增強學習的可能性與挑戰(zhàn)

【摘 要】 數字化技術的價格越來越便宜，功能越來越強大，在日常生活中用途越來越廣泛。與此同時，利用數字化技術進一步促進學習者與他們所處環(huán)境的互動以及對環(huán)境的感知以增強學習的機會也越來越多。增強學習可以利用增強現實和虛擬現實以及許多能提高人類意識的技術。本文介紹增強學習的一些可能性并討論目前正在應用增強學習的一個領域：運用虛擬現實和工具增強正式學習。文章分析了基于虛擬現實和工具的增強學習所需的社交臨場成分，并討論不同的增強方法。

【關鍵詞】 增強學習；增強現實；社交臨場；虛擬實地考察；虛擬現實；虛擬工具

【中圖分類號】 G420 【文獻標識碼】 B 【文章編號】 1009—458x（2016）05—0005—09

導讀：2015年，本刊“國際論壇”曾發(fā)表澳大利亞南昆士蘭大學澳大利亞數字未來研究所海倫·法利博士的專稿《虛擬世界在遠程教育中的應用：機會與挑戰(zhàn)》①，系統(tǒng)介紹虛擬世界在遠程教育領域的應用現狀和研究成果。法利博士在該文章中指出：“雖然在虛擬世界想要建造什么、設計什么和體驗什么——一切皆可能，但是現實的情況是，多數教師在把虛擬世界應用于教學之中時缺乏創(chuàng)新之舉，僅把它們當成物理空間使用?！币虼?，“考慮在教學中使用虛擬世界的教師必須重新思考自己的教學策略，更好地發(fā)揮這些不同尋常環(huán)境的潛能”。總體看，法利博士的文章更多地從技術的角度剖析現階段虛擬世界應用于教育中所面臨的挑戰(zhàn)。

本期的這篇文章則聚焦另外一個領域——運用虛擬現實和工具增強正式學習。作者首先從維果茨基的社會文化論出發(fā)，簡要闡述研究“能夠增強我們感知現實（perceived realities）的技術”的重要性。文章第二節(jié)分析了3種世界——虛擬世界、物理世界和增強世界的相互關系。雖然我們以為自己生活在一個物理世界，然而這個世界其實是一個基于包括虛擬世界在內的技術的增強世界。換言之，“虛擬世界和物理世界的分界線越來越模糊”。從這個意義上講，我們的學習也應該是增強學習。文章指出，基于虛擬世界的增強學習必須具備以下3種社交臨場特點：真實性（realism）、切換（transportation）和沉浸（immersion）。文章第三節(jié)通過大量實例和實證研究的成果介紹如何運用虛擬現實和工具增強正式學習以及分析（可能）出現或存在的挑戰(zhàn)。在總結大量研究和自己豐富實踐經驗的基礎上，作者認為：“教育如果沒有得到增強則不完整。當今，我們必須培養(yǎng)學生認識和理解這些借助中介呈現的不同見聞。學生必須能夠在各種虛擬環(huán)境和增強環(huán)境下開展工作和相互合作。”這些在現實生活中的很多領域已經成為常態(tài)。這種觀點與托尼·貝茨教授不謀而合。貝茨教授在一篇闡述在線學習的文章中指出：“我們應該如何培養(yǎng)學習者掌握今天社會必不可少的知識和技能？這個問題應該是我們的出發(fā)點?！雹?/p>

那么，我們應該如何開展基于虛擬環(huán)境/世界/工具/實驗室/社區(qū)等的增強學習呢？作者在文章第四節(jié)的討論中扼要重申她和同事此前所提出的4種增強學習的方法：① 復制物理世界；② 復制物理世界價值觀；③ 培養(yǎng)專門技能；④ 對位（counterpoint）。每一種方法均能有助于達成某些學習目標。換句話說，我們必須根據具體學習目標確定開發(fā)什么樣的虛擬環(huán)境和如何運用虛擬環(huán)境增強學習。如果誠如法利博士所指出的，“僅把它們當成物理空間使用”，那么充其量只是在“復制物理世界”，遠遠不能充分發(fā)揮虛擬環(huán)境增強教育的潛能。

毋庸諱言，我國教育領域對增強學習的嘗試、探索和理論研究遠落后于許多國家。如果說在今天的世界中虛擬與現實的融合已是一種趨勢或者是一種“存在”，那么我們必須奮起直追，爭當后起之秀，這是時代的要求！唯有這樣，才能培養(yǎng)時代需要的人才。衷心希望弗格森博士這篇文章和法利博士的文章能進一步激發(fā)我們探索這個領域的興趣和熱情，在擴大我們視野的同時，也能使我們避免“重蹈覆轍”，少走彎路，快出成果。

麗貝卡·弗格森博士現供職于英國開放大學教育技術研究院，她的研究領域包括大規(guī)模公開在線課程、在線社會學習、學習分析技術、數字化素養(yǎng)和增強學習，她是這些領域的活躍研究者，有豐碩的研究成果。2014年弗格森博士和同事合著《增強教育：現實學習與虛擬學習的融合》一書③，該書分為9章，分別闡述以下主題：① 增強學習；② 增強學校；③ 增強教學；④ 基于虛擬的增強；⑤ 增強非正式基于主題的學習；⑥ 運用社交媒體增強學習；⑦ 增強非正式協(xié)作學習；⑧ 增強學習者——培養(yǎng)超人（transhuman）；⑨ 結論與展望。該書是帕爾格雷夫·麥克米倫出版社（Palgrave Macmillan）《數字化教育和學習》（ Digital Education and Learning）叢書之一，值得推薦給對增強學習感興趣的研究者和實踐者。

弗格森博士主持和參與幾個重大課題的研究工作，但是仍然接受我的稿約，在百忙中完成這篇文章：從約稿到定稿歷時近一年。我們謹向她致以衷心感謝?。ㄐた『椋?/p>

一、引言

20世紀初，在學界頗有影響力的教育心理學家維果茨基（Vygotsky）闡述了文化工具（影響心理過程形成的社會性工具）如何影響我們的思維形成和情感反應。他所說的文化工具包括語言、數字、地圖和圖表。這些文化工具改變了“心理機能的整個發(fā)展方向和結構”（Vygotsky， 1997， p.85）。比如，我們無須先學習讀寫便能學會說話。但是，當我們學會讀寫的時候，我們便掌握了能反思自己的話和別人的話的文化工具，我們便能夠采用序貫、分類和解釋性方法分析一種現象或進行某種推理。這樣一來，“語言的潛能幾乎得到無限擴大，思維則得以重構”（Ong， 1982， p.7）。

維果茨基指出，控制人類思維的那些過程和方法可能“石化”（fossilised），這時，使用這些過程和方法已經是自動化行為。我們使用這些工具和方法組織我們的思維和作為體驗世界的中介；它們一旦“石化”，我們便很難對它們進行研究。能夠增強我們感知現實（perceived realities）的技術在未來很可能無處不在，沒有任何特殊之處；如同我們佩戴隱形眼鏡，或雨中在回家路上邊騎車邊欣賞邁克爾·杰克遜（Michael Jackson）的歌曲，或用語言描述某件東西一樣，這些技術將會是再普通不過的東西。如果我們想研究文化工具并弄清它們的影響，“石化”發(fā)生之前是最佳時機，否則我們得先感知它們的存在——這不是一件輕而易舉的事情。

二、虛擬世界、物理世界和增強世界

我們每天都生活在物理世界（physical world）中，我們把這個世界稱為真實世界。諸如太陽鏡和隱形眼鏡這些技術和包括語言在內的文化構念（cultural constructs）既影響我們對現實的感知也是這種感知的中介。在物理世界里，我們有各種工具和場景，甚至還有數字化技術所創(chuàng)造的各種世界，即虛擬世界（virtual world）。增強（augmentation）發(fā)生于物理世界和虛擬世界之間，此時我們的所見所聞取決于數字化技術，受到這些技術的影響。在虛擬現實（virtual reality）中，用戶關注的重點是其虛擬環(huán)境（virtual environment），而身處增強現實（augmented reality）的用戶則還會意識到他們所處的物理世界。

一個精心設計的虛擬世界能給我們帶來社交臨場感，即“無中介干預的感知錯覺”。換言之，某種體驗借助中介實現，但卻感覺不到中介的干預（Lombard & Ditton， 1997）。正因如此，我們在這個世界的行動好像不是借助中介進行的。這種錯覺源于中介和用戶之間的互動會因人而異，因景而異。社交臨場有助于我們理解增強學習（augmented learning），因為增強學習的一個重要特征正是社交臨場體驗（Sheehy， Ferguson， & Clough， 2014）。

社交臨場有諸多特點（Lombard & Ditton， 1997），這些特點全部在增強學習中得以體現。特別需要指出的是，運用虛擬世界增強學習借助的是以下這3種社交臨場特點：真實性（realism）、切換（transportation）和沉浸（immersion）。真實性指的是虛擬世界的物品、事件和人物必須跟物理世界一樣，這樣才能使我們在跟它們互動時不會感覺到它們是計算機生成的。切換指的是雖然不同用戶身處不同地方，但是卻感覺大家在一起。因此，在虛擬世界的行動如同大家同處一個物理世界一樣。沉浸包含兩個成分：感知沉浸（perceptual immersion）和社交沉浸（social immersion）。前者能產生身處異地的錯覺，因此我們感覺自己是在一個真實環(huán)境中，而不是在一個借助中介的環(huán)境里。社交沉浸則給我們帶來參與感，彼此建立關系。

三、運用虛擬現實和工具增強正式學習

1. 基于虛擬環(huán)境的增強學習

10年前，世界各地許多大學開始試驗使用Second Life（第二人生）虛擬世界。人們對這個虛擬環(huán)境興趣驟增。2007年的一次調查顯示，當時英國幾乎沒有高等院校使用虛擬世界（Kirriemuir， 2007），但是兩年后的跟蹤調查則發(fā)現僅有一所大學沒有使用虛擬世界（Kirriemuir， 2009a）。

早期很多試驗主要是在虛擬世界里呈現大學和其他學習場所，因此也非常注意真實性。研究者想方設法在虛擬環(huán)境中按比例精確復制現實世界的建筑物，從視覺上給人真實感，學生一眼就能看出是什么建筑物。因為能夠按比例精確制作普通教室和階梯教室的模型，所以“在應用Second Life的初期，人們在這個虛擬環(huán)境里復制了現實生活中他們所熟悉的建筑物（包括教室）。也許這是當時的必然選擇”（Salmon， 2009）。把重點放在復制一個環(huán)境但卻未注意在這個環(huán)境里所做的事情是否有意義和價值，雖然這個階段持續(xù)時間不長，但卻常有人在“重蹈覆轍”。換言之，這意味著“教育工作者把重要資源用于發(fā)展3D虛擬世界的學習空間和學習活動，然而這些學習空間和活動并沒有恰到好處地激發(fā)學習者的學習興趣”（Mount， Chambers， Weaver， & Priestnall， 2009）。

建設虛擬環(huán)境，資源是一個重要問題。虛擬環(huán)境需要投入時間和資金。服務器、維護、租賃和員工培訓等都會產生費用，是否值得花這些錢則必須看能否達成教與學的目標。從學習者的角度看，哪怕我們只要求他們使用一次虛擬環(huán)境，也必須保證這有助于他們達成重要學習目標。正因如此，虛擬世界的很多教育項目曇花一現，“來去匆匆”。復制物理世界對提高教育質量的作用不足以證明其物有所值（Kirriemuir， 2010）。

如果物非所值，這意味著我們所投進去的大筆資金和大量時間沒有發(fā)揮應有作用。比如，Second Life里面的“德累斯頓畫廊”（Dresden Gallery）鼎盛時期每年迎來60，000名訪問者，但是這個工程最終還是難以為繼。因為“沒有能力繼續(xù)維持這個虛擬畫廊”（Primperfect， 2011），德累斯頓國家藝術收藏館決定不再延長這個工程。牛津大學建設的“第一次世界大戰(zhàn)詩歌數字化檔案館”（First World War Poetry Digital Archive）廣受好評，但是現在他們也已不再繼續(xù)投入資金（University of Oxford， 2009）。耗費心血復制而成的“莎士比亞環(huán)球劇場”（Shakespeares Globe Theatre）最終也被刪除，因為它的建設者無力支付租金（Centaur， 2010）。

雖然Second Life引發(fā)的虛擬環(huán)境熱潮現在已經消退，但是教師們仍然把虛擬世界用作支持教與學活動的工具?，F在大家的注意力已經轉移到Minecraft（我的世界）上，全世界有數以百計的學校在使用Minecraft。2016年，微軟發(fā)布了Minecraft教育版，這是專門為課堂量身定做的（Stuart， 2016）。

教師如果希望持續(xù)使用虛擬環(huán)境，就必須吸取他人的經驗教訓，明白維持虛擬環(huán)境的種種困難，并清楚說明基于虛擬環(huán)境的增強學習能夠在哪些方面給學習過程和學習結果提供寶貴支持。

虛擬世界能給人一種空間感和在這個空間的自我臨場感?！拔覀儽仨殨r時記住這兩種感覺才能理解虛擬世界學習的性質以及虛擬世界學習從本質上講與其他形式的在線學習有何不同?！保∕ount， et al.， 2009）此外，如果在虛擬空間里能夠使用化身，那么與化身的互動便成為可能，這必定會帶來新的學習機會，進一步增強學習者的體驗（Childs & Peachey， 2013）。

2. 基于虛擬工具和環(huán)境增強實地考察體驗和動手能力

如果我們從教學的角度看虛擬環(huán)境，我們強調的就不再僅僅是逼真的復制而是采用不同教學方法的可能性。這其實不是人們現在才認識到的，早在20世紀90年代，研究者已經開始這種探索。虛擬環(huán)境有幾個方面非常適合開展學習活動：它們能夠提供真實的情景、激發(fā)學習熱情和動力的環(huán)境與樂趣感（Whitelock， Romano， & Jelfs， 2000）。比如，在英國廣播公司（British Broadcasting Corporation，簡稱 “BBC”）制作的虛擬環(huán)境“北大西洋山脊”（North Atlantic Ridge）中，學生能夠在北大西洋海底駕駛潛水艇，隨時可以停下來仔細研究某一個地方的地質和動植物。在另一個虛擬環(huán)境“橡木林”（Oak Wood）中，學生能夠調查森林世界的生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈和能量轉移。這兩個虛擬環(huán)境都特別注意準確呈現物理世界環(huán)境。與此同時，它們都是以相關教學法為理論基礎進行設計，并且根據相關研究成果體現與這種教學法相宜的各種臨場成分。這些虛擬環(huán)境旨在盡可能讓學生有一種身臨其境的體驗。“據認為，這樣能夠提高學生繼續(xù)學習這些虛擬現實環(huán)境所包含的抽象概念的動力。”（Whitelock， Romano， & Jelfs， 2000）

最近，英國開放大學為本科生提供了一種虛擬實地考察——“虛擬斯基道峰”（Skiddaw），因為他們由于物質或經濟條件限制而無法參加物理世界的實地考察。另外，能參加實地考察的學生也可以使用“虛擬斯基道峰”環(huán)境為自己的實地考察做準備或作為實地考察的補充。“虛擬斯基道峰”采用攝影測量學和激光探測及測距技術并配上在斯基道峰上錄制的音頻，真實再現英國斯基道峰。對于這些學生來講，他們的實地考察跨越兩個世界，既有物理世界的體驗，也有虛擬世界的體驗，因此他們在參觀重要地點并收集和分析巖石樣本和了解本地區(qū)的地質意義的過程中，隨時可以在筆記本上畫草圖、做考察筆記等。

如同“北大西洋山脊”和“橡木林”一樣，“虛擬斯基道峰”的目的不僅僅是為了逼真再現這座山峰，而是還要使學生體驗到切換感，幫助他們內化（internalise）實地探索的感覺（Minocha， 2013）。學生在虛擬環(huán)境下能使用各種虛擬工具，看到各種虛擬景色。比如，學生們使用虛擬顯微鏡分析所收集的巖石樣本，可用不同放大倍數進行觀察，也可置于偏振光之下進行觀察。他們還可以放棄逼真的山坡景色，轉而觀察不同地圖疊置后的情況或山坡的切面圖以了解他們化身腳下的地質情況。

事實上，他們所觀察到的是雙重增強（double layer of augmentation）。地質學專業(yè)的學生可以借助電子設備把一個不同的空間嵌入他們所處的環(huán)境中。這很有價值，但是與常規(guī)實地考察相比，這種體驗也可能不豐滿。這是因為學生掌握不到風險評估技能（如果到物理世界里一個遙遠的地方去實地考察，這些技能非常重要），也不必學習如何保護自己免受太陽曬傷、防止筆記本被大風吹走或設備被大雨淋濕。但是，虛擬顯微鏡和地圖疊置分析所帶來的二度增強有助于豐富學習體驗，在物理世界的實地考察中，這種體驗難以實現或根本無法實現。

虛擬環(huán)境在應急培訓領域也有重要的應用價值?！叭绻麑W習目標是掌握解決問題的正確措施，那么及時了解一個人的行動所造成的影響很重要，這方面的反饋是最佳自我訓練工具之一?！保≧omano & Brna， 2000）在這個領域，真實性很重要，但是切換和沉浸同樣很重要。

應用于這種培訓的虛擬環(huán)境應該能夠給人一種高風險和快速變化的感覺，因此，用戶必須臨場做出決定。它們“還應該支持以不同方式反思動態(tài)變化情景的各方面與學習者目標之間的關系”（Romano & Brna， 2000）。發(fā)生緊急情況的時候，能夠以團隊一員的身份參加到救援活動中常常是至關重要的。由于社交臨場能帶來切換感，團隊成員在虛擬環(huán)境下有共同體驗，因此他們能夠一起反思出現的問題，協(xié)調解決問題的辦法，然后應對他們的決定所帶來的結果（Whitelock， Romano， Jelfs， & Brna， 2000）。

研究和開發(fā)能應用于應急培訓的虛擬環(huán)境已經有20多年的歷史。專業(yè)研發(fā)虛擬環(huán)境的達登（Daden）公司過去10年推出的產品包括輔助醫(yī)護人員評估系統(tǒng)、基于無線電廣播的災難管理培訓系統(tǒng)和颶風庇護管理培訓系統(tǒng)。Second Life也有此類虛擬環(huán)境，包括威斯康星大學（University of Wisconsin）的虛擬環(huán)境——飛機墜落在化工廠時災難現場傷員檢傷分類，南加州大學（University of Southern California）為駐伊拉克美軍士兵研發(fā)的檢查站培訓系統(tǒng)和紐約城市大學（City University of New York）的石油鉆臺火災撤離訓練系統(tǒng)。所有這些虛擬環(huán)境都給人一種真實感和切換感，但是沉浸感不足——這是增強現實，不是虛擬現實。因為是增強現實，學生能夠跳出具體虛擬情景，反思學習目標和不同行動的后果。

學習者在虛擬環(huán)境下能夠體驗到在物理世界難以體驗、危險性大或不可能獲得的經歷（Thackray， Good， & Howland， 2008）。虛擬環(huán)境還能給學習者其他環(huán)境無法提供的獨特教育體驗。英國伍斯特大學（University of Worcester）一位高級講師反思他所在的系為什么要運用虛擬世界開展助產培訓，他指出虛擬世界使學生有機會獲得各種臨床情景的經驗，練習決策技能，并通過與其他醫(yī)護文化的專業(yè)人士互動了解醫(yī)護業(yè)務。他說：“這真的不是一個選擇的問題，護士和助產士教育（以及其他醫(yī)護專業(yè)）目前只能求助虛擬世界滿足學生的實踐需要，沒有別的辦法?！保↘irriemuir， 2009b）事實上，虛擬環(huán)境的使用已經成為醫(yī)療教育領域的標準做法，而不是什么有趣的試驗。

3. 虛擬實驗室

各種遙控工具和虛擬工具在科學領域的應用越來越普遍。身處異地的用戶可以使用標準科學儀器開展遠程實驗，他們可以改變實驗參數，也能夠收到實驗結果。由于有遠程實驗室，學習者有更多機會學習實踐性強的科學，更多來自不同背景的學生能夠使用到科學儀器，公眾也有更多機會使用這些儀器；對學生而言，甚至有些儀器只能在遠程實驗室才能接觸到。此外，我們還可以將科學儀器安裝在最合適的地點，全球任何地方的用戶不分晝夜都能夠使用這些儀器，大大提高其用途和使用率。遠程實驗有助于我們采用新的學習和協(xié)作方法，成員分布各地的團隊也能夠一起高效開展工作（Brodeur， 2013）。

在遠程實驗中，學習者能夠控制安裝在世界其他地方的科學儀器。相比之下，虛擬實驗則是以計算機為中介復制科學儀器的基本控制功能。如同遠程實驗一樣，用戶可以改變實驗參數，收到實驗結果。當然，虛擬實驗的結果是根據所選擇的實驗條件事先錄入或數學建模的，這點與遠程實驗不同。

虛擬實驗還有其他優(yōu)勢。虛擬實驗允許學習者選擇不同功能模式和學習活動，這在其他環(huán)境下可能做不到。它們允許多個學生同時開展一項實驗，也能滿足不合群或缺乏安全感的學生的需要，而且由于學生有機會練習實驗室技能，因此有助于提高他們的信心（Brodeur， 2013）。

這些實驗室和實驗日臻成熟，典型的例子包括：1987年在南非開展的電腦化單擺實驗，那不勒斯大學（University of Naples）的遠程測量實驗室和iLAB/iCampus工程（用戶包括全球五大洲的大學），2013年英國皇家學會（Royal Society）發(fā)起的開放科學實驗室（OpenScience Laboratory）（Brodeur， 2013）。

4. 虛擬工具

虛擬工具現在已經是日常工作不可或缺的工具。它們不僅僅是學習的工具，而且是學習者今后從業(yè)必須掌握的工具。英國開放大學物理創(chuàng)新（教與學卓越中心[資助]的）自動天文望遠鏡探測器（The Physics Innovations Robotic Astronomical Telescope Explorer，簡稱“PIRATE”）安裝在地中海馬略卡島（Mallorca）上。學生和研究人員可以遙控這臺探測器，因此遠程學習者能夠學習本科層次的實用天體物理學（Brodeur， Kolb， Minocha， & Braithwaite， 2014）。2010年，學生開始使用這臺遠程望遠鏡，以小組為單位，用40多個夜晚觀察天體。學生們在合作創(chuàng)建目標星體的光變曲線數據庫過程中以音頻和文本形式保持聯(lián)系。

PIRATE探測器為學習者提供多重增強。數百年來，天文學依靠技術克服人類肉眼視力的局限，因此它是一個高度依賴增強技術的研究領域。今天，天文學家運用電子設備增強他們對自己環(huán)境的認識，包括不同空間和不同時間（借助望遠鏡我們能夠瞥見過去，因為宇宙的光要歷經數千年才能為我們的肉眼所見）。使用PIRATE探測器的學生學到的是今后工作所需的技能，他們在今后的工作中使用的也是這些儀器。至于研究人員，他們正是使用這套設備發(fā)現河外新星的（Holmes et al.， 2011）。專業(yè)天文工作者能夠通過遠程操作分享資源，在各自所在時區(qū)是白天的期間開展觀察并對時間敏感事件快速反應跟蹤觀察（Brodeur， 2013）。

學生可以待在家里記錄在別的地方，可能還是不同時區(qū)，天氣條件也不同的情況下收集的信息，因此他們的視野也得到增強。同時，學生還能夠以團隊的形式開展協(xié)作，雖然成員各處一方，從未謀面，只是在虛擬環(huán)境里互相認識。多重增強使學生們能夠觀察到數光年外發(fā)生的事件，獲得21世紀天文學家的真實工作體驗。

雖然PIRATE探測器能夠實現多重增強，也可被改裝成模擬器用于訓練目的，但它是一個實體設施。如果是虛擬顯微鏡，其工具則完全存在于電子空間。

4，000多年前，中國人用一個透鏡和一條盛滿水的試管觀察肉眼看不到的東西。從那時起，顯微鏡一直被用于增強人類視力。對于理科學生而言，學會分析需要通過視覺進行判斷的復雜物質顯然非常重要。比如，“使用巖石顯微鏡觀察礦物和巖石的質地是地球科學基礎教育一個至關重要的部分，也是很多實驗室學習活動和導師指導下強化訓練的基礎。如同大多數理科課程一樣，這些實踐性活動主要不是為了學習事實性知識，而實際上是為了學會對某一學科的范式進行區(qū)別和分類”（Whalley， Kelley， & Tindle， 2011）。

雖然培養(yǎng)這些技能非常重要，但是因為實驗室里的顯微鏡可能很容易被損壞，價格昂貴且又笨重，學生難以學到需要親手操作的經驗。對于遠程學習者而言，學習使用顯微鏡更是難上加難。在這種情況下，虛擬顯微鏡能給學生提供學習這些技能的機會。我們可以采用物理世界實驗室的方法通過虛擬顯微鏡觀察分析一小片材料。比如，學生使用虛擬巖石顯微鏡能夠“轉動標本全方位觀察，（通過放大和縮小）改變放大倍數，改變光條件（從平面偏振光改為交叉偏振光）以及研究變化中的礦物特性（多向色性和雙折射）。使用重疊網格還能測量晶體或進行模態(tài)分析”（Anand， et al.， 2010）。

虛擬顯微鏡并不是只供遠程使用。2003年至2004年，威斯康星醫(yī)學院（Medical College of Wisconsin）的組織學實驗室全部改用虛擬顯微鏡，因此學生無須使用容易損壞又很難更換的載玻片。另外，因為學生能以小組形式開展實驗，同時觀察感興趣的結構，不再跟以往那樣自己一個人完成實驗，因此大大提高學習效果（Krippendorf & Lough， 2005）。

有了虛擬顯微鏡，學生能觀察到其他儀器所不能看到的東西。他們能夠同時在平面偏振光和交叉偏振光條件下轉動標本，觀察兩種圖像，更容易理解正在學習的概念。學生還能在載玻片上添加注釋幫助學習，而超鏈接則能使學生觀察到某些特別圖像，有助于解釋某一個知識點或檢查理解情況。學生在一起做實驗的時候，能夠設置相同的參數，確保大家看到相同圖像，討論觀察到的現象（Whalley， et al.， 2011）。

由于有了虛擬顯微鏡，稀有標本（如隕石或罕見的病理切片）可供全球學習。在虛擬環(huán)境下，學生和研究人員不受地域或國家邊界限制，能夠使用來自全球各地珍貴、稀缺的標本。這些標本可用于教育、科研、科普宣傳等目的（Anand， et al.， 2010）。

如果這些虛擬工具只是簡單復制物理世界的工具，學習者使用這些工具不可能獲得豐富經驗，因為虛擬呈現不可能給人帶來真實體驗的所有時間和感官成分。然而，這些工具不但復制了物理世界工具的關鍵成分，而且還能擴大教育機會。虛擬工具能產生一種切換感，即“我們在一起”的感覺。它們能使更多人參與其中，圍繞標本開展協(xié)作，以及發(fā)布和共享資源。它們還支持分布式專長（distributed expertise）和集體智慧。

5. 虛擬社區(qū)和“演中學”

在虛擬環(huán)境呈現物理世界的東西，包括虛擬世界、虛擬環(huán)境、虛擬實驗室和虛擬工具等，可用于支持學習。同樣，虛擬社區(qū)也能促進學習。

“游戲化”（gamification）和“寓教于樂”（edutainment）旨在使教育能激發(fā)熱情、興奮和心流感（sense of flow）（Csíkszentmihályi， 1990），給顯而易見是學習任務的活動添加一點樂趣，或者模仿游戲的得分和獲得徽章等獎勵措施，以使反復操練活動變得更加有吸引力。游戲化和寓教于樂的潛臺詞是學習是令人乏味的苦差事，我們必須設法使學習更能為人所接受。當然，更為積極的方法是著力激發(fā)學生在游戲中學習知識和技能的動力，探索如何通過游戲支持和鼓勵學習（Gee， 2003）。

“演中學”（practomime）④指的是“某種情景中的‘過家家游戲，大家在游戲中都假裝扮演某種角色”（Travis， 2010）。它強調的是一項活動的表演成分，不管這個活動是以游戲、講故事還是教育的形式進行?！把葜袑W”使學習者成功切換到一個共同的想象環(huán)境中，并在這個環(huán)境里交流互動，全身心投入到某一科目的學習之中。

以“演中學”形式呈現的課程學習任務吸收了我們熟悉的電子游戲成分（如角色扮演和配備道具），目的在于幫助玩家達成學習目標，講述他們的學習故事（Young， Slota， Travis， & Choi， 2015）。典型的“演中學”持續(xù)數周或數月。比如，“生物群落行動”（Operation BIOME）是一門歷時一年的生物學課程，學生扮演專家角色，以研究團隊形式開展工作，尋找復雜問題的解決方案，參加實驗室工作。整個故事根據課程學習目標展開，故事中的任務是根據課程終結性考核內容進行設計的。再比如，正在學習高級拉丁文的學生可以在一個講述古羅馬的故事中扮演角色學習賀拉斯（Horace）和奧維德（Ovid）的詩歌，而學習古典文學的學生則可以在虛擬世界扮演游吟詩人學習荷馬（Homer）的作品。

學生在“演中學”活動中必須緊密合作（或是面對面，或是在線）才能取得成功。根據“演中學”理論設計的虛擬環(huán)境集敘事、想象和技術于一身，同時也有助于學習者形成各種虛擬社區(qū)。這些社區(qū)具備麥克米倫（McMillan， 1996）所述的社區(qū)特征：精神（spirit）、信任（trust）、交換（trade）和藝術（art）。精神指的是友誼和歸宿感，而信任指的是權威和集體的規(guī)范。如果一個社區(qū)有一種充滿活力的精神以及一個可以信任的權威結構，社區(qū)成員便能做到互惠互利并共同促進社區(qū)發(fā)展。精神、信任和交換一起形成社區(qū)的共同歷史，即以藝術形式呈現的社區(qū)故事（Ferguson， Gillen， Peachey， & Twining， 2013）。

“演中學”鼓勵學生全身心投入其中并協(xié)作解決問題。在這個過程中，他們與同伴、教師和課程建立關系。這種學習方法不是靜態(tài)的，它是一個試驗、改進和提高的過程，它不僅僅涉及直接參與者，任何感興趣的人都可以通過在博客上留言或社交媒體互動參與到活動中。

四、討論：運用虛擬成分增強教育

采用“演中學”增強教育，教師能夠把古代某些生活體驗融入教學中，學生則有機會說古典語言和閱讀原著。在成功的“演中學”過程中，虛擬社區(qū)和虛擬環(huán)境有助于提高真實性，在體驗生活的同時達成學習目標。

在“真實世界”（real world）里，虛擬世界和物理世界的分界線越來越模糊。學校的情況也如此。科學家們眼中的世界早已是疊加了信息，即以眼鏡、望遠鏡和顯微鏡為中介可以看到同一種物理現實的不同景象，而在虛擬世界我們又一次借助中介（這一次是計算機屏幕）觀看這些已經是借助中介呈現的景象。

教育如果沒有得到增強則不完整。當今，我們必須培養(yǎng)學生認識和理解這些借助中介呈現的不同見聞。學生必須能夠在各種虛擬環(huán)境和增強環(huán)境下開展工作和相互合作。比如，宇航員和飛行員得花很多時間在模擬器上訓練，科學家和外科醫(yī)生得學會理解他們所處的增強環(huán)境，這是因為他們的工作場所使用了精密復雜設備。所有這些，我們早已習以為常。

然而，盡管如此，虛擬世界和物理世界還是有一定差別的，因此，我們必須研究如何運用虛擬世界增強教育。具體說來，我們可以通過以下4種方法增強教育：① 復制物理世界；② 復制物理世界價值觀；③ 培養(yǎng)專門技能；④ 對位（Sheehy， Ferguson， & Clough， 2010）。

第一種方法復制物理世界最為直接，如果學生難以在物理世界完成某項工作，或者這樣做有危險，甚至是不可能的，復制物理世界的方法尤其能夠發(fā)揮作用。這種方法的不足之處是教師和研發(fā)人員的思維沒有超越在視覺上忠實再現物理世界這個層面，學習者的體驗不豐滿，沒有得到增強。

復制物理世界價值觀比第一種方法更加復雜。這種方法強調的是教師和學生努力想達成的目標以及考慮如何應用虛擬世界增強物理世界從而提升學習體驗。因此，我們既要考慮與某種學習體驗相適應的教學法，也要研究如何通過增強技術服務和支持這種教學法?！把葜袑W”并不要求忠實復制古羅馬或實驗室，它強調的是在這個環(huán)境里所做事情的意義，并以此提升課堂體驗。再如，“虛擬斯基道峰”環(huán)境詳細復制這座山的山坡，但出于支持學習的需要，學生還可以采用地圖疊置方法觀察不同情況或在隨身攜帶的筆記本上做筆記。

復制物理世界及其價值觀均能有效擴大學習機會，比如學習者能置身于諸如交戰(zhàn)區(qū)這樣的危險環(huán)境或人類無法到達的遙遠行星上。學習者可以在虛擬環(huán)境下考察遠方的一座山或使用一套昂貴的實驗室設備，從而提升學習體驗。在物理世界只有部分人能夠做這些事情或使用這些工具，但是現在原本因體能或經濟條件限制而無法做這些事的學習者也能實現夢想了。

培養(yǎng)專門技能并不是培養(yǎng)可轉移技能（transferable skills），而是培養(yǎng)理解虛擬環(huán)境并能夠在虛擬環(huán)境下工作的技能，包括學會使用新工具和理解它們的功能，學會開展遠程協(xié)作和以分布式團隊（distributed team）形式開展工作。如果設計科學，學習者能夠在學習中充分利用基于虛擬世界的增強環(huán)境帶來的機會，包括集體智慧、分布式專長、實驗和創(chuàng)新。

教育對位⑤指的是“集中和組合不同模態(tài)，以便每一種模態(tài)都可以用新方法進行理解和體驗并且可以用于創(chuàng)建一種新體驗”（Ferguson， Sheehy， & Clough， 2010），是一種激進的方法。這是因為虛擬與日?，F實的對比和相互作用會使熟悉的東西變得陌生，從而激發(fā)學生和教師探索學習過程出現的這些現實的欲望。增強學習提供了一個經過重新組織、重新表述的空間，使學生和教師對時間和空間有新的理解并意識到虛擬環(huán)境和物理環(huán)境的學習都涉及關系、社區(qū)和對現實的論辯。在正規(guī)的教育環(huán)境，最主要的學習目標和措施是在課堂外制定的，因此難以采用對位法。相比之下，在非正規(guī)的學習環(huán)境，學習者有更多的自由試驗虛擬環(huán)境學習和增強現實學習，因此更容易采用對位法。

五、結束語

在當今世界，物理環(huán)境和虛擬環(huán)境越來越交織在一起。外科醫(yī)生遠程實施手術，飛行員使用模擬器訓練技能，諸如騰訊這樣的公司通過銷售虛擬物品賺取大筆財富，數以萬計的人的主要收入靠的是采集虛擬資源。我們要把學生培養(yǎng)成為能適應“現實世界”的學習者，因此我們必須培養(yǎng)他們適應虛擬的東西，因為增強我們“現實世界”的正是這些虛擬成分。虛擬世界、虛擬環(huán)境、虛擬工具和虛擬社區(qū)都可用于增強學習。為了取得好的增強效果，我們必須了解這個過程中必不可少的各種不同社交臨場。同樣重要的是，教師必須清楚他們使用虛擬世界的目的（復制物理世界、復制物理世界價值觀、培養(yǎng)專門技能或是對位）以及每一種方法能夠有助于達成什么學習目標。

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收稿日期：2016-03-01

定稿日期：2016-03-11

作者簡介：麗貝卡·弗格森（Rebecca Ferguson），博士，英國開放大學教育技術研究院高級講師，英國高等教育學會高級會士（Senior Fellow of the Higher Education Academy）。

譯者簡介：肖俊洪， 汕頭廣播電視大學教授， Distance Education （Taylor & Francis）期刊副主編，System： An International Journal of Educational Technology and Applied Linguistics （Elsevier）編委。

責任編輯 郝 丹