沉浸体验式互动教学情境创新信息素养课程教学

姚建东

（内蒙古艺术学院 内蒙古 呼和浩特 010010）

《教育信息化2.0 行动计划》是教育部积极推进我国“互联网+教育”发展的重要举措，随着该计划的逐步实施和快速推进，以大数据、人工智能、5G 技术领跑的2.0 版为核心的教育信息化生态系统建设进一步增强和完善，给我国的教育教学带来更为深刻的革命。在教育教学中落实《教育信息化2.0 行动计划》的核心理念就是坚持信息技术与教育教学的深度融合。

近年来，随着教育技术的不断发展，教育教学改革的不断深化，依托于现代科技的新的教学设施不断出现，由此催生的新的教学形态也纷纷破土而出。沉浸式体验、互动情境、深度学习等新的教学理念和形态不断涌现，在虚拟现实技术、5G 网络技术、计算机图形图像技术等前沿信息技术的助力和加持下，沉浸式互动教学情境应用而生。在各级各类学校教学中发挥着越来越重要的作用，尤其在艺术类院校的教学活动中，这种创新型教学模式能够强化学生的学习氛围，激发学生的学习热情，提升学生的学习兴趣，从而取得理想的学习效果。

一、艺术专业学生实施信息素养教育的教学困境

艺术类院校主要培养的是艺术专业的学生，由于专业的特殊性，学习艺术专业的学生往往具有与其他理工、文法等专业学生不同的特质，这些特质直接影响到了艺术专业学生的学习方式和学习习惯。

（一）艺术专业学生的特点及其在学习过程中的表现

首先，在思维模式上，艺术专业的学生具有超强的感性思维能力，对音乐、图像、形体动作等方面的内容很敏感。表现在学习兴趣上比较关注和艺术相关的学习元素。相反由于抽象思维能力相应不足，在推理、计算、逻辑等理性思维上相对偏弱，对于相关的数理知识也不很关注，甚至相对反感。

其次，艺术专业学生表现欲强，自我意识突出。艺术专业的学习成果一般体现在作品创作、节目表演等方面，因此特别强调其个性特征，以及其他人对自身及成果的关注度。这就导致艺术专业学生往往为了得到更多的关注来彰显自我，表现得更加个性张扬，例如在穿着打扮、行为举止，言论表达上往往形成以自我为中心的特点。

再次，艺术专业学生的审美能力和水平都很强，在教学中往往对教师使用的教具、制作的课件、提供的资源有较高的审美要求，例如挑剔画面构图和颜色是否漂亮、音乐是否优美、视频是否清晰流畅等，往往给教师造成某种压力。

最后，艺术专业学生学习方式往往是观摩、跟练学习为主，即首先通过对教师教学的观摩来进行学习，然后自己跟随操作练习。绘画创作、乐器演奏、舞蹈表演等等都具有这样的学习特征。这就导致艺术专业学生的学习时间比较整顿化，不太习惯利用碎片时间进行学习。因此艺术专业的课程设计都是较长时间的“大课”，只有整顿的大块时间才能有效观摩学习和重复练习。同时由于专业学习的特殊性，艺术专业学生往往对于上课环境比较挑剔和敏感，逐渐养成了习惯，不仅在专业课上如此，在公共文化课上也如此。

（二）信息素养教育课程的教学困境

信息素养教育课程是为艺术专业本科生开设的公共基础课程。该课程主要培养艺术专业学生在信息活动中需要掌握的信息认知与敏感度、信息活动道德与行为、信息获取能力与水平、信息处理知识与技能。信息意识、信息能力、信息应用、信息道德四种能力和素养是该课程的核心素养内容。该课程在教学中既有信息技术的理论知识又有计算机操作技术。

在艺术类院校传统的教学模式中，对于理论课程习惯采用学理化的教学模式。所谓的学理化教学，是指教师在课堂上注重逻辑的推演和理论的讲解，忽视了理论与实践的结合，较少进行课堂互动的教学方式。理论教学都是从概念、特征、本质、分类、内容、结构和功能等方面展开。公共基础类的信息素养教学也不例外，然而由于艺术类院校学生大多理论功底不深，理论探究精神不足，而且艺术类院校学生爱玩的本性，因此，学生觉得理论课教学枯燥、乏味，很难引起大家的学习兴趣。此外，就课程性质本身来说，理论中的一些知识点是固定的，发挥的空间有限，很难讲出新意，再加上学生学习动力不足，也就很难产生良好的教学效果。

（三）构建新型教学环境，创新教学模式能为解决问题提供新途径

如何克服由于学生个性特点带来的学习上的困境，有效开展教学活动，就需要从两个方面下功夫。一是营造适合学生特点的、符合教学需要的新型教学环境，二是深化教学改革，创新教学模式，以育人为本，以课程核心素养为纲，强化“教师、学生、环境、教学”四位一体的教学过程共同体。

二、营造沉浸体验式教学情境、强化教学互动、促进有效学习

（一）沉浸体验式教学情境能够促进有效学习的发生

根据对学校教育的传统认知，课堂就是实施教学的一个专门场所，所谓传道、授业、解惑是自然的过程。然而课堂教学传授的是符号化了的间接经验，这些间接经验要完成其社会实践功能还必须经过转换和重构。通过什么方法能够有效地对学生所学的知识进行实践化的转化和重构呢，那就是在真实情境中完成。教学情境其实就是知识与情境的相互依存，任何知识都是在一定的情境中产生，最终回到情境中去发挥作用。

首先，应该实现知识的情境化处理。情境课程通过运用各种教学教具、手段、技术把知识的描述结合来创设情境。把知识镶嵌、融合到情境中。使知识有根基、有联系、有背景，创建符合事实的真实情境，从而促使学生在情境中互动学习来重构知识和完成转化。教学情境不仅仅是创建一个真实的客观情境，还根据知识转化和重构的需要将其意境化，“创设一种想象的、审美化的具有真切感的情境，使情境更具有广度和深度。”

其次，有效创建真实的、意境化的教学情境是重要的环节，随着科学技术的不断发展，现代教育技术的不断进步，以信息网络技术、5G 通讯技术、人工智能技术、大数据应用等高新技术为代表的前沿科学技术已经越来越深度地融合到教育教学中，为构建现代教学情境创造了极佳的技术支撑。

再次，情境教学是把学习内容中相对孤立的知识点，通过“圆融的、综合的、有声有色的，涵蕴着审美和文化意韵的情境课程组织融合起来，明确学习知识的最终目的是为了实践，为了创新。”情境教学是一种以学生为主体的深度学习过程，是可以有序进行，与生活实际密切联系起来引导学习、应用和操作的过程。情境教学对学生知识结构的建构是开放的，可以带有一定的弹性，可以拓展，可以补充，情境教学的教学内容往往超越文本，有利于学生进行创新、实践活动。情境教学中的认知和实践、创新是相辅相成的，在学生的认识活动中，创新提升了实践，生动的实践又激活了创新。因此情境教学在教学过程中，让学生“在特定的情境中和热烈的情感驱动下进行创新实践，通过实体性现场操作、模拟性相似操作、符号性趣味操作来加强基础、促进发展，并通过实际应用来体验学习成功带来的快乐。”

（二）强化深度学习，促进学习有效实施

深度学习是有效学习的重要前提和保证,，促进深度学习的重要手段是构建有效的学习情境。

1976 年美国学者Ference Marton 和Roger Saljo 根据学习者不同的获取和加工知识的方式提出了深度学习（Deep learning）和浅层学习（Surface Learning）的概念。根据布鲁姆教育目标分类法，教育目标划分为：认知领域、情感领域和动作技能领域，在认知领域由低级到高级又划分为：识记（knowledge)、理解（comprehension）、应用（application）、分析（analysis）、综合（synthesis）和评价（evaluation）。浅层学习的认知水平处于识记和理解这两个层面。浅层学习本质上遵循的是行为主义心理学“刺激-反应”的条件反射原理。动机上引发学生的学习属于低级能动（或机械被动）；思维方式上属于典型的程序化的外在刺激与强化；学习结果看，主要体现在对学科知识的记忆与简单运用等方面。

关于深度学习，何玲、黎加厚等学者认为其认知水平对应布鲁姆教育目标认知领域的后四个层面，指学习者在所学知识深入理解的基础上，以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标，能够主动性、批判性地学习新知识和事实，从而融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，将已有的知识迁移到新的情境中，作出决策，解决问题。

深度学习主要有理解与批判、联系与构建、迁移与应用三个特点。深度学习代表性的定义有迁移说、思维说、意义说和核心素养说几种观点。

其中深度学习的核心素养理论认为“所谓深度学习，就是指在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，成为既具独立性、批判性、创造性又有合作精神、基础扎实的优秀的学习者，成为未来社会历史实践的主人。”

根据冯铁山老师的综述研究认为，深度学习的构成要素主要强调：深度学习以学生为本，能够促使学生主动积极地学习；改变从浅层知识接受的状态发展到学生能够整合信息、批判性地建构知识层面；通过学生个体与自身学习过程的密切关联，注重新旧认知的联系，从而培养实际问题的解决能力。

（三）虚拟仿真技术赋能教学，互动情境教学促进深度学习的有效实施

早在1989 年美国William Wuff 教授就提出了虚拟实验室（Virtual Laboratory）的概念，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。1999 年8 月联合国教科文组织在美国爱荷华州立大学召开的会议上将“虚拟实验室”定义进一步明确。虚拟实验室的关键技术包括虚拟现实技术和增强现实技术等。自虚拟仿真实验的概念被首次提出以来，国内外很多高校陆续开始了虚拟仿真实验教学的研究和应用。2018 年教育部实施“六卓越一拔尖”计划2.0，中国新文科建设开始启动。艺术学科的新文科建设需要深度融合信息技术、虚拟技术、5G 技术等新科技。这进一步促进了虚拟仿真实验教学的建设和应用。2018 年教育部提出了打造中国教育的五大“金课”，虚拟仿真“金课”成为重要的建设内容。“虚拟仿真，我们看中的是互联网+教育之后的智能+教育”，“ 为什么要建虚拟仿真金课？因为信息技术、智能技术与实验教学的深度融合破解了高等学校实验、实习、实训中的老大难问题。”

虚拟现实VR（Virtual Reality）技术。朱斌，曹漫祥定义为“通过多媒体技术与计算机仿真技术相结合生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境。用户以自然的方式与虚拟环境中的客体进行体验和交互作用，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实技术的基本内涵包括：操作者可以通过人的自然动作来与虚拟环境发生交互，虚拟的实体不是客观存在的，是由计算机通过相应的算法来生成的。虚拟现实需要依靠专门的传感设备来进行交互作用。”

增强现实AR（Augmented Reality）技术，大众普遍接受的定义是 “米尔格拉姆真实虚拟连续集”定义，这是一种从完全真实的环境到完全虚拟环境的模式。1994 年Milgram,Takemura,Utsumi和Kishino 将AR 定义为两种不同的概念：广义概念和狭义概念。在广义概念中，AR 被定义为“用模拟线索增强自然场景并反馈给操作者”，狭义概念中则将AR 定义为“是一种参与者戴着透明的头盔显示器以清晰看到真实世界的虚拟现实的形式。”

基于VR/AR 的互动情境教学具有三个方面的特点和优势：首先是知识的可视化、形象化。根据VR/AR 技术仿真性和交互性的特征，能将抽象的知识具象化，以更生动、直观的方式呈现，通过沉浸式体验增强学生的代入感。其二是可在各种环境下进行情境学习。AR 辅助教学系统能够依托基于真实环境中的虚拟物体，促进和加强学习的合作性，使现实生活中的一切事物都能成为AR学习的道具，实现教学全过程、空间全方位、班级全成员的交流互动，具有便捷性、交互性、情境性、连通性及个性化的特征。其三是能够提升学生存在感、直觉和专注度。AR/VR 提供一个虚拟的学习空间，让学生感觉与班级其他同学或事物同处一个空间。这种存在感可加强学生对学习社区的认知。因此基于AR/VR 的互动情境教学能够增强学生在综合而真实的环境体验中所拥有的主观感受。在培养学生信息感知能力方面有巨大优势。

VR/AR 的互动情境教学赋能深度学习。互动教学情境与深度学习具有内在关联性，互动教学下深度学习是学生在教师引领下， 围绕具有挑战性、融合性与思想性的教学内容， 能动地、 愉悦地、交互地参与教学活动， 在原有经验基础上实现知识的理解、 联结与迁移， 并将其运用于真实情境下的问题解决，最终形成批判性与创造性的高阶思维能力。

三、沉浸体验式互动教学情境建设与教学实施

基于VR/AR 的互动式教学情境，是对传统的多媒体教室颠覆性的改变。传统的多媒体教室核心设备基本上由多媒体中控台、多媒体计算机、实物展示台，投影仪或多媒体黑板构成，教学中通过播放教学视频、PPT课件等内容实施辅助教学，根本上还是学理化教学模式。基于VR/AR 的互动式教学情境不是在硬件上对传统多媒体教室的简单升级，功能上也不是简单增强了多媒体信息的播放能力。教学模式上更是完全不同于学理化教学模式。

“沉浸体验式互动教学情境”教学关联性如表1 所示。

表1 .“沉浸体验式互动教学情境”教学关联性图表

（一）基于5G+VR/AR 的沉浸体验式互动教学情境架构

首先，是5G 网络技术加持互动情境的教学。第五代移动通信（5G，fifth generation mobile communication network）。是为适应海量移动数据的爆炸式增长，加快新业务新应用的开发，5G 网络应运而生。5G 移动通讯技术根据其大带宽、无延时、高速率的优异网络传输特征，在虚拟现实教学场景下实时传输教学内容，可以极大强化和提升学生的学习体验感。在5G技术的加持下，可以构建兼顾教师亲身示范、虚拟仿真教学资源示范、学生虚拟仿真练习模拟、多人大空间互动交互、智慧教学课堂第三方视角直播等各种应用场景。

以5G 技术和虚拟现实/增强现实（VR/AR）技术构建的的沉浸式互动教学情境彻底打破了以往传统授课模式，在沉浸式互动教学模式下，教师根据教学需要能够为学生设置相应的教学情境，让学生的学、练、思、用全过程沉浸其中。教师也能够在该情境中和学生有效互动，针对性地实施教学和指导操作练习。沉浸式互动情境教学让学生产生更直观具体的学习体验，增强教学感染力，促进深度教学的有效实施。

其次，是容积视频技术助力互动情境教学资源的开发。容积视频技术（Volumetric Video）是通过部署在拍摄现场周围的摄像机矩阵，通过容积捕获(Volumetric capture)，实现围绕目标对象全角度的视频拍摄。三维摄影是通过从多个角度捕获光线来重建拍摄对象，容积摄影是把三维摄影应用到空间维度。其不仅可以将视频录制为二维（普通平面）的，还可以录制成三维（全景立体）的，同时容积摄影还具有将场景中拍摄对象的每个动作记录为完整的三维空间的功能。

在教学课程的制作过程中，由示范操作教师在容积视频拍摄区，进行正常示范教学，容积视频通过矩阵全机位拍摄，将教师的示范教学细节，完全录制，通过后期处理，制作成为可通过VR/AR眼镜观看的虚拟现实影像，提供沉浸式情境教学使用。也可以发布到网络上，通过电脑、移动设备、智能终端等浏览观看。

（二）沉浸体验式互动教学情境的教学资源建设与教学实施

最重要的，是互动教学情境资源的建设。沉浸体验式互动教学情境的教学资源可以通过以下几种方式进行建设。

其一，教学示范体积视频资源。通过体积视频技术，利用矩阵摄影机全机位拍摄教师示范教学操作的动态三维影像，制作形成教学资源。

其二，VR/AR 教学资源。通过三维扫描仪、三维建模软件制作三维模型，通过三位编辑软件、VR/AR 引擎软件编辑制作VR/AR 教学课件和节目。

其三，通过单反数码相机、全景相机拍摄360度全景影像，通过后期剪辑、合成软件制作360度全景教学影像和视频。

其四，虚拟仿真实验课程。使用计算机图形图像软件、三维建模软件、VR 交互引擎软件等，通过内容制作、程序开发，建设虚拟仿真实验课程。

接下来，是互动教室的教学实施。

其一，是实体互动教室的教学实施。根据教学班级容量，部署一定数量的VR/AR 演示播放和交互控制设备，例如头戴式显示器、AR 眼镜，交互手柄等。教师、学生在该教室可以开展沉浸式体验教学。学生能够完美复现教师的示范操作，使得每一位学生都能和教师“一对一”进行互动教学。该模式的优点是沉浸式体验强烈，由于有教师在场，可以得到实时教学指导，达到有效促进深度学习的目的。缺点是教学被限定到特定的教室，不能够大范围、开放式提供教学服务。这种模式适合学校课堂教学进行。

实体互动教室能够实现多人大空间互动。在大空间范围内，多人共同完成协同互动的效果，例如：在多人舞蹈组合课程中，多个学生可选择不同的教师体积视频示教角色，共同组成一支多人舞蹈合作。

其二，是远程虚拟教室的教学实施。远程虚拟教室。主要有“浏览器/服务器”（Browser/Server，B/S）架构和“客户机/服务器”（Client/Server，C/S）架构两种模式。两种架构均需要服务器，通过网络设备、服务器设备、存储设备等构建虚拟远程教室服务器，服务器通过虚拟远程教学平台发布教学资源、管理教学等工作。在B/S 架构中，学生通过终端设备的浏览器软件访问远程教学服务器站点，借助于手机、便携VR 眼镜套件等设备进行学习。在C/S 架构中，学生通过终端设备安装的客户端程序连接访问远程教学服务器系统，借助于手机、便携VR 眼镜套件等设备进行学习。这种远程教学模式的优点是教学采取开放形式，不限定特定场所和环境，有网络的地方学生都可以学习。能够大范围、开放式提供教学服务。缺点是沉浸式体验较差，无法及时得到教师指导。同时对网络质量要求较高，在5G 网络环境和高速率局域网络环境下能有较好学习体验。这种模式适合远程教学进行。

四、结语

本文通过研究艺术专业学生的计算机教学规律，探讨构建基于“沉浸体验式互动教学情境”的相关理论和方法，以达到创新和改善信息素养教育课程教学的目的。本文对艺术专业学生的学习特点及其在学习过程中的表现进行分析，总结出了“传统的学理化教学模式是很难达到良好教学目标的”这一教学困境。本文提出了解决这一教学困境的有效方法，即营造真实教学情境、强化教学互动、促进有效学习的发生。本文从沉浸体验式互动教学情境建设与教学实施方面为切入点，提出了以现代信息技术、虚拟仿真技术、5G技术、VR/XR 技术、容积视频技术等现代科技做为“赋能教学”的手段，创建可沉浸体验的“真实”学习环境，强化真实情境下的互动教学过程，从而促进深度学习的有效实施。简单讲，即构建新型教学环境、创新教学模式、提供创新途径。

本文是布鲁姆认知理论在现代信息技术条件下的教学实践和发展，能为有效实施《教育信息化2.0 行动计划》所倡导的信息技术与教育教学的深度融合提供有意义的经验。本文从实践层面提出了沉浸体验式互动教学情境的教学资源建设与教学实施的方法，能够成为推动信息素养课程的教学形式与教学过程改革与创新的抓手。同时，本文的研究成果对艺术各专业的理论基础课教学和专业课教学也具有借鉴意义和价值。

①可参阅赵少英《学理化教学与娱乐化教学的比较与反思——以艺术专业理论课教学为例》（载《社科纵横》2010 年第10 期）一文之相关论述；

②Marton,F.,& Saljo,R.(1976).On qualitative differences in learning: I. Outcome and process.British Journal of Educational Psychology, 46(1),4-11.

③BS Bloom,DR Krathwohl,BB Masia．Bloom's taxonomy of educational objectives：Pearson Education，1984.

④可参阅冯铁山《主体论视域的深度学习内涵及策略》（载《宁波大学学报（教育科学版）》2022 年第2 期）一文之详述；

⑤可参阅何玲,黎加厚《促进学生深度学习》（载《现代教学》2005 年第5 期）一文之详述.

⑥可参阅黄荣怀，郑兰琴，程薇《虚拟实验及其学习者可信度认知》（载《开放教育研究》2012 年第12 期）一文之详述.

⑦可参阅樊丽明，杨灿明，马骁，刘小兵，杜泽逊《新文科建设的内涵与发展路径（笔谈）》（载《中国高教研究》2019 年第10 期）一文之详述.

⑧可参阅吴岩《建设中国“金课”》（载《中国大学教学》2018 年第12 期）一文之详述.

⑨可参阅丁飞，张登银，师晓晔，许斌，刘宁《基于VR/AR 的互动式教学研究与实践》（载《软件导刊》2018年第12 期）一文之详述.

⑩可参阅赵国锋，陈婧，韩远兵，徐川《5G 移动通信网络关键技术综述》（载《重庆邮电大学学报（自然科学版）》2015 年第4 期）一文之详述.