基于情境的虚拟现实教学策略研究

2011-10-20冯寿鹏

中国教育信息化 2011年5期

关键词：虚拟现实教学策略情境

陈猛，冯寿鹏

（解放军西安通信学院，陕西西安 710106）

基于情境的虚拟现实教学策略研究

陈猛，冯寿鹏

（解放军西安通信学院，陕西西安 710106）

教学策略的选择与开发是现代教学设计的重要组成部分，适当地引入全新的教学技术，创新课堂教学，能够更好地优化教学过程。本文通过研究教学策略的内涵，结合虚拟现实技术在教学领域的优越性，依据认知心理学的认知负荷理论、双通道假设、有限容量假设和主动加工假设，从增强视觉认同感的三维浏览策略和注重学生体验的交互认知策略两个方面，对基于虚拟教学情境的教学策略作研究探讨。

教学策略；虚拟现实；虚拟情境

一、教学策略的概述

1．教学策略的定义及内涵

“策略”一词，泛指谋略、计谋，早期多用于军事行动或斗争，重点强调其战略性、战术性和实施过程中的艺术性，后来逐渐被应用在包含教学研究在内的更多领域。

对于教学策略的定义，较为典型的有：《简明国际教育百科全书》中认为：“教学策略是指教学活动的顺序排列和师生间连续的有实在内容的交流。”[1]美国教育学家埃金将其定义为：“为完成特定目标而设计的指示性的教学技术。”[2]我国学者冯克诚认为：“教学策略是指以一定的教育思想为指导，在特定的教学情境中，为实现教学目标而制定，并在实施过程中不断调适、优化以使教学效果趋于最佳的系统决策与设计。”[3]张春兴对其定义为：“教师教学时有计划地引导学生学习从而达到教学目标的一切方法。 ”[4]

从众多学者的研究成果可以看出，对于教学策略的认识，应包括四点特征：第一，具有明确的教育目的性或教学意象；第二，蕴含了一定的教育理念及设计者为优化教学过程的教学思考；第三，体现了教师对教学过程的掌控；第四，在实施过程中对于具体的教学方法可以灵活选择、创新。

2．教学策略的开发与选择

在现代教学设计的思想理念中，教学策略的选择与开发是教学设计的重要环节，包括预备活动、呈现信息、提供练习与反馈、测验以及课后活动等策略，同时还包括根据学习理论、授课内容以及学生特点决定的学习策略。对于教学策略的开发构建，应以教学过程的最优化为基本准则，并在此基础上体现教学的科学性与艺术性。

巴班斯基曾指出：“教学过程最优化是在全面考虑教学规律、教学原则、现代教学形式和方法、教学系统特征以及内部条件的基础上，为了使过程既定标准看起来发挥最有效（即最优化）的作用而组织的控制”。[5]在现代教学理念中，随着教学观念的转变，教学工作的重心由教师的以教为主转向学生的学为主导，教师所要面对的教学对象更加多元，教学任务更加复杂，这需要教师能够灵活把握教学过程中各要素间的密切联系，实时换位思考，在开发“教”的策略的同时，站在学生的角度，兼顾“学”的策略，平衡“教”与“学”之间的关系，创新教学策略，以实现教学过程的优化。同时，合理地引入新的教育技术，结合适当的教学方法，改革教学形式，可使教学过程更具时代性以及教学艺术的美感。

二、虚拟现实的教学优势分析

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）又译作灵境技术，起源于上世纪60年代，是指采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，相互影响，从而产生身临其境的感受和体验的技术。其特性被称为“3I”，即：沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。

虚拟现实的教学优势主要包括：

1．突破时空限制，构建虚拟情境

利用虚拟现实技术，可构建具有真实感的虚拟环境，并且完全不受时间、空间的限制，大至外层太空，小到微观分子；远自宇宙起源，近及一草一木，都可以被模拟再现，使学生在学习的同时对所学知识有深刻的体验。

2．创造具有可变性的教学资源

国际工程是国际经济合作、技术交易、劳务合作的一种方式，其项目的各个环节都是由不同的多个国家共同参与，按照国际惯例来进行管理。自从改革开放以来，在经济全球化的趋势下，越来越多的企业参与到国际项目工程。由于国际工程一般都是一些大型工程，具有建设周期长，技术要求较高，施工难度相对较大，参与主体来自多个国家等特点。加之在国外施工过程中，承包商不能完全了解当地的经济、政治、文化、法律相关的要求，并在语言上也存在一定障碍。因此国际工程项目可能会面临在试样国内工程从未遇到过的风险。承包商在承包国际项目工程的时候只有做好风险识别与分析，才能进行针对性的风险管理，以求降低企业的损失获取更多的利益。

斯图尔特和托马斯在1991年列出的计算机控制的空间在教育中的8个作用指出，计算机应当“创造具有可变特性的地方和事物”。对于通过虚拟建模构建的教学资源，应实现任意视角的全方位观察；对于器件类的教学用具，按需求随意拆卸组合、模拟试验将是基本功能。

3．降低真实实验和操作带来的各种危险

对于教学危险的降低，主要包括了两个方面：其一是可对一些因错误操作而产生的不良后果进行模拟，以最直观的方式，促使学生正确合理地操作实验；其二是对于一些具有高危险性的真实实验，可实现虚拟仿真操作，为学生在实物操作前提供实践的平台，以便更好地体会实物操作中可能遇到的种种问题，降低危险系数。

4．节约教学成本

利用虚拟现实构建的虚拟教学设备，将可解决在教学中设备昂贵、场地有限等问题，在节约大量教学设备耗费的前提下，完成教学工作，同时，也可减少实训设备因长期使用而损坏、教学材料大量消耗等问题，从而实现教学成本的节约。

三、基于情境的虚拟现实教学策略研究

情境的含义有广义和狭义两种，广义的理解是指作用于学习主体并使其产生一定情感反应的客观环境；狭义的理解则是指教学坏境中作用于学生而引起积极学习情感反应的教学过程。[6]在教学活动中，情境始终与知识学习联系在一起，构建主义的提出者皮亚杰将情境列为人类认知过程的外因，与自身的内因共同构成了人类认知的两大因素。他认为知识是情境化的，通过具体情境所提供的直观的、生动的形象能有效地激发联想。但情境并不能凭空而生，因此，创设真实或接近于真实的具有丰富资源的学习情境，是情境学习的前提也是重点。

对于情境的创设，可通过多种方法实现，利用虚拟现实技术构建虚拟情境，创建虚拟的事物、场景，使学习者产生身临其境之感，是当前虚拟现实技术在教育领域应用发展的一个趋势，同时也为教学情境的开发提供了新的平台。相对于通过真实事物，真实场景构建的教学情境，虚拟情境的创设重点在于虚与实之间的把握，所被模拟的对象，既需要具有真实性的认同感，也需要具有虚幻性的视觉新鲜感。

图中，对于信息的加工，通过视觉与听觉双通道进入记忆区加工整合，在感觉与工作记忆区，所能够接收处理的信息是有限的，而通过多媒体呈现的信息，以及存在于长时记忆区的信息，属于相对开放、无限的信息，人类通过“选择文字、选择图像、组织文字、组织图像、整合”五种加工方式，实现对信息的主动加工。

基于三维情境的虚拟现实教学策略的研究，其核心包括增强视觉认同感的三维浏览策略和注重学生体验的交互认知策略。

1．增强视觉认同感的三维浏览策略

主要包括：立体化平面视图，诱导视觉思维定势，合理屏幕信息以及简化抽象信息四个方面。

（1）从认知负荷的角度来看，立体视图可减少对于不同平面视图间的立体构想，降低外部认知负荷，增加关联认知负荷。[8]如数字化校园中的虚拟校园，便可通过对整个校园环境的三维模拟，以及全视角的视点导航（Viewpiont Navigation），使参观者脑中迅速形成对校园概貌的清晰认识，其效果远比平面的地图及照片更为直观。再如在地理教学中，对于地形地貌的建模仿真，也比平面照片更能促使学生的联想记忆。

（2）注重视觉思维定势的诱导，格式塔心理学认为，存在于记忆中的事物，会对视知觉产生诱导作用，促使视知觉在接受新信息的准备阶段，便存在选择性，即视知觉的思维定势，其诱导作用为记忆的开始，确定了起点。例如想到树木，便容易在脑中联想到粗糙的树皮、挺直的主干、茂密的树冠等，通过对材质、纹理的选择，在三维情境中可创设与记忆思维相呼应的虚拟实物，实现突出认知特征，减少认知总量的效果。而反向利用思维定势，对于需要特别强调的部分，调用鲜明的颜色，突出其不同性，也能够更好地抓住学习者的视线，加深学习印象。

（3）合理安排屏幕中信息，包括图像的位置、大小、颜色以及与文字声音等的构成比。例如背景色的选取，对于较大型空间的显示，前景对象的记忆往往会伴随着背景共同进入信息加工通道，过于强烈的背景会使人忘却前景对象，因此，对背景色的选取，需淡化、模糊，能够自然地承托出前景，利于记忆。再如对于界面中同时出现图片与文字的状况，扩大图片的尺寸，精简文字概述，并拉近文字与图片间的距离，可以更好地促进学习，反之，容易造成重点不明，信息混乱，不易记忆等问题。

（4）对于如物理学原理一类的抽象概念，简单的几何符号更利于学生抽象思维的引导，对于进入学习者视觉通道的信息，外形简化、色彩清晰的符号，只占用少量的心理资源和注意力，同样降低了外部认知负荷，利于学习者投入更多的工作记忆容量和心理资源进行逻辑加工。所以，对于几何符号的虚拟建模，应当使用简化的线条及色彩，保持其简约效果。

2．注重学生体验的交互认知策略

对于虚拟情境的操作控制，是系统与用户之间交互的直接表现，不同于平面图片的局限，用户对于虚拟环境的操作要求存在更高的随机性，例如当学生点击某一物体时，可能的操作有改变视角镜头，拉近视野；移动、翻转该物体；隐藏该物体的显示等等，这就要求虚拟现实系统在开发的过程中，为每一种操作都设定相应的操作方式。最为简单的方式，是在界面中增加按钮，如VRML浏览器CosmoPlayer中的按钮菜单，将前进、后退、旋转等操作，以按钮方式呈现，便于理解使用。但这种方式，会使界面结构变得复杂，打断用户与系统间的平滑交流，增加认知负荷。更为合理的方式，应当使操作方式不额外附加在屏幕显示中，且操作符合常用电脑操作习惯，用户仅需要具备通用的基础知识，便可以理解系统的用途及使用方式，通过简单的指导练习便可实现对系统的操控。

同时，虚拟情境系统的交互并不能简单地局限于界面交互，还应包括学习过程中的知识交互，交互的目的在于使学生获取和掌握知识，提高学习能力，所以，在虚拟环境中设置一些问题、障碍或暗示，可以使学生在人机交互的过程中拓展理解的广度和深度，形成对问题的特有见解，实现更好的自我建构。