论虚拟现实技术环境下的体验学习

摘要：随着信息时代的到来和信息技术突飞猛进的发展，虚拟现实技术也越来越多地应用于教育教学领域。本文试图通过对体验学习的阐述以及对虚拟现实技术的优势及特性的研究，分析虚拟现实环境下体验学习的方式和不足，并对其做了展望，希望能对广大师生有所帮助和启示。

关键词：虚拟现实技术；环境；体验学习

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0008-03

在信息时代，信息技术已经向各个领域进行渗透，甚至成为支配诸多领域的重要机制。其中应用于教育教学领域的虚拟现实技术的影响也投射到了作为人类生存活动的学习过程中，引发了学习方式的变革。虚拟现实技术环境下的体验学习就是其中之一。

一、体验学习概述

体验学习是一种以学习者为中心，通过实践与反思相结合来获得知识、技能和态度的学习方式。它不仅包含了学习的结果，也包括了学习的过程，是一个动态的概念。体验学习把人们从自己的体验中获得的学习结果视为最佳。它既是一种把学习者的认知、情感和行动整合起来的学习方式，也是一个促进学生自我实现、自我完善的过程。体验学习是学习者在一定的情境（这个情境可以是真实的，也可是虚拟的）中去亲身经历和体验，并在这个过程中感受、领悟和学习的学习方式。体验学习在活动方式上以学习者为中心，关注他们自己的感受、价值取向及学习方式；同时需要学习者自己观察、反思和总结，学会在不同的环境中学习、思考和解决问题。体验使学习进入了生命领域，使知识的学习扩展到了情感、生理和人格等领域；从而使学习过程不仅要用自己的脑子思考，而且要用自己的眼睛看，用自己的耳朵听，用自己的嘴巴说，用自己的双手操作，即用自己的身体去亲自经历，用自己的心灵去亲自感悟。这不仅是理解知识的需要，更是激发学生生命活力，促进学生生命成长的需要。

二、虚拟现实技术的特性及优势

虚拟现实技术是指在多媒体技术、计算机图形学、仿真技术、传感技术、人工智能等基础上发展起来的，充分利用高性能的计算机硬件与软件资源及各类先进传感器的一门交叉学科的集成技术。事实上，它不仅是指使用传感辅助设施的技术，而且还包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术和方法。它能够生成实时的、具有三维信息的、人可以与之自然交互的人工虚拟环境（Virtual Environment）。学习者进入其中，可以产生一种身临其境、完全真实的感觉。同时学习者可以根据自身的感受，通过多种传感设备，使用人的自然技能对虚拟环境中的物体进行考察或操作，并像在真实世界中一样与该环境进行实时操纵和相互交流。虚拟现实技术应用于教育教学领域具有独特的优势。

1.沉浸性和多感知性。学习者能沉浸到计算机系统创建的虚拟环境中。在这个环境中，一切感觉逼真。学习者由观察者变为全身心的投入者，他们觉得自己是虚拟环境的一部分。他们感到被虚拟景物所包围，可以左顾右盼和自由走动，与物体相互作用，如同在现实世界中一样。虚拟现实的多感知性使它具有多感知的能力，如视觉感知、听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知和嗅觉感知等。借助这些感知，学习者在虚拟环境中可以产生非常真实的体验。虚拟现实技术的这两种特性可以让学习者全身心地投入到虚拟环境中获得真实的认知和情感体验，能够大大增强他们学习的主动性和持久性。

2.交互性。学习者能通过键盘、鼠标以及各种传感器与虚拟环境发生交互，如同在真实环境中用其自然技能与其中的对象发生交互关系，实现对虚拟环境的考察与操作。在这样一个具有身临其境和交互作用的环境中，学习者通过他们与所处环境的交互作用，利用其本身对接触事物的感知和认知能力，以全方位的方式获取各种形式的信息。例如，人们用手抓取虚拟环境中的物体，被抓取的物体会随着手的移动而移动；同时人们会有抓取东西的感受，并且可以感受到物体的重量。这种交互性对学习者的学习产生了积极影响，并且为他们完成自身意义世界的建构提供了条件。

3.想象性。在以上沉浸性、多感知性和交互性的基础上，学习者可以从逼真的虚拟环境中得到感性和理性上的深刻认识，进而深化概念、产生想象，主动寻求、探索和接收信息，因此就能够充分发挥他们的想象力，培养创新精神，提高创新能力。另外，从安全性和经济性的角度考虑，虚拟现实技术也是一种有效的教学工具。它为模拟训练提供了极有价值的、与真实生活很类似的情形，避免了一些不必要的风险。有了以上优势，虚拟现实技术在学习过程中就具有了独特作用，比如：帮助学习者探索那些不能接触到的地点和事物，如火星表面；向学生呈现那些难于观察和测量的事物，如分子结构；为学生再现那些已经不复存在的事物，如冰河期的地球；让学生与虚拟历史人物进行交流，如与牛顿探讨问题等。这是其他技术不易实现的。

三、虚拟现实技术环境下的体验学习

研究表明，在亲身经历的过程中进行的学习是最有效的。虚拟现实技术能够提供给学习者类似于亲身经历的逼真体验和技术支持。学习者在这种仿真过程中可以经历不同的时间和空间，可以与各种仿真物体和虚拟环境的各个部分接触，从而产生逼真的体验，更好地进行体验学习。

1.在虚拟环境中体验感悟。虚拟现实技术为学习者提供了丰富的学习资源以及选择学习材料和学习方式的机会。利用虚拟现实技术可以让学习者学习一些实际中具有时间性、可变形、距离性、抽象性且用别的方法很难观察和验证的各种事物。例如，在学习各种自然现象的形成和发展方面的内容时，大多数自然现象都具有时间性，或者是转瞬即逝，或者是非常漫长，学习者很难观察到。但我们利用虚拟现实技术就可以让学习者在短时间内逼真地观察到自然界几十年、几百年、几千年甚至上万年发生的变化。又如，物理、化学、数学等科目中的各种概念、定义以及物质的原子、分子结构与化学反应都是很抽象的，在传统教学中只能依靠教师的口头讲述进行讲授；而利用虚拟现实技术，教师可以陪同学习者在课堂上一起经历虚拟环境，观察一些重点问题，还能让学习者“进入其中”进行体验，从而获得第一手概念和知识。这种学习方式，使那些抽象难懂的学习内容以生动形象的形式呈现出来，大大提高了学习者的理解和掌握能力。endprint

2.在虚拟实验室中进行仿真实验。实验是教学活动中一个必不可少的过程，很多学科都是以实验为基础的。虚拟实验室是由虚拟现实技术仿真或虚构的一种可以进行实验的虚拟环境。在这个环境中，学习者似乎是在真正的实验室里近距离进行现场操作。学习者可以利用虚拟实验室进行仿真实验。如化学实验中有些药品具有剧毒，有些化学反应比较剧烈或时间较长，把这些实验放在虚拟实验室中去做，既能对实验现象或过程很好地仿真而又不必担心造成伤害。再如，美国休斯敦大学和NASA（美国国家宇航局）约翰逊空间中心的研究人员建造了一种称之为“虚拟物理实验室”的系统，利用该系统可以直观地研究重力、惯性这类物理现象。使用该系统的学习者可以做包括万有引力定律在内的各种实验，可以控制、观察由于改变重力的大小、方向所产生的种种现象以及对加速度的影响。这样，学习者就可以获得直接经验，从而达到对物理概念和物理定律的深刻理解。此外，在虚拟物理实验室里，学习者还可以自己动手创造出降雨、水汽蒸发等自然景观，直观有趣、生动形象。

3.在虚拟场景中感受历史文化。在虚拟场景中也可以进行体验学习。例如Intel公司建立的虚拟故宫，利用虚拟现实技术展示了故宫的全貌。我们只要利用鼠标和键盘就能够畅游历史悠久的紫禁城。在这个有声有色的虚拟故宫里畅游一番，既可以获得知识，又省去了劳累的旅途和不菲的开支。在这里，学习者可以进行亲身体验，学习到课本以外的知识。又如，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的教育家们利用最先进的计算机技术，用非常准确的虚拟现实技术重新构造了数字化古罗马（公元前50～公元14年）。我们进入这个完全虚拟的世界，古罗马的各种人文景观历历在目，仿佛置身于陌生的异域环境中。学习者可以身临其境地观察各种艺术奇观、雕塑、绘画艺术品，体会当时的人文环境；可以观察古罗马的住宅、街道和其他建筑格局的特点；可以参加列席奥古斯都的参议院，聆听诗人的讲演等。这种虚拟场景能够帮助学习者更好地理解特定的历史情境和历史文化，无疑是独一无二的。

4.在虚拟环境中进行交互学习。体验学习过程中最关键的环节是学习者之间的交流，网络时代体验学习的交互日趋虚拟化。在体验学习过程中，有大量的网络工具可以为学习者使用。他们可以在三维聊天室中，在BBS系统中与学习者和教师进行实时的交互，也可以使用邮件系统和学习者或是集体进行非实时的交互，取得教师或同伴的异步解答。虚拟体验学习中的交互不受时空的限制，学习者都是以虚拟的身份参加交流的。虚拟交互的过程中，学习者之间是自由平等的，所形成的关系也是虚拟的。在这种情境中，他们可以畅所欲言，更容易表达自己在体验学习中的真实见解。

无论是虚拟环境中的体验感悟、交互学习，虚拟实验室中的仿真实验；还是虚拟场景中的历史文化感受，都能使学习者获得逼真的体验，从而产生更好的学习效果。

四、展望

在虚拟现实技术环境中的体验学习虽然情境虚拟化、过程虚拟化、交互虚拟化，但是体验的结果是真实的。对这种学习方式的展望主要有以下三个方面。

1.把虚拟体验和现实体验结合起来，使二者和谐互补。开发虚拟的体验学习场景需要大量的人力、物力和财力，所以能进行现实的体验学习就不进行虚拟的体验学习。在现实中不易进行直接体验的学习可以在虚拟体验情境中进行，如高危险或是受时空限制的情境。

2.加强技术支持，完善体验形式。在虚拟体验学习过程中，学习者更容易发挥创造力，展现自己的个性。因此，随着技术的发展，我们应该加强对它的规范化设计开发，尽量完善虚拟体验的形式，将其优势和潜力在教育领域中凸显出来。同时我们要更加关注技术应该支持体验学习的哪些方面，如何提供更好的、更智能化的支持，以及支持的效果如何评定等，从而使它自身不断得到完善和发展。

3.在虚拟现实技术环境中重视情感需求。在利用虚拟现实技术环境的自身优势为学习者的体验学习提供种种便利条件和在其他环境中难以实现的技术支持的同时，也要重视在这个过程中学习者的情感需求，鼓励他们参与社会活动，注重培养在真实情境中的人际互动和人际交往方面的能力。

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[4]张际平，许亚建.新媒体、新技术体验学习的设计与实践[J].现代远程教育研究，2012，（11）.

基金项目：河南省教育厅人文社会科学青年项目资助（项目编2012-QN-246）。

作者简介：李乐（1982-），女，河南新乡人，硕士研究生，讲师，研究方向：信息技术应用与学习方式变革。endprint