基于VR的深度學習教學模式探究

胡田田

摘要：VR是近年來最具潛力的技術之一，在VR技術的支撐下，可以促進深度學習的實現，反之，深度學習的最后產物創新產品也可以促進VR技術的發展，將VR與深度學習并行研究是具有可行性的。但是關于兩者的并行研究卻比較少。在動態連續的VR境脈下，基于翻轉課堂進行前期準備、課前、課中、課后幾個環節的設計，這種教學模式下，學習者在新奇有趣、高沉浸、多交互的情境中實現知識的意義建構、反思評價、遷移應用、解決問題和創新，同時還可以促進學習者的元認知能力發展。

關鍵詞：VR;深度學習;VR境脈;翻轉課堂;教學模式

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0191-02

1 引言

隨著互聯網時代的發展，越來越多的新興技術已然呈現。在最近幾年的國際新媒體聯盟組織發布的地平線報告中，多次將VR技術列為未來幾年最具潛力的六大技術之一，所以將VR技術作為一種新型媒體形式引入到教育教學中具有重大的研究意義。同時，近幾年深度學習的出現也引起了學術界乃至廣大群眾的普遍關注，因為它不僅是一種全新的教育理念，還是學習方式變革的標志[1]。盡管VR和深度學習分別掀起了熱潮，卻鮮有將VR與深度學習并行研究的相關文章。深度學習要達到培養“深層認知能力”的目標，不僅需要互聯網上豐富的學習資源及學習工具，更需要具有VR功能的學習工具與資源，因為VR這種沉浸式技術能讓學生獲得對現實世界更全面、更真切的認識和體會， 進而形成深層認知能力[1]，同時，深度學習的反饋又能創造出更好的VR資源，因此，VR和深度學習是雙向支撐的，本文就基于VR的深度學習教學模式進行探究。

2 VR的內涵和特點

VR（Virtual Reality）技術，即虛擬現實技術，是在20世紀80年代初，由美國VPL公司創建人拉尼爾（Jaron Lanier）首次提出的。虛擬現實（Virtual Reality VR）是以計算機技術為核心，結合相關科學技術，生成與一定范圍真實環境在視、聽、觸感等方面高度近似的數字化環境，用戶借助必要的裝備與數字化環境中的對象進行交互作用、相互影響，可以產生親臨對應真實環境的感受和體驗[2]。Burdea和Coiffet使用三個“I”來定義了VR的基本特征[3]：沉浸感，交互性，構想性。

3 深度學習的含義和特征

黎加厚提出：深度學習是指在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，并能夠將已有的知識遷移到新的情境中做出決策和解決問題的學習[3]。何克抗提出了深度學習的三個基本特征[1]：第一，動態的知識建構有助于催生高階思維與深層認知能力;第二，為達到深度學習的目標須采用多種教與學方式及策略;第三，通過具身認知來發展學生的問題解決能力與創新能力。

4 基于VR的深度學習教學模式構建

分析VR與深度學習的特征可以發現，VR的沉浸感給予了學習者具身性的體驗，VR的交互性和構想性給學習者動態的知識構建以及教學策略的應用提供了支持，從而實現深度學習。反之，深度學習的最后產物創新產品也可以促進VR技術的發展。因此VR與深度學習是雙向支撐的，基于此本研究設計了如圖1所示的基于VR的深度學習教學模式。

4.1 理論依據

本研究的理論基礎是境脈學習理論。境脈，就是“情境”，“脈絡”。境脈學習是一類基于問題解決、綜合運用知識、涵育元認知素養的學習行為，以浸潤型生成性的學習方式為主導 [7]。 “情境”是現實的，是靜態的，但是境脈學習理論強調的是“境脈”，這里的“境脈”是全面的，交互聯系的，動態持續的，并且可以是想象的。在VR技術的支持下，我們就可以構想出虛擬的境脈用于教學之中，在這里，筆者稱之為“VR境脈”。相對來說，“VR境脈”是更具有趣味性，更具有沉浸感，交互聯系性更強，構想性更大，囊括更廣泛的學習要素。在這種境脈之下，有利于促進深度學習的發生和實現。

4.2 前期準備

在前期準備階段中，首先，需要進行VR教室，VR設備，以及VR云平臺的搭建。整個教學模式都是基于VR實現的，所以VR硬件設施以及軟件系統的配置是基礎。其中比較重要的一環就是VR學習資源以及VR境脈的設計。VR境脈不是單純的情境設計，這種境脈包括具體VR情境、現實情境、學習要素、社會文化制約、學習者情感體驗和情緒狀態等等，而且是動態持續的。

其次，需要進行深度學習的前期學習分析和資源準備。學習的主動性、學習投入程度和學習保持力是深度學習的內源保障[8]。在設計VR境脈時要能夠兼容多種認知風格，學習者可以根據自身情況進行調整，充分體現因材施教的理念。此外，不同學科有不同的教學內容，甚至同一學科也有不同層次的教學內容，所以根據教學內容的特征，設計的學習活動要有具身性、沉浸性，教學內容、學習活動要與連續性的VR境脈融合在一起，在教學過程中自然順暢地實施。

4.3 課前

翻轉課堂的核心在于通過對傳統課堂的翻轉，把大量的直接講授移出到課外， 從而解放了寶貴的課堂時間用來進行有意義的深層學習[9]。因此，本研究在翻轉課堂的基礎之上進行創新設計。

課前，首先在VR云平臺上，利用創設好的VR境脈，讓學習者進入VR境脈并與VR資源進行沉浸交互體驗，這樣可以激發學習者的興趣，進入積極的情緒狀態。其次，先行引導。在問題解決和知識建構過程中，如果學習者缺乏相關知識儲備，會出現淺層次學習和參與度較低等問題[10]，進而影響學生知識建構的效果[11]。所以在深度學習之前，要先設計好一個“先行組織者”或者“腳手架”的概念框架，學習者基于概念框架這個固著點，可以清楚方便地組織新知識，為知識建構和深度學習打好基礎。再者，基于“問題”的學習更容易發揮學生的思考能力[1]，教師在搭建好概念框架的同時以一個“問題”引入，整理好教學資源和教學視頻并共享給學習者，此時，在VR境脈的支持下，學習者基于概念框架和問題進入淺層學習，將需要簡單記憶理解的學習內容通過教學視頻提前學完，并在VR云平臺上進行自測檢驗。

4.4 課中

課中階段，是實現深度學習的關鍵階段。首先，評價學習者是否觸發了深度學習。在課前階段學習者基于VR云平臺記憶理解了學習內容并進行了自測，這個過程其實就是從淺層學習到深度學習的過渡。如果自測不達標，說明沒有進入到深度學習，需要重新進行新知理解;如果自測達標，說明已經具備了深度學習的條件，再根據不同學習者的特點，個性化的使用策略引導進入深度學習。新知理解是觸發深度學習的前提， 故評價深度學習的基礎是對新知識的深度理解[12]。

其次，課中階段已經由個人學習場域轉到集體學習場域，周圍環境更復雜，刺激更多，也更容易引發思考，實現深度學習。第一，在VR教室中，學習者帶著“問題”，以及在視頻講授過程中引發的思考，都可以基于VR境脈進行具身體驗，與VR境脈通過感知設備進行交互，在情境中實踐探索，尋求解決方法和答案。在這個過程中，學習者是積極主動地學習，教師只是引導者，協助者。第二，在VR境脈中探索時，學習者可以個性化地自主調控。在VR境脈中，會有許多不同難度層次的情境，學習者依據自身情況，選擇不同的情境去探索，可以是在前面的一些思考和疑問，也可以是前面的“問題”或者催生的新問題。給學習者一定的支配自由，可以保持他們積極情緒，有利于深度學習的實現。第三，探索過程，就是意義建構知識的過程。學習者自主選擇適合的學習策略，與VR境脈不斷交互，將新舊知識進行聯系，擴展其認知結構以達到同化，新舊知識再進行重組，形成新的認知結構實現順應。

再者，在進行完自主調控學習之后，可能會出現更復雜的問題，因此需要學習共同體之間進行交互溝通。可以生生交互，師生交互，甚至可以是網上專家進行引導解答。學習共同體之間通過小組討論，頭腦風暴，深度會談等方式交流探討實踐，直到解決問題，或者創造出新產品。交流過程可以在現實情境中進行，也可以在VR情境中進行。有研究發現，在VR條件下長時間沉浸在仿真情境會預知學習活動的發生與發展，大腦會處于相對抑制的狀態。所以在課中，可以采用VR環境與真實環境相結合的方式。

最后，遷移應用，創新解決。遷移應用和創新是評價深度學習程度的依據。這里的遷移主要分為內部關聯遷移和外部拓展遷移。內部關聯遷移就是在順應新知識以后的認知結構下，基于VR境脈解決同學科，同單元的相似問題。外部拓展遷移就是在VR境脈中跨單元，甚至跨學科解決新問題，這時的認知結構有更強的聯結性。創新解決則是在VR境脈實踐探究過程中，遷移應用實現之后，融入了元認知知識，自己催生出新知識，新思想或者創造出新產品，解決了更復雜的問題，這就培養了元認知能力，問題解決能力和創新能力，是深度學習的最高境界。

4.5 課后

評價是貫穿整個課堂的，評價方式是多元化的，可以設置VR闖關游戲測試深度學習的程度，也可以通過考試，作品大賽的方式進行評價。評價標準要全面，知識、情感、品德、實踐、合作性、創新性、完整性等囊括各個方面以促進學習者的全面發展。在課后，通過大數據技術記錄每個學習者的學習情況形成個性化的電子檔案。電子檔案可以記錄學習者的學習風格，認知偏好，測驗成績，反思報告，創新產品等等，家長、教師可以根據電子檔案更全面的了解和評價學習者。同時電子檔案為學習者提供了個性化的學習環境和學習資源，從而促進學習者的終身學習。

在以上的幾個階段中，VR與深度學習是雙向支撐的，VR為深度學習提供了技術支持，深度學習促進了VR資源的優化。而且在深度學習的最高階段，實現創新之后，經過稍長的周期，學習者可以創新出更優質的VR資源。

5 結語

深度學習可以促進學習者的問題解決能力和創新能力，這也是學習的最終目的。VR是近年來最具發展潛力的技術之一，在VR技術的支持下，課堂學習更精彩，更活潑，而且，VR的沉浸感、交互性、構想性與深度學習的動態知識構建、多種教與學方式、具身認知的支持，這些特征之間是互相支撐的。基于VR的深度學習教學模式是在翻轉課堂的基礎上進行創新設計，在VR境脈的脈絡里面，加強沉浸感、交互性，促進動態知識構建，一步步引發深度學習，發展深度學習，完成深度學習。總而言之，這是一種更加能激發學習者興趣，有更多的技術支持，更豐富的資源支持，以及引發不斷反思從而解決問題，創造新知識新產品的教學模式，希望能給各界人士一些啟發和參考。

參考文獻：

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[10] 劉哲雨，郝曉鑫，王紅，等.學習科學視角下深度學習的多模態研究[J].現代教育技術，2018，28（3）：12-18.

[11] 高偉，王昱霖，宋笑迎，等.基于虛擬現實技術下深度學習環境的構建研究[J].軟件，2019，40（5）：42-46.

【通聯編輯：王力】