从“经验之塔”看虚拟仿真技术与教育教学理论的结合及应用分析

程琼 陈晴

摘 要 虚拟仿真技术将仿真技术与虚拟现实技术相结合，是当今科技研究热点。国家一直非常重视教育信息化的建设，将新技术应用于教育教学，是趋势也是必然。新技术的应用离不开教育教学理论的支撑，本文结合“经验之塔”理论，分析了虚拟仿真技术与教育教学结合及应用的理论基础，从建立恰当的学习场景、开发更好的教学资源、实现学习效果和良好体验的统一入手，探讨了应用路径。

关键词 虚拟仿真 教育教学 经验之塔

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.01.053

Abstract Virtual simulation technology combines simulation technology with virtual reality technology， which is a hotspot of current scientific research. The state has always attached great importance to the construction of educational informatization， and the application of new technologies to education and teaching is a trend. The application of new technology is inseparable from the support of education and teaching theory. This paper combines the theory of "experience tower" to analyze the theoretical basis of the combination and application of virtual simulation technology and education and teaching， from establishing appropriate learning scenarios and developing better teaching resources， to achieve a unified learning experience and a good experience， explore the application path.

Keywords virtual simulation； education and teaching； experience tower

0 引言

信息社会，对于数字化及网络化技术的依赖性不断的加强，丰富多彩、实时互动的数字化服务不断孕育而生。回观我们国内的教育行业，改革开放以来，中国教育改革成绩斐然，中国特色的教育体系逐步建立，把新兴的数字化技术运用其中，为教育教学提高效率和效益，是當今和未来必然的发展趋势。在国内已经有多种形式的数字化技术运用在教育教学领域。经过不少教育专家的努力，数字化校园、数字化教学资源库、数字化教学实训室等已经得到全面的推广和使用。纵观以上技术，主要是基于办公自动化系统、数字化图书馆、管理信息系统和网络教学系统等，真正能引发学生学习兴趣，加深对知识直接的感性和理性理解的应用还亟需挖掘。

1 虚拟仿真技术与“经验之塔”理论

虚拟仿真技术对于教育教学是非常适用的，虚拟仿真就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术，是可创建和体验虚拟世界的计算机系统，是仿真技术与虚拟现实技术有机结合的综合系统。它能够在多维空间创造一个可以让使用者身临其境的具备良好沉浸感的与现实相似的环境，使用者能在其中与周边环境进行有效的交互，从而可启迪思维，创新设计。虚拟仿真技术具有沉浸性、交互性和构想性等3个基本特征，与教育教学的相关理论契合度高，能较好弥补原有不足，将虚拟仿真技术与教育教学有机的结合，可创设更具动感的教学环境，从而丰富了我们的教学手段和实践方法，在一定程度上解决了教学情景难以表达、硬件设备使用受限等困境，有利于激发学生的学习兴趣，有一定的帮助和引导作用。

“经验之塔”理论，美国视听教育家戴尔在1946年完成的著作《视听教学法》中首次提及，并进行了较为详细的描述。在该理论中，学习之路从具体到抽象，学习者根据不同的学习阶段渐进为三种角色，依次是实际经验的参与者、真实事件的观察者、间接事物的观察者，学习者只有积累到一些具体经验，在理解真实事物的抽象表现形式的基础上，才能有效地参加更加抽象的教学活动。因此，“经验之塔”理论将经验根据抽象程度，分为三大类、十个层次。

1.1 做的经验

“做的经验”位于塔的基部，包括参与演戏的经验、设计的经验、有目的的直接的经验等，此时，学习者是实际经验的参与者。这一部分体现了“做”的重要性，很多时候只有“做”且亲自去“做”才能真正认识，而现有的很多教育教学环境往往因时空限制难以获得，影响到教育教学效率。虚拟仿真技术能营造可视化的仿真环境，让学习者沉浸其中，获得与现实生活相似的感性认识，学习者可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，学习者能够获得丰富、具体、生动的“做”的经验，完成认知的第一步，为持续学习打好基础。

1.2 观察的经验

“观察的经验”在塔的中层，此时，学习者是真实事件或间接事物的观察者，包括观摩示范、野外旅行、参观展览、电视和电影、静态画面、广播和录音等，是通过观察怎么做而获得的经验。在这一层次，学习者可利用的媒介更加多样化，虚拟仿真技术的应用代表了数字化技术应用的新高度。虚拟仿真技术将真实场景可视化再现，直观而形象地展现抽象的内涵，多种感官实时交互，身临其境地观察、了解、感受，对调动学习者的积极性有促进作用。

1.3 抽象的经验

“抽象的经验”位于塔的顶层，此时，学习者观察到的是一个事件的抽象符号，包括视觉符号和言语符号等。通过这些抽象符号，如施工图上的线条代表着某种类型的线路，方框代表着某种报警息动装置等，学习者只能看到事物或事件或物体的抽象的代表，是看不到事物的真实形态的，除非熟悉到一定程度，学习者很容易把知识的表象和本质割裂开，虚拟仿真技术能将抽象的经验与观察的经验、做的经验有机融合，增强学习者的认知体验，更好发挥抽象的经验在学习中的作用。

2 虚拟仿真技术在教育教学中的应用分析

“经验之塔”理论认为，有效的学习应该始终与具体经验相关联，教育教学应从具体经验开始入手，逐步深入、提炼，发展至普遍和抽象，形成概念，将概念用作推理，还可以再反哺于具体，从而使学习具备延展性。在教育教学中，综合应用各种教学媒体，尤其是虚拟仿真技术，能模拟与现实社会类似或者现实生活中无法重现的环境，解决教育教学中学习情景化及交互性的要求，使学习更为具体，从而导致更好的抽象。如何应用虚拟仿真技术建立恰当的学习场景，如何使用虚拟仿真技术开发更好的教学资源，如何实现学习效果和良好体验的统一，是虚拟仿真技术在教育教学中应用的关键。

2.1 使用虚拟仿真技术建立恰当的学习场景

虚拟仿真技术通过综合应用虚拟现实技术和仿真技术产生虚拟世界，能够提供关于视觉、触觉、听觉等感官的模拟，能够让使用者身历其境一般，及时、有效、没有限制地观察和体验虚拟世界内的事物。

虚拟仿真技术在体验式学习上有不可替代的优势，能很好的体现及体验“做的经验”及“观察的经验”，帮助理解“抽象的经验”，能很好地提升学习效率，更好地“做中学”。比如在消防系统中的灭火环节，可以让学习者身处火灾现场，根据火灾情况，选择合适的灭火设施实施灭火，这是做的经验；比如在消防系统的设备认知环节，让学习者观察各种设施的存放位置及使用情况，这是“观察的经验”；比如在消防系统的消防标识学习环节，可以让学习者探知消防标识和消防设施之间的关联，让学习者将具体与抽象有效结合。这些学习体验与学习场景的构建息息相关。

使用虚拟仿真技术建立恰当的学习场景就是要提炼课程内容，确定教学资源建设需求，构建应用场景，用合适的技术进行呈现。

2.2 使用虚拟仿真技术开发更好的教学资源

结合虚拟仿真技术特点及教学资源的建设需求，基于虚拟仿真技术的教学资源主要分为四类：立体物体的展示、立体空间的展示、虚拟场景的构造、以及虚拟实训系统。立体物体的展示是构建一个与实物同样的三维物体，然后在播放器或虚拟现实硬件上展示；立体空间的展示是指现实中存在的或者曾经真实存在的空间，但由于条件的限制难以进入的，通过虛拟仿真技术，可建立一个让学习者看得见、听得见，甚至可以摸得着的空间；虚拟场景的构造是指在现实生活中可能出现的一些场景，通过虚拟仿真技术，在不同的时间或地点表示出来；虚拟实训系统则是利用虚拟仿真技术，建立虚拟实训室，让学习者操作虚拟仪器，不消耗器材，不受环境所限，且保证安全。

但目前，对教学资源的重视程度与教学资源的质量并不匹配，教学资源与新科技新技术的应用存在脱节，使用虚拟仿真技术能开发更好、能多样、能符合教育教学规律的教学资源。建设基于虚拟仿真技术的教学资源迫在眉睫，需要结合市场需求，教育目标，使用对象，技术水平、应用效果等因素综合考虑。

2.3 实现学习效果和良好体验的统一

实现学习效果和良好体验的统一，一是要做到界面亲切友好；二是让学生快速了解相关知识，掌握技能；三是有合理的考评方式，需系统构建教学实施全过程。以《智能楼宇门禁系统》虚拟仿真实训系统为例，学习者首先可以看到亲切友好的登录界面，通过各导航指引模块依次进行学习演练；可进入系统的讲解模块，了解熟悉智能楼宇门禁系统的基础知识；可进入实训系统，通过反复实践与观察，深入地理解并掌握操作知识，提高技能水平，并可与施工图纸对比分析，实现抽象和具体的相互转换；可进入考核模块，在没有提示的情况下，进行实践，并配置录播功能，可让学习者及时反思问题；如此逐渐深入，从无到有，增强学习者对整个系统的认识。因此，系统构建教学实施全过程，需要基于知识库组织内容配合课堂教学，在虚拟的训练环境中观察、操作虚拟设备，以及通过考核回放检验学习效果。

3 结语

虚拟仿真技术已较早被欧美一些国家应用于教育与教学领域。我国虚拟仿真技术的开发和应用还存在差距，2018年，虚拟仿真技术与教育教学的结合迎来发展契机，为学习贯彻党的十九大精神，顺应信息化时代的发展，一揽子政策及措施相继实施。随着我国高校教育教学改革的不断深入，以“虚实结合、相互补充、能实不虚”为原则，虚拟仿真技术将更加广泛地应用到高校教育教学中，虚拟仿真技术是目前的科技热点，也是在教育教学领域内最有应用前景的技术之一。虚拟仿真技术与教育教学理论及实践的深度融合将得到促进，在提高质量和推进公平上将取得重大进展。

参考文献

[1] 何克抗.建构主义——革新传统教学的理论基础[J].电化教育研究，1997（3）.

[2] 戴尔.视听教学法之理论.杜维涛，译.北京：中华书局，1949.

[3] 教育部.关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知.2018（5）.