基于情境的虛擬現實教學策略研究

陳 猛，馮壽鵬

（解放軍西安通信學院，陜西 西安 710106）

基于情境的虛擬現實教學策略研究

陳 猛，馮壽鵬

（解放軍西安通信學院，陜西 西安 710106）

教學策略的選擇與開發是現代教學設計的重要組成部分，適當地引入全新的教學技術，創新課堂教學，能夠更好地優化教學過程。本文通過研究教學策略的內涵，結合虛擬現實技術在教學領域的優越性，依據認知心理學的認知負荷理論、雙通道假設、有限容量假設和主動加工假設，從增強視覺認同感的三維瀏覽策略和注重學生體驗的交互認知策略兩個方面，對基于虛擬教學情境的教學策略作研究探討。

教學策略；虛擬現實；虛擬情境

一、教學策略的概述

1．教學策略的定義及內涵

“策略”一詞，泛指謀略、計謀，早期多用于軍事行動或斗爭，重點強調其戰略性、戰術性和實施過程中的藝術性，后來逐漸被應用在包含教學研究在內的更多領域。

對于教學策略的定義，較為典型的有：《簡明國際教育百科全書》中認為：“教學策略是指教學活動的順序排列和師生間連續的有實在內容的交流。”[1]美國教育學家埃金將其定義為：“為完成特定目標而設計的指示性的教學技術。”[2]我國學者馮克誠認為：“教學策略是指以一定的教育思想為指導，在特定的教學情境中，為實現教學目標而制定，并在實施過程中不斷調適、優化以使教學效果趨于最佳的系統決策與設計。”[3]張春興對其定義為：“教師教學時有計劃地引導學生學習從而達到教學目標的一切方法。 ”[4]

從眾多學者的研究成果可以看出，對于教學策略的認識，應包括四點特征：第一，具有明確的教育目的性或教學意象；第二，蘊含了一定的教育理念及設計者為優化教學過程的教學思考；第三，體現了教師對教學過程的掌控；第四，在實施過程中對于具體的教學方法可以靈活選擇、創新。

2．教學策略的開發與選擇

在現代教學設計的思想理念中，教學策略的選擇與開發是教學設計的重要環節，包括預備活動、呈現信息、提供練習與反饋、測驗以及課后活動等策略，同時還包括根據學習理論、授課內容以及學生特點決定的學習策略。對于教學策略的開發構建，應以教學過程的最優化為基本準則，并在此基礎上體現教學的科學性與藝術性。

巴班斯基曾指出：“教學過程最優化是在全面考慮教學規律、教學原則、現代教學形式和方法、教學系統特征以及內部條件的基礎上，為了使過程既定標準看起來發揮最有效（即最優化）的作用而組織的控制”。[5]在現代教學理念中，隨著教學觀念的轉變，教學工作的重心由教師的以教為主轉向學生的學為主導，教師所要面對的教學對象更加多元，教學任務更加復雜，這需要教師能夠靈活把握教學過程中各要素間的密切聯系，實時換位思考，在開發“教”的策略的同時，站在學生的角度，兼顧“學”的策略，平衡“教”與“學”之間的關系，創新教學策略，以實現教學過程的優化。同時，合理地引入新的教育技術，結合適當的教學方法，改革教學形式，可使教學過程更具時代性以及教學藝術的美感。

二、虛擬現實的教學優勢分析

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）又譯作靈境技術，起源于上世紀60年代，是指采用以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺等一體化的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬世界中的物體進行交互，相互影響，從而產生身臨其境的感受和體驗的技術。其特性被稱為“3I”，即：沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。

虛擬現實的教學優勢主要包括：

1．突破時空限制，構建虛擬情境

利用虛擬現實技術，可構建具有真實感的虛擬環境，并且完全不受時間、空間的限制，大至外層太空，小到微觀分子；遠自宇宙起源，近及一草一木，都可以被模擬再現，使學生在學習的同時對所學知識有深刻的體驗。

2．創造具有可變性的教學資源

國際工程是國際經濟合作、技術交易、勞務合作的一種方式，其項目的各個環節都是由不同的多個國家共同參與，按照國際慣例來進行管理。自從改革開放以來，在經濟全球化的趨勢下，越來越多的企業參與到國際項目工程。由于國際工程一般都是一些大型工程，具有建設周期長，技術要求較高，施工難度相對較大，參與主體來自多個國家等特點。加之在國外施工過程中，承包商不能完全了解當地的經濟、政治、文化、法律相關的要求，并在語言上也存在一定障礙。因此國際工程項目可能會面臨在試樣國內工程從未遇到過的風險。承包商在承包國際項目工程的時候只有做好風險識別與分析，才能進行針對性的風險管理，以求降低企業的損失獲取更多的利益。

斯圖爾特和托馬斯在1991年列出的計算機控制的空間在教育中的8個作用指出，計算機應當“創造具有可變特性的地方和事物”。對于通過虛擬建模構建的教學資源，應實現任意視角的全方位觀察；對于器件類的教學用具，按需求隨意拆卸組合、模擬試驗將是基本功能。

3．降低真實實驗和操作帶來的各種危險

對于教學危險的降低，主要包括了兩個方面：其一是可對一些因錯誤操作而產生的不良后果進行模擬，以最直觀的方式，促使學生正確合理地操作實驗；其二是對于一些具有高危險性的真實實驗，可實現虛擬仿真操作，為學生在實物操作前提供實踐的平臺，以便更好地體會實物操作中可能遇到的種種問題，降低危險系數。

4．節約教學成本

利用虛擬現實構建的虛擬教學設備，將可解決在教學中設備昂貴、場地有限等問題，在節約大量教學設備耗費的前提下，完成教學工作，同時，也可減少實訓設備因長期使用而損壞、教學材料大量消耗等問題，從而實現教學成本的節約。

三、基于情境的虛擬現實教學策略研究

情境的含義有廣義和狹義兩種，廣義的理解是指作用于學習主體并使其產生一定情感反應的客觀環境；狹義的理解則是指教學壞境中作用于學生而引起積極學習情感反應的教學過程。[6]在教學活動中，情境始終與知識學習聯系在一起，構建主義的提出者皮亞杰將情境列為人類認知過程的外因，與自身的內因共同構成了人類認知的兩大因素。他認為知識是情境化的，通過具體情境所提供的直觀的、生動的形象能有效地激發聯想。但情境并不能憑空而生，因此，創設真實或接近于真實的具有豐富資源的學習情境，是情境學習的前提也是重點。

對于情境的創設，可通過多種方法實現，利用虛擬現實技術構建虛擬情境，創建虛擬的事物、場景，使學習者產生身臨其境之感，是當前虛擬現實技術在教育領域應用發展的一個趨勢，同時也為教學情境的開發提供了新的平臺。相對于通過真實事物，真實場景構建的教學情境，虛擬情境的創設重點在于虛與實之間的把握，所被模擬的對象，既需要具有真實性的認同感，也需要具有虛幻性的視覺新鮮感。

圖中，對于信息的加工，通過視覺與聽覺雙通道進入記憶區加工整合，在感覺與工作記憶區，所能夠接收處理的信息是有限的，而通過多媒體呈現的信息，以及存在于長時記憶區的信息，屬于相對開放、無限的信息，人類通過“選擇文字、選擇圖像、組織文字、組織圖像、整合”五種加工方式，實現對信息的主動加工。

基于三維情境的虛擬現實教學策略的研究，其核心包括增強視覺認同感的三維瀏覽策略和注重學生體驗的交互認知策略。

1．增強視覺認同感的三維瀏覽策略

主要包括：立體化平面視圖，誘導視覺思維定勢，合理屏幕信息以及簡化抽象信息四個方面。

（1）從認知負荷的角度來看，立體視圖可減少對于不同平面視圖間的立體構想，降低外部認知負荷，增加關聯認知負荷。[8]如數字化校園中的虛擬校園，便可通過對整個校園環境的三維模擬，以及全視角的視點導航（Viewpiont Navigation），使參觀者腦中迅速形成對校園概貌的清晰認識，其效果遠比平面的地圖及照片更為直觀。再如在地理教學中，對于地形地貌的建模仿真，也比平面照片更能促使學生的聯想記憶。

（2）注重視覺思維定勢的誘導，格式塔心理學認為，存在于記憶中的事物，會對視知覺產生誘導作用，促使視知覺在接受新信息的準備階段，便存在選擇性，即視知覺的思維定勢，其誘導作用為記憶的開始，確定了起點。例如想到樹木，便容易在腦中聯想到粗糙的樹皮、挺直的主干、茂密的樹冠等，通過對材質、紋理的選擇，在三維情境中可創設與記憶思維相呼應的虛擬實物，實現突出認知特征，減少認知總量的效果。而反向利用思維定勢，對于需要特別強調的部分，調用鮮明的顏色，突出其不同性，也能夠更好地抓住學習者的視線，加深學習印象。

（3）合理安排屏幕中信息，包括圖像的位置、大小、顏色以及與文字聲音等的構成比。例如背景色的選取，對于較大型空間的顯示，前景對象的記憶往往會伴隨著背景共同進入信息加工通道，過于強烈的背景會使人忘卻前景對象，因此，對背景色的選取，需淡化、模糊，能夠自然地承托出前景，利于記憶。再如對于界面中同時出現圖片與文字的狀況，擴大圖片的尺寸，精簡文字概述，并拉近文字與圖片間的距離，可以更好地促進學習，反之，容易造成重點不明，信息混亂，不易記憶等問題。

（4）對于如物理學原理一類的抽象概念，簡單的幾何符號更利于學生抽象思維的引導，對于進入學習者視覺通道的信息，外形簡化、色彩清晰的符號，只占用少量的心理資源和注意力，同樣降低了外部認知負荷，利于學習者投入更多的工作記憶容量和心理資源進行邏輯加工。所以，對于幾何符號的虛擬建模，應當使用簡化的線條及色彩，保持其簡約效果。

2．注重學生體驗的交互認知策略

對于虛擬情境的操作控制，是系統與用戶之間交互的直接表現，不同于平面圖片的局限，用戶對于虛擬環境的操作要求存在更高的隨機性，例如當學生點擊某一物體時，可能的操作有改變視角鏡頭，拉近視野；移動、翻轉該物體；隱藏該物體的顯示等等，這就要求虛擬現實系統在開發的過程中，為每一種操作都設定相應的操作方式。最為簡單的方式，是在界面中增加按鈕，如VRML瀏覽器CosmoPlayer中的按鈕菜單，將前進、后退、旋轉等操作，以按鈕方式呈現，便于理解使用。但這種方式，會使界面結構變得復雜，打斷用戶與系統間的平滑交流，增加認知負荷。更為合理的方式，應當使操作方式不額外附加在屏幕顯示中，且操作符合常用電腦操作習慣，用戶僅需要具備通用的基礎知識，便可以理解系統的用途及使用方式，通過簡單的指導練習便可實現對系統的操控。

同時，虛擬情境系統的交互并不能簡單地局限于界面交互，還應包括學習過程中的知識交互，交互的目的在于使學生獲取和掌握知識，提高學習能力，所以，在虛擬環境中設置一些問題、障礙或暗示，可以使學生在人機交互的過程中拓展理解的廣度和深度，形成對問題的特有見解，實現更好的自我建構。

四、小結

對于基于三維情境的虛擬現實教學策略，根本在于立足虛擬現實技術的教學優勢，從視覺認知的習慣入手，以減少認知負荷、增大有效認知為準則，將優化教學過程作為根本出發點和落腳點，同時根據課程的實際情況，開發教學系統，設置教學過程，以求達到更好的教學效果。

[1]李曉文,王瑩.教學策略[M].北京:高等教育出版社,2000.

[2]（美）埃金等.課堂教學策略[M].北京:教育科學出版社,1990:1.

[3]馮克誠.課堂教學組織調控技巧全書[M].國際文化出版公司,1996:410.

[4]張春興.教育心理學[M].杭州:浙江教育出版社,1998.

[5]巴班斯基.教學過程最優化——一般教學論方面[M].北京:人民教育出版社,1984:57.

[6]黃利紅.情境，虛擬情境與教學設計[D].湖南:湖南師范大學,2009.

[7]Mayer R.E.N ine W ays to Reduce Cognitive Load in Multimedia Learning[J].Educational Psychologist,38（1）:43-52.

[8]曹娟,潘來齊.基于認知負荷理論的虛擬學習環境設計[J].電化教育研究,2010（4）:75-79.

（編輯：金冉）

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1673-8454（2011）05-0066-03