基于建構主義的虛擬現實情境創設在美術學習中的應用

吳建德

(山東藝術學院傳媒學院，山東 濟南 250300)

建構主義學習理論是21世紀教育改革的重要指導理論，被譽為“當代教學心理中的一場革命”。建構主義理論中關于學習情境的構建、協作和會話的學習方式同樣體現在虛擬現實技術教學實踐中，虛擬現實技術教學應用目的也與建構主義的目標相一致。虛擬現實技術在教學中的應用為真實情境創設提供了新思路，這是一種通過創設擬真實場景，通過外接設備體驗學習的新方式。建構主義與虛擬現實技術在教學上從理論指導到技術實踐都已具備了融合貫通的條件。

一、建構主義與虛擬現實技術的融合與發展

首先，建構主義學習理論強調學習者的主動性，而虛擬現實技術最大特點在于采用第一人稱視角以引導學習者以自我主體為中心，通過無縫銜接的360度擬真空間，提高體驗者沉浸感，這使得建構主義在情境化構建的理論要求上能夠與虛擬現實技術相互配合，亦能達到構建主義理論與虛擬實踐的完美銜接。

其次，協作性是建構主義理論強調的重點，在協作過程中主角可以是學生也可以是教師，協作性倡導將多元化客體進行組合，例如課前預習、資料搜集、課題假設與論證、課后評價等多層次的信息涌入增加了教育學中協作的困難度。由于傳統授課方式的時空局限性加之學習者個體情況的差異性，讓教師在傳道授業解惑過程中使得學習者在知識學習時難以達到均化、普及效果。因此傳統的教學手段在解決上述問題時會出現有心無力之弊端，而運用虛擬現實技術緊密結合協作特性，能彌補實踐性教學中存在的短板，這樣不但利于提高學習者興趣，而且還能取到事半功倍的效果。

再者，虛擬現實技術對教育發展有著促進作用。從藝術角度來看，現代主義使眾多門類藝術得以自我凈化，而多媒體技術的發展將各門類藝術重新定位并捆綁，使其互相映襯與作用。數字技術將圖畫、文字、影像、聲音交融于一體，這種嶄新的虛擬空間呈現給大眾的是一個互動的、自由的、包容性極強的環境表達。而有人認為，非象征互動是虛擬現實教育中一種可能的強大工具，在虛擬現實中，學習者可以直接處理概念，即個體不經過深思熟慮而直接體驗世界，虛擬現實似乎提供了更直接和多樣化的學習環境的可能性，這為學習者根據自身差異性去找合適自身的課程創造了條件，更具實用性。在教師授課中由口頭教導轉向間接引導參與，此舉對意義的構建提供了更廣闊的空間。因此，建構主義理論與虛擬現實的融合發展為教育提供了切實的理論指導與融合模式。

二、建構主義虛擬現實情境交互與美術學習

(一)建構主義虛擬情境交互與美術學習的關聯性

建構主義理論成為科學教育中的主導理論，這符合當代思想的主流，它是從行為主義到認知主義發展而來的。“建構主義與認知主義、行為主義之間最大的區別在于目標，建構主義學習理論的教學重視意義建構；認知主義與行為主義是在教學之前設定目標，而建構主義學習理論的教學目標是在過程中完成的，通過探索式或者基于問題的教學來實現。”與此同時，建構主義學習原則中的主體是學生，強調學習者獨立自主、協同合作、反思，注重學習情境的創設以及鼓勵學習者主動進行意義建構。目前博物館展示、美術館觀賞等多元化現場教學得到重視，這種現場感、空間的共性——即現場教育、時空的在場性，充分體現了以學生為中心的體驗式教學模式。而學校美術課程借助數字媒體技術進行情境創設、協作學生學習和交流，與建構主義的以學生為中心的教學設計相符，這也對虛擬現實技術應用于教學提供了良好的條件。虛擬現實技術本身注重學生直接參與實踐，這種多維度、超現實可信的視覺成像原理，能夠給學生的美術課堂帶來趣味性探索經驗，同時在虛擬空間中學習者以自我視覺直接參與其中，能夠在高沉浸感的視效情境中仰取俯拾，這是一種新嘗試。

(二)建構主義虛擬情境交互應用于美術學習的環境支持

2015年9月，國務院辦公廳發布《關于全面加強和改進學校美育工作的意見》，明確提出美術課程是學校進行美育的主要途徑；學者錢初熹指出，在美術學習中學生通過培養自我的視覺能力、審美能力、想象能力和以創造力為核心的美術素養，統合自己的知識和深入體驗的方法，能夠有效提高審美感知力、判斷力、表現力以及學習能力，從而有效促使學生提高創造性思考能力。以上可知：將學生知識創新能力納入核心素養的架構體系，是新時代美術教育發展的根本。因此修正傳統教學模式的僵化以及唯教師傾向等問題，“解綁”學生思維，構建以創新為導向的體系，以建構主義理論為指導，數字媒體技術應用為手段為學生創建創新園地，這種創新性教學模式將成為必由之路。2019年12月，湖北省武漢市出現了新冠疫情，2020年1月26日，國務院在新聞發布會上發文：“各地大中專、中小學、幼兒園春季學期推遲開學。”1月27日，教育部發文，要求各地大中專、中小學、幼兒園推遲春季開學時間，并于1月29日發出倡議：利用網絡平臺，“停課不停學”。在這個不得已而為之的舉措下，全國教育院校與機構利用多媒體技術手段掀起網絡課程熱潮，網絡信息化情境教學在這一刻彰顯了其重要性。2019年，教育部辦公廳關于印發《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》的通知中提出：“培養提升教師和學生的信息素養中關于深入落實《教育信息化“十三五”規劃》和《教育信息化2.0行動計劃》中提出推動大數據、虛擬現實、人工智能等新技術在教育教學中的深入應用。”信息全球化背景下充滿活力的后現代視覺世界通過多媒體網絡技術正迅速轉變為“視覺的世界化、世界的視覺化”。這種多樣化、復合化技術帶來的多元化虛擬情境，對學生們來說，日常生活中接觸到的媒體和體驗成為協助其了解和學習知識的必要構成部分。

(三)情境創設被視為美術教學設計的重要內容之一

“情境認知理論(Situated Cognition)認為，實踐并非獨立于知識的，知識與實踐是相互交互的，知識只有通過實踐活動才可以不斷向前發展，知識是學習個體與教學環境的相互交換過程中而產生的一系列行為，是人類主動適應社會發展變化的一種協調能力。”錯誤!未找到引用源。。因此學習者在實踐過程中只有通過與情境的相互作用才能達到自我知識的創新。美術作為視覺藝術與造型藝術，其培養學生的創造性思維這一目標使得美術教學對于情境創設的需求度高于其他學科。學者高文認為:“通過環境的互動人才會對事物產生理解，學什么與怎樣學是相結合的，在這個過程中，人是整個情境的一部分。”虛擬現實技術應用于美術教學能夠創設出多樣化的學習情境，情境內容可根據學習者個體差異性提供不同的選擇，因此能夠幫助學習者開展個性化的、有目的的學習活動，助其更好地建構起良好的認知結構。研究者通過實驗證明，人類83%的信息量來源于視覺媒介，在過去的美術教育中更多的直接體驗來源于圖案，這種表象化學習理念正在學習者潛意識里發揮著作用，而在當今視覺文化興盛的時代，表象的觀察與文字概述已經不能夠滿足于美術教學。這種教育上的革新要求除了讓學習者領會視覺媒介帶來的層面化解讀之外，更應讓學習者切身融入情境，通過數字化輔助，讓學習者去關注與了解非實體形象知識，也就是要解讀這些視覺媒介所帶來的文化與社會現象。因此建構主義理論背景下的虛擬情境的創設，為學習者建構自身獨特的藝術情感創造了條件，從虛擬博物館到實時在線360度沉浸式展覽館，以及實時虛擬空間的繪畫創作都充分體現了建構主義學習理論的情境創設要素在美術教學實踐過程中的重要性。

三、建構主義虛擬情境創設用于美術學習的模式探索

(一)虛擬現實情境教學的原則

數字化時代背景下，現代美術教育與建構主義理論的融會貫通要求學習者具備良好信息素養，同時教學也應以學習者為中心，將體驗式、探索式學習放在主位，注重學習者綜合知識與技能的虛實結合，以引導為手段激發學習者知識的自主整合與意義建構，促進其創新性認知。

現今美術教學應當遵循自主原則、虛實結合原則、系統性原則、選擇性原則及共享性原則。其一，自主原則強調學生自我的主動性，這種主動性不是純粹的學習者處于自由體狀態，教學模式應當根據不同年齡段的學生定義出對策。例如對空間判斷能力相對弱勢、對科學理論知識相對缺乏與想象的低年級學習群體來說，自主思考與美術學習需要一定的引導。教師通過虛擬現實進行角色轉化，從主導者轉為虛擬情景中的旁觀引導者，會更有效地將概念轉為實踐性理論，利于學生學習與創作。可視化的虛擬情境內容能讓對世界充滿強烈探索愿望的學生不出教室就可以探索藝術之窗，激發內在積極性。視覺感受引發的大腦皮層的興奮與喜悅，引導學生獨立進行觀察、思考，在行為過程中學習，在實踐中體驗，在溝通中完成自我升華。

虛實結合原則可以最大化發揮虛擬課堂優越性。虛擬現實技術應用于美術教學是否能夠達到期盼的理想成果，這是眾多學者與師生所關注的焦點。王進華、張勤利在虛擬現實技術與傳統素描教學相結合的應用研究中做了相關的實驗論述，其中將傳統課堂素描學習者與采用虛擬現實技術進行學習的實驗者進行了比較，測評數據統參數P值均大于0.05，證明了在傳統教學方法與虛擬現實技術的應用素描教學中提高學習者繪畫技能的有效和一致性。由于傳統美術課堂在藝術作品欣賞中缺乏現實的臨場感，學生單純從圖片中去感受藝術作品的內在精髓著實效果不佳。虛實結合可將多維度的擬真化體驗方式帶入到傳統美術教育，將可觀性、實踐性課程進行再創造，使之融入到教學中，與現場學習相輔相成。例如繪畫課程中使用HMD頭盔與操控手柄進行虛擬現實繪畫技術，可以在實時創作過程中得到教師的實時觀察與指導，并可以將繪畫過程與評價實時保存與提交。2019年法國藝術家Anna Zhilyaeva使用虛擬現實設備進行了實時繪畫創作。創作過程中Anna Zhilyaeva可以使用各種虛擬材料媒介，隨意性涂改調色，在360度交互立體空間里創作者在創作的同時可對自身作品進行評價與修改，將虛擬空間變成真實可信的藝術殿堂，給創作者帶來了與眾不同的創作靈感與視覺感受。因此通過整合后的教育資源結合虛擬現實自身的沉浸感、交互性、直觀性等特點可讓學生真正融入到課堂中去，從而實現美術教育的高質化轉變。

系統性原則要求虛擬情境化教學同樣要以科學理念為基礎，與實際教學內容體系相符合。要求根據教學的客觀規律，做出合理的教學內容設計，在虛擬教學科目上課程內容應根據教學培養方案規劃出符合整體教學規律，能夠涉及到不同階段層次與學歷水平的知識結構。虛擬情境式課程應當借助大數據擇優篩選、歸納、整合。美術科目應當在內容上由簡至難、情境內容合理，由表至里、層次清晰，形成邏輯結構合理的課程體系。

選擇性原則使教學內容更加符合學生需求。一方面優秀的課程各院校之間可以跨區域進行個性化選擇，在大數據背景下許多成熟的課程形式與受歡迎的優秀教師課堂可以通過多次篩選后進行跨區域整合，將優秀資源加工，最終受利于各教育院校，使地方院校之間達成統一平衡的教育水準。另一方面在新的技術水準要求下如將知識借助虛擬現實內容平臺推廣，跨區域實現可視化課程推廣，平衡地區間教師能力，以達到無差別性教學質量。最后選擇性教學可以根據學生自身條件創造多層次教學內容，以滿足不同層級學生需要，打破高層次學校才能夠享受優秀資源的弊端。

共享性原則，一方面是學生學習經驗的共享，另一方面是教學內容的共享。虛擬現實的網絡實時化使美術教學問題反饋變得更加靈活多樣。由于傳統的教學過程中產生的問題有延遲性，即很多情況下學生課后才能得到與教師交流問題的機會和如何解決的反饋，降低了學習效率性。而虛擬現實技術通過5G技術能夠跨越時滯性鴻溝，將學生的學習經驗，教師與學生之間的互動轉換成實時交互。虛擬現實交互臺的建設則為美術教學內容的共享提供了條件，超越時空局限，從視聽覺、觸覺、嗅覺等方面給學習者帶來逼真可信的視知覺體驗。例如美術鑒賞課，在國內的課程都是學生在課堂上以教師的引導教學為主，而國外教學大都是在美術館、文化館、博物館進行的，在展示空間里學生們在教師引導下自主觀摩與鑒賞。如 Google Arts & Culture已經可以提供來自 850 多個博物館、美術館的數字版藝術品。體驗者在共享的學習資源中通過虛擬現實外接設備就能夠在虛擬的藝術情境中近距離欣賞名師作品，并可以通過交互方式嘗試從不同角度來觀察體驗。

(二)虛擬現實美術實踐內容

創作實踐是美術課堂教學中的重要組成部分，這對培養學生觀察能力、創新能力以及提高學生審美能力至關重要。一方面虛擬情境實踐內容的創設打破了時空局限,從視聽覺、觸覺等方面給學習者帶來逼真可信的視知覺體驗。另一方面虛擬現實美術實踐內容的填充與擴容更是重中之重的要務。現今虛擬現實領域面臨有設備有技術，而虛擬體驗的內容產品卻跟不上這一困局。因此在美術教育中應加強美術實踐內容的創設填充，滿足教學需求。在平臺內容擴容中，結合以實踐與鑒賞為主導的美術教育內容，創建相對應的虛擬課堂內容，通過可視化交互視域將學習者帶入到逼真的藝術實踐情境進而加深學習者對藝術知識的理解度，從而提高學習效率。例如小學美術中，人民教育出版社出版的三年級上冊美術教材第3課《大人國與小人國》，課程內容通過《格列佛游記》影視圖片，讓學生懂得使用比較的方式區分大與小，以及第8課《星空的聯想》帶領學生想象茫茫的神奇宇宙，探索太空的神秘。這對空間判斷能力相對弱勢、對科學理論知識相對缺乏與想象的小學生群體來說，這種僅僅書本的表象思考與學習效果不佳，而虛擬現實情境創設將學生角色進行轉化，在多維度可信的情境中會更有效地將概念轉為實踐性理論，利于學生熟記。可視化互動的虛擬情境平臺及其美術實踐內容建設能讓對世界充滿強烈探索愿望的學生不出教室就可以探索、認知藝術之窗，激發學生的內在積極性，使美術學習真正成為一種興趣。

(三)虛擬現實教學的程序

在理論指導下培養興趣。任何課程的學習理論鋪墊引導是必備的基礎。因此虛擬現實教學中同樣需要將課程整體思路與知識概念作為學習的前期鋪墊。通過知識理論的引導讓學習者進行角色轉換，可以給學生帶來輕松、愉悅、不乏趣味性等積極的心理誘導，激發學習動機。在建構主義理論基礎上結合虛擬現實技術激發學習者學習興趣，在虛擬情景中通過學生自身體驗觸發學習者所思、所想、所感，開闊眼界進而學到知識。

在教學主體轉變中進行實踐。虛擬情境下的美術學習與傳統學習環境相比更加靈活，教師可成為主體亦可成為輔體。而在大數據作用下，美術學習可從學生喜好、課程選擇出發為美術學科提供數據分析，進而提高虛擬課程的包容性。實時共享技術能夠打破區域與時間限制，將校內外跨區域鏈接成統一的虛擬空間，與此同時，虛擬可視化交互學習能夠輔助學生將其真正關心與感興趣的藝術內容挑出，放到針對性課程中進行學習，讓學生成為選擇的主體，亦可深層次挖掘學生藝術天賦。美國的Baobab Studios公司在2016年創作了第一部VR動畫短片《Invasion!》。這部講述兩只兔子抵抗外星人入侵的短片里，體驗者通過HMD頭盔，可瞬間化身為一只兔子，體驗者通過兔子的視角來體驗，其強烈的身臨其境感和參與故事的心理愉悅感提高了體驗者的興趣度。可以想象如將張擇端繪制的5米余長、栩栩如生的巨作《清明上河圖》采用虛擬現實技術呈現出來，讓學習者成為畫作中的某個角色，透過不同角色不同視角觀察與體驗，可以最大化實現美術教育空間的直觀性。

實時問題反饋評估。學生學習中會遇到各種問題，問題的提出與解決是課程學習中重要的環節，而實時可視化學習可讓美術教學問題的反饋變得更加靈活多樣。傳統的教學問題反饋方式大多是歷時性，即美術教師與學生在課堂授課之外，對于作業指導與疑難解惑存在互動時滯性，虛擬情境課堂教學讓問題反饋處于短時間形成性評估中，其發生節點為課內教學的瞬間，因此能高效率發揮促學作用，會很大程度上提高美術教學質量與學習效率。2016年的“重返萬園之園——數字圓明園互動5R體驗展”在中外文化交流中心展覽館舉辦。此次體驗展中，參觀者可以通過HMD頭盔自主選擇游覽線路，穿越古圓明園，對比古今之變化，重要的是參觀者可以在體驗過程中實時對錯誤與不完整的信息進行糾正和補充，并可以傳播與分享，這是一種不受時空限制的自主創造過程。從上述實例中能夠看到虛擬現實可視化交互的實時教學問題反饋，能夠有效增強學生的動手學習能力與創新能力。

建構主義理論背景下的虛擬現實可視化交互技術在知識引領上具有先天優勢；在創作上具有啟發性；在形式上，能夠快速調動學生學習的積極性；在時間上，自由靈活。虛擬現實技術使傳統“以教師為中心”的課程模式向“以學生中心”的形式轉變，進而將以人為本的理念再次升華。我國的美術教育注重培養學生的實踐、創新、動手能力，并將傳統文化、傳統美學元素以及數字技術背景下的創新內容作為支撐，對學生進行全面化美育(含藝術教育)、德育等教育。新時代美術課堂如結合虛擬現實情境化交互技術能夠提高學生的學習興趣，以此為突破口，依托5G技術、云平臺等資源整合，利用虛擬現實相關內容，提升美術教學的藝術氛圍，讓學生在興趣中學習，在創想中實踐，在實踐中實現自我塑造，從而提高學生綜合素養，提高美術教育質量。