論虛擬現(xiàn)實技術環(huán)境下的體驗學習

摘要：隨著信息時代的到來和信息技術突飛猛進的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術也越來越多地應用于教育教學領域。本文試圖通過對體驗學習的闡述以及對虛擬現(xiàn)實技術的優(yōu)勢及特性的研究，分析虛擬現(xiàn)實環(huán)境下體驗學習的方式和不足，并對其做了展望，希望能對廣大師生有所幫助和啟示。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術；環(huán)境；體驗學習

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0008-03

在信息時代，信息技術已經(jīng)向各個領域進行滲透，甚至成為支配諸多領域的重要機制。其中應用于教育教學領域的虛擬現(xiàn)實技術的影響也投射到了作為人類生存活動的學習過程中，引發(fā)了學習方式的變革。虛擬現(xiàn)實技術環(huán)境下的體驗學習就是其中之一。

一、體驗學習概述

體驗學習是一種以學習者為中心，通過實踐與反思相結(jié)合來獲得知識、技能和態(tài)度的學習方式。它不僅包含了學習的結(jié)果，也包括了學習的過程，是一個動態(tài)的概念。體驗學習把人們從自己的體驗中獲得的學習結(jié)果視為最佳。它既是一種把學習者的認知、情感和行動整合起來的學習方式，也是一個促進學生自我實現(xiàn)、自我完善的過程。體驗學習是學習者在一定的情境（這個情境可以是真實的，也可是虛擬的）中去親身經(jīng)歷和體驗，并在這個過程中感受、領悟和學習的學習方式。體驗學習在活動方式上以學習者為中心，關注他們自己的感受、價值取向及學習方式；同時需要學習者自己觀察、反思和總結(jié)，學會在不同的環(huán)境中學習、思考和解決問題。體驗使學習進入了生命領域，使知識的學習擴展到了情感、生理和人格等領域；從而使學習過程不僅要用自己的腦子思考，而且要用自己的眼睛看，用自己的耳朵聽，用自己的嘴巴說，用自己的雙手操作，即用自己的身體去親自經(jīng)歷，用自己的心靈去親自感悟。這不僅是理解知識的需要，更是激發(fā)學生生命活力，促進學生生命成長的需要。

二、虛擬現(xiàn)實技術的特性及優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術是指在多媒體技術、計算機圖形學、仿真技術、傳感技術、人工智能等基礎上發(fā)展起來的，充分利用高性能的計算機硬件與軟件資源及各類先進傳感器的一門交叉學科的集成技術。事實上，它不僅是指使用傳感輔助設施的技術，而且還包括一切與之有關的具有自然模擬、逼真體驗的技術和方法。它能夠生成實時的、具有三維信息的、人可以與之自然交互的人工虛擬環(huán)境（Virtual Environment）。學習者進入其中，可以產(chǎn)生一種身臨其境、完全真實的感覺。同時學習者可以根據(jù)自身的感受，通過多種傳感設備，使用人的自然技能對虛擬環(huán)境中的物體進行考察或操作，并像在真實世界中一樣與該環(huán)境進行實時操縱和相互交流。虛擬現(xiàn)實技術應用于教育教學領域具有獨特的優(yōu)勢。

1.沉浸性和多感知性。學習者能沉浸到計算機系統(tǒng)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中。在這個環(huán)境中，一切感覺逼真。學習者由觀察者變?yōu)槿硇牡耐度胝?，他們覺得自己是虛擬環(huán)境的一部分。他們感到被虛擬景物所包圍，可以左顧右盼和自由走動，與物體相互作用，如同在現(xiàn)實世界中一樣。虛擬現(xiàn)實的多感知性使它具有多感知的能力，如視覺感知、聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知和嗅覺感知等。借助這些感知，學習者在虛擬環(huán)境中可以產(chǎn)生非常真實的體驗。虛擬現(xiàn)實技術的這兩種特性可以讓學習者全身心地投入到虛擬環(huán)境中獲得真實的認知和情感體驗，能夠大大增強他們學習的主動性和持久性。

2.交互性。學習者能通過鍵盤、鼠標以及各種傳感器與虛擬環(huán)境發(fā)生交互，如同在真實環(huán)境中用其自然技能與其中的對象發(fā)生交互關系，實現(xiàn)對虛擬環(huán)境的考察與操作。在這樣一個具有身臨其境和交互作用的環(huán)境中，學習者通過他們與所處環(huán)境的交互作用，利用其本身對接觸事物的感知和認知能力，以全方位的方式獲取各種形式的信息。例如，人們用手抓取虛擬環(huán)境中的物體，被抓取的物體會隨著手的移動而移動；同時人們會有抓取東西的感受，并且可以感受到物體的重量。這種交互性對學習者的學習產(chǎn)生了積極影響，并且為他們完成自身意義世界的建構(gòu)提供了條件。

3.想象性。在以上沉浸性、多感知性和交互性的基礎上，學習者可以從逼真的虛擬環(huán)境中得到感性和理性上的深刻認識，進而深化概念、產(chǎn)生想象，主動尋求、探索和接收信息，因此就能夠充分發(fā)揮他們的想象力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高創(chuàng)新能力。另外，從安全性和經(jīng)濟性的角度考慮，虛擬現(xiàn)實技術也是一種有效的教學工具。它為模擬訓練提供了極有價值的、與真實生活很類似的情形，避免了一些不必要的風險。有了以上優(yōu)勢，虛擬現(xiàn)實技術在學習過程中就具有了獨特作用，比如：幫助學習者探索那些不能接觸到的地點和事物，如火星表面；向?qū)W生呈現(xiàn)那些難于觀察和測量的事物，如分子結(jié)構(gòu)；為學生再現(xiàn)那些已經(jīng)不復存在的事物，如冰河期的地球；讓學生與虛擬歷史人物進行交流，如與牛頓探討問題等。這是其他技術不易實現(xiàn)的。

三、虛擬現(xiàn)實技術環(huán)境下的體驗學習

研究表明，在親身經(jīng)歷的過程中進行的學習是最有效的。虛擬現(xiàn)實技術能夠提供給學習者類似于親身經(jīng)歷的逼真體驗和技術支持。學習者在這種仿真過程中可以經(jīng)歷不同的時間和空間，可以與各種仿真物體和虛擬環(huán)境的各個部分接觸，從而產(chǎn)生逼真的體驗，更好地進行體驗學習。

1.在虛擬環(huán)境中體驗感悟。虛擬現(xiàn)實技術為學習者提供了豐富的學習資源以及選擇學習材料和學習方式的機會。利用虛擬現(xiàn)實技術可以讓學習者學習一些實際中具有時間性、可變形、距離性、抽象性且用別的方法很難觀察和驗證的各種事物。例如，在學習各種自然現(xiàn)象的形成和發(fā)展方面的內(nèi)容時，大多數(shù)自然現(xiàn)象都具有時間性，或者是轉(zhuǎn)瞬即逝，或者是非常漫長，學習者很難觀察到。但我們利用虛擬現(xiàn)實技術就可以讓學習者在短時間內(nèi)逼真地觀察到自然界幾十年、幾百年、幾千年甚至上萬年發(fā)生的變化。又如，物理、化學、數(shù)學等科目中的各種概念、定義以及物質(zhì)的原子、分子結(jié)構(gòu)與化學反應都是很抽象的，在傳統(tǒng)教學中只能依靠教師的口頭講述進行講授；而利用虛擬現(xiàn)實技術，教師可以陪同學習者在課堂上一起經(jīng)歷虛擬環(huán)境，觀察一些重點問題，還能讓學習者“進入其中”進行體驗，從而獲得第一手概念和知識。這種學習方式，使那些抽象難懂的學習內(nèi)容以生動形象的形式呈現(xiàn)出來，大大提高了學習者的理解和掌握能力。endprint

2.在虛擬實驗室中進行仿真實驗。實驗是教學活動中一個必不可少的過程，很多學科都是以實驗為基礎的。虛擬實驗室是由虛擬現(xiàn)實技術仿真或虛構(gòu)的一種可以進行實驗的虛擬環(huán)境。在這個環(huán)境中，學習者似乎是在真正的實驗室里近距離進行現(xiàn)場操作。學習者可以利用虛擬實驗室進行仿真實驗。如化學實驗中有些藥品具有劇毒，有些化學反應比較劇烈或時間較長，把這些實驗放在虛擬實驗室中去做，既能對實驗現(xiàn)象或過程很好地仿真而又不必擔心造成傷害。再如，美國休斯敦大學和NASA（美國國家宇航局）約翰遜空間中心的研究人員建造了一種稱之為“虛擬物理實驗室”的系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以直觀地研究重力、慣性這類物理現(xiàn)象。使用該系統(tǒng)的學習者可以做包括萬有引力定律在內(nèi)的各種實驗，可以控制、觀察由于改變重力的大小、方向所產(chǎn)生的種種現(xiàn)象以及對加速度的影響。這樣，學習者就可以獲得直接經(jīng)驗，從而達到對物理概念和物理定律的深刻理解。此外，在虛擬物理實驗室里，學習者還可以自己動手創(chuàng)造出降雨、水汽蒸發(fā)等自然景觀，直觀有趣、生動形象。

3.在虛擬場景中感受歷史文化。在虛擬場景中也可以進行體驗學習。例如Intel公司建立的虛擬故宮，利用虛擬現(xiàn)實技術展示了故宮的全貌。我們只要利用鼠標和鍵盤就能夠暢游歷史悠久的紫禁城。在這個有聲有色的虛擬故宮里暢游一番，既可以獲得知識，又省去了勞累的旅途和不菲的開支。在這里，學習者可以進行親身體驗，學習到課本以外的知識。又如，美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的教育家們利用最先進的計算機技術，用非常準確的虛擬現(xiàn)實技術重新構(gòu)造了數(shù)字化古羅馬（公元前50～公元14年）。我們進入這個完全虛擬的世界，古羅馬的各種人文景觀歷歷在目，仿佛置身于陌生的異域環(huán)境中。學習者可以身臨其境地觀察各種藝術奇觀、雕塑、繪畫藝術品，體會當時的人文環(huán)境；可以觀察古羅馬的住宅、街道和其他建筑格局的特點；可以參加列席奧古斯都的參議院，聆聽詩人的講演等。這種虛擬場景能夠幫助學習者更好地理解特定的歷史情境和歷史文化，無疑是獨一無二的。

4.在虛擬環(huán)境中進行交互學習。體驗學習過程中最關鍵的環(huán)節(jié)是學習者之間的交流，網(wǎng)絡時代體驗學習的交互日趨虛擬化。在體驗學習過程中，有大量的網(wǎng)絡工具可以為學習者使用。他們可以在三維聊天室中，在BBS系統(tǒng)中與學習者和教師進行實時的交互，也可以使用郵件系統(tǒng)和學習者或是集體進行非實時的交互，取得教師或同伴的異步解答。虛擬體驗學習中的交互不受時空的限制，學習者都是以虛擬的身份參加交流的。虛擬交互的過程中，學習者之間是自由平等的，所形成的關系也是虛擬的。在這種情境中，他們可以暢所欲言，更容易表達自己在體驗學習中的真實見解。

無論是虛擬環(huán)境中的體驗感悟、交互學習，虛擬實驗室中的仿真實驗；還是虛擬場景中的歷史文化感受，都能使學習者獲得逼真的體驗，從而產(chǎn)生更好的學習效果。

四、展望

在虛擬現(xiàn)實技術環(huán)境中的體驗學習雖然情境虛擬化、過程虛擬化、交互虛擬化，但是體驗的結(jié)果是真實的。對這種學習方式的展望主要有以下三個方面。

1.把虛擬體驗和現(xiàn)實體驗結(jié)合起來，使二者和諧互補。開發(fā)虛擬的體驗學習場景需要大量的人力、物力和財力，所以能進行現(xiàn)實的體驗學習就不進行虛擬的體驗學習。在現(xiàn)實中不易進行直接體驗的學習可以在虛擬體驗情境中進行，如高危險或是受時空限制的情境。

2.加強技術支持，完善體驗形式。在虛擬體驗學習過程中，學習者更容易發(fā)揮創(chuàng)造力，展現(xiàn)自己的個性。因此，隨著技術的發(fā)展，我們應該加強對它的規(guī)范化設計開發(fā)，盡量完善虛擬體驗的形式，將其優(yōu)勢和潛力在教育領域中凸顯出來。同時我們要更加關注技術應該支持體驗學習的哪些方面，如何提供更好的、更智能化的支持，以及支持的效果如何評定等，從而使它自身不斷得到完善和發(fā)展。

3.在虛擬現(xiàn)實技術環(huán)境中重視情感需求。在利用虛擬現(xiàn)實技術環(huán)境的自身優(yōu)勢為學習者的體驗學習提供種種便利條件和在其他環(huán)境中難以實現(xiàn)的技術支持的同時，也要重視在這個過程中學習者的情感需求，鼓勵他們參與社會活動，注重培養(yǎng)在真實情境中的人際互動和人際交往方面的能力。

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基金項目：河南省教育廳人文社會科學青年項目資助（項目編2012-QN-246）。

作者簡介：李樂（1982-），女，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，講師，研究方向：信息技術應用與學習方式變革。endprint