VR技术教学应用的策略设计研究

张毅 顾燕 高桐

摘要在5G高速发展的当下，随着VR技术（虚拟现实）在国内教學的应用范围越来越广，对该方面的研究也呈现出多元化的局面，而教学策略对实现教学目标非常中非常重要。本文从学习资源、学习工具和学习场景出发，分析以学习者为中心的教学策略设计方法，为今后实践信息化教学提供了新的思路。

关键词 VR 虚拟现实 教学策略

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.28.035

Research on Strategy Design of VR Technology Teaching Application

ZHANG Yi[1]， GU Yan[1]，GAO Tong[2]

（[1]Nanjing Vocational College of Information Technology， Institute of Digital Art， Nanjing， Jiangsu 210000；[2]NanjingUniversityofPostsandTelecommunications，CollegeofMediaandArt，Nanjing，Jiangsu210000）

AbstractWith the rapid development of 5G， with the wide application of VR technology（virtual reality）in domestic teaching， the research on this aspect also presents a diversified situation. And the teaching strategy is very important to achieve the teaching goal. Starting from learning resources， learning tools and learning scenes， this paper analyzes the design method of learner centered teaching strategy， which provides a new idea for practicing information-based teaching in the future.

KeywordsVR； virtual reality； teaching strategy

始于19世纪50年代的VR技术，又称虚拟现实技术，具有极强的“三性”，即沉浸性、交互性和想象性，从军事、工业、航天等领域发端，逐步转向教育、娱乐、旅游等多方面，开始出现普及化的倾向。而VR技术在教育领域的运用近年来发展得如火如荼。已有多位学者就基于VR技术的教学进行了较为深入的研究，力图利用最新的VR技术来优化整个教学过程。

1教学策略与教学优化

巴班斯基说过：“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”。[1]如果说，优化的现代教学过程，包含多种要素，那其能提高学生学习效果的核心因素就是“在虚拟现实环境中有效的教学策略设计”。[2]

教学策略是“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]为了确保教学过程最优，应采用现代教育形式——VR技术，积极以学生为主体，制定最新的教学策略，并围绕这一点进行学习资源、学习工具和学习场景的策略设计。这样方能促进学生自我探究，以达到具有深度的互动学习效果。

2 VR学习资源设计策略

2.1系统化设计

VR学习资源开发不足一直是整个虚拟现实融合教学的最大问题。尽管近年来各大高校和各类企业一直积极进行相关资源的开发，但面对庞大的用户数量和强烈的需求，资源开发依然远远不足支撑众多学校和各个学科的课程所需。绝大部分呈现出“碎片化”的状态，即对课程某一单元或知识点进行研发，缺乏系统化的设计。系统化设计包含如下几层含义：

第一，系统化的VR学习资源开发，需要对整个课程群和课程进行整体构思。在VR资源开发时，并非是全面开发所有课程所需资源，而是先就整个专业的人才培养目标和课程群进行综合考量。然后再对单一课程的现有资源进行梳理，再结合教学目标、重难点和学情进行分析。挑选出确需进行VR化的知识点进行开发。这些知识点应该是现有学习资源无法带来良好教学效果的部分，应该是适合采用VR技术表现的部分，应该是可以持续开发对后续课程和整个专业群有益的部分。这样，一方面，可以充分利用现有资源，在“虚实结合”的情况下，降低教学成本；另一方面，避免片面追求学习资源“虚拟化”带来的负面影响。因为全部进行VR资源开发，除了在投入上耗费较大，且并非所有学习资源都适合采用VR技术来进行开发。根据不少学者统计，尽管VR技术对学习效果的影响，在对程序性知识的学习中表现较佳，但在知识类型的协作学习中，差异并不明显。甚至，有些学者得出结论，即“良好的VR体验可以显著加快学生的学习速度，但不一定能提高学习效果”。[4]还有一些课程，传统的面对面技能培训甚至效果好于VR技术介入的学习。

因此，如果通过开发VR学习资源能做到可重复利用，那么可以快速、充分地利用VR技术来开发相关资源，例如：医疗手术解剖模拟仿真学习资源。反之，非重难点知识，则暂时可以采用现有学习资源完成教学，从“虚实结合”开始，在研判之后，逐步进行VR资源开发。

第二，系统化的VR学习资源开发，必须建立在对学情的充分考虑之上。学习者的情况差异较大，例如，与同年龄段的本科生相比，不少高职学生的学习自制力和自主探究力较弱，纯VR学习环境对于高职生而言，非但不能代替传统学习，甚至会因为互动较多，成为其学习的干扰。因此，学习资源的开发应根据学习者的情况进行区分，在互动及问题设置方面，要做差异化考虑。同时，学习者在进行VR资源正式学习之前，需要根据其软件操作的熟练度，安排合理的学习训练。而教师作为学习引导者，需要充分发挥其协助作用，通过课前、课中和课后的合理资源（课程资源、习题资源、测试系统、讨论区等）安排，通过线上线下融合，在基于学习数据的分析基础上进行积极的调整。

第三，系统化的VR学习资源开发，也应该表现为开发者的多元化。其一，VR的学习资源开发大多委托给企业进行，参与开发的人员并非纯粹的教学人员，故而学习资源的适用性与实际效能会产生偏差。这就需要教学工作者积极参与，以确保开发资源的质量和针对性，避免后期大量改动带来时间和精力的浪费。其二，VR学习资源开发应包含编程和多媒体设计等多类人员，这样方能保证学习资源较强的互动性、沉浸性和想象性。尽管VR资源是多感官的，但其主要表现为视觉上的强逼真性，因此设计人员的参与必不可少。已经有学者注意到学习资源的可视化设计，并且设计类教学人员也积极参与到专业的资源开发中来。广东工业大学数字媒体系的师生开发了名为《设计构图的VR体验》的学习资源，通过VR资源训练学生的构图能力，让学生制作具有水墨风格的作品。

2.2可生成化设计

第一，可生成化设计意味着学习资源的开发是持续的，能进行不断的修正和调整。当下，很多VR学习资源的开发是一次性的。从企业购买之后，仅仅从设备硬件角度进行维护，并不会根据教学需要进行积极调整。其实，在投入真正的教学使用之后，开发者更需要积极听取使用者的反馈，进行持续地改进。成熟的学习资源，需要包含多次教学实践后的修正。另外，随着时代的进步，知识不断更新迭代，学习资源也应该保持与使用需求的同步性。

第二，可生成化设计意味着学习资源的开发是可互动生成的，能允許使用者参与后续开发。学习者作为资源使用者，并非是单向的被动接受知识。采用VR技术开发资源并不意味着简单地将传统教学模式从线下延续到线上。新技术是为了更好的优化教学过程，形成最佳的教学效果而存在。因此，在以学习者为中心的前提下，不同学习者的互动与创造性应该纳入资源开发的构思中来。日本的“Engage”项目，以及著名的美国“Second Life”项目开发者，都是先驱者，他们允许师生进行积极参与，一方面，学习者的参与度得到了有效提升，另一方面，其自主内容的开发也带来了整个项目的动态生成。某些三维动画类课程，例如：三维场景课程、三维角色课程，具备天然优势。这些课就可以利用师生创作的优秀案例，进行虚拟现实开发，作为最新的学习资源，供后来的学习者学习。如此，师生就被有机的纳入生成式的开发中。

3 VR学习工具设计策略

3.1 VR学习工具类型

目前，由于VR系统根据不同工具和展示效果，分为三类：其一，桌面式虚拟现实系统，以计算机和一定的移动设备为主要学习工具。设备相对简单，易用性强，目前使用较多。其二，沉浸式虚拟现实系统，通过专有设备使学习者产生身临其境之感。设备专业，造价较高。其三，分布式虚拟现实系统提供一个虚拟空间供多个学习者一起使用，通过交互协作学习以实现学习目标。从软硬件技术角度而言，要求最高，目前国内尚未开始使用。

3.2多层次多维度设计

VR学习工具的优势明显，在获取信息和网络开放程度方面都较传统学习工具高效，能提高学习兴趣，提升学习效果。但是学习工具需要从技术支持层、功能保障层和教育应用层三个层面来进行设计。“技术支持层面分为系统性、可访问性和移动设计三个维度；功能保障层又分用户体验和数据安全两个维度；教育应用层则包括社会临场感、教学临场感和认知临场感三个维度。”[5]

技术层是学习工具的基础，应凸显出后续发展的可拓展、可更新性，包括对其他教学设备及系统版本的可兼容性。正如上文所述，由于当下的VR学习资源开发都是碎片化的，仅能针对一门课程，甚至一门课程中的某一单元或知识点，延续在工具设计上，就不能做到兼容和可扩展。这不仅是资源的固化，也是造成学习工具重复置办，导致价格高昂的因素之一。良好的VR工具能带来视觉、听觉和触觉等多方位的沉浸性，是其他学习工具所不能比拟的。这也是满足学生的多样化体验需求的关键点，但良好的工具并不意味着必须是高昂复杂的设备。除一些特殊专业和课程，专业化的工具和不可移动的设备需求，有时会阻碍学生的学习。所以在设计时，应把可拓展性和移动性考虑进去。以谷歌开发的纸板眼镜为例，1副仅需要10元左右，加上移动设备，就能满足普通的学习。

功能保障层则是指作为学习工具的形成要素，要为师生提供美观友好的交互界面，并能通过工具，满足声音、动作识别等多重需求，如：实验、机械操作动作识别等。还要能为学生自主学习设计方便易用的路径，例如：智能答疑和问题解决等。

教育应用层是学习工具设计的关键部分。其包含的社会临场感是指该学习工具能模拟社会，支持多人在线协作学习，例如：Second Life中英国文化协会开发的Language Lab英语城；欧盟教育委员会创设的VILL@AGE虚拟岛屿等等，形成了小社区，是多人协作学习的典范。教学临场感则指教学体验，该工具是否具有灵活性，可支持多种学习模式，包括单人和多人，线上或线下。这是学习者知识和能力目标达成的关键。而认知临场感则是学习工具引导学生进行深度学习的设计。这一部分对完成学生的素质目标达成意义重大。

4 VR教学场景设计策略

教学策略一定是在特定教学情境中进行的，而情境作用于学习主体，与知识学习的目标和过程紧密相连。根据皮亚杰的观点，人类认知的两大因素，其一为自身的内因，其二就是外因的情境。所有的知识目标都应是情境中的，越具体的情境，越能给学习者提供直观、生动的形象，对联想的激发也越积极。在虚拟现实技术应用的当下，教学情境中场景就实现了这一点。

4.1 VR场景设计类型

目前，VR技术创设的教学场景大致分为：第一，模拟难以展现的教学场景和内容，如：宏观的宇宙、深海、火山等，微观的细胞、原子微粒等，虚构的历史场景和故事等；第二，模拟危险、造价高昂或应用性强的车间、实验室等场景，如：飞机操作、化学实验、医疗手术等；第三，模拟虚拟交互空间，实现多人沟通交流和协作学习，例如：著名的游戏Second Life里哈佛、斯坦福、纽约大学等各著名大学建立的虚拟课堂。

4.2探究建构式设计

不论何种VR场景设计，都应该以学生为主体：第一，采用建构主义理论，从分析学情开始，使学习者能运用已有的知识和经验，在具有合理性的场所里完成新知识的学习。第二，针对学生的探究应该开发多重的、实时的、逼真的场景反馈。例如：化学实验，要为学生操作不同种类和分量的试剂调配和反应作出多种预设的场景效果，这样才能满足学生的各种假设和探索，促进自主探究性学习。第三，形成整体设计，利用大场景作为引导，包含环环相扣的小场景系列，以实现项目式学习。例如：笔者所在的学校，动画场景课程开发，利用教师已完成的真实项目《大美栖霞》《小红梅社区》等作为载体，形成项目式教学。学生在课程学习时，先在建筑漫游中直观了解虚拟现实场景制作内容，再对项目中的建筑进行拆解，完成案例式的建模制作学习，然后再据此设定延伸式的选题分组学习，将所学模型进行改动，形成新建筑群，以实现创造和探究的目的。

5总结

综上，VR技术可满足多种教学需要，其强大的功能对教育产生了巨大的影响，但VR在教育中的应用仍存在各种问题。作为教学者，要积极应对最新的挑战，以学习者为中心，充分分析学情和学习者的互动行为特点，从整体出发，方能设计出恰当的教学策略，真正做到深度融合。

基金项目：本文为2019年江苏省高校哲学社会科学研究一般项目“新媒体时代下VR技术与教育深度融合模式研究”阶段性研究成果（课题编号：2019SJA0642）

参考文献

[1][3]陈猛，冯寿鹏.基于情境的虚拟现实教学策略研究[J].中国教育信息化，2011（05）：66-68.

[2]赵一鸣，郝建江，王海燕，等.虚拟现实技术教育应用研究演进的可视化分析[J].电话教育研究，2016（12）：26-33.

[4]郑玲，刘革平等.协作学习中虚拟现实技术对学习效果的影响[J].中国远程教育，2021（04）：56-63.

[5]赵慧臣等.人工智能时代数字化学习工具评价模型的建构与应用建议[J].中国电化教育，2021，（08）：85-91.