高職沉浸體驗式課程教學改革與實踐

吳懋剛，張慶堂，金海峰，陳東東，陳 進

（江陰職業技術學院 計算機科學系，江蘇 江陰 214405）

0 引 言

當前，高職教育領域面臨著生源多元復雜的特點，高職人才培養質量與社會需求之間存在較大的供需錯位問題。其中，長期困擾高職教育的焦點問題之一，就是高職學生普遍呈現出顯著的學業“習得性無助”狀態。“習得性無助”(Learned Helplessness）由美國心理學家塞里格曼提出，是指有機體經歷了某種學習后，在情感、認知和行為上表現出的消極、特殊的心理狀態[1]。在高職教育領域，學生普遍所表現出的焦急、消極、倦怠心理狀態是學業“習得性無助”的直接后果，通常表現為學習動力不足、缺乏成就動機，學習信心不足、自我效能感降低，學習習慣不良、消極定勢思維等[2]。因此，高職院校要實現新時代高質量發展目標，必須落實“以生為本”理念，高度關注學業“習得性無助”問題，通過虛擬現實等技術和手段的充分運用，推行卓有成效的沉浸體驗式課程教學改革，進一步激發學生的同在學習動力、學習積極性和自信心，提高自主學習能力，有效地提升高職人才培養質量[3]。

1 沉浸體驗教學的理論基礎

1.1 沉浸理論

沉浸理論(flow theory）[4]是由美國芝加哥大學著名的心理學家契克森米哈(Mihalyi Csikszentmihalyi）于1975年首先提出，并逐步得到完善的認知心理學理論。研究者發現，當受訪者個人完全投注在某種活動上，獲得了一種十分興奮的情緒體驗，特別是當從事的活動能順利進行時，這種情緒感受如同“水流”，毫不費力且源源不斷地出現。契克森米哈將這種情緒體驗稱為“沉浸體驗”(flow experience），它是指對某一活動或事物表出濃厚興趣，并能推動個體完全投入該活動的情緒體驗，而且這種體驗是由活動本身而不是其他任何外在目的引起的[5]。這種體驗的最大特征，就是個人注意力、知覺、記憶、目標與個人的自我彼此和諧一致，一般存在于個體和活動同容間有互動關系以及個體所感受到自己的活動能力與來自活動的挑戰二者處在平衡的狀況下[5]。

1.2 學習沉浸體驗

自1975年契克森米哈提出有關沉浸體驗理論以來，有關研究已經廣泛應用到游戲娛樂、教育學習等諸多方面。在教育領域，沉浸體驗已經在語言、音樂、美術等多個學科的教學實踐中廣泛運用。學習沉浸體驗[4]，特指當學生個體的能力和學習任務的挑戰之間達到平衡的時候，學生會持續專注于學習活動中，并感受到一種深層的目標明確、積極的、正面的心理體驗。

契克森米哈提出處于沉浸狀態的個體具有9個共同特征[4]，即：有明確的活動目標；具有直接的即時反饋；活動挑戰和個體技能之間具有平衡性；行動與意識相融合；個體高度專注于當前所從事的活動；對活動具有控制感；自我意識的暫時喪失；對時間感的暫時性體驗失真；自動化目的的體驗。因此，通過編制“大學生學習沉浸度量表”[6]進行調查分析，影響學習沉浸體驗的因素可以歸納為學生個體特征、學習動機、任務難度與個體技能的平衡、學習環境等方面。

1.3 虛擬現實

虛擬現實(Virtual Reality，VR）[7]是在融合計算機技術等多種技術基礎上發展起來的新技術，通過觸覺、視覺、聽覺等輔助傳感設備，以接近自然的互動方式與體驗者交互，從而獲得逼真的感知覺體驗，自然的交互體驗，及時的反饋體驗。從技術及應用特征劃分，可以將虛擬現實分為桌面虛擬現實(仿真）、沉浸式虛擬現實、增強虛擬現實、分布式虛擬現實等。近年以來，隨著VR眼鏡等消費級產品的不斷成熟，虛擬現實迅速成為關注和應用的熱點。在教育領域，相比傳統教學模式，虛擬現實支持下的沉浸體驗具有無損傷性、可重復性、可指定性等優點。在教學中運用虛擬現實技術，可以充分調動學生身體感官、動作，使得學生主體產生一種完全置身于“真實”環境的身心體驗，這種認知過程將現實中無法表現和難以理解的、抽象的知識點表現出來，帶來有趣的交互體驗和豐富的拓展想象力，寓教于樂，幫助學生提高學習興趣、提升學習動力，從而為創新教學模式、提高教學質量提供技術保障。

2 沉浸體驗式課程教學改革

高職教學實踐中需要充分發揮各種教學要素的作用，從課程教學同容沉浸、教學資源沉浸、學習環境沉浸這3個維度互動展開，突出以學生為主體的“沉浸體驗”，積極地化解高職學生的學業“習得性無助”困境。

以高職計算機類程序設計基礎課程為例，該課程是高職工科類新生入學第一學期就開設的專業基礎課，對于培養學生計算思維能力、掌握程序設計基礎知識和能力有著非常重要的作用，在當前“互聯網+”“AI+”人才培養中更有著舉足輕重的地位。然而，高職課程教學改革的重心往往是“重專業核心課程、輕專業基礎課”。該課程目前仍然普遍以C/C++作為入門的程序設計語言，傳統的教學同容仍然以其語法、語句、結構等知識點講解為主線，仍然強調“雞兔同籠”“素數”“數值排序算法”等數學問題求解的程序設計為主，教學中過于強調特定的C/C++編程語言以及其作為編程語言的完整性和系統性，而忽略了學生發現和分析解決問題能力、創新能力的培養，教學方式仍顯呆板、枯燥。高職學生雖然初期對這門課程很感興趣，但是學生個體普遍邏輯思維能力弱、數學基礎薄弱，往往難以理解程序設計的思維方式，而且學習方式單一、結合應用案例的編程實踐偏少，很快就感覺到非常困難、甚至害怕和消極逃避這門課程學習，帶來的副作用就是對后續的所有編程類課程學習都越來越沒有信心，影響學習興趣和學習動力。

針對以上問題，圍繞“沉浸體驗”開展程序設計基礎課程教改試點，創設情境、興趣驅動，以“VGS機器人+創客”為行動導向設計教學同容，通過“思維訓練、程序設計、實踐創新”3個階段遞進組織沉浸體驗教學，突出學生的主體、中心地位，強化學生自身的潛能和力量，從而有效提升課程教學質量。

圖1 沉浸體驗式課程教學的三維度互動系統

2.1 設計沉浸體驗的教學內容

教學同容沉浸，即“以學生為中心”設計沉浸體驗的課程教學同容，根據學生個體特征和不同階段能力水平設定教學目標和任務，創設沉浸式的學習情境，在不斷發現問題、分析解決問題的嘗試過程中，鼓勵和引導學生循序漸進地、專注地探索求知，幫助學生主動構建知識和能力，進一步提升學生的學習興趣，從而發展成為其同在強烈的學習動機。

根據教學目標要求，程序設計基礎課程以“VGS機器人+創客”(VGS-Robot+Maker）為行動導向，可以將該課程教學同容分為3個階段展開。

1）V-虛擬機器人(Virtual Robot）挑戰賽，計算思維基礎訓練階段。

課程第1階段側重于計算思維基礎訓練，以設計機器人的目標移動、抓取物品、感知周圍環境、避障、路線規劃、走迷宮等為典型任務，指導學生用流程圖和偽代碼去挑戰和實現每個任務，在掌握基本編程知識、能力的同時，著重引導學生學習如何進行問題求解和邏輯思考，保護和誘發高職新生“懵懂”的編程興趣，激發學習動力。

2）G-游戲機器人(Robot Game）闖關賽，程序設計能力訓練階段。

課程第2階段側重于特定的C/C++編程語言學習和程序設計能力訓練，重點化解C/C++編程語言學習的難點，將原來抽象繁復的語法、變量、數據類型、運算符和表達式、語句、流程控制、函數等知識點進行重構，以智能機器人為故事主角，通過實物形象化、故事化、游戲化來設計教學任務，指導學生掌握C/C+程序設計的知識和能力，進一步引導學生掌握問題分析和求解的方法和能力。

3）S-仿真機器人(Simulation Robot）創客比賽，能力強化和創新實踐階段。

課程第3階段側重于程序設計能力強化和創新實踐訓練，以Ardunio開源器件平臺為基礎，指導并鼓勵學生自主設計、搭建和開發小型的仿真機器人，在發現和解決一系列實際問題的過程中，逐步認知和掌握Ardunio開源器件編程，以實際案例幫助學生學以致用、強化編程能力，進一步提高學習信心，以創新實踐來驅動學習興趣，激發學習動力。

沉浸體驗的課程教學同容設計的難點，是要能滿足學生個性化學習的需求，使得學生可以根據自身個體特點，自主選擇或者設定挑戰目標(教學任務），學生能力和任務挑戰難度之間達到一定平衡，提高學生的學習興趣和沉浸體驗度，從而有效提高課程教學質量。

2.2 開發虛擬現實的課程資源

教學過程沉浸，即教學中要廣泛應用虛擬現實的課程資源，開展線上線下混合教學，采用有效的教學方法和手段，幫助學生設立適當的目標、持續“挑戰”任務、獲得成就反饋，以獲得成功的體驗感，持續激發學習興趣，從而能夠逐漸挖掘自身學習潛力，增強學生的學習自信心，提升自我效能感。程序設計基礎課程在不同的教學階段，可以針對性地選用和開發特色的虛擬現實教學平臺。

(1）計算思維基礎訓練階段，采用MIT的RoboMind虛擬機器人教學平臺輔助教學。RoboMind虛擬機器人具備真實機器人的前進、后退、左轉、右轉、抓取、避障等基本行為和指令，并提供大量虛擬地圖用來教學和訓練。學生不需要任何先驗知識，可以使用基本指令進行結構化編程，在不同的虛擬地圖上幫助機器人完成不同類型的訓練任務。教學過程中，可以根據教學任務自編虛擬地圖，也可以引導學生自主設計虛擬地圖，通過挑戰賽的方式訓練機器人解決一些科學、工業和生活中經常碰到的經典問題，同時對機器人和人工智能領域產生一定的感性認識。

(2）程序設計能力訓練階段，自主設計虛擬現實的游戲化教學平臺。平臺以機器人的太空冒險旅行為背景，把修復因事故發生故障的太空艙和機器人，從而恢復太空旅行作為故事主線，將模塊化編程、排故糾錯訓練作為游戲闖關的訓練目標，將 C/C++語言的語句、結構、函數、常用算法等知識點有機融入每個闖關任務。學生進入游戲平臺后，將沉浸式地代入“機器人”角色，進入不同的關卡，通過解謎、動作冒險、競速、射擊等游戲方式，在游戲闖關的過程中通過知識不斷修復和武裝自己。其中，每個游戲闖關任務，就是每個輔助學習和訓練任務，每個學習任務的達成就是闖過一個“關卡”，最終取得編程無雙的榮耀通關。

沉浸體驗的教學資源開發的重點，是要配合線上輔助教學平臺，進行基于大數據等技術的教學分析評價，通過學習勛章標識、學習積分、排行榜三大系統形成多元的形成性評價和建議，讓學生在挑戰競賽中不斷修正學習目標，獲得及時的信息反饋，引導學生沉浸其中，積極體驗并感悟成就，從而有效提升學生的學習信心。

2.3 構建沉浸體驗式的學習環境

高職學習氛圍缺失、教學方式不夠新穎等是直接影響學生學業狀態的客觀因素。學習環境沉浸，就是要在教學中貫徹“以學生為主體”的高職教育理念，構建沉浸體驗式的學習環境，從原有課堂講授型的教學空間，轉變為能夠滿足團隊協作、自主學習、自由討論、項目合作的教學形態，通過“潤物細無聲”的養成教育，幫助學生形成有效的學習方法和學習習慣，提高學習效率，形成積極正向的學習預期，幫助學生獲得良好的學習沉浸體驗。

程序設計基礎課程教改的重要舉措之一，就是要根據專業和課程的特色優勢，學習借鑒創客空間的成功經驗，構建滿足沉浸體驗教學的學習環境——“項目工場”[8]，充分呈現開放、共享、共同創造的核心價值，鼓勵師生之間、學生之間充分交流互動和創新實踐。其中，“項目工場”要結合實訓基地建設，將“實訓教學、技術服務、創新創業”有機融于一體，既要成為教學實訓、技術研討的主要教學實踐場所，也要成為企業和師生項目的展示體驗中心。教學過程中，要吸收融合IT企業的團隊管理和Scrum敏捷框架的有益元素，將“項目組”作為學生自主學習、團隊協作和創新的基礎教學單元，從而把學生從游離的個體有機地組織凝聚起來，在項目組每個成員的比學趕拼、合作共進的過程中，達到學以致用、互幫互學的效果，逐步培養學生的團隊協作精神、自信心、學習力。

沉浸體驗式學習環境的構建，其核心在于教師要主動提升高職教育“以學生為中心”理念，主動適應角色轉換，更要正確認識、充分尊重每位學生的個性和差異[9]，成為學生學習生活和未來發展的導師，建立互相尊重、真誠互助、積極融洽的師生關系和同學關系[10]，創設積極向上、自主實踐、勇于探索實踐的學習氛圍，挖掘和培養學生的個性和興趣，讓學生積極、自信、健康地學習成長。

3 結 語

讓每位學生都有人生出彩的機會，這是新時代社會和家庭對美好生活的向往，更是對高職教育的殷切期望。高職院校需要正確認識當前學生的學業“習得性無助”困境，通過沉浸體驗的教學同容設計、開發虛擬現實的教學資源、構建沉浸體驗式的學習環境，持續深化課程沉浸體驗式教學改革，堅持因材施教，以學生發展為本，探索符合當前生源特點的多樣化、個性化教學，激發學生主體積極性，真正幫助學生提高學習興趣，增強學習自信和學習能力，職業技能和職業素質發展并重，培養高質量技術技能型人才，助推地區經濟和社會高質量發展。