三維虛擬學習環境的特點及教學潛能*

□仇曉春

三維虛擬學習環境的特點及教學潛能*

□仇曉春

三維虛擬環境的教學應用已經積累了較為豐富的研究和發展.實踐的發展更顯現出指導性理論研究的需求.對三維虛擬學習環境區別性特征及其教學潛能的整體分析和例證,將有助于明確其實踐價值以及未來的研究方向.

三維虛擬環境;學習;區別性特征;支援性

三維虛擬學習環境(3-dimensional virtual learning environment,3D VLE)與其他虛擬學習環境(如Blackboard、Moodle)相比,其優勢在于三維性、時間變化的流暢性和交互性.本文主要關注從家庭或學校通過個人電腦登錄的3D VLE,通常稱為桌面3D VLE.Jacobson認為,浸入式3D VLE如果設計和使用得當,在提供教學內容方面比二維技術有著更大的教學潛能.[1]但3D VLE的建設成本過高,阻礙其教學推廣.近些年,多媒體和網絡技術的普及使得以網絡為基礎的虛擬現實再次受到關注.

雖然桌面三維技術受到關注,但這些技術促進學習的潛能和成果仍存在爭議.本文力圖通過系統分析相關研究,探討3D VLE的區別性特征,以及其在學習任務的開展方面所具有的促進作用.這些研究都將為后期研究建立可靠的理論基礎,促進三維游戲、模擬、虛擬學習世界的相關教學研究和實踐.

一、區別性特征

(一)區別性特征的確認

Hedberg和Alexander認為,3D VLE最重要的特征就是"作為用戶直接控制虛擬世界中對象的清晰界面"[2].他們指出,要提高虛擬環境的這種清晰性,需要從三個方面提供良好的學習體驗:增加浸入感,提高逼真性和學習者參與程度[3].Whitelock等指出3D VLE的三個特征或維度,即表現的逼真性、控制的即時性和存在感(或臨場感).[4]兩項研究在這三個方面或維度的意義相似,并都關注單用戶虛擬環境的特征,即個人與3D VLE的交互.另一方面, Brna提出的六維框架包含了多用戶虛擬環境的社會因素,除了Whitelock等提出的表現的逼真性、控制的即時性和存在感,還有社會逼真性(包括社會熟悉性和社會現實性)、話語的即時性和社會存在.[5]

很多研究者都強調浸入感和存在感的重要性,認為是虛擬環境與其他電腦應用相區別的關鍵特征. Slater將存在感定義為個人在某場所的主觀感覺.浸入感是系統或環境的客觀或可測量的特征,存在感正來源于此.[6]浸入感取決于提供感覺刺激的虛擬現實技術的技術能力,而存在感依賴于語境,關注個體對虛擬現實的主觀心理反應.正是表現的逼真性和環境的交互性,實現了高度的浸入感和強烈的存在感.所以,浸入感不應被看做獨有特征.Hedberg和Alexander指出了浸入感對環境其他方面的依賴,認為"需要仔細分析表現的逼真性與感覺性、概念性和動機性浸入之間的交互,才能確定感覺輸入的復雜性,后者對于形成學習成果非常關鍵"[7].同樣,存在感來自于環境的逼真性和交互能力,所以不應該被看做獨有特征.

虛擬世界或環境的存在感一直是指用戶對"存在于此地"的感知[8],而近來的研究開始關注共同存在感,將其定義為與其他非處一地的用戶"共同存在于此地"的感覺,認為是社會存在感的延續[9].值得注意的是,由于三維多用戶虛擬環境的逼真性,用戶會出現共享的感覺體驗,其技術也支持空間性和其他形式的非語言交流,所以很多此類環境都支持高度的共同存在.因此,與存在感相比,共同存在感可以說是虛擬環境不同特征的結果,而不是特征之一.

在三維虛擬環境中,需要注意用戶如何通過個人體驗式活動和與環境的社會性交互來建構個人在線身份.通常情況下,個人在線身份都表現為頭像(avatar),這有助于實現良好地心理浸入,支持深度的交流、互助,建立關系.Dickey指出,用戶體驗從三個方面有助于在線身份建構:存在(包括存在的物質狀態和用戶的社會印象)、表現(包括用戶頭像視覺顯現、用戶名或自我描述的確定)和體驗(包括用戶身體動作及動作的社會定位).[10]雖然用戶在虛擬環境中建構和描述身份的能力非常重要,但這并不是3D VLE的獨有特征,而與存在感和共同存在感相似,來自于環境中表現的逼真性和學習者的交互.

總之,表現的逼真性和學習者交互是3D VLE的獨有特征,而身份建構、存在感和共同存在感是學習者體驗的特征,學習體驗又來源于環境特征.表現的逼真性包括單用戶和多用戶環境的特征,以及Brna的社會逼真性.同樣,學習者交互應該包括個體的、協作的和交流的活動及Brna的話語即時性.

(二)十項區別性特征

在3D VLE中,表現逼真性的視覺表現主要是環境的真實性展示、視野變換和對象動作的流暢展示.使用真實視角和透視,以及真實和光照來展示對象,就可以體現出真實的圖像質量.同時足夠的幀速率也能保證動作的流暢性,增加體驗的真實性.表現逼真性的第三個方面是對象行為的一致性,包括它們對用戶動作的反應方式及其自動的行為方式.第四個方面是用戶表現,這涉及用戶頭像.用戶借助此頭像可以形成和投射在線身份.用戶的這種描繪是表現逼真性的重要成分,有助于在虛擬環境中創設共同存在感,這反過來使社會交互更為豐富.

三維虛擬環境的應用研究主要關注視覺表現方面,但常常局限于高端實驗室.最近,提供聲音空間感知的"三維音頻"技術在三維虛擬環境應用中得到推廣,通過提供多種引導和遠距離暗示效果,可引導用戶的關注點,提高虛擬體驗的真實性.觸覺技術包括動覺和觸覺的力量反饋和空間音頻等表現逼真性的特征,允許用戶在虛擬環境中感覺力量和壓力,這在電視游戲器方面尤為普及.

在學習者交互方面,三維虛擬環境首先能夠幫助學習者開展體驗動作,包括視野控制、導航和對象管理.Dall'Alba和Barnacle認為,傳統的(以網絡為基礎的)在線學習環境旨在輔助體驗式學習和認知,這與強調語境知識和體驗知識的現有認知理論相悖.[11]三維虛擬環境能夠通過用戶表現和體驗行動來解決這個問題.其次,多用戶三維環境幫助用戶通過用戶頭像,參與體驗式語言交流(通過文本和聲音)和非語言交流(姿勢和面部表情).這種體驗能夠進一步通過書面或口頭語言將姿勢和動作結合起來.再次,學習者能夠控制環境特性和行為,包括修改時間和重力參數.最后,學習者可以利用三維虛擬環境的拓展性,建構對象、為對象行為編寫腳本,從而自我建構虛擬場所或對象.

總之,3D VLE的表現的逼真性和學習者交互可以細分為表1中的十項區別性特征.

表1 3DVLE的區別性特征

二、促進學習的潛能

教育研究中的支援性,有時涉及教育干涉與開展學習的學習者之間的關系,而有時涉及信息和交流技術對特定教學和學習方式的促進作用.Bower提出將學習任務的支援性要求與信息交流技術的支援性潛力相匹配,用于了解和開展技術選擇和學習設計.[12]本文總結了相關研究提出的3D VLE的理論學習價值,提出該環境在學習上的五種潛能.本文選擇潛能的概念,是因為技術本身并不直接引發學習,而是促進特定學習任務.這些任務本身實現學習或引發特定學習.對學習產生影響的是技術所支持或輔助的任務、活動和支持性教學策略.

潛能1:3D VLE可以通過模擬真實,發展所探索領域的空間知識表現.

模擬一直是計算機輔助學習的主要內容,如模擬城市(SimCity).以真實場所和對象為基礎建立的模擬三維環境與非三維環境相比,具有更強的真實感和存在感.經常成為真實地點的替代.在3D VLE中,學習者能夠自由移動、選擇各種視角、管理其中對象,從而發展對真實環境的空間知識(如Google Earth),這將超越非三維環境,包括那些使用圖像或視頻材料或全景圖像技術的環境(如QuickTime VR).中國已經有了較為成熟的虛擬現實的公司,如微瀾虛擬等,在商務開發、教學等方面已有了較大的發展.

潛能2:3D VLE可用于開展在真實世界中不宜進行的體驗學習任務.

模擬的最重要潛力在于學習者與虛擬對象的交互.通過對動態對象的模擬,學習者可以認知建構主義的學習方式開展探索和實驗,建立和完善個人知識標準.模擬也允許學習者練習技能或開展體驗學習任務,尤其適于那些成本高昂、風險較高的任務.比如,三維模擬培訓已用于培訓核電站工作人員、宇航員、駕駛員等.北京航空航天大學等多單位合作開發的分布式虛擬環境基礎信息平臺(DVENET)可實現包含遠程的數十個武器虛擬平臺在同一塊逼真地形下進行協同作業或對抗演練.參演人員(即用戶)可通過不同交互方式控制真實或虛擬的武器仿真平臺在虛擬戰場環境中進行異地協同與對抗戰術演練[13].

潛能3:3D VLE可用于理解抽象概念,實現內在動機和參與.

有時,知識概念比較抽象,與現實物體無法建立直接聯系."微觀世界"常用于抽象概念的環境模擬.當能夠表現出無法正常感知的概念和原則時,虛擬環境的價值就得到極大體現.Ruzic認為虛擬環境包含了兩種對象:可接觸的對象(稱為感官傳感器)和不可接觸的認知對象(稱為認知傳感器).[14]三維微觀世界教學應用案例包括幾何學教學、機械制圖等等.而且,三維微觀世界可允許學習者建構自己的三維環境和對象,以明確表述自己的空間模式或對特定抽象概念的理解.目前已經出現大量三維概念圖工具,比如Nele-ments、Topicscape等等.

這些三維微觀世界和抽象模擬都有一個共同點:都能夠支持學習任務,建立空間知識表征;利用空間知識模擬學習,幫助學習者理解目標域中的概念.另一方面,三維微觀世界和抽象模擬中,學習者能夠就個人目標做出決策,從而產生高度的個性化以及隨之而來的鼓勵性和吸引力.游戲和敘述為基礎的方式也同樣有助于提高學習者動機和參與性.

潛能4:3D VLE通過學習的情境化,加強知識和技能向真實情景的遷移.

大量研究發現,學習者在漫游超媒體環境中存在困難,如"超空間迷路".但又很難提供一個界面,既能實現輕松地漫游,又能保持對資源的整體結構和觀點之間聯系的感覺.三維環境使得信息表現變得清晰,允許學習者接觸到"第一人稱、非符號性"的體驗.而大多數情況下信息是作為"第三人稱、符號性"的體驗而編碼和表現的.此類應用都是利用學習者業已發展的空間認知能力,幫助他們漫游信息空間[15].此類的應用進一步說明了前文提出的空間知識表現潛能.通過開發模擬環境而建立學習者對信息空間的空間認知模式,從而促進其探索的效率和對學習領域的概念理解.

同時,這也表明,如果以知識的應用語境為基礎建立學習環境,新掌握的知識和技能將更易于有效應用到現實世界.由于3D VLE的表現逼真性、真實性和學習者交互性,學習者更易于將其與對應的現實環境建立聯系.Ruzic強調了虛擬環境學習的情境性和向真實環境的遷移,認為以虛擬現實為基礎的遠程教學的優勢在于實現個性化、交互的和真實的學習[16].

潛能5:3D VLE可用于多用戶任務,實現更豐富而有效的協作學習.

Dede分析了虛擬環境的潛力與以計算機為媒介的交流工具的潛力的結合,認為這有助于促進分布式虛擬空間中的協作學習.[17]現在的多用戶、分布式三維環境,包括MMOGs和虛擬世界,都允許身處異地的用戶同時在線,通過頭像彼此可見,進行文字或語音交流,如北京航空航天大學的分布式飛行模擬.這種環境可以作為教師遠程支持的媒介,也可以作為社會學習和計算機支持的協作式學習的工具.由于能夠利用空間和非語言線索,這種交流有助于提高團體內的親密感和更豐富的交流.懷疑的自愿推遲和情緒真實性[18]鼓勵學習者參與探索、調查、承擔風險.

最重要的,多用戶三維環境允許學習者共同開展任務.合作和協作式學習活動應包括參與者之間的積極互賴.三維虛擬環境允許學習者同時參與協作任務,這就為真正協作性的體驗鋪平了道路,進一步促進學習小組內部的積極互賴(如Second Life).

3D VLE的區別性特征以及促進學習的潛能可總結為圖1,其中的身份建構、存在感、共同存在感是3D VLE學習體驗的特征,來源于其十項區別性特征,并與其共同作用于3D VLE的潛能.

三、結語和建議

3DVLE需要研究者共同系統地研究其教學潛能和應用.

一方面,未來研究需要涵蓋實證研究,對相關設計假設進行驗證.很多三維虛擬環境學習研究都是以計算機制圖和多媒體等技術為基礎,認為其能夠輔助認知任務.但這種假設建立在對三維環境認知和學習的假設之上,也取決于對3D VLE的區別性特征與學習價值預期之間關系的假設,這就需要深入實證研究.

另一方面,未來研究需要具體分析3D VLE在教學實踐中的價值.這也取決于對教學假設的實證研究.現階段,此類設計和發展研究很大程度上取決于研究者的直覺和常識,而沒有經過研究論證的模式和框架的支持.同時,也要關注3D VLE使用過程中學習者的心理狀態,尤其是過度浸入的問題,避免網癮現象的再現.

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責任編輯 池塘

G424.1

A

1009-458x(2012)08-0074-04

*本文所屬基金項目:西安郵電學院教學改革項目"基于課堂觀察的校本教研活動研究"(項目編號:108-2002).

2012-02-25

仇曉春,講師,碩士,西安郵電學院外語系(710121).