基于虛擬現(xiàn)實（VR）信息技術推動終身教育沉浸式教學改革研究

王崢嶸

摘要：伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，虛擬現(xiàn)實（VR）信息技術的教育教學應用日益廣泛。本文首先深入挖掘虛擬現(xiàn)實信息技術的本質(zhì)內(nèi)涵，然后闡明其助推終身教育沉浸式教學改革的必要性，最后以政府為引導、以教師為橋梁、以社會為支撐創(chuàng)新虛擬現(xiàn)實信息技術推動終身教育沉浸式教學的實踐策略。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實（VR）;終身教育;沉浸式教學

一、虛擬現(xiàn)實（VR）信息技術的本質(zhì)內(nèi)涵

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術及設備的產(chǎn)生早于計算機，我國的VR技術發(fā)展最初應用于航空航天技術范疇，因其獨特功在軍事、航空航天技術發(fā)展方面有著重要作用，但因受到設備制作的限制，VR技術及產(chǎn)品一直未能普及到更多消費領域。2016年被成為“VR元年”，教育技術領域也開始將研究視角轉(zhuǎn)向VR技術及產(chǎn)品。在教育領域最先普及便是沉浸式VR，此類VR依托一定的硬件設備，讓使用者在視覺與聽覺上與周邊的物理環(huán)境進行隔離，通過計算機軟件為使用者模擬出完全虛擬的環(huán)境，VR分為三類模式：桌面、體感VR、頭盔沉浸。頭盔沉浸式VR需要較為復雜的一體式頭盔系統(tǒng)，價格成本頗高，而手機插入頭盔方式，讓VR內(nèi)容在手機上運行，降低了制作成本?！邦^盔沉浸式VR的教學體驗讓學生置身于實際情景，任務式系統(tǒng)化知識結(jié)構保證了教育效果”。[1]

二、基于虛擬現(xiàn)實（VR）信息技術推動終身教育沉浸式教學改革的必要性

2019年教育部《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》，鼓勵用AR、VR等創(chuàng)新中小學實驗教學方式;推動VR技術在教育教學工作應用，也連續(xù)被納入教育部每年的教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點。而《中國聯(lián)通5G+智慧教育典型應用場景白皮書》基于國內(nèi)外教育信息化演進戰(zhàn)略，提出虛擬現(xiàn)實教育、遠程互動教學、人工智能教育教學評測、校園智能管理四大重點智慧教育場景，分析了各應用場景、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、價值和業(yè)務承載需求。隨著教育環(huán)境的多樣化，學生教育需求更加個性化，終身教育理念進一步拓展了現(xiàn)代教育的時空維度，伴隨著網(wǎng)絡教育的普及，遠程式、個性化的網(wǎng)絡學習方式逐漸進入教育領域。終身教育當中無論是基于能力發(fā)展的學習、問題探究的學習、項目實訓的學習，不同學習類型創(chuàng)設的根本目的都是為學習者提供更加便于實際操作、貼近真實場景的沉浸式體驗環(huán)境，場景創(chuàng)設能夠為學習提供更加真實、難忘的學習體驗感，以往教學過程中教師多會選擇采用播放視聽材料輔助教學亦屬于沉浸式教學方法。在終身教育中引入虛擬現(xiàn)實（VR）技術，為受教育者的專業(yè)學習創(chuàng)造更加直接、真實的環(huán)境，也強化遠程、網(wǎng)絡教育的教學效果，提高終身教育的教學效率。隨著社會的發(fā)展，創(chuàng)新應用虛擬現(xiàn)實技術開展沉浸式教學已經(jīng)成為國內(nèi)外不可抵擋的發(fā)展趨勢，且基于VR技術的沉浸式教學模式有著傳統(tǒng)教學模式無可比擬的優(yōu)勢，能夠有效增加學生的學習體悟，創(chuàng)設良好的虛擬仿真和第二語言學習環(huán)境。

VR通過虛擬現(xiàn)實技術讓教學內(nèi)容、方式更加生動、形象，3D立體化教學內(nèi)容取代了傳統(tǒng)的平面2D教學，雖然教育信息技術拓展了音影資料的傳播形式，但沉浸化教學尚未完全形成。VR技術帶來的3D學習場景能為學生展示那些難以直接通過真實場景觀察的現(xiàn)象、原理，例如，立體幾何、電磁波、核子等原理性知識點。特別是在遠程網(wǎng)絡學習環(huán)境中，學生能夠通過VR技術參與到教學過程，實現(xiàn)學習體驗與模擬環(huán)境的對接，調(diào)動學生學習的主動性。職業(yè)教育領域應用方面，VR技術“對于大型復雜、昂貴的機械進行虛擬維修教學，可達到節(jié)約費用、縮短教學時間以及減少操作危險性的目標”[2]。同時，游戲化教學也是提升學習者沉浸感的高效方式，但游戲教學效果受到互動性、可視性的影響。隨著VR技術的普及大大提升了游戲化教學的互動性、可視性，特別對于基礎教育階段，游戲化教學內(nèi)容能夠更好的提升學生的學習意愿，提升教學效率。此外，從教育宏觀層面來看，VR技術促進了教育資源的均衡化發(fā)展，為創(chuàng)設虛擬學習環(huán)境提供了新平臺，進一步打破了時空界限，學生不僅能夠在學習云平臺上獲得更多類型的教育資源，而且線上教學過程中VR能夠創(chuàng)設模擬虛擬課堂，將各地教師、學生帶入到同一個課堂，促進師生間的即時互動。最后，VR技術促進了優(yōu)質(zhì)教育資源高效轉(zhuǎn)移與共享，實現(xiàn)城鄉(xiāng)之間、區(qū)域之間電子教育資源的流動。同時，該技術也促進了教育者觀念的革新，虛擬技術推動了教學方法改革，虛擬系統(tǒng)作為非線性的網(wǎng)絡結(jié)構，學生也成為知識構建的參與者，這也讓教學組織從以往的灌輸式教學轉(zhuǎn)變?yōu)榻嬍浇虒W，學生成為學習進度的控制者，這些變化也讓教材內(nèi)容更加生動、科學，同步帶動了教師教學觀念的轉(zhuǎn)變。

三、創(chuàng)新基于虛擬現(xiàn)實（VR）信息技術推動終身教育沉浸式教學的實踐策略

（一）以政府為引導，構建“VR+終身教育”教學平臺

因VR技術具有較強的復雜性，終身教育周期長、覆蓋面廣，若單單依靠學校與研究夠構建適宜教育領域的VR系統(tǒng)，難以實現(xiàn)該系統(tǒng)的建設與維持。為滿足家庭教育、社會教育、學校教育的不同訴求，以教育需求為導向，由政府擔任起引導功能齊全的教育領域VR系統(tǒng)、VR產(chǎn)品、VR教育應用模式，從而推進VR技術與各階段教育課程的全面對接。在政府的引導下學校與教育研究機構應形成“分析需求-技術與產(chǎn)品研發(fā)-教育實踐-反饋與報告-再分析分析需求”循環(huán)網(wǎng)絡。政府應通過政策與經(jīng)費支持VR技術的開發(fā)與應用，設立專門的技術標準體系。為研究機構設置專項課題支持，鼓勵本地學科帶頭人組成研究談對開展應用研究，探索VR技術應用下不同教育階段學生的認知與學習規(guī)律，針對面向?qū)W前教育、初等教育、中等教育、高等教育和繼續(xù)教育構建“VR+終身教育”教育與培訓平臺，以VR軟件、VR設備為支持，依托終身教育下已然成熟的教學管理平臺，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學資源的高效搭載，將課程重難點知識及核心原理以VR效果展示，實現(xiàn)沉浸式教學，將以往難以直接以傳統(tǒng)教學方式展示知識進行三維化、立體化處理，沉浸式學習仍然離不開學習過程與教師的互動，VR沉浸式教學能夠推進實訓課程“教學做”一體化。沉浸式VR系統(tǒng)為學習者提供了高度的沉浸感、實時性，系統(tǒng)為學習者創(chuàng)造了虛擬世界，讓學習者不受真實世界的影響，學習場景變化根據(jù)人運動時空間位置跟蹤定位設備反饋信息進行變化，該類系統(tǒng)應用面較廣，現(xiàn)在應用較廣的系統(tǒng)為頭盔式顯示器及投影式VR系統(tǒng)，當然體感交互也可為學習者帶來沉浸式學習體驗，通過的動作捕捉、麥克風輸入、影響識別、語音等讓學習者、教學生參與操作與互動。

（二）以教師為橋梁，實現(xiàn)VR技術融入課程教學全過程

VR技術服務教育離不開學校與教師的參與，教師作為課程開發(fā)的參與者、教學方案的設計者、教學實踐的踐行者，教師對學生的學習需求、課程重難點最為了解，教師應依據(jù)學生發(fā)展需要，利用沉浸式VR系統(tǒng)的功能特征重塑教學過程，設計教學活動，根據(jù)教學環(huán)境、學習環(huán)境、教學類型選擇特定的VR產(chǎn)品，以點帶面，以典型課例積累VR應用經(jīng)驗后在擴大使用范圍。例如，沉浸式VR系統(tǒng)在原理性認知板塊中，系統(tǒng)會為其提供不同認識場景，將抽象的知識理論轉(zhuǎn)化為可視化、可聽化的視頻，還可以將課程學習過程中所需要的場景具象化成為VR沉浸式場景，學生通過穿戴設備獲得信息。學校與教師作為技術應用的橋梁，教育方面的專業(yè)判斷對于VR技術在終身教育的全面普及十分重要的意義。VR應用終身教育過程中應面向不同學科或科學組合、年級段、學習對象開發(fā)個性化應用模式的VR教學系統(tǒng)，基礎教育重點圍繞體驗與探究，高等教育與繼續(xù)教育重點圍繞實訓與創(chuàng)新，特別是為社會人文學科、自然科學相關探索式VR系統(tǒng)提供教學實踐支持。在此過程中不僅能夠促進VR系統(tǒng)應用語言設計的發(fā)展與完善，而且對各個階段、不同學科的VR沉浸式教學法提供了具體表征案例，為下階段交互設計與可視化體驗完善打下基礎，教師利用VR系統(tǒng)提升教學效率成為該技術在教育領域應用的關鍵。

當VR技術與教學過程進行順利對接后，再通過以點帶面的方式實現(xiàn)大范圍、大規(guī)模異地同課的效果，提供多種輔助教學的工具和資源，從教師和學生兩個角度出發(fā)，實現(xiàn)課堂實況及資源的常態(tài)共享和錄制。依托當前已經(jīng)普及應用的教育云平臺資源，共享課堂同時整合各類教育講座、直播課程、錄播課程、微課以及外部資源進行匯聚、管理、傳播與分享，通過市、區(qū)、校級教育資源門戶運作，實現(xiàn)區(qū)域優(yōu)質(zhì)資源的匯聚、共享與互動。此外，教師應當不斷學習基于虛擬現(xiàn)實技術的沉浸式教學方法、教學模式、教學策略，探索適合我國終身教育的沉浸式教學改革措施，如應用追蹤技術、傳感器技術、手勢識別技術等搭建沉浸式虛擬現(xiàn)實課堂，創(chuàng)設生動的課堂場景，增加“面對面”互動體驗，強化師生真實感受。此外，VR技術具有體驗、創(chuàng)造、探究、訓練等多元教育功能，這些功能都對教師提出較高的要求，但當前的VR系統(tǒng)設計多為非教育專業(yè)的計算機專業(yè)人士開發(fā)，VR教學產(chǎn)品應用應進一步滿足師生的個性化需求，最終“實現(xiàn)教學過程的可視化、情境化、感知化”[3]。

（三）以社會為支撐，打造“VR+終身教育”共享共建模式

VR技術為終身教育各階段提供了一個模擬真實環(huán)境的學習環(huán)境，學習者在此環(huán)境中，教學者可利用人機交互設備和虛擬環(huán)境中的物體進行具有沉浸感的交互行為，從而加強學習者體驗感。VR技術為師生開展互動式學習創(chuàng)造了條件，為教學環(huán)境、組織、方式在網(wǎng)絡教學平臺的融合提供了新契機。特別是在實訓類課程方面，教師可融合各類數(shù)字媒體增強體驗的現(xiàn)實感，學生也可以通過遠程學習平臺的虛擬仿真實訓課程實現(xiàn)“教學做”的融合。傳統(tǒng)VR技術投入教育需要較大的成本，這也導致該技術難以在基礎教育階段進行普及，但隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術得到了新突破，支持VR技術教育應用的各類軟硬件成本逐漸降低，這也推進了VR技術在終身教育各個階段的普及。學校也開始委托專業(yè)課程開發(fā)機構、教育專家團隊、技術研發(fā)團隊，根據(jù)教學需求開發(fā)具有校本特色、專業(yè)特色的VR項目，開發(fā)了一系列VR教學產(chǎn)品，特別對于部分具有較強專業(yè)建設需求較強的高校與企業(yè)開展合作共同開發(fā)校內(nèi)VR實訓中心與智慧實訓室。校企合作也為VR教育項目及產(chǎn)品開發(fā)提供更為豐富的社會資源，為滿足現(xiàn)代遠程教育發(fā)展需求，一些兼容性強、擴展性強的教育資源共享平臺進入終身教育，實現(xiàn)各地教育均衡化發(fā)展。例如，上海應用技術大學與曼恒數(shù)字（www.gdi.com.cn）通過深化產(chǎn)教融合，全面推行校企協(xié)同育人，將先進的VR技術與課堂教學緊密結(jié)合，建設了面向全校開放共享的“VR智慧課堂”——虛擬交互教育創(chuàng)新中心。中心建有“I-MOTION未來課堂”、“I-GROUP人機交互實驗室”、“I-SPACE大空間實訓室”、“I-MAGIC FACTOR造夢空間”、“CREATIVE CENTER創(chuàng)意室”及“SMART CLASS智慧教室”六大功能區(qū)，涵蓋教學、實訓、三創(chuàng)、科研等諸多環(huán)節(jié)。

參考文獻：

[1]?董凱寧，孟津.基于虛擬現(xiàn)實技術的職業(yè)院?？晒蚕斫虒W資源研究[J].教育現(xiàn)代化，2017，004（052）：81-84.

[2]?彭芳，王文婷.“化工機械安裝與維修實訓”VR化建設在職業(yè)教育中的研究與實踐[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2019（11）：207-215.

[3]?李桂子.虛擬現(xiàn)實（VR技術）與高等教育教學模式融合的可行性分析—會計專業(yè)教學為例[J].財富時代，2020（02）：121.

基金項目：2018年福建省終身教育課題研究項目《基于虛擬現(xiàn)實（VR）信息技術推動終身教育沉浸式教學改革研究》;課題編號：JZ190031

（作者單位：廈門華天涉外職業(yè)技術學院）