虚拟现实技术对学生课堂参与度的影响研究

刘晓璐 孙东涛 赵白露

1．博仁大学，泰国 曼谷 10210；2．滨州职业学院，山东 滨州 256600

一、虚拟现实技术概述

在信息化技术迅速更新发展趋势下，虚拟现实技术逐渐渗透于多领域，自然也深受教育领域密切关注，在《地平线报告》中，提出虚拟现实技术或混合现实技术是最为关键的技术之一，未来将会普遍应用于教育领域。虚拟现实技术是一种可以创建并体验虚拟世界的计算机仿真系统，其主要以计算机生成仿真模拟环境，是集成多源信息的交互式三位动态视景与实体行为的仿真系统，可促使用户沉浸于此环境内。相较于传统平面媒体传输感官信息，虚拟现实技术可交互式提供多种感知的整体信息，建设更加真实的虚拟场景，给参与者以身临其境的真实感受。

（一）交互性

虚拟现实技术可给沉浸于虚拟世界的用户提供交互式体验，这是其他计算机辅助教学交互性所无法实现的，虚拟现实技术介入学习的基础上，学生基于传感设施走进虚拟空间，以全面实时交互，获取高度近似于真实环境的立体感知，全方位提高教学多维度交互性。此外此交互以最为自然化的方式开始，学生像是在真实的环境内进行学习。虚拟现实技术的交互性可为学生提供独特的沟通讨论途径，锻炼学生的专业知识应用能力，调动学生的课堂学习积极性与主动参与性。

（二）沉浸性

虚拟现实技术的关键特征在于沉浸性，这也是专业学习中表现最突出的一个特征，学生沉浸于虚拟世界内可忘我地感受所处环境，由于学生感受的感官等虚拟效果与真实环境高度近似，其不仅可强化学生用户情境体验，所存在的感觉也无需物理存在，促使专业学习跨越了地理位置限制，学生无需脱离教室便可身临其境地完成实践训练，从而提高专业知识实践应用能力。

（三）构想性

构想性也就是想象性，学生可在虚拟环境下基于想象、推理、模拟等多元化思维过程进行创造与联想。构想性可促使学生身处虚拟环境内重现真实的专业知识应用实践操作场景，可构建客观现实世界中不存在或不会出现的实践训练场景，促使学生在虚拟学习环境下有机发挥想象力，积极学习专业技能相关知识，锻炼专业知识应用能力。

二、学生课堂参与度分析

传统高校教学课堂环境中，教师主要采取互问互答的教学模式，或者划分学生为小组以彼此讨论并分享自身学习观点与问题。随着新课程创新改革理念的逐渐深化，我国高校开始实施创新发展教学观念与授课方式，以充分满足学生学习需求的基础上提高学生课堂参与度，从而实现课堂教学效率的有效提升。新型教学理念引导下，教师和学生之间的关系日趋平衡与对等，教师开始意识到多元化教学的重要意义，且了解了基于学生视角思考并理解学生学习需求。基于此，教师的创新教学理念可为学生打造更多思考空间和实践机会，以促使其在课堂有限时间之内充分掌握专业知识与技能，以此为未来就业奠定坚实基础。

高效和高质量学习是基于积极主动参与，其并不是简单的教学与学习的关系。教师不仅要归还课堂主导权于学生，还要立足于学生视角了解学生学习需要，尽量面向学生传输专业知识。在现阶段社会环境下，日趋激烈的竞争压力使得大学生会觉得难以适应，为了促使大学生形成强大的适应能力，教师需适度创新优化既有教学方案和教学内容。只有与时俱进，全方位结合社会与企业的人才需求，当代大学生学习主动性与课堂参与意识才会得到充分激发，从而为后续成长发展积淀丰富经验与实践基础。

三、基于虚拟现实技术的学生课堂参与度提高策略

虚拟现实技术可在学习中呈现为多态化场景与模型，以赋予学生直观生动的感知体验，赋予学生更加真实学做一体化平台以置身参与其中，实现专业知识的实践应用，以有效解决概念与定理等所存在的疑难困惑，可通过直接应用，以问题解决过程培养学生创新创造思维，尝试融入虚拟现实技术以创新优化既有教学范式，以促进虚拟现实技术在专业教学中实现从基础应用向深度融合的过渡，从而实现基于技术推进学习的真正价值。

（一）以直观资源亲身体验，切实获取知识内容

就专业知识表征方式而言，可具体划分为抽象表征和具象表征两种，其中抽象表征即抽象层面的普遍规律；具象表征即实践层面的直接经验。以前的学习范式中学生普遍获取的便是抽象表征，受制于学习控制限制无法获取具象表征，学生难以真切感受知识存在，无法实现知识和真实事物之间的有机关联。抽象学科知识和具体事例之间的有机结合，可形成更加科学有效的学习成果。所以，基于虚拟现实支持，学生可开展有关操作以感知信息与获取活动经验，在构建抽象概念时感知知识现实存在的具体形态，提高知识表征完整度与丰富度，从而构成稳定且全面的认知结构体系。

首先，以动态操作，感受知识表征。学生对于虚拟现实系统内环境和事物的操作，可获取主体性动作经验，长期积累丰富，以此弥补文字和视听符号的缺陷，且于持续更新和深化对于客体知识的认识过程中实现双向对象化，在具备知识抽象概括能力的基础上还可以将其对应于实际事物中。在新知识学习环节，基于合适的引导或者示范，鼓舞学生缩放、移动、旋转虚拟现实事物，以此直观操作获取知识具象表征，以构成以观察和操作为载体的直接经验。在知识理解环节，单纯依赖于抽象思考根本无法切实有效理解并吸收，还会导致学生积极性下降。但是，基于虚拟现实事物实际操作可调动学生学习兴趣与热情，提高学生学习动机，以此在探索和操作、交流和思考中深层理解并延展专业知识。在假设验证环境，学生针对既有概念和定理等疑惑，可以直观操作在实际事物内发现真实依据或者验证其科学合理性，深入理解知识的基础上构成尊重事实与追求依据的积极态度。

其次，以具身学习，身体感官参与。具身认知主张大脑的认知产生主要依赖于身体各感官运动器官之间的有机协调发挥，身体的参与度越高，通路便会更加活跃，感觉系统则会感知到更多元化的信息，构成的认知也会更丰富完善。所以，认知形成依赖于直接经验与感性经验的结合，需身体感觉运动器官切实参与到学习中去感知体验并共情理解。学生对于虚拟事物的实践操作是基于身体经验的具身学习，也就是基于身体认知的形式构建对于外界事物的知觉映像和初级概念，以实现和外部事物之间的实质关联。抽象认知深深扎根于身体感官和体验中，基于身体经验构建的具体事物和抽象概念之间的关联性，使得对于学科知识的理解更加深化。通过身体感知、体验信息的多元化存储形式，学生可切实融合抽象表征和具象表征。学生通过加工语言和文字等抽象符号，获取对于直观事物的本质认识，且结合对于虚拟现实的感知操作以获取直观认识，在持续的显性操作和隐性操作过程中不断构建丰富表征，从而深化自身认知。在感知操作过程中，学生基于触觉和视觉等感官渠道感知信息，可优化并改善信息于大脑中的编码层次和水平，以此强化知识记忆的稳定性与持久性。

（二）以情景模拟知识应用，转化知识为实践能力

情景模拟知识应用实际上是学生基于虚拟现实技术所呈现的虚拟实验室与虚拟场馆等模拟仿真环境内探索并交互从而实现项目任务，基于学做一体化过程培养知识实践应用意识，促使学生通过自主探究和项目任务完成经历并构建认知冲突，从而以实时交互调整加深理解并健全学生既有知识结构以获取经验能力。

首先，以趋向于真实的模拟项目引发认知冲突。虚拟现实模拟情境内的学习侧重于让学生以自主探究与合作学习等方式亲身实践，实现更加接近真实的项目任务，构成既定模拟制品。学生在持续设计制作和感悟体验时，可加深对于专业知识的理解，逐步形成认知体验且丰富经验。就知识学习而言，只有在经历且经过实时调节解决认知冲突之后，才可以使得学生认知活动得以持续丰富。学生于虚拟现实环境下自主探究并完成项目任务时，会随之衍生新认知冲突。其一虚拟现实模拟情境具备丰富与交互特性，可让学生切身感受到知识情境属性和真正的社会、文化价值，其沉浸性可在很大程度上帮助学生全方位理解专业知识；其二学生生成制品时需转变抽象符号为形象的三维模型构建，其中相同内容的不同表征方式会给学生带来认知冲突；其三学生完成项目任务、构成三维制品和既有模型资源之间的反差，可让学生在模型设计时的思考方式、解决策略、模型构建等形成认知冲突。认知冲突突破了知识是规定抽象符号观念的限制，其调解过程需在和环境事物持续交互时主动建构，也就是基于持续生成修正并深化既有认识，已构成全面化认知结构。

其次，以临场知识应用构成实际经验能力。学生在模拟情景下完成项目任务是对于学科知识的深层理解和真正价值追求，其本质是指引学生树立知识应用意识，在临场知识应用中构成实际经验能力。所以，在虚拟项目任务完成时，先鼓励学生自主深入探究并尝试，鼓励其在实践操作时发散思维，生成多元化的知识实际应用方式，以培养其知识综合创新应用能力。同时确定反思维度，以促使学生实现有效的阶段性反思。在学生项目计划和模型设计时，根据学生实时表现和学习体验，在实践过程中，引导学生思考所面临的困境与可行性对策，使得学生构成及时反思，调整动态化循环机制。项目任务完成之后，由知识应用、操作流程、结构构件等多视角着手，推动学生反思实践操作，以弥补自身缺陷，并总结积累经验。在项目任务顺利完成时，让学生有意识地详细记录知识理解与实践应用、项目任务计划与实施时的知觉感受等重点，并汇总整合以总结得知核心知识理解、应用、项目任务完成方法等等。在整个过程中学生知识经验逐渐丰富构建，深层概念与意义合理构建，使得知识理解转换为经验能力。

（三）以解决真实场景问题，使知识转向于思维

虚拟现实技术在教育中的应用需基于真实情境转化真实学习场景。对于虚拟现实本质来讲，其是现实世界场景的映射，是感知体验信息、知识学习应用、时间解决问题的实训载体，所以可强化知识学习和真实场景之间的有机联系。虚拟场景的感知体验和问题解决并不是虚拟现实的整体价值，最终价值是促使学生从虚拟场景学习中回归到真实场景学习中，使得其可以在真实场景中迁移与反思，以专业知识审视并解决真实场景的现实问题，以此不断构成知识对应思维。

首先，虚拟与真实场景的有机关联感知。指向真实场景问题实际解决，主张把真实世界存在的问题在虚拟场景内重现并加以解决，如此学生的知识实际应用并不是为了脱离真实场景和事物想象，而是以真实场景实际问题感受现实原型的感知、体验等实践过程，使得知识应用和问题解决与真实场景姿态高度相符，引导学生构建知识和真实场景之间的联想机制，促使知识理解不再局限于既有模式，推动知识在各种情境之间的迁移，从而理解专业知识问题解决的真正价值。

其次，知能与心智相结合结构的学习成果。项目任务融合以真实场景问题着手，可促使学生以专业知识发现问题、采集资料、制定策略、设计模型，从而解决现实问题并加以创新优化。所以学生以往获取的专业知识便构成了学生的知能结构，在利用知能结构解决外部问题的时候，其作用于外部客体的认识结果便演变成了心智结构。心智结构即学生在和外部环境世界实时交互时构成的可维持自身机能并推动自身发展的认知能力，其可使得个体通过实际行动有效解决问题。学生合理利用虚拟现实构建的环境资源，在和环境互动时持续加深并丰富既有知能机构，并以所学专业知识发现并解决环境内存在的问题，此过程可逐步构成面向未来且适应未知环境的智能心智有机结合结构，从而构成切实有效的认知成果。