基于VR的深度学习教学模式探究

胡田田

摘要：VR是近年来最具潜力的技术之一，在VR技术的支撑下，可以促进深度学习的实现，反之，深度学习的最后产物创新产品也可以促进VR技术的发展，将VR与深度学习并行研究是具有可行性的。但是关于两者的并行研究却比较少。在动态连续的VR境脉下，基于翻转课堂进行前期准备、课前、课中、课后几个环节的设计，这种教学模式下，学习者在新奇有趣、高沉浸、多交互的情境中实现知识的意义建构、反思评价、迁移应用、解决问题和创新，同时还可以促进学习者的元认知能力发展。

关键词：VR;深度学习;VR境脈;翻转课堂;教学模式

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）11-0191-02

1 引言

随着互联网时代的发展，越来越多的新兴技术已然呈现。在最近几年的国际新媒体联盟组织发布的地平线报告中，多次将VR技术列为未来几年最具潜力的六大技术之一，所以将VR技术作为一种新型媒体形式引入到教育教学中具有重大的研究意义。同时，近几年深度学习的出现也引起了学术界乃至广大群众的普遍关注，因为它不仅是一种全新的教育理念，还是学习方式变革的标志[1]。尽管VR和深度学习分别掀起了热潮，却鲜有将VR与深度学习并行研究的相关文章。深度学习要达到培养“深层认知能力”的目标，不仅需要互联网上丰富的学习资源及学习工具，更需要具有VR功能的学习工具与资源，因为VR这种沉浸式技术能让学生获得对现实世界更全面、更真切的认识和体会， 进而形成深层认知能力[1]，同时，深度学习的反馈又能创造出更好的VR资源，因此，VR和深度学习是双向支撑的，本文就基于VR的深度学习教学模式进行探究。

2 VR的内涵和特点

VR（Virtual Reality）技术，即虚拟现实技术，是在20世纪80年代初，由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）首次提出的。虚拟现实（Virtual Reality VR）是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对应真实环境的感受和体验[2]。Burdea和Coiffet使用三个“I”来定义了VR的基本特征[3]：沉浸感，交互性，构想性。

3 深度学习的含义和特征

黎加厚提出：深度学习是指在理解学习的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中做出决策和解决问题的学习[3]。何克抗提出了深度学习的三个基本特征[1]：第一，动态的知识建构有助于催生高阶思维与深层认知能力;第二，为达到深度学习的目标须采用多种教与学方式及策略;第三，通过具身认知来发展学生的问题解决能力与创新能力。

4 基于VR的深度学习教学模式构建

分析VR与深度学习的特征可以发现，VR的沉浸感给予了学习者具身性的体验，VR的交互性和构想性给学习者动态的知识构建以及教学策略的应用提供了支持，从而实现深度学习。反之，深度学习的最后产物创新产品也可以促进VR技术的发展。因此VR与深度学习是双向支撑的，基于此本研究设计了如图1所示的基于VR的深度学习教学模式。

4.1 理论依据

本研究的理论基础是境脉学习理论。境脉，就是“情境”，“脉络”。境脉学习是一类基于问题解决、综合运用知识、涵育元认知素养的学习行为，以浸润型生成性的学习方式为主导 [7]。 “情境”是现实的，是静态的，但是境脉学习理论强调的是“境脉”，这里的“境脉”是全面的，交互联系的，动态持续的，并且可以是想象的。在VR技术的支持下，我们就可以构想出虚拟的境脉用于教学之中，在这里，笔者称之为“VR境脉”。相对来说，“VR境脉”是更具有趣味性，更具有沉浸感，交互联系性更强，构想性更大，囊括更广泛的学习要素。在这种境脉之下，有利于促进深度学习的发生和实现。

4.2 前期准备

在前期准备阶段中，首先，需要进行VR教室，VR设备，以及VR云平台的搭建。整个教学模式都是基于VR实现的，所以VR硬件设施以及软件系统的配置是基础。其中比较重要的一环就是VR学习资源以及VR境脉的设计。VR境脉不是单纯的情境设计，这种境脉包括具体VR情境、现实情境、学习要素、社会文化制约、学习者情感体验和情绪状态等等，而且是动态持续的。

其次，需要进行深度学习的前期学习分析和资源准备。学习的主动性、学习投入程度和学习保持力是深度学习的内源保障[8]。在设计VR境脉时要能够兼容多种认知风格，学习者可以根据自身情况进行调整，充分体现因材施教的理念。此外，不同学科有不同的教学内容，甚至同一学科也有不同层次的教学内容，所以根据教学内容的特征，设计的学习活动要有具身性、沉浸性，教学内容、学习活动要与连续性的VR境脉融合在一起，在教学过程中自然顺畅地实施。

4.3 课前

翻转课堂的核心在于通过对传统课堂的翻转，把大量的直接讲授移出到课外， 从而解放了宝贵的课堂时间用来进行有意义的深层学习[9]。因此，本研究在翻转课堂的基础之上进行创新设计。

课前，首先在VR云平台上，利用创设好的VR境脉，让学习者进入VR境脉并与VR资源进行沉浸交互体验，这样可以激发学习者的兴趣，进入积极的情绪状态。其次，先行引导。在问题解决和知识建构过程中，如果学习者缺乏相关知识储备，会出现浅层次学习和参与度较低等问题[10]，进而影响学生知识建构的效果[11]。所以在深度学习之前，要先设计好一个“先行组织者”或者“脚手架”的概念框架，学习者基于概念框架这个固着点，可以清楚方便地组织新知识，为知识建构和深度学习打好基础。再者，基于“问题”的学习更容易发挥学生的思考能力[1]，教师在搭建好概念框架的同时以一个“问题”引入，整理好教学资源和教学视频并共享给学习者，此时，在VR境脉的支持下，学习者基于概念框架和问题进入浅层学习，将需要简单记忆理解的学习内容通过教学视频提前学完，并在VR云平台上进行自测检验。

4.4 课中

课中阶段，是实现深度学习的关键阶段。首先，评价学习者是否触发了深度学习。在课前阶段学习者基于VR云平台记忆理解了学习内容并进行了自测，这个过程其实就是从浅层学习到深度学习的过渡。如果自测不达标，说明没有进入到深度学习，需要重新进行新知理解;如果自测达标，说明已经具备了深度学习的条件，再根据不同学习者的特点，个性化的使用策略引导进入深度学习。新知理解是触发深度学习的前提， 故评价深度学习的基础是对新知识的深度理解[12]。

其次，课中阶段已经由个人学习场域转到集体学习场域，周围环境更复杂，刺激更多，也更容易引发思考，实现深度学习。第一，在VR教室中，学习者带着“问题”，以及在视频讲授过程中引发的思考，都可以基于VR境脉进行具身体验，与VR境脉通过感知设备进行交互，在情境中实践探索，寻求解决方法和答案。在这个过程中，学习者是积极主动地学习，教师只是引导者，协助者。第二，在VR境脉中探索时，学习者可以个性化地自主调控。在VR境脉中，会有许多不同难度层次的情境，学习者依据自身情况，选择不同的情境去探索，可以是在前面的一些思考和疑问，也可以是前面的“问题”或者催生的新问题。给学习者一定的支配自由，可以保持他们积极情绪，有利于深度学习的实现。第三，探索过程，就是意义建构知识的过程。学习者自主选择适合的学习策略，与VR境脉不断交互，将新旧知识进行联系，扩展其认知结构以达到同化，新旧知识再进行重组，形成新的认知结构实现顺应。

再者，在进行完自主调控学习之后，可能会出现更复杂的问题，因此需要学习共同体之间进行交互沟通。可以生生交互，师生交互，甚至可以是网上专家进行引导解答。学习共同体之间通过小组讨论，头脑风暴，深度会谈等方式交流探讨实践，直到解决问题，或者创造出新产品。交流过程可以在现实情境中进行，也可以在VR情境中进行。有研究发现，在VR条件下长时间沉浸在仿真情境会预知学习活动的发生与发展，大脑会处于相对抑制的状态。所以在课中，可以采用VR环境与真实环境相结合的方式。

最后，迁移应用，创新解决。迁移应用和创新是评价深度学习程度的依据。这里的迁移主要分为内部关联迁移和外部拓展迁移。内部关联迁移就是在顺应新知识以后的认知结构下，基于VR境脉解决同学科，同单元的相似问题。外部拓展迁移就是在VR境脉中跨单元，甚至跨学科解决新问题，这时的认知结构有更强的联结性。创新解决则是在VR境脉实践探究过程中，迁移应用实现之后，融入了元认知知识，自己催生出新知识，新思想或者创造出新产品，解决了更复杂的问题，这就培养了元认知能力，问题解决能力和创新能力，是深度学习的最高境界。

4.5 课后

评价是贯穿整个课堂的，评价方式是多元化的，可以设置VR闯关游戏测试深度学习的程度，也可以通过考试，作品大赛的方式进行评价。评价标准要全面，知识、情感、品德、实践、合作性、创新性、完整性等囊括各个方面以促进学习者的全面发展。在课后，通过大数据技术记录每个学习者的学习情况形成个性化的电子档案。电子档案可以记录学习者的学习风格，认知偏好，测验成绩，反思报告，创新产品等等，家长、教师可以根据电子档案更全面的了解和评价学习者。同时电子档案为学习者提供了个性化的学习环境和学习资源，从而促进学习者的终身学习。

在以上的几个阶段中，VR与深度学习是双向支撑的，VR为深度学习提供了技术支持，深度学习促进了VR资源的优化。而且在深度学习的最高阶段，实现创新之后，经过稍长的周期，学习者可以创新出更优质的VR资源。

5 结语

深度学习可以促进学习者的问题解决能力和创新能力，这也是学习的最终目的。VR是近年来最具发展潜力的技术之一，在VR技术的支持下，课堂学习更精彩，更活泼，而且，VR的沉浸感、交互性、构想性与深度学习的动态知识构建、多种教与学方式、具身认知的支持，这些特征之间是互相支撑的。基于VR的深度学习教学模式是在翻转课堂的基础上进行创新设计，在VR境脉的脉络里面，加强沉浸感、交互性，促进动态知识构建，一步步引发深度学习，发展深度学习，完成深度学习。总而言之，这是一种更加能激发学习者兴趣，有更多的技术支持，更丰富的资源支持，以及引发不断反思从而解决问题，创造新知识新产品的教学模式，希望能给各界人士一些启发和参考。

参考文献：

[1] 何克抗.深度学习：网络时代学习方式的变革[J].教育研究，2018，39（5）：111-115.

[2] 赵沁平.虚拟现实综述[J].中國科学（F辑：信息科学），2009，39（1）：2-46.

[3] Burdea，G. and P.Coiffet.Virtual Reality Technology [M] . New York ， USA ： John Wiley & Sons ， 1994.

[4] 郭楠.虚拟现实支持下的具身学习设计与应用研究[D].上海：华东师范大学，2017.

[5] 徐燕萍.境脉学习：一种引导学习转型的新范式[J].江苏教育研究，2017（29）：23-27.

[6] 康淑敏.基于学科素养培育的深度学习研究[J].教育研究，2016，37（7）：111-118.

[7] 郭建鹏.翻转课堂教学模式：变式与统一[J].中国高教研究，2019（6）：8-14.

[8] 胡小勇，李丽娟，郑晓丹.在线环境下学习者协作解决问题的策略研究[J].中国电化教育，2015（1）：44-50.

[9] 韦怡彤，王继新，丁茹.混合式学习环境下深度学习导向的协同知识建构模式研究——以《教育技术学导论》课程为例[J].中国电化教育，2019（9）：128-134.

[10] 刘哲雨，郝晓鑫，王红，等.学习科学视角下深度学习的多模态研究[J].现代教育技术，2018，28（3）：12-18.

[11] 高伟，王昱霖，宋笑迎，等.基于虚拟现实技术下深度学习环境的构建研究[J].软件，2019，40（5）：42-46.

【通联编辑：王力】