.此外,课程的安排应当遵循由易到难、由浅入深、由具体到抽象、由已知到未知的顺序.

选择性原则具有两方面的内涵:一方面,不是所有的课程都开展虚拟教学,应当选择具有一定价值的课程列入虚拟教学的范畴,实现教育教学与虚拟现实技术的完美融合,既充分发挥虚拟现实技术的优势,又实现最大化的教学效益.另一方面,不能进行统一教学,要根据不同学生的认知水平、学习能力及学历层次,设置个性化的课程,满足他们的意义建构需求,还要尽可能地给予他们自主选择权,为他们提供完备的学习资源条件.

共享性是设计虚拟现实教学课程的核心原则.基于虚拟现实技术构建的虚拟现实教学平台可以通过服务器互联的方式实现分布式协同教学,通过总控台下达数据指令后,利用网络通讯技术,将学习资源数据传输至分布在各地的服务器,服务器接到指令后会连接仿真节点,构建时空一致、互联互通的合成虚拟学习环境,各地的学生便可以借助便携

统教学而言,较大的优势是能够即时根据课程安排构建出立体化的仿真模型,允许学习者借助便携式设备与仿真模型进行互动(包括视觉、触觉、嗅觉等)

,便于学生理解和认识新鲜事物和新知识.由于理论知识及相关概念的高度概括性和抽象性等特点,学生在学习过程中掌握这些原理和机理具有一定的难度.这时,教师可以借助虚拟现实技术将事物的运行机理用立体化的模型展现出来,使之更加形象具体,方便学生意义建构.

二是实验过程仿真化.实验教学对激发学生的创新意识,拓展学生的创新思维,增长学生的创新技能,涵养学生的创新品格方面的作用,是其他任

何教学形式不能替代的[

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重大.早在２０１３年,教育部就,因此开展实验教学意义已经启动了国家级虚拟仿真实验教学中心的建设工作,并取得了显著的成果.在实际教学过程中,借助虚拟现实技术的特性开展实验教学,能够完全仿真出实验的整个过程,使学生可通过数据手套不断改变实验参数,进而观察参数变量对实验结果的影响.这样可以使实验更加精度化,让学生对实验中的因变量和自变量有更深入地理解,使量化科学成为可能.此外,虚拟仿真实验教学的意义还在于为学生提供了一条安全、高效、快捷的实验道路.

三是技能培训情景化.情景化教学在技能或者业务培训上具有显著的教学成效,而虚拟现实技术所构建的三维立体场景具有高度的代入感,支持学生们身临其境地进行技能训练.以机动车驾驶教学为例,虚拟现实驾驶训练是利用计算机在汽车行驶过程中构建逼真的虚拟路况场景和环境场景,并搭配音响效果和运动仿真,使学生沉浸在虚拟的驾驶

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环境中,学生根据虚拟驾驶环境提供的视觉、听觉、触觉感受,构想其驾驶动作、操纵模拟驾驶舱中的操纵机构,计算机根据其操作状态,实时改变汽车在虚拟环境中的状态,从而实现对驾驶技能的

[]５

操作演练.虚拟现实技术支撑的情景化技能培训

解,在学生探讨论述后,教师要安排学生对课程进行巩固练习.虚拟现实教学的巩固练习既包括理论知识的练习,又包括实践操作的训练,学生可以在虚拟学习场景中针对薄弱环节反复进行练习或者训练,直至掌握课程内容为止.

五是反馈评估.自动化反馈评估是信息化教育的特质,虚拟现实教学也不例外.虚拟现实教学所具备的反馈评估功能,除了记录学生的学习进度、能应用于各行各业,降低实训成本,在确保学生安全的情况下最大限度满足学生的“实训”需求.

(三)虚拟现实教学的基本程序

建构主义指导下的虚拟现实教学能充分调动学生学习的积极性和主动性,为平衡教与学的权重关系指明方向.开展虚拟现实教学包括五个步骤.

一是理论导引.理论导引是虚拟现实教学中教师应当完成的课前准备工作.一方面,教师应当基于虚拟现实的课程内容和教学目标,给授课学生普及相应的知识概念、学科背景、体系结构等,让学生对即将教授的新知识有个概略的认知.另一方面,教师应当带领学生熟悉虚拟现实学习设备和器材,并亲自演示虚拟现实设备的操作使用,确保学生掌握使用设备的技巧和方法,为开展虚拟现实学习做好准备.

二是自主学习.在理论导引后,学生便可以借助便携式设备进入虚拟现实技术创建的虚拟学习场景中,根据系统预设的学习内容完成相应的学习任务和进度.在整个自主学习阶段,课程知识体系全网开放,但是系统会要求学生先学习课程内容.待完成课程任务后,学生尚有时间可以自主选择自己感兴趣的内容进行深度学习,也可以选择课外内容开拓视野,以最大限度地满足不同学生的学习需求.

三是研讨论述.学生在自主学习阶段遇到自己不能解决的问题或者有疑惑的知识点,可以标记或记录.教师会根据系统后台的统计功能对问题进行汇总和整理,然后有针对性地组织学生开展深入讨论,并为学生答疑解惑.在此阶段,教师还要把讨论的情况登记到系统中,便于后期指导学生复习.这种自学—

——辅导式的教学模式既有利于加深学生对知识的认知度,又能提高教学效率.

四是巩固练习.为了加深学生对课程知识的理

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学习时间、学习次数和学习内容,还能把学生的学习或者操作过程拍摄下来,便于对学生的学习效率和学习方法进行量化分析.这样,教师就可以专项辅导学困生,更好地解决学困生的学习问题.

虚拟现实教学是教育与信息技术融合的新产物,符合教育教学改革的大趋势.虚拟现实教学模式推动了教育的创新和发展,也优化了学生的学习方式,其在业务培训、技能训练、职业教育、科研试验等领域展现出来的极大优势,充分显示了虚拟现实教学的卓越品质.

虚拟现实教育普及化和大众化,有助于加快教育教学实现现代化.但是,虚拟现实教学作为一种新的教学模式,仍有局限性,如并不能将所有的教学内容都通过虚拟现实教学来实现.展望未来,虚拟现实教学在学习资源建设、设备融合、技术突破、产品研发、制度保障等方面仍有很大的发展空间.因此,虚拟现实教学应当突破局限,充分发挥自身优势,实现与现实教学的融合.

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