網(wǎng)絡教育中虛擬實踐的建構與應用

□武繼靈，張慶慧

(1.山西廣播電視大學，山西 太原 030027;2.太原城市職業(yè)技術學院，山西 太原 030027)

我國基于網(wǎng)絡的開放教育從論證到試點、從點到面、從平面到立體的蓬勃發(fā)展，為社會提供了全新的學習模式，國家開放大學已掛牌成立。目前，參加開放的網(wǎng)絡教學的學生可以通過下載學校的教學PPT 課件、下載教學視頻錄像資料或在線點播教學視頻進行課程的學習。但是作為學生學習的另一個重要內(nèi)容——實驗及實踐課程，很多人認為由于時間上以及空間上的限制，實驗及實踐似乎成了開放網(wǎng)絡教育教學的“斷點”。主要是因為網(wǎng)絡課程設計和開發(fā)還停留在傳統(tǒng)的課程理解基礎上，對開放的網(wǎng)絡教育課程特征表淺化的理解，導致部分網(wǎng)絡課程的教學設計的粗糙化，少部分從事網(wǎng)絡教育者從功利角度出發(fā)，關注的是網(wǎng)絡教育的經(jīng)濟效益，開放教育的網(wǎng)絡課程成為傳統(tǒng)教材的電子版，即便是所謂立體化網(wǎng)絡課程，除WEB頁面的課程以外，還向?qū)W生配送課程講授視頻光盤和教學資源庫，也很難逃脫被學生視為教材網(wǎng)絡電子版的命運。學生不想看這些資源，不愛看這樣的資源，有些學生甚至看不懂資源內(nèi)容，這些現(xiàn)象不能不引起開放網(wǎng)絡教育者的深思。

一、虛擬現(xiàn)實與教育實踐的關聯(lián)

我們應該探究開放的網(wǎng)絡教育內(nèi)涵的隱性特征，一是網(wǎng)絡教育的視覺性特征:網(wǎng)絡課程的視覺性是當前視覺文化和媒介文化對教育影響的一種回應，是當前學習者感知生活、認知現(xiàn)實世界、學習工作的技能、獲取各種信息的重要途徑。無論是在開放的網(wǎng)絡空間中，還是在我們的現(xiàn)實社會中，濃烈的視像符號與單一的語言符號相比都是強勢的。課程的強視覺化應該成為網(wǎng)絡課程設計與開發(fā)所不能忽視的重要特征。二是網(wǎng)絡教育課程的情境性特征:網(wǎng)絡課程的情境性是指網(wǎng)絡課程知識表征和教學都需要建立在特定的情境學習基礎上。情境學習的原理主要是利用情境的生動性、可體驗性、沉浸性等屬性。情境學習可以使學生在原生語境的環(huán)境中去通過體驗來學習，情境化更有助于推動“有意義的學習”。因此，將虛擬實踐運用于網(wǎng)絡教學，對開放的網(wǎng)絡教育發(fā)展是一項具有重要意義的工作。

教育學中建構主義認為:知識、經(jīng)驗、技能不只是通過學校教師的單一渠道傳授得到的，而是求知者在社會文化、社會實踐的特定情境下，借助于包括教師和學習伙伴以及其他相關人、相關活動的幫助，借鑒必要的知識資源，通過對知識意義的理解和技術能力的掌控的方式獲得的。在網(wǎng)絡系統(tǒng)教育中，自主、獨立的學習過程，體現(xiàn)了建構主義思想，在開放的網(wǎng)絡教育中，學習者以自己的經(jīng)驗背景獨立建構對事物的理解，建構主義強調(diào)在嵌入情境任務中達到學習的目的。

虛擬現(xiàn)實技術是一種對信息情境和信息感知的虛擬，虛擬現(xiàn)實技術基于計算機圖形學、計算機系統(tǒng)工程等技術可以將某一特定的物理空間多方位延伸到虛擬的賽伯空間，依賴于虛擬性的虛擬教學可以使網(wǎng)絡教學的視野大為拓展，使得教育教學資源的界限從少量有限伸展到大量無限。目前學習心理學家認為，因為現(xiàn)代人患了“思想空虛癥”和“認識抽象癥”，唯有影視節(jié)目才有可能幫助人們“通過攝影機從這個世界取得經(jīng)驗”，這是很多不愿學習的人，卻喜歡看電影電視的原因。這也給網(wǎng)絡教育從業(yè)者以啟示，是否應該利用虛擬技術創(chuàng)作、制作“微電視”一樣的微課程，通過影視化、游戲化的虛擬實踐完成學習任務?就像電視劇的編劇一樣，對每一個學習任務進行戲劇式結(jié)構分解，使學習任務有沖突，有懸念，有動作，有過渡，結(jié)構清晰，首尾相顧。網(wǎng)絡課程的虛擬實踐設計是否也要借鑒電影電視的制作技術營造工作情境、用“動作藝術”分解教學任務，以解說詞的手段，現(xiàn)實與虛擬交錯敘述，強調(diào)畫面感時空交錯，從而突出學習任務的重點。

開放的網(wǎng)絡教育注重培養(yǎng)學會學習、學會做事、學會合作、學會生存的人才，以學習為中心的教育理念所形成的教學設計模式是建構主義倡導的教學設計模式。虛擬情景技術與網(wǎng)絡教育的融合，必定會推進教育技術、教育模式的飛躍發(fā)展，它可以造就跨時空的自主學習情境，可以使傳統(tǒng)的主觀教、被動學的簡單學習方式上升為以我為主，在與信息情境的相互作用過程中獲取知識、技能的新型學習方式。

二、虛擬實踐的建構

虛擬實踐是客觀主體按照一定的發(fā)展目標在虛擬空間使用數(shù)字化多媒體中介手段進行的雙向?qū)ο蠡母行曰顒樱菙?shù)字化時代實踐活動的發(fā)展、延伸和升華。網(wǎng)絡空間由于客觀物理對象的缺席，導致了物理對象的屬性、行為經(jīng)驗的虛擬化。人們認為虛擬實踐通常不具有實際的探究價值，而是一種觀察的替代。但是通過虛擬的實踐可以展示客觀事物發(fā)展的多種可能性，用以選擇現(xiàn)實的最佳方案。在實際的工作應用中由一臺飛行模擬器所創(chuàng)造出來的虛擬世界，可以逼真地模擬真實的飛行環(huán)境，從而使飛行員不必進行實際駕駛飛機就能鍛煉飛行能力。虛擬實踐是借助于網(wǎng)絡技術、軟件技術和音視頻技術構建，同時利用多維信息虛擬技術的建構功能來實現(xiàn)的。信息建構功能的應用，不是簡單地針對信息的結(jié)構之建構，也需要針對事物形態(tài)結(jié)構建構，同時伴隨相應的信息同化和異化的活動來實現(xiàn)。利用虛擬情景技術來創(chuàng)建虛擬實踐，設備、部件及其他元素多是虛擬的，可以隨時根據(jù)需求生成新的模式，實現(xiàn)對時空、內(nèi)容、角色等進行虛擬，創(chuàng)造出人性化的學習情境，使學生能夠在親切、自然而且安全的虛擬環(huán)境中方便地取得感性知識、技能和實際經(jīng)驗，它可以非常方便地解決培訓中的理論與實踐問題。

虛擬實踐的沉浸性、交互性特征，可以使學生能夠在虛擬的學習情境中全身心地投入。虛擬實踐活動，具有信息容量大、變化多、演示直觀、模擬生動、人機一體、身臨其境等顯著特征。目前虛擬實踐已經(jīng)廣泛應用于包括軍事作戰(zhàn)演練、汽車駕駛模擬操作、教學過程互動體驗、體育技能體能訓練和電器維修模擬實操等多種行業(yè)的職業(yè)技能操練，由于虛擬的操練系統(tǒng)成本低、易復制、無任何風險，學習者可以不斷變換手法反復練習，直至掌握、鞏固操作技能為止。網(wǎng)絡教育的教學內(nèi)容應當廣泛應用這一新技術并不斷更新，使教育實踐訓練及時跟上新技術的發(fā)展。

很多網(wǎng)絡教育的院校開設數(shù)控專業(yè)，要對學生進行數(shù)控操作技術的培訓，只有學校自己想辦法，開設一些簡單的數(shù)控教學實驗來達到的目的。但由于受到經(jīng)費、操作安全等因素的限制，大部分院校只能進行參觀、觀摩，導致學生的技術實踐能力相對較差。我們開放的網(wǎng)絡教育應該充分利用虛擬實驗來克服和彌補應景教育存在的不足，發(fā)揮網(wǎng)絡教育中計算機網(wǎng)絡的優(yōu)勢，利用仿真教學軟件數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，解決理論和實踐脫節(jié)的問題。由上海宇龍軟件工程有限公司研制開發(fā)的XX 軟件，可以滿足企業(yè)數(shù)控加工仿真和數(shù)控技術教學相結(jié)合的需要。系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)對數(shù)控銑、數(shù)控車、數(shù)控刨等加工全過程的仿真，還可以實現(xiàn)包括毛坯類定義與夾具設置，數(shù)控程序輸入編輯和調(diào)試，多種刀具定義選用，零件基準測量設置，加工仿真以及各種檢測功能。

三、虛擬實踐支撐開放網(wǎng)絡教育的發(fā)展

信息技術的發(fā)展速度是指數(shù)級的，已經(jīng)打開了無限的可能性。比起一成不變的傳統(tǒng)教育，開放網(wǎng)絡教育每分每秒都在進化。虛擬實踐是將計算機系統(tǒng)工程、圖形技術、軟件技術、多媒體技術以及網(wǎng)絡技術和虛擬儀器結(jié)合，建構虛擬實踐系統(tǒng)的異構模式，突破實踐操作的時空限制，是當前理論研究和實驗研究之后的第三種科學研究方法。實現(xiàn)遠程的開放的網(wǎng)絡教育的虛擬教學，虛擬實踐的實現(xiàn)是支撐的關鍵的技術，采用標準的組件框架實現(xiàn)教學中通用的或具有特殊功能的虛擬設備，采用虛擬系統(tǒng)與實際系統(tǒng)的映射技術，使處于不同地理位置的學習者可以同時對實踐項目進行操作。

目前現(xiàn)代制造業(yè)正向著以信息為特征的系統(tǒng)技術時代邁進，其發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出智能化、網(wǎng)絡化及虛擬化的特征。在傳統(tǒng)理念和傳統(tǒng)工藝條件下，研制開發(fā)主要是采取物理仿真，通過畫紙質(zhì)圖、開磨具、定制元器件、組裝、磨合試運行來實現(xiàn)創(chuàng)新改進。這樣的工藝流程不僅時間長、成本高，而且成功率不高，效率低下。而今的工程師為了提高設計產(chǎn)品的開發(fā)速度，縮短開發(fā)周期，在設計的第一階段就需要考慮好下游的制造過程、用戶需求的改變、質(zhì)量控制等因素，盡早排除在制造過程中才能發(fā)現(xiàn)的設計錯誤，避免大量加工件的返工。當前智能化的虛擬加工就為產(chǎn)品的設計和工藝的規(guī)劃環(huán)節(jié)提供了智能數(shù)字化仿真和分析，從而減少返工造成的“一設計、二加工、三試驗、四再設計”的低效率、低層次循環(huán)。虛擬制造為操作員提供良好的、自然的人機交互界面和逼真的臨場感，使其置身于虛擬的情境中從事并感受真實制造的各種工作過程，激發(fā)出設計靈感，更快地設計出創(chuàng)新的產(chǎn)品。所以，充分運用計算機模擬仿真系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實技術，并把它搬進課堂，作為新型教學手段和內(nèi)容，提升教學效能，打造勇于探索、創(chuàng)新的學習空間，可以為社會培養(yǎng)實用型人才。為此，伴隨著利用網(wǎng)絡技術結(jié)合高度仿真的虛擬實操情境的入校，學校網(wǎng)絡教育的教學制度、教師的綜合素質(zhì)培訓以及企校掛鉤等也應進行適應性配套、完善、調(diào)整。

目前大多學校網(wǎng)絡教學的基本硬件條件已具備，相應的教學理念教學設計和課程教學實施卻還有些滯后。現(xiàn)代化網(wǎng)絡教學具有教材形式多媒體化、知識資源共享化、教學對象個性化、學生學習自主化、實踐活動合作化、配套管理自動化、研發(fā)環(huán)境虛擬化等顯著特點。利用網(wǎng)絡開展信息化教學設計，著重以建構主義理論為指導，在設計過程非線性的前提下，強調(diào)設計的邏輯性和嚴謹性;強調(diào)教學的重點是在內(nèi)容豐富的情境中的理解、發(fā)展;強調(diào)以掌握學習方法為中心，注重學生學習能力的養(yǎng)成和綜合能力的提高;強調(diào)運用各種知識資源來實現(xiàn)教學合一;強調(diào)互助學習，不限專業(yè)、不限系別、不限院校，使學生與學生、教師與學生、教師與教師以及學校與企業(yè)之間基于教學的目的進行資源的共享和活動協(xié)作;強調(diào)以“目標導向”和“解疑釋惑”作為教學主線，在相關具體內(nèi)容的教學情境中確定和傳授學習內(nèi)容、方法與技能。

虛擬現(xiàn)實作為最新的高科技集成技術，可以提供全感官逼真模擬，讓使用者如同身歷其境般在虛擬世界無限暢游，帶來前所未見的震撼體驗。9D 虛擬現(xiàn)實體驗館，標志著全球首家虛擬現(xiàn)實娛樂體驗館正式落戶中國，9D 虛擬現(xiàn)實體驗館獨創(chuàng)性地將尖端體感虛擬現(xiàn)實技術、互動仿真數(shù)控機械技術和多元化娛樂內(nèi)容平臺巧妙結(jié)合于一體，打造出一套空前創(chuàng)新、獨具特色的體系化虛擬現(xiàn)實體驗解決方案，開啟了虛擬互動娛樂新紀元，使夢想盡頭的虛擬世界變得前所未有觸手可及。虛擬技術的發(fā)展應用，必然會成為遠程網(wǎng)絡教育的重要內(nèi)容和基礎支撐平臺，為開放的網(wǎng)絡教育教學建造不受時空限制的可移動交互學習場地，搭建交互式遠程教學的高速路、立交橋，可使各學習終端與開放性遠距離實踐教學實現(xiàn)零距離無縫連接，還可以滿足全社會各種各樣新型技術和高等職業(yè)培訓需求，從而創(chuàng)造更多的社會效益和經(jīng)濟效益，推動國家開放大學的教學模式不斷走向成熟、成功。

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