虛擬現實技術對學生課堂參與度的影響研究

劉曉璐 孫東濤 趙白露

1．博仁大學，泰國 曼谷 10210；2．濱州職業學院，山東 濱州 256600

一、虛擬現實技術概述

在信息化技術迅速更新發展趨勢下，虛擬現實技術逐漸滲透于多領域，自然也深受教育領域密切關注，在《地平線報告》中，提出虛擬現實技術或混合現實技術是最為關鍵的技術之一，未來將會普遍應用于教育領域。虛擬現實技術是一種可以創建并體驗虛擬世界的計算機仿真系統，其主要以計算機生成仿真模擬環境，是集成多源信息的交互式三位動態視景與實體行為的仿真系統，可促使用戶沉浸于此環境內。相較于傳統平面媒體傳輸感官信息，虛擬現實技術可交互式提供多種感知的整體信息，建設更加真實的虛擬場景，給參與者以身臨其境的真實感受。

（一）交互性

虛擬現實技術可給沉浸于虛擬世界的用戶提供交互式體驗，這是其他計算機輔助教學交互性所無法實現的，虛擬現實技術介入學習的基礎上，學生基于傳感設施走進虛擬空間，以全面實時交互，獲取高度近似于真實環境的立體感知，全方位提高教學多維度交互性。此外此交互以最為自然化的方式開始，學生像是在真實的環境內進行學習。虛擬現實技術的交互性可為學生提供獨特的溝通討論途徑，鍛煉學生的專業知識應用能力，調動學生的課堂學習積極性與主動參與性。

（二）沉浸性

虛擬現實技術的關鍵特征在于沉浸性，這也是專業學習中表現最突出的一個特征，學生沉浸于虛擬世界內可忘我地感受所處環境，由于學生感受的感官等虛擬效果與真實環境高度近似，其不僅可強化學生用戶情境體驗，所存在的感覺也無需物理存在，促使專業學習跨越了地理位置限制，學生無需脫離教室便可身臨其境地完成實踐訓練，從而提高專業知識實踐應用能力。

（三）構想性

構想性也就是想象性，學生可在虛擬環境下基于想象、推理、模擬等多元化思維過程進行創造與聯想。構想性可促使學生身處虛擬環境內重現真實的專業知識應用實踐操作場景，可構建客觀現實世界中不存在或不會出現的實踐訓練場景，促使學生在虛擬學習環境下有機發揮想象力，積極學習專業技能相關知識，鍛煉專業知識應用能力。

二、學生課堂參與度分析

傳統高校教學課堂環境中，教師主要采取互問互答的教學模式，或者劃分學生為小組以彼此討論并分享自身學習觀點與問題。隨著新課程創新改革理念的逐漸深化，我國高校開始實施創新發展教學觀念與授課方式，以充分滿足學生學習需求的基礎上提高學生課堂參與度，從而實現課堂教學效率的有效提升。新型教學理念引導下，教師和學生之間的關系日趨平衡與對等，教師開始意識到多元化教學的重要意義，且了解了基于學生視角思考并理解學生學習需求。基于此，教師的創新教學理念可為學生打造更多思考空間和實踐機會，以促使其在課堂有限時間之內充分掌握專業知識與技能，以此為未來就業奠定堅實基礎。

高效和高質量學習是基于積極主動參與，其并不是簡單的教學與學習的關系。教師不僅要歸還課堂主導權于學生，還要立足于學生視角了解學生學習需要，盡量面向學生傳輸專業知識。在現階段社會環境下，日趨激烈的競爭壓力使得大學生會覺得難以適應，為了促使大學生形成強大的適應能力，教師需適度創新優化既有教學方案和教學內容。只有與時俱進，全方位結合社會與企業的人才需求，當代大學生學習主動性與課堂參與意識才會得到充分激發，從而為后續成長發展積淀豐富經驗與實踐基礎。

三、基于虛擬現實技術的學生課堂參與度提高策略

虛擬現實技術可在學習中呈現為多態化場景與模型，以賦予學生直觀生動的感知體驗，賦予學生更加真實學做一體化平臺以置身參與其中，實現專業知識的實踐應用，以有效解決概念與定理等所存在的疑難困惑，可通過直接應用，以問題解決過程培養學生創新創造思維，嘗試融入虛擬現實技術以創新優化既有教學范式，以促進虛擬現實技術在專業教學中實現從基礎應用向深度融合的過渡，從而實現基于技術推進學習的真正價值。

（一）以直觀資源親身體驗，切實獲取知識內容

就專業知識表征方式而言，可具體劃分為抽象表征和具象表征兩種，其中抽象表征即抽象層面的普遍規律；具象表征即實踐層面的直接經驗。以前的學習范式中學生普遍獲取的便是抽象表征，受制于學習控制限制無法獲取具象表征，學生難以真切感受知識存在，無法實現知識和真實事物之間的有機關聯。抽象學科知識和具體事例之間的有機結合，可形成更加科學有效的學習成果。所以，基于虛擬現實支持，學生可開展有關操作以感知信息與獲取活動經驗，在構建抽象概念時感知知識現實存在的具體形態，提高知識表征完整度與豐富度，從而構成穩定且全面的認知結構體系。

首先，以動態操作，感受知識表征。學生對于虛擬現實系統內環境和事物的操作，可獲取主體性動作經驗，長期積累豐富，以此彌補文字和視聽符號的缺陷，且于持續更新和深化對于客體知識的認識過程中實現雙向對象化，在具備知識抽象概括能力的基礎上還可以將其對應于實際事物中。在新知識學習環節，基于合適的引導或者示范，鼓舞學生縮放、移動、旋轉虛擬現實事物，以此直觀操作獲取知識具象表征，以構成以觀察和操作為載體的直接經驗。在知識理解環節，單純依賴于抽象思考根本無法切實有效理解并吸收，還會導致學生積極性下降。但是，基于虛擬現實事物實際操作可調動學生學習興趣與熱情，提高學生學習動機，以此在探索和操作、交流和思考中深層理解并延展專業知識。在假設驗證環境，學生針對既有概念和定理等疑惑，可以直觀操作在實際事物內發現真實依據或者驗證其科學合理性，深入理解知識的基礎上構成尊重事實與追求依據的積極態度。

其次，以具身學習，身體感官參與。具身認知主張大腦的認知產生主要依賴于身體各感官運動器官之間的有機協調發揮，身體的參與度越高，通路便會更加活躍，感覺系統則會感知到更多元化的信息，構成的認知也會更豐富完善。所以，認知形成依賴于直接經驗與感性經驗的結合，需身體感覺運動器官切實參與到學習中去感知體驗并共情理解。學生對于虛擬事物的實踐操作是基于身體經驗的具身學習，也就是基于身體認知的形式構建對于外界事物的知覺映像和初級概念，以實現和外部事物之間的實質關聯。抽象認知深深扎根于身體感官和體驗中，基于身體經驗構建的具體事物和抽象概念之間的關聯性，使得對于學科知識的理解更加深化。通過身體感知、體驗信息的多元化存儲形式，學生可切實融合抽象表征和具象表征。學生通過加工語言和文字等抽象符號，獲取對于直觀事物的本質認識，且結合對于虛擬現實的感知操作以獲取直觀認識，在持續的顯性操作和隱性操作過程中不斷構建豐富表征，從而深化自身認知。在感知操作過程中，學生基于觸覺和視覺等感官渠道感知信息，可優化并改善信息于大腦中的編碼層次和水平，以此強化知識記憶的穩定性與持久性。

（二）以情景模擬知識應用，轉化知識為實踐能力

情景模擬知識應用實際上是學生基于虛擬現實技術所呈現的虛擬實驗室與虛擬場館等模擬仿真環境內探索并交互從而實現項目任務，基于學做一體化過程培養知識實踐應用意識，促使學生通過自主探究和項目任務完成經歷并構建認知沖突，從而以實時交互調整加深理解并健全學生既有知識結構以獲取經驗能力。

首先，以趨向于真實的模擬項目引發認知沖突。虛擬現實模擬情境內的學習側重于讓學生以自主探究與合作學習等方式親身實踐，實現更加接近真實的項目任務，構成既定模擬制品。學生在持續設計制作和感悟體驗時，可加深對于專業知識的理解，逐步形成認知體驗且豐富經驗。就知識學習而言，只有在經歷且經過實時調節解決認知沖突之后，才可以使得學生認知活動得以持續豐富。學生于虛擬現實環境下自主探究并完成項目任務時，會隨之衍生新認知沖突。其一虛擬現實模擬情境具備豐富與交互特性，可讓學生切身感受到知識情境屬性和真正的社會、文化價值，其沉浸性可在很大程度上幫助學生全方位理解專業知識；其二學生生成制品時需轉變抽象符號為形象的三維模型構建，其中相同內容的不同表征方式會給學生帶來認知沖突；其三學生完成項目任務、構成三維制品和既有模型資源之間的反差，可讓學生在模型設計時的思考方式、解決策略、模型構建等形成認知沖突。認知沖突突破了知識是規定抽象符號觀念的限制，其調解過程需在和環境事物持續交互時主動建構，也就是基于持續生成修正并深化既有認識，已構成全面化認知結構。

其次，以臨場知識應用構成實際經驗能力。學生在模擬情景下完成項目任務是對于學科知識的深層理解和真正價值追求，其本質是指引學生樹立知識應用意識，在臨場知識應用中構成實際經驗能力。所以，在虛擬項目任務完成時，先鼓勵學生自主深入探究并嘗試，鼓勵其在實踐操作時發散思維，生成多元化的知識實際應用方式，以培養其知識綜合創新應用能力。同時確定反思維度，以促使學生實現有效的階段性反思。在學生項目計劃和模型設計時，根據學生實時表現和學習體驗，在實踐過程中，引導學生思考所面臨的困境與可行性對策，使得學生構成及時反思，調整動態化循環機制。項目任務完成之后，由知識應用、操作流程、結構構件等多視角著手，推動學生反思實踐操作，以彌補自身缺陷，并總結積累經驗。在項目任務順利完成時，讓學生有意識地詳細記錄知識理解與實踐應用、項目任務計劃與實施時的知覺感受等重點，并匯總整合以總結得知核心知識理解、應用、項目任務完成方法等等。在整個過程中學生知識經驗逐漸豐富構建，深層概念與意義合理構建，使得知識理解轉換為經驗能力。

（三）以解決真實場景問題，使知識轉向于思維

虛擬現實技術在教育中的應用需基于真實情境轉化真實學習場景。對于虛擬現實本質來講，其是現實世界場景的映射，是感知體驗信息、知識學習應用、時間解決問題的實訓載體，所以可強化知識學習和真實場景之間的有機聯系。虛擬場景的感知體驗和問題解決并不是虛擬現實的整體價值，最終價值是促使學生從虛擬場景學習中回歸到真實場景學習中，使得其可以在真實場景中遷移與反思，以專業知識審視并解決真實場景的現實問題，以此不斷構成知識對應思維。

首先，虛擬與真實場景的有機關聯感知。指向真實場景問題實際解決，主張把真實世界存在的問題在虛擬場景內重現并加以解決，如此學生的知識實際應用并不是為了脫離真實場景和事物想象，而是以真實場景實際問題感受現實原型的感知、體驗等實踐過程，使得知識應用和問題解決與真實場景姿態高度相符，引導學生構建知識和真實場景之間的聯想機制，促使知識理解不再局限于既有模式，推動知識在各種情境之間的遷移，從而理解專業知識問題解決的真正價值。

其次，知能與心智相結合結構的學習成果。項目任務融合以真實場景問題著手，可促使學生以專業知識發現問題、采集資料、制定策略、設計模型，從而解決現實問題并加以創新優化。所以學生以往獲取的專業知識便構成了學生的知能結構，在利用知能結構解決外部問題的時候，其作用于外部客體的認識結果便演變成了心智結構。心智結構即學生在和外部環境世界實時交互時構成的可維持自身機能并推動自身發展的認知能力，其可使得個體通過實際行動有效解決問題。學生合理利用虛擬現實構建的環境資源，在和環境互動時持續加深并豐富既有知能機構，并以所學專業知識發現并解決環境內存在的問題，此過程可逐步構成面向未來且適應未知環境的智能心智有機結合結構，從而構成切實有效的認知成果。