沉浸式虛實融合環(huán)境中具身學習活動設計框架

楊彥軍 張佳慧

摘要：隨著虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等各種現(xiàn)代信息技術在學習環(huán)境建設中的廣泛應用，基于沉浸式虛實融合環(huán)境的學習原理及學習活動設計成為亟待深入研究的前瞻性問題。從生態(tài)學和場域論視角來看，沉浸式虛實融合學習環(huán)境是由物理空間、信息空間和虛擬空間三元空間整合而成的學習生態(tài)環(huán)境，其中不同空間帶來的多樣化體驗，為學習者獲得由具體到抽象的各種學習經(jīng)驗提供了條件。虛實融合環(huán)境中的學習，在信息獲取方式上是多模態(tài)感知學習的過程，在學習者參與學習互動的方式上是具身認知學習的過程，在學習者和經(jīng)驗世界的關系上是聯(lián)通主義學習的過程。面向沉浸式虛實融合環(huán)境的具身學習活動設計框架包括確定期望結果和評估證據(jù)、分析學習者特征和學習內(nèi)容、設計學習活動和指導、基于虛實融合環(huán)境的課程開發(fā)、課程評價及修正6個部分共計10個步驟。以此具身學習活動設計框架為依據(jù)，詳細分析SMALLab沉浸式虛實融合環(huán)境中“疾病傳播”課例的學習活動設計的結果表明，該設計框架能夠較好地支持虛實融合環(huán)境中的具身學習活動設計與實踐，有助于提高學習者的學習效率，促進其認知發(fā)展，提升其核心素養(yǎng)。

關鍵詞：虛實融合;具身認知;學習活動設計;學習機制;學習生態(tài)環(huán)境

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2021）04-0063-11? ?doi10.3969/j.issn.1009-5195.2021.04.007

基金項目：江西省教育科學規(guī)劃重點研究課題“基于知識地圖的跨學科整合型STEM課程原理與開發(fā)研究”（21ZD008）。

作者簡介：楊彥軍，博士，副教授，南昌大學教育發(fā)展研究院（江西南昌 330031）;張佳慧，碩士研究生，南昌大學教育發(fā)展研究院（江西南昌 330031）。

隨著虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、5G等新一代信息技術的廣泛應用，人類的學習環(huán)境由以計算機投影為基礎的多媒體學習環(huán)境逐漸發(fā)展為以虛擬現(xiàn)實技術為基礎的沉浸式虛實融合學習環(huán)境（童慧等，2013）。由于虛實融合學習環(huán)境能夠提供更加逼真的體驗、豐富的資源和有效的交互，因而被視為破解當前教育教學難題、促進高效學習發(fā)生的突破點（張劍平等，2013;范文翔等，2019）。當前國內(nèi)外關于虛實融合環(huán)境下教與學的研究主要集中在兩個方面：一是關注線上虛擬環(huán)境與線下課堂環(huán)境相融合的混合學習環(huán)境下的教與學活動（李紅美等，2013;張劍平等，2013;楊進中等，2014）;二是關注基于VR和AR的虛擬學習環(huán)境與物理教學環(huán)境相融合的混合現(xiàn)實環(huán)境下的教與學活動（黃紅濤等，2018;孔璽等，2019;范文翔等，2019;華子荀，2019;田陽等，2020;華子荀等，2021;劉革平等，2021）。目前鮮有關于線上線下混合、虛擬環(huán)境與物理環(huán)境相融合的沉浸式虛實融合環(huán)境下的教與學研究。隨著基于VR、AR和全息投影技術的智慧教室的建成，沉浸式虛實融合學習環(huán)境將成為學校課程教學的重要新型場所。如何充分發(fā)揮這種虛實融合環(huán)境下各種技術的優(yōu)勢、創(chuàng)設高質(zhì)量學習活動、優(yōu)化學生學習體驗成為亟待深入探索的前瞻性問題。

一、沉浸式虛實融合學習生態(tài)環(huán)境的構成

學習環(huán)境是指促進學習發(fā)生的各種支持性條件的統(tǒng)合（鐘志賢，2005）。沉浸式虛實融合環(huán)境是由線上學習環(huán)境、線下教學環(huán)境和基于VR/AR的虛擬環(huán)境整合構成的促進學習發(fā)生的各種支持性條件的統(tǒng)合。技術哲學家卡爾·波普爾（Karl Popper）提出的“三個世界”理論對沉浸式虛實融合學習環(huán)境結構的確立，具有基礎性啟發(fā)意義。波普爾指出人類世界從本體論上最少含有物理世界、精神世界和概念世界三個相互關聯(lián)而又有明顯區(qū)別的次世界（卡爾·波普爾，1987）。這三個次世界的關系表現(xiàn)為：物理世界是學習者精神世界產(chǎn)生的基礎，精神世界又可以主觀能動地改造現(xiàn)有的物理世界，經(jīng)學習者精神世界活動最終生成的各種外顯化的客觀知識又構成了概念世界，概念世界的客觀知識又可以促進學習者精神世界的發(fā)展。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的廣泛應用，人類的信息空間極速擴大，曾經(jīng)主要以文字形式存儲于概念世界的客觀知識逐漸以多種形態(tài)存儲于信息空間。我國學者潘云鶴（2018）提出人類社會結構正由“物理空間—社會空間”的二元結構向“物理空間—社會空間—信息空間”的三元結構轉變，更加強調(diào)了信息空間成為人類社會賴以發(fā)展的重要組成部分。近年來，虛實融合技術的快速發(fā)展促使以VR、AR等技術為支撐的虛擬空間逐漸發(fā)展起來，這類空間有助于將優(yōu)化設計的學習情境全息呈現(xiàn)給學習者或?qū)⒊橄蟮母拍钚畔⒅庇^化演示出來幫助學習者進行意義建構，這不僅能彌補物理空間學習的局限性，也進一步聯(lián)通了物理世界和概念信息世界。張之滄（2001）將由AR、VR創(chuàng)設的虛擬世界稱為“第四世界”，虛擬世界既可以模擬現(xiàn)實，也可以在現(xiàn)實基礎上進行理論虛構。可見，虛擬世界作為現(xiàn)實世界的補充、升級或替代也開始成為學習空間的重要組成部分。綜上分析，物理空間（世界1）、精神世界（世界2）、信息空間（世界3）和虛擬世界（世界4）已經(jīng)成為當前人類世界相關聯(lián)系而又各具特色的重要組成部分。羅伯特·加涅（Robert M. Gagné）認為人類學習條件可分為內(nèi)部條件和外部條件，內(nèi)部條件和外部條件相適應是有效學習發(fā)生的關鍵，教學就是要通過組織安排外部條件來激發(fā)并維持學習者的內(nèi)部活動（R.M. 加涅，1999）。以學習者為主體，內(nèi)部條件就是學習者的精神世界狀態(tài)，外部條件就是精神世界之外的物理空間、信息空間和虛擬空間形成的綜合條件。為促進學習者內(nèi)在精神世界的發(fā)展，需要充分發(fā)揮物理空間、虛擬空間、信息空間各自的優(yōu)勢以創(chuàng)設利于學習發(fā)生的外部條件，即創(chuàng)建沉浸式虛實融合的學習環(huán)境。正是外在的三元學習空間互聯(lián)互通形成的沉浸式虛實融合學習環(huán)境作用于學習者的內(nèi)在精神世界，才能更好地促進學習者的認知發(fā)展。

隨著教育領域技術和資源的極大豐富，許多研究者主張從生態(tài)學視角探究學習環(huán)境。陳琦等（2003）從生態(tài)學角度出發(fā)建立了整合型學習模型;張立新等（2008）闡述了生態(tài)化虛擬學習環(huán)境的內(nèi)涵和特點，并提出相應的結構和功能模型;美國教育部在《國家教育技術規(guī)劃2010》文件中提出了“技術賦能的學習模型”（Learning Model Empowered by Technology）。根據(jù)保羅·米爾格拉姆（Paul Milgram）等定義的真實環(huán)境與虛擬環(huán)境的連接關系，學習者的學習環(huán)境并不是虛實分離的兩個極端，而是由真實到虛擬的整個連續(xù)統(tǒng)（Milgram et al.，1994）。本研究所指的“沉浸式虛實融合學習環(huán)境”是基于VR/AR等技術建立的虛擬世界與信息世界、物理世界互通融合的學習環(huán)境。從生態(tài)學視角來看，沉浸式虛實融合學習環(huán)境是以學習者為中心從學校向社會延伸的廣義學習環(huán)境，涵蓋了物理空間、虛擬空間、信息空間（主要指網(wǎng)絡空間）三元學習空間中的各種資源與學習支持（見圖1）。其中，在學校中，學習者通過參與課堂系統(tǒng)學習、實驗室實驗或虛擬實驗、項目實踐等學習活動，利用三元學習空間的資源來發(fā)展認知，進而提升綜合能力。在社會中，學習者通過接收信息、參觀展覽、觀察自然、查詢網(wǎng)絡、閱讀圖書等過程與社會資源進行交互，并通過知識建構不斷加深對社會文化和知識的理解。總的來說，在沉浸式虛實融合學習生態(tài)環(huán)境中，學習者可以通過虛擬課程、虛擬實驗、全息投影授課、網(wǎng)絡學習資源、遠程互動指導、實地互動指導和傳統(tǒng)學校教育等方式獲得學習支持。在沉浸式虛實融合生態(tài)環(huán)境中進行教學設計時，三元學習空間中活動、資源和環(huán)境的具體安排需要根據(jù)實際學習內(nèi)容、學習者特征、學習活動等因素綜合考量。

二、沉浸式虛實融合環(huán)境中的學習發(fā)生機制

學習機制是建立在學習者元認知水平基礎上的認知發(fā)展過程（郭炯等，2019）。理解沉浸式虛實融合環(huán)境下學習的發(fā)生機制需要分析該環(huán)境所能提供的學習經(jīng)驗及其學習發(fā)生的過程。

1.沉浸式虛實融合環(huán)境中的學習經(jīng)驗框架

教學活動的本質(zhì)是創(chuàng)設有利于學習發(fā)生的學習情境。情境具有兩大作用，即建立與學習者現(xiàn)有經(jīng)驗產(chǎn)生有意義聯(lián)系的學習任務;幫助學習者形成知識、技能和經(jīng)驗之間的連接（Choi et al.，1995）。約翰·杜威（John Dewey）在威廉·詹姆斯（William James）“意識流”理論的影響下將“情境”定義為“由主體及客體所構成的整體范圍”。當主客體處于懷疑狀態(tài)時，即構成了一種問題情境。隨著適應環(huán)境的行為不斷進行，“意識流”的焦點和區(qū)域轉化會推動問題情境持續(xù)衍變，從不確定性轉向確定性。情境一方面使學習者獲得新的學習體驗，讓其中印象深刻或經(jīng)過反復鞏固的部分發(fā)展成為其自身經(jīng)驗，為認知發(fā)展提供儲備;另一方面也為其與已有經(jīng)驗建立聯(lián)系提供了條件。約翰·杜威（2005）認為“經(jīng)驗是揭示自然的真實面貌的工具”。由于沉浸式虛實融合學習環(huán)境打通了物理空間、虛擬空間、信息空間的三元學習空間，為學習者帶來極為豐富的學習情境、多渠道的交互方式、全方位的學習資源，因而更有利于鞏固發(fā)展多層次的知識經(jīng)驗。

沉浸式虛實融合學習生態(tài)環(huán)境中不同空間帶來的多樣化體驗，為學習者獲得由具體到抽象的各種學習經(jīng)驗提供了條件。根據(jù)埃德加·戴爾（Edgar Dale）的“經(jīng)驗之塔”理論（埃德加·戴爾，1949），沉浸式虛實融合環(huán)境的學習經(jīng)驗框架見圖2。首先，在物理空間，現(xiàn)實存在的一切人、事、物都可能成為學習者的經(jīng)驗來源。針對具體的學習目標，學習者可以通過課堂觀察、實驗探究、參觀展覽、實地考察、現(xiàn)場項目實踐等方式獲得一手學習經(jīng)驗，包括做的經(jīng)驗和觀察的經(jīng)驗。在物理空間不能直接觀察或在課堂教學中難以現(xiàn)場呈現(xiàn)的內(nèi)容，則可以通過語言、文字的方式傳遞間接的抽象經(jīng)驗，也可以采用虛擬空間的全息投影、虛擬實驗、虛擬課程、虛擬會議等方式進行補充。已有研究表明，基于虛擬現(xiàn)實技術的教學對學習者學習效果的提升具有促進作用（王雪等，2019）。在基于AR和全息投影的虛擬學習空間，學習者在擬真化的體驗中同樣可以保留許多有效信息，積累做的經(jīng)驗和觀察的經(jīng)驗。在由電子媒體和網(wǎng)絡資源信息構成的信息空間（或網(wǎng)絡信息空間），學習者通過查詢、瀏覽可獲取大量間接經(jīng)驗，經(jīng)過觀察、歸納、演繹、反思形成抽象概括，進而可為有意義學習的發(fā)生提供觀察的經(jīng)驗和抽象的經(jīng)驗。由于學習者認知發(fā)展的過程需要經(jīng)歷由具體到抽象的演變，不同抽象程度的經(jīng)驗都可以作為學習者認知發(fā)展的基礎，因此經(jīng)驗之間沒有優(yōu)劣之分，不同空間及其資源也各有所長。在設計過程中，需要根據(jù)學習內(nèi)容和現(xiàn)實情況選擇適當?shù)目臻g和資源，以調(diào)動相關經(jīng)驗促進認知發(fā)展。在沉浸式虛實融合的學習生態(tài)環(huán)境中，三元學習空間相互融合，空間的各要素之間需形成有效聯(lián)系和互動機制，圍繞教學目標發(fā)揮協(xié)同作用。如英特爾公司發(fā)布的《英特爾未來教室——橋項目（Intel Project Bridge）》通過連線遠程專家、虛擬實驗、3D打印模型、視頻資源學習等方式聯(lián)動各空間資源，構建出虛實融合環(huán)境下的未來課堂（楊彥軍等，2019）。

2.虛實融合環(huán)境中的具身學習原理

20世紀以來，許多學者開始重新思考笛卡爾（René Descartes）“身心二元論”的合理性。胡塞爾（Edmund Husserl）重視肉體（身體）在意識形成中的作用（羅克汀，1990），馬丁·海德格爾（Martin Heidegger）從存在論視角提出人對世界的認識是通過“存在”的身體與世界中其他事物互動實現(xiàn)的（馬丁·海德格爾，1999），莫里斯·梅洛-龐蒂（Maurice Merleau-Ponty）提出身體與意識統(tǒng)一的“一元論”，認為正是身體的知覺連接了經(jīng)驗世界與自我，并將具身認知發(fā)展為知覺現(xiàn)象學（徐獻軍，2009）。具身認知理論主張認知是具身的、情境的，認知發(fā)展依靠經(jīng)驗積累，經(jīng)驗來自身體，身體處于生物、心理和文化的環(huán)境中（Varela et al.，1991），認知、身體和環(huán)境構成動態(tài)的統(tǒng)一體。這里的統(tǒng)一包含了生理諸官能的統(tǒng)一、心身統(tǒng)一以及與世界的統(tǒng)一等三個不同層面（范文翔等，2020）。與此對應，虛實融合環(huán)境也為學習者提供了多模態(tài)感知學習、狹義具身認知學習和聯(lián)通主義學習的條件。

虛實融合環(huán)境下的學習在信息獲取方式上是一種多模態(tài)感知學習的過程，這正是具身認知理論強調(diào)的“生理諸官能的統(tǒng)一”。多模態(tài)是指采取多種方式獲取關于同一現(xiàn)象、過程或環(huán)境的信息（鐘薇等，2018）。在傳統(tǒng)課堂環(huán)境中，由于資源和空間限制，學習者獲取學習信息的方式比較單一，主要依賴于實物展示、觀看圖片、視頻和教師口述等方式。而在虛實融合環(huán)境中，豐富的媒體和資源可以打造擬真化的學習情境，立體地呈現(xiàn)學習對象，使學習者通過多模態(tài)感知信息，達到對所學內(nèi)容的全面理解。如在“巖石的認識”學習中，學習者可以通過實物、圖片或VR技術觀察掌握巖石的外形，如實物觸摸可了解其質(zhì)感，觀看視頻可掌握其形成過程，實驗或虛擬實驗可得知其特性和成分等。

虛實融合環(huán)境下的學習在學習者參與互動方面體現(xiàn)為一種具身認知學習的過程，這正是具身認知理論強調(diào)的“心身統(tǒng)一”。具身認知理論認為生理體驗與心理狀態(tài)之間有著緊密的聯(lián)系，主張通過外在知覺促進意識發(fā)展。在虛實融合的學習生態(tài)環(huán)境中，學習者參與活動交互時可以通過多種途徑感知獲取大量知覺經(jīng)驗，初步形成基本概念，在經(jīng)過分析加工轉化為抽象概念后實現(xiàn)認知發(fā)展。約翰·布萊克（John Black）提出具身學習環(huán)境的構建應先從物理具身展開，即通過直接的身體接觸（直接具身）或借助工具（代理具身與增強具身）的方式使學習者產(chǎn)生感官經(jīng)驗，再利用意向具身保持經(jīng)驗，通過總結反思與回顧鞏固相關經(jīng)驗，最終在完成任務的過程中實現(xiàn)意義建構（Black，2010）。由于虛實融合學習生態(tài)環(huán)境既能為學習者提供充分的物理具身條件，提供適當?shù)摹肮┙o量”，也能通過活動實踐鞏固學習經(jīng)驗提供意向具身的“土壤”，因而有助于具身認知學習的發(fā)生。

虛實融合環(huán)境下的學習在學習者和經(jīng)驗世界的關系方面體現(xiàn)為一種聯(lián)通主義學習，這正是具身認知理論強調(diào)的“與世界的統(tǒng)一”。聯(lián)通主義理論認為學習是在人類內(nèi)部神經(jīng)網(wǎng)絡、人類社會的概念網(wǎng)絡和外部社會網(wǎng)絡之間搭建聯(lián)系的過程（Siemens，2005）。在虛實融合環(huán)境中，三元學習空間通過呈現(xiàn)直觀的學習對象和學習內(nèi)容，幫助學習者激活內(nèi)部神經(jīng)網(wǎng)絡的連接，形成新知識與原有知識之間的聯(lián)系，構建起認知網(wǎng)絡。認知聯(lián)通旨在完成個體潛能的開發(fā)，個體的聯(lián)通則將達到集體智慧的共享（王志軍等，2019）。根據(jù)聯(lián)通主義理論，虛實融合的學習環(huán)境通過聯(lián)通線上與線下、真實與虛擬、認知網(wǎng)絡與概念網(wǎng)絡搭建起個人與世界的橋梁，使學習者能夠在參與知識建構、知識共享、知識創(chuàng)生的過程中更好地完成個體與外界的信息和能量交互，從而達到人與世界的聯(lián)通。

三、沉浸式虛實融合環(huán)境中的具身學習活動設計

為了更好地發(fā)揮沉浸式虛實融合學習環(huán)境在促進學生學習方面的優(yōu)勢和潛力，有必要對該環(huán)境下的具身學習活動設計做深入研究。具身學習活動是基于具身認知理論設計的學習活動，其目的是激發(fā)學習者的全面參與，具有情境化、做中學、身心協(xié)同等特征（李青等，2016）。

根據(jù)具身認知理論，學習是需要學習者身心共同參與學習活動，以行為促認知，以認知促行動的有意義加工的過程。它不是簡單機械的動手操作，也不是純粹的頭腦想象，而是“理解性”學習的過程。理解性學習（Learning with Understanding）是指“學生通過學習獲得深刻的概念性理解和適當應用知識的能力”（Gollub et al.，2002）。理解性學習需要認知、感情和行為發(fā)展相統(tǒng)一（郭曉娜，2016）。有研究者指出，在教學時將知識和學習置于多元情境中，有助于使學習者對概念達到深度理解和遷移應用，也有利于理解性學習的發(fā)生（陳家剛，2013）。由此可見，具身學習活動設計的目標與理解性學習的內(nèi)涵不謀而合。杰伊·麥克蒂格（Jay Mctiche）和格蘭特·威金斯（Grant Wiggins）的理解設計框架（The Understanding by Design?? Framework，UbD Framework）聚焦于學習者理解和學習遷移的教學和評估，采用反向設計提高課程的質(zhì)量和有效性（Wiggins et al.，1998）。由于UbD的設計理念與我們的設計目標存在共通之處，因此我們將以UbD框架為基礎來構建面向沉浸式虛實融合環(huán)境的具身學習活動設計框架。UbD教學設計框架包括確定所需結果、確定評估證據(jù)、設計學習活動和指導三個反向設計階段。這三個階段的內(nèi)在一貫性有助于避免以活動為導向和以知識覆蓋為導向的課程計劃的雙重弊端。該框架不僅重視對基礎知識的理解和運用，更強調(diào)學習者對概念和過程的理解，這與我國當前學校教育所強調(diào)的核心素養(yǎng)和學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標相符合。沉浸式虛實融合環(huán)境的建立主要是為學習者提供具身學習環(huán)境，使其獲得豐富的學習體驗，以彌補現(xiàn)實環(huán)境不足、學習者身體條件不足而帶來的學習體驗不佳等問題。本研究在借鑒UbD教學設計框架的基礎上，綜合杰羅姆·范梅里恩伯爾（Jeroen J. G. Van Merri?nboer）等提出的四要素教學設計（Four-Component Instructional Design，簡稱4C/ID）模型（Van Merri?nboer et al.，2002）在部分任務練習方面的優(yōu)點和美國生物學課程研究所提出的5E模式（吳成軍等，2010）的探究性特征，提出面向沉浸式虛實融合環(huán)境的具身學習活動設計框架。該框架包括確定期望結果和評估證據(jù)、分析學習者特征和學習內(nèi)容、設計學習活動和指導、基于沉浸式虛實融合環(huán)境的課程開發(fā)、課程評價及修正6個部分共計10個步驟，見圖3。此框架以提升學習者的“核心素養(yǎng)”為目標，通過目標、評估、活動三者的內(nèi)在一致，以保證教學方向的正確性。

1.確定期望結果和評估證據(jù)

根據(jù)UbD教學設計框架，在設計具身學習活動時應首先確定期望的結果，也就是教學目標。教學目標的確定要以學習者的“理解”為核心，這里的“理解”是建立在具身基礎上的意義建構的過程。在以“理解”為核心的基礎上，再結合國家課程標準、人才培養(yǎng)目標、學科特點和學習者特點，制定切實可行的具體目標。

明確期望結果之后，再確定相應的評估證據(jù)，評估證據(jù)要能反映預期結果。評估證據(jù)以績效任務為主，從解釋、說明、運用、轉換觀點、同理心、自我評估6個方面評估“理解”，即可以用自己的語言來解釋概念、原則和過程;能夠通過圖像、類比、故事和模型來說明數(shù)據(jù)、文本和經(jīng)驗;在新的復雜環(huán)境中能有效運用和調(diào)整已有知識;通過觀察大局和認識不同的觀點來展現(xiàn)視角;通過敏感地感知和換位思考來表現(xiàn)共情;通過表現(xiàn)出元認知意識、反思學習和經(jīng)驗的意義來獲得自我認識。這6個方面沒有等級區(qū)分，且具有具身性的特點。在實際確定評估證據(jù)時，需要根據(jù)培養(yǎng)目標和內(nèi)容性質(zhì)選擇其中相應的方面。除此以外，其他任務也可以提供佐證，如傳統(tǒng)的測驗、測試、觀察和工作樣本等，亦可以通過多方面立體化的評價來更準確地評估學習者的學習效果。

2.分析學習者特征和學習內(nèi)容

由于虛實融合環(huán)境下的學習需要學習者參與密切交互，獲得具身學習體驗，為此需要根據(jù)學習者特征進行針對性的設計。學習者特征分析主要從認知能力、知識基礎、共同特點和個體差別等方面展開，是后續(xù)學習任務和活動安排、學習媒體和策略選擇的依據(jù)。根據(jù)皮亞杰（Piaget）的認知發(fā)展觀，各年齡段學習者的認知發(fā)展水平存在差異。因此，進行教學設計時需要針對不同認知發(fā)展水平的學生安排適當難度和復雜性的具身學習活動。除此以外，還要考慮學習者的知識基礎、共同特征、個體差異等因素，如針對體育生的教學可以設計較高身體參與程度的活動，針對殘疾人群的教學要設計符合學習者條件且能彌補其身體不足的學習活動。不同學科或主題的教學也需要考慮對應的具身設計要求。例如，表演類課程可以通過觀察模仿、沉浸式情境的營造來培養(yǎng)學習者的表演能力;創(chuàng)客類課程可以通過實際觀察、實踐操作來培養(yǎng)學生解決問題的能力。

3.設計學習活動和指導

為了達成學習目標，還需要根據(jù)期望結果和學習內(nèi)容細化學習任務、活動和資源。由于以“理解”為核心的教學需要給學習者更多主動建構的機會，因此，教師在設計學習活動和指導時應適當留白，并盡可能地提供知識遷移所需的支持。

（1）根據(jù)學習主題設計系列學習任務

學習任務的設計應注重真實性、目的性、活動性和教學性（鐘志賢等，2006）。在根據(jù)主題安排系列學習任務方面，可參考杰羅姆·范梅里恩伯爾等人構建的4C/ID模型。該模型將復雜的學習項目分解為四個相互關聯(lián)的基本要素，包括簡單學習任務、支持性信息、程序性信息和部分任務練習。以此為基礎設計虛實融合環(huán)境中系列學習任務時，可以先根據(jù)學習主題將復雜任務細化為一系列難度遞增的具體任務，再設計相應的支持性信息和程序性信息，以為學習者提供合適的腳手架。當學習者完成完整的學習任務后，可根據(jù)學習情況為其安排不同類型、不同程度的部分任務練習，以加強學習者對部分技能的掌握和運用。整個設計過程中，需要注意任務的連貫性和難易度。

（2）根據(jù)學習任務設計學習活動序列

根據(jù)學習任務選擇學習活動時不僅要考慮學習者特征、具體的學習任務和媒體的特性等因素，也要考慮該學習活動是否有助于學習者建立社會聯(lián)系和認知聯(lián)系。社會聯(lián)系的建立可通過小組合作、集體探究等方式進行，既能使學習者在觀察模仿中獲得認知的發(fā)展，也鍛煉了學習者的表達能力、溝通能力等社交能力。認知聯(lián)系的建立需要將知識放在更廣泛的環(huán)境中來理解，通過與學習者過去已有經(jīng)驗或現(xiàn)實世界建立聯(lián)系，使學習者的認知圖式更加完整和立體。但無論是社會聯(lián)系還是認知聯(lián)系的建立，都需要與所要學習的知識密切關聯(lián)，并以知識邏輯來建立內(nèi)在聯(lián)系。學習活動的組織可按照5E模式，即先將學習者已有的相關經(jīng)驗引入（Engage）新知識，然后在虛實融合環(huán)境下組織學習者參與活動探究（Explore）新知識，接著展示討論（Explain）學習結果，教師引導學生促進知識遷移（Elaborate），并將評價（Evaluate）貫穿于活動過程中。

4.媒體和環(huán)境設計

根據(jù)約翰·布萊克的具身教學框架（Black，2010），學習者的具身認知發(fā)生必須首先通過物理方式（直接、替代或增強實施方式）作為一種完整的感知體驗，然后通過想象的實施方式維持學習活動，最終促進學習遷移發(fā)生。因此在傳授新知識時，除了要聯(lián)系學習者已有的知識經(jīng)驗，也要適當利用物理、虛擬或信息空間的媒體和資源為學習者具身經(jīng)驗的產(chǎn)生營造條件，然后通過想象具身實現(xiàn)認知建構。

（1）學習媒體的設計

在選擇和設計各類學習媒體時，主要需要考慮學習活動的特征與性質(zhì)，如自然觀察類活動可以通過物理空間直接觀察或虛擬現(xiàn)實技術模擬觀察以獲取經(jīng)驗，實驗操作類活動可以物理實驗室動手操作或虛擬實驗室模擬操作為主。除此以外，還要綜合考慮空間限制、學習效果、價格、危險性、操作難易等多種因素。由于在物理、虛擬和信息三元學習空間中，各類教學媒體導致的學習者身體投入程度有所不同，其具身程度也不同，這就為各類媒體的選擇提供了更多依據(jù)。有研究者根據(jù)身體的投入程度將交互方式分為頭部交互、上肢肢體動作交互、全身參與（場景固定、位置變動小）交互、場景式交互（全身參與、場景豐富）四類（李青等，2016）。物理空間的媒體交互涉及身體的不同投入程度，包括學習者頭部的五官和大腦感知、上肢的手部動作、全身運動或?qū)嶒炓约把袑W旅行、多媒體環(huán)境下的活動等多種交互。信息空間的媒體交互主要通過學習者的頭部和上肢完成，如信息獲取通過頭部的大腦、視聽感官參與交互，信息查詢通過上肢操作鼠標或觸屏交互。虛擬空間的交互同樣需要身體不同程度的參與，只是利用虛實融合技術替代了現(xiàn)實中的設備或環(huán)境，如用體感游戲代替真實操作。

在相同的身體投入程度下，對于一些簡單常見知識的學習，物理空間的媒體和資源相較于虛擬空間通常價格較低、操作方便，但對于一些復雜知識的學習，如人體解剖、爆破試驗、DNA結構觀察等，物理空間的媒體和資源就存在代價大、成本高的弊端。此時，采用虛擬空間技術彌補或替代的方式能夠降低實際操作的危險性和代價、突破時空限制甚至模擬現(xiàn)實難以體驗的場景，其缺點是儀器價格一般較為昂貴。當學習者在物理空間或虛擬空間中直接接觸或模擬操作時，有助于激活其身體圖式，喚起已有經(jīng)驗，生成新的具身經(jīng)驗，其學習效果通常會好于信息空間觀察的學習經(jīng)驗（沈夏林等，2019）。米蘭大學神經(jīng)科學博士克勞迪婭·雷佩托（Claudia Repetto）證明了在虛擬環(huán)境中運動四肢有助于對相應動作的理解（Repetto et al.，2015）。網(wǎng)絡信息資源豐富，獲取便捷，但由于內(nèi)容質(zhì)量難以保證，學習者在查詢并獲取信息時，也會面臨一定的困難。同時，不同身體投入水平也會產(chǎn)生不同的效果。僅通過視聽感官獲取的語言、文字信息效率較高，但產(chǎn)生的“理解”水平有限。有研究表明，手勢有助于知識的表達，尤其是用語言難以表述的時候（Clements et al.，1999）。因此，手勢在教學中的應用也較為廣泛。全身交互和場景式交互能使學習者獲得更為深刻的體驗，如體育運動、研學旅行、虛擬實驗等。在具體設計過程中，可以先結合學習者特征和學習內(nèi)容初步確定系列學習活動的內(nèi)容與形式，再根據(jù)各學習活動確定備選媒體資源的優(yōu)先級別，在綜合考慮不同媒體的效果、價格、危險性、操作難易等因素之后再進行綜合選擇，然后再對學習活動進行調(diào)整，經(jīng)過反復比較，選定最佳的活動和相對應的媒體資源，進而完成媒體資源的開發(fā)。

（2）具身學習環(huán)境的創(chuàng)建

具身學習環(huán)境的創(chuàng)建主要包括適當?shù)恼n堂布局和智慧化的人機交互資源布置。有研究表明，無序的物理環(huán)境會降低人們的自控力，影響人的認知（Chae et al.，2014;路紅等，2018）。因此，課堂環(huán)境方面，教室要簡潔寬敞，課桌椅布置要靈活，便于開展多樣化的教學活動（葉新東等，2014）。智慧化的人機交互資源包含捕捉系統(tǒng)、計算系統(tǒng)、展示系統(tǒng)和線上系統(tǒng)（陳忞，2020）。捕捉系統(tǒng)利用運動追蹤、頭部追蹤、眼動追蹤、腦電、人臉識別、心率監(jiān)測等追蹤設備實時獲取學習者的學習動態(tài);計算系統(tǒng)實時計算、分析和反饋學習過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù);展示系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等虛實融合設備與傳統(tǒng)紙筆、圖片等媒體進行資源和成果展示;線上系統(tǒng)提供大量的網(wǎng)絡學習資源。

5.基于沉浸式虛實融合環(huán)境的課程開發(fā)、評價與修正

最后開發(fā)基于沉浸式虛實融合環(huán)境的課程，綜合學習過程中的數(shù)據(jù)反饋和測評結果完成形成性評價和總結性評價，分析教學設計效果，修正設計過程，經(jīng)過幾輪反復迭代完成最終設計，并對學習者進行針對性的輔導。由于基于虛實融合環(huán)境的課程開發(fā)、課程試用評價及課程修正完善等過程與傳統(tǒng)課程開發(fā)流程類似，在此不再贅述。

四、沉浸式虛實融合環(huán)境中具身學習活動設計案例分析

在基于沉浸式虛實融合環(huán)境的具身學習活動設計實踐中，美國亞利桑那州的多媒體情景藝術學習實驗室（Situated Multimedia Arts Learning Lab，SMALLab）開展的工作具有代表性。SMALLab是融合視、聽、動覺為一體的學習環(huán)境，也是一個以實體教室為主，以計算機網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術以及紅外傳感技術為輔的虛實融合環(huán)境（Kelliher et al.，2009），如圖4所示。SMALLab物理空間較為開放，學生們出入互動區(qū)域不受限制。互動區(qū)域內(nèi)外的學習者均可裸眼直接觀察學習場景中的情況，并參與交流協(xié)作。環(huán)境中裝有多種傳感和反饋設備，如多模態(tài)感知、場景建構、動作捕捉技術、聲音和視覺反饋等，學習者在技術支持下通過和區(qū)域內(nèi)的虛擬物進行互動，便可獲得具身的學習體驗;同時學習者的位置、動作等學習相關數(shù)據(jù)被傳感器感知記錄下來，以為其提供實時反饋和過程性評價。SMALLab有情景各異且不斷更新的場景庫，教師可根據(jù)需要提供多個學科的不同活動場景，如生物、化學、物理、地理、語言、藝術等活動場景。

Johnson-Glenberg等人（2014）曾在虛實融合環(huán)境（SMALLab）和常規(guī)教學環(huán)境下進行生物“疾病傳播”教學的對比實驗。實驗操作步驟和過程與上述研究提出的面向沉浸式虛實融合環(huán)境的具身學習活動設計框架基本相符。

第一步，確定期望結果和評估證據(jù)。根據(jù)美國《下一代科學教育標準》和《21世紀技能框架》的要求，對學習者的培養(yǎng)應注重通過實踐提升其綜合能力。同時根據(jù)生物學科特點和學習者特征，在“疾病傳播”課例設計中，確定了學習者理解并掌握疾病傳播的過程和不同類型藥物治療對疾病作用的期望結果，并將其具體分為三個小目標：在封閉系統(tǒng)中模擬疾病傳播的變化，推導其傳播原因;逐步引入細菌感染和病毒的區(qū)別、抗生素和疫苗的區(qū)別以及抗生素耐藥性、有癥狀和無癥狀攜帶者、資源有限的概念;了解疾病如何在封閉系統(tǒng)中傳播，并將他們的新見解推廣到其他系統(tǒng)。然后明確前測、中測和后測三次評估點，教師根據(jù)期望結果制定出一系列試題作為評估工具，如解釋疫苗和抗生素的區(qū)別、說明如何繪制感染情況線型圖等檢驗“理解”的題目。

第二步，分析學習者特征和學習內(nèi)容。學習者是一所高中10年級和11年級的學生，具有一定的邏輯思維能力，他們來自不同種族，此前未系統(tǒng)學習過疾病傳播的知識，但多數(shù)曾在SMALLab環(huán)境中學習過，能夠接受SMALLab環(huán)境。學習內(nèi)容包括疾病傳播的概念、過程和治療方法，根據(jù)內(nèi)容可采用常規(guī)教學或虛實融合環(huán)境下的具身教學。

第三步，設計學習活動和指導。教師先根據(jù)學習主題設計創(chuàng)建化身、模擬疾病傳播和藥物治療等難度遞增的學習任務，再結合學習環(huán)境和學習者特征細化為一系列的學習活動（見表1）。整個教學活動過程采用探究式教學方法，有助于學習者建立認知聯(lián)系和社會聯(lián)系。教師根據(jù)具體活動特點適當調(diào)用不同空間的媒體和資源，充分發(fā)揮虛實融合環(huán)境的優(yōu)勢，促進學習者具身認知發(fā)展。活動前，教師利用物理空間的語言、手勢等方式快速簡單地介紹，使學生熟悉實驗環(huán)境及其操作方法。在SMALLab環(huán)境中，地板屏幕中間的方框代表水和營養(yǎng)（見圖5），中間十字形圓框代表藥品（見圖6）。屏幕周圍有一圈學生創(chuàng)建的化身（見圖7）。每個化身外有兩個環(huán)，外環(huán)表示健康計，會隨著感染情況減少時間;內(nèi)環(huán)顏色表示健康狀況，紅色是有癥狀患者，黃色是無癥狀患者，白色是健康人群。學生可以通過補充水和營養(yǎng)或藥品治療延長健康計時長，當時長耗盡，化身就會變成“骷髏”，則宣告該生游戲結束（見圖8）。教師可以通過設置菜單選項控制健康下降率、治療效率、最大水量、無癥狀的潛伏時間、抗生素的耐受閾值和抗生素耐受開關，可以選擇病毒模式或細菌模式。接著學生通過信息空間查詢大量資料，對疾病傳播相關概念形成基本認識。然后利用虛實融合環(huán)境進行虛擬實驗，通過操縱虛擬化身參與活動產(chǎn)生較高的參與度和沉浸感（Mennecke et al.，2011），降低了危險性，更直觀且更具可行性。學生在虛實融合環(huán)境中創(chuàng)建自己的虛擬化身，代表自身參與虛擬實驗。實驗時，學生緊挨頭像圍成一圈，通過跟蹤棒控制化身（見圖6）。由于化身需要補充水和營養(yǎng)，學生需要不時進入活動區(qū)域，在此過程中，疾病患者將疾病傳染給其他人。學生開始有意識地減少與潛在患者的接觸，并討論分析感染者，推導傳播原因。教師通過加快健康消耗率使學生更多地出現(xiàn)在活動空間，增加感染人數(shù)，提升活動難度。此時學生凝聚力增強，開始組織討論需要隔離的患者。教師再通過藥品限制，迫使學生思考如何充分利用藥物改善現(xiàn)狀，學生嘗試對細菌感染和病毒感染進行區(qū)分。教師介紹抗生素耐藥性的概念和形成原理，然后改變其閾值。學生以建模的方式分析用藥的最佳時機。之后，教師引入疫苗，學生探索疫苗和抗生素的效果差異。最后全班總結分享經(jīng)驗，嘗試將思維過程推廣到其他系統(tǒng)。教師評價整個學習過程，并且澄清一些誤解。

在系列難度遞增的活動任務中，學生通過觀察活動空間的情況變化并及時調(diào)整策略，獲得具身學習經(jīng)驗，同時發(fā)展合作交流、自主探究和問題解決等高階思維能力。在此過程中，教師主要負責提供學習支持，包括必要的經(jīng)驗指導和流程把控。SMALLab沉浸式虛實融合環(huán)境為學習者提供了技術支撐。

可見，在此課例設計中，設計者非常注重對學習活動的安排和相應媒體的選擇，在明確期望結果和評估證據(jù)、分析學習者特征和學習內(nèi)容的基礎上，確定學習任務，再將其分為一系列不同難度不同操作方式的活動。在此過程中，設計者充分發(fā)揮不同空間的資源優(yōu)勢，如在熟悉活動空間和基本概念澄清部分利用物理空間通過教師面對面的語言講解完成，效率較高;在背景資料的掌握部分以學生的自主查詢?yōu)橹鳎眯畔⒖臻g的海量資源鍛煉學生的信息搜集和篩選能力，培養(yǎng)探究意識;在試驗探究部分利用虛實融合環(huán)境危險性小、投入度高、直觀性強的特點開展探究活動，使學生在活動中不斷提升認知建構和問題解決能力、合作交流能力等綜合能力。

該案例表明，沉浸式虛實融合環(huán)境中學生的學習效果明顯好于傳統(tǒng)課堂環(huán)境中學生的學習效果。學習者互換學習條件后，最終效果無明顯差異。因此可以認為，學習效果差異來源于沉浸式虛實融合環(huán)境下的具身活動設計與實踐。總之，面向沉浸式虛實融合環(huán)境的具身學習活動設計由于充分利用環(huán)境優(yōu)勢，以學習者為中心調(diào)動各類資源，促進了學習者的認知發(fā)展，調(diào)動了學習積極性并提升了學生的核心素養(yǎng)。

五、結語

混合現(xiàn)實、全息投影、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和5G通信等新興信息技術的發(fā)展為虛實融合的新型學習環(huán)境的營建打下了技術基礎，基于此環(huán)境的教學實踐正在生物、地理、化學和職業(yè)教育等學習領域逐步展開。然而，虛實融合新型學習環(huán)境下的教學發(fā)生機制及具身學習活動、學習資源設計等理論研究則相對滯后，以至于教學實踐常停留在表面而缺乏系統(tǒng)設計。為此，本研究以具身認知理論為基礎對虛實融合學習環(huán)境的構成及學習發(fā)生機制進行了分析，并通過構建沉浸式虛實融合環(huán)境下的具身學習活動設計框架，分析了現(xiàn)有虛實融合教學典型案例，期望為基于虛實融合環(huán)境的教學活動設計和教學改革提供參考借鑒。同時，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)在教育領域的深入應用，大量的生物信息數(shù)據(jù)正在產(chǎn)生并被獲取、篩選、分析，這為未來課堂的研究和設計提供了更多佐證和思路，最終將使課堂教學在理論設計與實踐驗證的相輔相成中逐漸趨于完善。

參考文獻：

[1][德]馬丁·海德格爾（1999）.面向思的事情[M].陳小文，孫周興.北京：商務印書館：70.

[2][美]R. M. 加涅（1999）.學習的條件和教學論[M].皮連生，王映學，鄭葳等.上海：華東師范大學出版社：24.

[3][美]埃德加·戴爾（1949）.視聽教學法之理論[M].杜維濤.上海：中華書局.

[4][美]約翰·杜威（2005）.經(jīng)驗與自然[M].傅統(tǒng)先.南京：江蘇教育出版社.

[5][英]卡爾·波普爾（1987）.客觀知識[M].舒煒光.上海：上海譯文出版社.

[6]陳家剛（2013）.促進理解性學習的課程和教學設計原則[J].全球教育展望，42（1）：53-61.

[7]陳琦，張建偉（2003）.信息時代的整合性學習模型——信息技術整合于教學的生態(tài)觀詮釋[J].北京大學教育評論，（3）：90-96.

[8]陳忞（2020）.具身認知視角下A-STEM學習空間設計[J].全球教育展望，49（4）：46-57.

[9]范文翔，趙瑞斌（2019）.數(shù)字學習環(huán)境新進展：混合現(xiàn)實學習環(huán)境的興起與應用[J].電化教育研究，40（10）：40-46，60.

[10]范文翔，趙瑞斌（2020）.具身認知的知識觀、學習觀與教學觀[J].電化教育研究，41（7）：21-27，34.

[11]郭炯，郝建江（2019）.人工智能環(huán)境下的學習發(fā)生機制[J].現(xiàn)代遠程教育研究，31（5）：32-38.

[12]郭曉娜（2016）.理解性學習的實踐策略：基于哲學解釋學的視角[J].全球教育展望，45（2）：41-49，128.

[13]華子荀（2019）.虛擬現(xiàn)實技術支持的學習者動覺學習機制研究[J].中國電化教育，（12）：16-23.

[14]華子荀，歐陽琪，鄭凱方等（2021）.虛擬現(xiàn)實技術教學效用模型建構與實效驗證[J].現(xiàn)代遠程教育研究，33（2）：43-52.

[15]黃紅濤，孟紅娟，左明章等（2018）.混合現(xiàn)實環(huán)境中具身交互如何促進科學概念理解[J].現(xiàn)代遠程教育研究，（6）：28-36.

[16]孔璽，孟祥增，徐振國等（2019）.混合現(xiàn)實技術及其教育應用現(xiàn)狀與展望[J].現(xiàn)代遠距離教育，（3）：82-89.

[17]李紅美，許瑋， 張劍平（2013）.虛實融合環(huán)境下的學習活動及其設計[J].中國電化教育，（1）：23-29.

[18]李青，趙越（2016）.具身學習國外研究及實踐現(xiàn)狀述評——基于2009—2015年的SSCI期刊文獻[J].遠程教育雜志，34（5）：59-67.

[19]劉革平，高楠（2021）.手勢交互虛擬實驗對學習體驗的影響機制[J].現(xiàn)代遠程教育研究，33（2）：22-32，72.

[20]路紅，張心園，韋文琦等（2018）.空間物理秩序?qū)π睦砗托袨榈挠绊慬J].心理科學進展，（3）：560-570.

[21]羅克汀（1990）.從現(xiàn)象學到存在主義的演變——現(xiàn)象學縱向研究[M].廣州：廣州文化出版社：41.

[22]潘云鶴（2018）.人工智能2.0與教育的發(fā)展[J].中國遠程教育，（5）：5-8，44，79.

[23]沈夏林，鄧倩，劉勉（2019）.智慧課堂學習體驗：技術賦能身體圖式的喚起[J].電化教育研究，40（9）：75-82.

[24]田陽，萬青青，陳鵬等（2020）.多空間融合視域下學習環(huán)境及學習情境探究[J].中國電化教育，（3）：123-130.

[25]童慧，楊彥軍（2013）.ICT支持的人類學習方式的發(fā)展與變革[J].電化教育研究，34（5）：25-30.

[26]王雪，徐文文，高澤紅等（2019）.虛擬現(xiàn)實技術的教學應用能提升學習效果嗎？——基于教學設計視角的38項實驗和準實驗的元分析[J].遠程教育雜志，37（6）：61-71.

[27]王志軍，陳麗（2019）.聯(lián)通主義：“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的本體論[J].中國遠程教育，（8）：1-9，26，92.

[28]吳成軍，張敏（2010）.美國生物學“5E”教學模式的內(nèi)涵、實例及其本質(zhì)特征[J].課程·教材·教法，30（6）：108-112.

[29]徐獻軍（2009）.具身認知論——現(xiàn)象學在認知科學研究范式轉型中的作用[M].杭州：浙江大學出版社：49.

[30]楊進中，張劍平（2014）.虛實融合的研究性學習環(huán)境設計[J].電化教育研究，35（12）：74-80，85.

[31]楊彥軍，羅吳淑婷，童慧（2019）.基于“人性結構”理論的AI助教系統(tǒng)模型研究[J].電化教育研究，40（11）：12-20.

[32]葉新東，陳衛(wèi)東，張際平（2014）.未來課堂環(huán)境的設計與實現(xiàn)[J].中國電化教育，（1）：82-87.

[33]張劍平，許瑋，楊進中等（2013）.虛實融合學習環(huán)境：概念、特征與應用[J].遠程教育雜志，31（3）：3-9.

[34]張立新，李世改（2008）.生態(tài)化虛擬學習環(huán)境及其設計[J].中國電化教育，（6）：5-8.

[35]張之滄（2001）.從世界1到世界4[J].自然辯證法研究，（12）：66-70.

[36]鐘薇，李若晨，馬曉玲等（2018）.學習分析技術發(fā)展趨向——多模態(tài)數(shù)據(jù)環(huán)境下的研究與探索[J].中國遠程教育，（11）：41-49，79，80.

[37]鐘志賢（2005）.論學習環(huán)境設計[J].電化教育研究，（7）：35-41.

[38]鐘志賢，劉春燕（2006）.論學習環(huán)境設計中的任務、情境與問題概念[J].電化教育研究，（3）：16-21.

[39]Black， J. B. （2010）. An Embodied/Grounded Cognition Perspective on Educational Technology[M]// Khine， M. S.， & Saleh， I. New Science of Learning： Cognition， Computers and Collaboration in Education. Berlin： Springer-Verlag：45-52.

[40]Chae， B.， & Zhu， R. （2014）. Environmental Disorder Leads to Self-Regulatory Failure[J]. Journal of Consumer Research， 40（6）：1203-1218.

[41]Choi， J. I.， & Hannafin， M. （1995）. Situated Cognition and Learning Environments： Roles， Structures， and Implications for Design[J]. Educational Technology Research and Development， 43（2）：53-69.

[42]Clements， D. H.， Swaminathan， S.， & Hannibal， M. A. et al. （1999）. Young Childrens Concept of Shape[J]. Journal for Research in Mathematics Education， 30（2）：192-212.

[43]Gollub， J. P.， Bertenthal， M. W.， & Labov， J. B. et al. （2002）. Learning and Understanding： Improving Advanced Study of Mathematics and Science in U.S. High Schools[M]. Washington， D. C.： National Academy Press： 6，117，1，154-175，176.

[44]Johnson-Glenberg， M. C.， Birchfield， D. A.， & Tolentino， L. et al. （2014）. Collaborative Embodied Learning in Mixed Reality Motion-Capture Environments： Two Science Studies[J]. Journal of Educational Psychology， 106（1）：86-104.

[45]Kelliher， A.， Birchfield， D.， & Campana， E. et al. （2009）. SMALLab： A Mixed-Reality Environment for Embodied and Mediated Learning[C]// Proceedings of the ACM International Conference on Multimedia. Beijing， China.

[46]Mennecke， B. E.， Triplett， J. L.， & Hassall， L. M. et al. （2011）. An Examination of a Theory of Embodied Social Presence in Virtual Worlds[J]. Decision Sciences， 42（2）：413-450.

[47]Milgram， P.， Takemura， H.， & Utsumi， A. et al. （1994）. Augmented Reality： A Class of Displays on the Reality-Virtuality Continuum[J]. SPIE， 2351（34）：282-292.

[48]Repetto， C.， Cipresso， P.， & Riva， G. （2015）. Virtual Action and Real Action Have Different Impacts on Comprehension of Concrete Verbs[J]. Frontiers in Psychology， 6（176）：1-9.

[49]Siemens， G. （2005）. Connectivism： Learning as Network-Creation[J]. ASTD Learning News， 10（1）.

[50]Van Merri?nboer， J. J. G.， Clark， R. E.， & de Croock， M. B. M. （2002）. Blueprints for Complex Learning： The 4C/ID-Model[J]. Educational Technology Research and Development， 50（2）：39-64.

[52]Varela， F. J.， Thompson， E.， & Rosch， E. （1991）. The Embodied Mind： Cognitive Science and Human Experience[M]. Cambridge， MA： The MIT Press：10-23.

[53]Wiggins， G.， & McTighe， J. （1998）. Understanding by Design[M]. Alexandria， VA： Association for Supervision and Curriculum Development.

收稿日期 2021-04-09責任編輯 劉選

The Design Framework of Embodied Learning Activity in Immersive Virtual-Reality

Fusion Environment

YANG Yanjun， ZHANG Jiahui

Abstract： With the wide application of virtual reality， augmented reality and other modern information technologies in the construction of learning environment， the learning principle and learning activity design based on the immersive virtual-reality fusion environment has become a prospective problem that needs further study. From the perspective of ecology and field theory， immersive virtual-reality fusion learning environment is a learning ecological environment composed of physical space， information space and virtual space， in which diverse experiences brought by different spaces provide conditions for learners to acquire various learning experience ranging from concrete to abstract. Learning in a virtual-reality environment is a process of multi-modal perception learning in the way of information acquisition， a process of embodied cognitive learning in the way that learners participate in learning interaction， and a process of connectivism learning in the relationship between learners and the experience world. The design framework of embodied learning activities oriented to the immersive virtual-reality fusion environment includes six parts， a total of ten steps， that is， determining expected results and evaluating evidence， analyzing learners characteristics and learning content， planning learning experience and guidance， curriculum development based on the virtual-reality fusion environment， and curriculum evaluation and correction. Based on this embodied learning activity design framework， the results of a detailed analysis of the learning activity design of the “Disease Transmission” Lesson in SMALLabs immersive virtual-reality fusion environment show that the design framework can better support the activity design and practice of embodied learning in the virtual-reality fusion environment. It helps to improve learners learning efficiency， promotes their cognitive development， and enhances their core literacy.

Keywords： Virtual-Reality Fusion; Embodied Cognition; Learning Activity Design; Learning Mechanism; Learning Ecological Environment