基于沉浸式VR技术的在线协作学习设计策略探究

王婧瑶 林琳

摘要：沉浸式VR技术作为一种新兴技术，发展迅速，效果可观，利用沉浸式VR技术开展在线协作学习，为学生与教师提供了更为广阔的学习模式与教学模式。本文阐述了沉浸式VR技术及在线协作学习的内涵，以此论证了沉浸式VR技术在开展在线协作学习方面的优势，提出基于沉浸式VR技术的协作学习活动设计与评价设计，以期有效指导基于沉浸式VR技术的在线协作学习活动的开展。

关键词：沉浸式；VR；虚拟空间；在线协作学习

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）08-0084-04

近年来，VR技术和虚拟产业发展迅速，VR融合AR、MR、物联网、人工智能、大数据等新兴技术，能形成更符合学习者需求的消费级产品。[1]然而将VR技术的优势应用在教育领域，仅仅依靠技术创新远远不够，更需要关注如何合理利用VR技术促进学习者学习水平提升，如何将VR技术优势融入多种学习策略中。沉浸式VR技术作为VR技术的一个分支，以其体验感更加真实、沉浸感更强、交互具有实时性等特点脱颖而出；而在线协作学习，是指学习者与教师可以将教与学时空分离实现协作学习。当下，教育领域多数通过在线的远程系统来充当虚拟社区，以进行信息交流和合作教育，但正如哈佛教师Rebecca Nesson所说：“不论一个远程教育系统多么好，你和你的学生之间还是会存在一些内在的隔阂。”远程教育平台不论是教学模型云平台建设、教学模型资源的检索方法还是教学环境虚拟场景的构建方法[2]，都不如虚拟空间，因此，将沉浸式VR技术应用于在线协作学习中，才是未来的形势所趋。

沉浸式虚拟现实的概念

沉浸式虚拟现实（immersive Virtual Reality，简称IVR）提供参与者完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟世界之中的感觉。常见的沉浸式系统有基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统。其可以在虚拟环境中营造学习氛围，并创造适合于学习者本身特性的学习环境，对于提高学生学习兴趣和效果都有着很大的作用。

在线协作学习的含义

协作学习是指学习者以小组或团队的形式，在共同的目标和一定的激励下，获得最大的个人、小组学习成果而进行合作互助的一切相关行为。[3]而在线协作学习，是将协作学习的学习活动等打破空间限制，通过技术链接，实现协作学习。在线协作学习可以实现教与学的多元化，鼓励学生去发明探索创新的方式，学生可以通过共享资源对既定任务进行交流、讨论，在探索解决问题方案的过程中形成自己的理解，进而达到对学习内容的深刻掌握。

沉浸式VR技术在在线协作学习方面的优势

在美国缅因州国家训练实验室提出的学习金字塔理论中，以数字形式记录了学习者在两周以后还能记住的学习内容（平均留存率），平均留存率在30%以下的均为传統意义上的被动学习，50%以上的均为主动学习，包括讨论、实践、教授给他人。在沉浸式VR环境下开展协作学习，强调学生在虚拟环境下进行讨论、实践等交互行为，不仅可以充分利用新型信息科技创新课堂模式，提升学生的学习效率，还能推进教育现代化的发展。在沉浸式VR技术的支持下开展协作学习具有如下独特优势。

1.打破时空限制，创设丰富的协作学习环境

传统协作学习的开展往往要求学生和教师在同一时空下，由教师主持，学生开展协作学习，而在沉浸式VR技术的支持下，协作学习可以打破时空限制，根据学习目标创设丰富多元的协作学习环境，将书本中的知识加以综合分析，进而形成生动有趣的虚拟教学内容，有利于提高学生的学习兴趣，化被动学习为主动学习，在虚拟的协作学习环境下进行意义建构，促进对新知识的掌握，提高学习效率。

2.支持双向交互，增强学习体验

在虚拟现实世界中，师生之间、生生之间、师生与虚拟内容之间均可实现交互。学生可以就需解决的问题与教师进行交流、探讨，学生之间可以对目标任务进行分析，互相表达想法，教师与学生可以根据具体情况选择相应的虚拟内容，用于辅助协作学习。这种交互性反映了“学生为主体，教师为主导”的教学原则，每一名学生都参与其中，增强了学生的学习体验感，有助于培养学生的合作意识。

3.降低教学成本，拓宽学习路径

在传统教学中，由于教学场地、基础设施等方面的影响，许多教学活动都无法进行。但在沉浸式VR技术的支持下，可以为教师与学生提供接近真实世界的学习场景，在场景中进行协作实验学习，在保证教学效果的前提下节省成本，而且优质的教育资源也不再受限，所有学生都可以共享学习资源，学习路径更为广泛。

基于沉浸式VR技术的在线协作学习设计

在虚拟空间下，首先确定目标任务，利用沉浸式VR技术和目标任务进行学生、教师、虚拟对象分析，划定协作小组；接着在虚拟空间中开展协作学习，主要协作学习策略包括竞争、合作、伙伴、角色扮演，以协作学习策略为根基开展协作学习活动，最后进行学习效果评价。设计框架如下图所示。

1.基于沉浸式VR技术的协作学习前端分析

①学习者是协作学习活动中的唯一主体，对其进行分析是基于沉浸式VR技术的协作学习中最为重要的环节。只有了解学习者的基本状况、学习风格、VR使用状况等，清晰地界定使用对象，才能做到有效利用。例如，针对学习风格为沉思型的学习者，应尽量提供较为抽象且需多方面衡量的目标任务，促进其知识形成；而针对学习风格为冲动型的学生，应尽量提供需细致考虑、具体分析的目标任务，克服其冲动型认知行为。

②沉浸式VR技术对教师提出了新的要求，在沉浸式VR环境下，在开展协作学习前，必须对教师进行分析，分析维度包括教师教学能力、空间转换能力以及创造能力。其中，教师教学能力要求教师能够将教学内容和目标与沉浸式VR环境的虚拟内容相结合，选择恰当的教学手段来完成教学；空间转换能力要求教师能够实现教师与学生的角色转换、虚拟与现实世界的场景转换；创造能力要求教师能够根据协作学习目标任务设置陷阱，创造故事，加深学生在协作学习过程中的知识印象。

③协作小组是协作学习模式的基本组成部分。在虚拟现实中，主要是由参与协作学习的学生与虚拟内容进行交互，然后根据学生的特征进行划分。一般采用互补的形式划分，这样有利于提高协作学习的效率。

④虚拟内容是指学生在进行协作学习时在虚拟环境下所借助的工具，这些工具既可以是多媒体信息、虚拟场景，也可以是根据目标任务而创设的虚拟角色等，如沉浸式VR技术可以创设历史人物、伟人、名人等各种人物形象，使学生在自然、亲切的气氛中学习。在虚拟内容的加持下，可以丰富学习环境，提高学习者学习兴趣。

2.基于沉浸式VR技术的一般协作策略

①竞争。在沉浸式VR环境下，针对相同的总目标任务，学生可以进行组内竞争或者组间竞争，学生应明确各自任务的完成程度对实现总目标任务的重要性。通过竞争性的学习，可以提高学生的积极性和主动性，在横向对比下提升其认知水平。

②合作。针对共同的学习任务，协作小组成员发挥自身所长，在学习过程中互相争论、帮助，从而完善观点，共同提高。沉浸式的VR环境支持学生通过多种方式合作，其中包括针对同一问题进行讨论、一起完成实验等。

③伙伴。在沉浸式VR环境下，可以根据学生特征自动匹配拥有共同学习目标的伙伴，在缺失组员带动的情况下，系统可以预先设定好相应的虚拟组员角色，以协助完成难度较大的任务。

④角色扮演。传统的协作学习支持不同学生分别扮演学习者和指导者，在沉浸式VR环境下，学生能够扮演的角色更加丰富，系统可以根据学生需要三维模拟出对应服饰，使其真正体验到乐中学。

3.基于沉浸式VR技术的协作学习活动设计

①目标任务设计。目标任务是开展协作学习的起点，基于沉浸式VR技术的在线协作学习要以学习者的认知水平、学习风格等为基准，依据学习者需要掌握的技能、知识来设定目标任务，在不同学习者的差异上设计真实的目标任务，激发学习者的学习动机。协作学习任务的设计要确保子任务间具有互赖关系，有利于小组成员间的合作和每个成员的积极参与。[4]在设计目标任务时，应对目标任务进行分解，使其成为若干个子任务，使学习者在虚拟空间中通过完成一个个子任务来逐步完成目标任务。还应该在虚拟环境中给出目标任务、完成目标任务的时间及要提交的成果，以便组内成员可以实时查看任务完成进度。

②活动框架设计。在分析学习者完成目标任务路线的基础上，根据目标任务的特征，预想学习者的完成情况；统计出学习者进行目标任务的中间状态和最终要求，形成学习者在进行协作学习时的导向路线，指引学习者进行协作学习。

③工具设计。在开展不同的协作学习活动时需要学习者对工具进行具体认知，使用恰当的工具可以使学习者在完成协作学习的过程中事半功倍。在虚拟空间中能够提供的协作学习工具更为多样，主要以目标任务为依据提供工具，如在开展实验教学时，目标任务为完成具体实验操作，而虚拟空间可以提供实验设备等工具，学习者利用虚拟空间提供的实验设备进行协作学习，增加其在协作学习过程中的参与度。由此可见，协作学习过程中的工具设计极为重要。

④方法指导。针对目标任务，可以通过多方面对学习者进行指导，以提升学习者的协作学习效率。在提供方法指导时，要充分考虑学习者的初始能力，最大化发挥学习者的主体作用。方法指导包括教师指导与虚拟内容指导，教师指导应以教学目标为主，在指导过程中确保学习者在目标任务完成后能够达到对基本知识及能力的掌握；虚拟内容指导应通过预估学习者可能出现的问题适当指导。

4.基于沉浸式VR技术的在线协作学习评价设计

协作学习评价是“对学习者的协作学习活动质量做出客观衡量和价值判断的过程，主要关注的是学习者个体和协作小组在学习活动中的行为表现”。[5]沉浸式VR技术支持评价者回看在完成目标任务的过程中学习者的三维实时演示画面，学习者还可以选择多种评价方法，形成具体评价。不论是哪种类型的虚拟现实教育系统，在评价中都应包含对知识与技能、过程与方法以及情感态度与价值观这三个维度的评价。

①知识与技能评价设计。知识与技能评价为学习者在虚拟环境下在进行协作学习过程中所形成的在知识层面上的认知、在技能层面上的掌握。该评价可依靠完成目标任务后的巩固练习情况开展，包括完成练习所用的时间、练习的正誤等。教师可借助虚拟系统生成形式多样的练习方式，学习者通过完成练习进而形成知识与技能评价。例如，在完成物理实验类的目标任务后，教师通过虚拟系统选择练习题目，题目类型可为问答题和实践题，学习者通过回答和进行具体操作形成评价。

②过程与方法评价设计。这是知识与技能评价的进一步评价，是指对于目标任务，学习者是否对其掌握、使用或复习的方法和过程。此评价应该贯穿基于沉浸式VR技术的在线协作学习始终。该评价可由教师与虚拟系统共同给出，教师实时察看或回看学习者的三维演示画面进行评价，虚拟系统可根据目标任务的子任务完成情况给予综合评价。

③情感态度与价值观评价设计。由于学习者的情感变化并不是立竿见影的，需要通过长期的观察，所以此评价具有特殊性。此评价可以利用虚拟系统进行访谈、情境测验、成长记录等，主要关注学习者的过程参与、情绪体验和交流互动，注重学习者的内心感受，从而发挥评价的诊断、激励和发展的功能。

结语

沉浸式VR技术应用在在线协作学习过程中，能完善协作学习模式，优化协作学习模式的效果。对通过沉浸式VR技术实现交互学习的应用实践研究还需要进一步加强，但可以看出，在信息技术不断发展的时代，基于沉浸式VR技术的协作学习充满无限可能。

参考文献：

[1]段丹萍.多种理论视角下的VR教育应用研究综述[J].中国教育技术装备，2019（06）：54-60.

[2]张志祯.虚拟现实教育应用：追求身心一体的教育——从北京师范大学“智慧学习与VR教育应用学术周”说起[J].中国远程教育，2016（06）：5-15.

[3]黄荣怀.计算机支持的协作学习：理论与方法[M].北京：人民教育出版社，2003.

[4]余亮，黄荣怀.协作学习活动结构设计研究[J].远程教育杂志，2012（05）：74-81.

[5]白利霞.在线协作学习活动设计研究——以《教育技术专题》课为例[D].保定：河北大学，2010（06）：45.

作者简介：王婧瑶（2001.10—），女，汉族，现为辽宁师范大学计算机与信息技术学院教育技术学专业学生，主要研究方向为线上线下协作学习研究。林琳（1987.11—），通讯作者，女，汉族，硕士学位，工作单位为辽宁师范大学计算机与信息技术学院，讲师，主要研究方向为基础教育信息技术有效教学。