基于沉浸式VR技術(shù)的在線協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計策略探究

王婧瑤 林琳

摘要：沉浸式VR技術(shù)作為一種新興技術(shù)，發(fā)展迅速，效果可觀，利用沉浸式VR技術(shù)開展在線協(xié)作學(xué)習(xí)，為學(xué)生與教師提供了更為廣闊的學(xué)習(xí)模式與教學(xué)模式。本文闡述了沉浸式VR技術(shù)及在線協(xié)作學(xué)習(xí)的內(nèi)涵，以此論證了沉浸式VR技術(shù)在開展在線協(xié)作學(xué)習(xí)方面的優(yōu)勢，提出基于沉浸式VR技術(shù)的協(xié)作學(xué)習(xí)活動設(shè)計與評價設(shè)計，以期有效指導(dǎo)基于沉浸式VR技術(shù)的在線協(xié)作學(xué)習(xí)活動的開展。

關(guān)鍵詞：沉浸式；VR；虛擬空間；在線協(xié)作學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）08-0084-04

近年來，VR技術(shù)和虛擬產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，VR融合AR、MR、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)，能形成更符合學(xué)習(xí)者需求的消費(fèi)級產(chǎn)品。[1]然而將VR技術(shù)的優(yōu)勢應(yīng)用在教育領(lǐng)域，僅僅依靠技術(shù)創(chuàng)新遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更需要關(guān)注如何合理利用VR技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)水平提升，如何將VR技術(shù)優(yōu)勢融入多種學(xué)習(xí)策略中。沉浸式VR技術(shù)作為VR技術(shù)的一個分支，以其體驗感更加真實、沉浸感更強(qiáng)、交互具有實時性等特點(diǎn)脫穎而出；而在線協(xié)作學(xué)習(xí)，是指學(xué)習(xí)者與教師可以將教與學(xué)時空分離實現(xiàn)協(xié)作學(xué)習(xí)。當(dāng)下，教育領(lǐng)域多數(shù)通過在線的遠(yuǎn)程系統(tǒng)來充當(dāng)虛擬社區(qū)，以進(jìn)行信息交流和合作教育，但正如哈佛教師Rebecca Nesson所說：“不論一個遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)多么好，你和你的學(xué)生之間還是會存在一些內(nèi)在的隔閡。”遠(yuǎn)程教育平臺不論是教學(xué)模型云平臺建設(shè)、教學(xué)模型資源的檢索方法還是教學(xué)環(huán)境虛擬場景的構(gòu)建方法[2]，都不如虛擬空間，因此，將沉浸式VR技術(shù)應(yīng)用于在線協(xié)作學(xué)習(xí)中，才是未來的形勢所趨。

沉浸式虛擬現(xiàn)實的概念

沉浸式虛擬現(xiàn)實（immersive Virtual Reality，簡稱IVR）提供參與者完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬世界之中的感覺。常見的沉浸式系統(tǒng)有基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。其可以在虛擬環(huán)境中營造學(xué)習(xí)氛圍，并創(chuàng)造適合于學(xué)習(xí)者本身特性的學(xué)習(xí)環(huán)境，對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效果都有著很大的作用。

在線協(xié)作學(xué)習(xí)的含義

協(xié)作學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者以小組或團(tuán)隊的形式，在共同的目標(biāo)和一定的激勵下，獲得最大的個人、小組學(xué)習(xí)成果而進(jìn)行合作互助的一切相關(guān)行為。[3]而在線協(xié)作學(xué)習(xí)，是將協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)活動等打破空間限制，通過技術(shù)鏈接，實現(xiàn)協(xié)作學(xué)習(xí)。在線協(xié)作學(xué)習(xí)可以實現(xiàn)教與學(xué)的多元化，鼓勵學(xué)生去發(fā)明探索創(chuàng)新的方式，學(xué)生可以通過共享資源對既定任務(wù)進(jìn)行交流、討論，在探索解決問題方案的過程中形成自己的理解，進(jìn)而達(dá)到對學(xué)習(xí)內(nèi)容的深刻掌握。

沉浸式VR技術(shù)在在線協(xié)作學(xué)習(xí)方面的優(yōu)勢

在美國緬因州國家訓(xùn)練實驗室提出的學(xué)習(xí)金字塔理論中，以數(shù)字形式記錄了學(xué)習(xí)者在兩周以后還能記住的學(xué)習(xí)內(nèi)容（平均留存率），平均留存率在30%以下的均為傳統(tǒng)意義上的被動學(xué)習(xí)，50%以上的均為主動學(xué)習(xí)，包括討論、實踐、教授給他人。在沉浸式VR環(huán)境下開展協(xié)作學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在虛擬環(huán)境下進(jìn)行討論、實踐等交互行為，不僅可以充分利用新型信息科技創(chuàng)新課堂模式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還能推進(jìn)教育現(xiàn)代化的發(fā)展。在沉浸式VR技術(shù)的支持下開展協(xié)作學(xué)習(xí)具有如下獨(dú)特優(yōu)勢。

1.打破時空限制，創(chuàng)設(shè)豐富的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境

傳統(tǒng)協(xié)作學(xué)習(xí)的開展往往要求學(xué)生和教師在同一時空下，由教師主持，學(xué)生開展協(xié)作學(xué)習(xí)，而在沉浸式VR技術(shù)的支持下，協(xié)作學(xué)習(xí)可以打破時空限制，根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)豐富多元的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境，將書本中的知識加以綜合分析，進(jìn)而形成生動有趣的虛擬教學(xué)內(nèi)容，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，化被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，在虛擬的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境下進(jìn)行意義建構(gòu)，促進(jìn)對新知識的掌握，提高學(xué)習(xí)效率。

2.支持雙向交互，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗

在虛擬現(xiàn)實世界中，師生之間、生生之間、師生與虛擬內(nèi)容之間均可實現(xiàn)交互。學(xué)生可以就需解決的問題與教師進(jìn)行交流、探討，學(xué)生之間可以對目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行分析，互相表達(dá)想法，教師與學(xué)生可以根據(jù)具體情況選擇相應(yīng)的虛擬內(nèi)容，用于輔助協(xié)作學(xué)習(xí)。這種交互性反映了“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)原則，每一名學(xué)生都參與其中，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗感，有助于培養(yǎng)學(xué)生的合作意識。

3.降低教學(xué)成本，拓寬學(xué)習(xí)路徑

在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于教學(xué)場地、基礎(chǔ)設(shè)施等方面的影響，許多教學(xué)活動都無法進(jìn)行。但在沉浸式VR技術(shù)的支持下，可以為教師與學(xué)生提供接近真實世界的學(xué)習(xí)場景，在場景中進(jìn)行協(xié)作實驗學(xué)習(xí)，在保證教學(xué)效果的前提下節(jié)省成本，而且優(yōu)質(zhì)的教育資源也不再受限，所有學(xué)生都可以共享學(xué)習(xí)資源，學(xué)習(xí)路徑更為廣泛。

基于沉浸式VR技術(shù)的在線協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計

在虛擬空間下，首先確定目標(biāo)任務(wù)，利用沉浸式VR技術(shù)和目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行學(xué)生、教師、虛擬對象分析，劃定協(xié)作小組；接著在虛擬空間中開展協(xié)作學(xué)習(xí)，主要協(xié)作學(xué)習(xí)策略包括競爭、合作、伙伴、角色扮演，以協(xié)作學(xué)習(xí)策略為根基開展協(xié)作學(xué)習(xí)活動，最后進(jìn)行學(xué)習(xí)效果評價。設(shè)計框架如下圖所示。

1.基于沉浸式VR技術(shù)的協(xié)作學(xué)習(xí)前端分析

①學(xué)習(xí)者是協(xié)作學(xué)習(xí)活動中的唯一主體，對其進(jìn)行分析是基于沉浸式VR技術(shù)的協(xié)作學(xué)習(xí)中最為重要的環(huán)節(jié)。只有了解學(xué)習(xí)者的基本狀況、學(xué)習(xí)風(fēng)格、VR使用狀況等，清晰地界定使用對象，才能做到有效利用。例如，針對學(xué)習(xí)風(fēng)格為沉思型的學(xué)習(xí)者，應(yīng)盡量提供較為抽象且需多方面衡量的目標(biāo)任務(wù)，促進(jìn)其知識形成；而針對學(xué)習(xí)風(fēng)格為沖動型的學(xué)生，應(yīng)盡量提供需細(xì)致考慮、具體分析的目標(biāo)任務(wù)，克服其沖動型認(rèn)知行為。

②沉浸式VR技術(shù)對教師提出了新的要求，在沉浸式VR環(huán)境下，在開展協(xié)作學(xué)習(xí)前，必須對教師進(jìn)行分析，分析維度包括教師教學(xué)能力、空間轉(zhuǎn)換能力以及創(chuàng)造能力。其中，教師教學(xué)能力要求教師能夠?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容和目標(biāo)與沉浸式VR環(huán)境的虛擬內(nèi)容相結(jié)合，選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段來完成教學(xué)；空間轉(zhuǎn)換能力要求教師能夠?qū)崿F(xiàn)教師與學(xué)生的角色轉(zhuǎn)換、虛擬與現(xiàn)實世界的場景轉(zhuǎn)換；創(chuàng)造能力要求教師能夠根據(jù)協(xié)作學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)設(shè)置陷阱，創(chuàng)造故事，加深學(xué)生在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中的知識印象。

③協(xié)作小組是協(xié)作學(xué)習(xí)模式的基本組成部分。在虛擬現(xiàn)實中，主要是由參與協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)生與虛擬內(nèi)容進(jìn)行交互，然后根據(jù)學(xué)生的特征進(jìn)行劃分。一般采用互補(bǔ)的形式劃分，這樣有利于提高協(xié)作學(xué)習(xí)的效率。

④虛擬內(nèi)容是指學(xué)生在進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)時在虛擬環(huán)境下所借助的工具，這些工具既可以是多媒體信息、虛擬場景，也可以是根據(jù)目標(biāo)任務(wù)而創(chuàng)設(shè)的虛擬角色等，如沉浸式VR技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)歷史人物、偉人、名人等各種人物形象，使學(xué)生在自然、親切的氣氛中學(xué)習(xí)。在虛擬內(nèi)容的加持下，可以豐富學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣。

2.基于沉浸式VR技術(shù)的一般協(xié)作策略

①競爭。在沉浸式VR環(huán)境下，針對相同的總目標(biāo)任務(wù)，學(xué)生可以進(jìn)行組內(nèi)競爭或者組間競爭，學(xué)生應(yīng)明確各自任務(wù)的完成程度對實現(xiàn)總目標(biāo)任務(wù)的重要性。通過競爭性的學(xué)習(xí)，可以提高學(xué)生的積極性和主動性，在橫向?qū)Ρ认绿嵘湔J(rèn)知水平。

②合作。針對共同的學(xué)習(xí)任務(wù)，協(xié)作小組成員發(fā)揮自身所長，在學(xué)習(xí)過程中互相爭論、幫助，從而完善觀點(diǎn)，共同提高。沉浸式的VR環(huán)境支持學(xué)生通過多種方式合作，其中包括針對同一問題進(jìn)行討論、一起完成實驗等。

③伙伴。在沉浸式VR環(huán)境下，可以根據(jù)學(xué)生特征自動匹配擁有共同學(xué)習(xí)目標(biāo)的伙伴，在缺失組員帶動的情況下，系統(tǒng)可以預(yù)先設(shè)定好相應(yīng)的虛擬組員角色，以協(xié)助完成難度較大的任務(wù)。

④角色扮演。傳統(tǒng)的協(xié)作學(xué)習(xí)支持不同學(xué)生分別扮演學(xué)習(xí)者和指導(dǎo)者，在沉浸式VR環(huán)境下，學(xué)生能夠扮演的角色更加豐富，系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生需要三維模擬出對應(yīng)服飾，使其真正體驗到樂中學(xué)。

3.基于沉浸式VR技術(shù)的協(xié)作學(xué)習(xí)活動設(shè)計

①目標(biāo)任務(wù)設(shè)計。目標(biāo)任務(wù)是開展協(xié)作學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，基于沉浸式VR技術(shù)的在線協(xié)作學(xué)習(xí)要以學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格等為基準(zhǔn)，依據(jù)學(xué)習(xí)者需要掌握的技能、知識來設(shè)定目標(biāo)任務(wù)，在不同學(xué)習(xí)者的差異上設(shè)計真實的目標(biāo)任務(wù)，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)。協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計要確保子任務(wù)間具有互賴關(guān)系，有利于小組成員間的合作和每個成員的積極參與。[4]在設(shè)計目標(biāo)任務(wù)時，應(yīng)對目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行分解，使其成為若干個子任務(wù)，使學(xué)習(xí)者在虛擬空間中通過完成一個個子任務(wù)來逐步完成目標(biāo)任務(wù)。還應(yīng)該在虛擬環(huán)境中給出目標(biāo)任務(wù)、完成目標(biāo)任務(wù)的時間及要提交的成果，以便組內(nèi)成員可以實時查看任務(wù)完成進(jìn)度。

②活動框架設(shè)計。在分析學(xué)習(xí)者完成目標(biāo)任務(wù)路線的基礎(chǔ)上，根據(jù)目標(biāo)任務(wù)的特征，預(yù)想學(xué)習(xí)者的完成情況；統(tǒng)計出學(xué)習(xí)者進(jìn)行目標(biāo)任務(wù)的中間狀態(tài)和最終要求，形成學(xué)習(xí)者在進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)時的導(dǎo)向路線，指引學(xué)習(xí)者進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)。

③工具設(shè)計。在開展不同的協(xié)作學(xué)習(xí)活動時需要學(xué)習(xí)者對工具進(jìn)行具體認(rèn)知，使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ呖梢允箤W(xué)習(xí)者在完成協(xié)作學(xué)習(xí)的過程中事半功倍。在虛擬空間中能夠提供的協(xié)作學(xué)習(xí)工具更為多樣，主要以目標(biāo)任務(wù)為依據(jù)提供工具，如在開展實驗教學(xué)時，目標(biāo)任務(wù)為完成具體實驗操作，而虛擬空間可以提供實驗設(shè)備等工具，學(xué)習(xí)者利用虛擬空間提供的實驗設(shè)備進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，增加其在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中的參與度。由此可見，協(xié)作學(xué)習(xí)過程中的工具設(shè)計極為重要。

④方法指導(dǎo)。針對目標(biāo)任務(wù)，可以通過多方面對學(xué)習(xí)者進(jìn)行指導(dǎo)，以提升學(xué)習(xí)者的協(xié)作學(xué)習(xí)效率。在提供方法指導(dǎo)時，要充分考慮學(xué)習(xí)者的初始能力，最大化發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主體作用。方法指導(dǎo)包括教師指導(dǎo)與虛擬內(nèi)容指導(dǎo)，教師指導(dǎo)應(yīng)以教學(xué)目標(biāo)為主，在指導(dǎo)過程中確保學(xué)習(xí)者在目標(biāo)任務(wù)完成后能夠達(dá)到對基本知識及能力的掌握；虛擬內(nèi)容指導(dǎo)應(yīng)通過預(yù)估學(xué)習(xí)者可能出現(xiàn)的問題適當(dāng)指導(dǎo)。

4.基于沉浸式VR技術(shù)的在線協(xié)作學(xué)習(xí)評價設(shè)計

協(xié)作學(xué)習(xí)評價是“對學(xué)習(xí)者的協(xié)作學(xué)習(xí)活動質(zhì)量做出客觀衡量和價值判斷的過程，主要關(guān)注的是學(xué)習(xí)者個體和協(xié)作小組在學(xué)習(xí)活動中的行為表現(xiàn)”。[5]沉浸式VR技術(shù)支持評價者回看在完成目標(biāo)任務(wù)的過程中學(xué)習(xí)者的三維實時演示畫面，學(xué)習(xí)者還可以選擇多種評價方法，形成具體評價。不論是哪種類型的虛擬現(xiàn)實教育系統(tǒng)，在評價中都應(yīng)包含對知識與技能、過程與方法以及情感態(tài)度與價值觀這三個維度的評價。

①知識與技能評價設(shè)計。知識與技能評價為學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境下在進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)過程中所形成的在知識層面上的認(rèn)知、在技能層面上的掌握。該評價可依靠完成目標(biāo)任務(wù)后的鞏固練習(xí)情況開展，包括完成練習(xí)所用的時間、練習(xí)的正誤等。教師可借助虛擬系統(tǒng)生成形式多樣的練習(xí)方式，學(xué)習(xí)者通過完成練習(xí)進(jìn)而形成知識與技能評價。例如，在完成物理實驗類的目標(biāo)任務(wù)后，教師通過虛擬系統(tǒng)選擇練習(xí)題目，題目類型可為問答題和實踐題，學(xué)習(xí)者通過回答和進(jìn)行具體操作形成評價。

②過程與方法評價設(shè)計。這是知識與技能評價的進(jìn)一步評價，是指對于目標(biāo)任務(wù)，學(xué)習(xí)者是否對其掌握、使用或復(fù)習(xí)的方法和過程。此評價應(yīng)該貫穿基于沉浸式VR技術(shù)的在線協(xié)作學(xué)習(xí)始終。該評價可由教師與虛擬系統(tǒng)共同給出，教師實時察看或回看學(xué)習(xí)者的三維演示畫面進(jìn)行評價，虛擬系統(tǒng)可根據(jù)目標(biāo)任務(wù)的子任務(wù)完成情況給予綜合評價。

③情感態(tài)度與價值觀評價設(shè)計。由于學(xué)習(xí)者的情感變化并不是立竿見影的，需要通過長期的觀察，所以此評價具有特殊性。此評價可以利用虛擬系統(tǒng)進(jìn)行訪談、情境測驗、成長記錄等，主要關(guān)注學(xué)習(xí)者的過程參與、情緒體驗和交流互動，注重學(xué)習(xí)者的內(nèi)心感受，從而發(fā)揮評價的診斷、激勵和發(fā)展的功能。

結(jié)語

沉浸式VR技術(shù)應(yīng)用在在線協(xié)作學(xué)習(xí)過程中，能完善協(xié)作學(xué)習(xí)模式，優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)模式的效果。對通過沉浸式VR技術(shù)實現(xiàn)交互學(xué)習(xí)的應(yīng)用實踐研究還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，但可以看出，在信息技術(shù)不斷發(fā)展的時代，基于沉浸式VR技術(shù)的協(xié)作學(xué)習(xí)充滿無限可能。

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作者簡介：王婧瑤（2001.10—），女，漢族，現(xiàn)為遼寧師范大學(xué)計算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院教育技術(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生，主要研究方向為線上線下協(xié)作學(xué)習(xí)研究。林琳（1987.11—），通訊作者，女，漢族，碩士學(xué)位，工作單位為遼寧師范大學(xué)計算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，講師，主要研究方向為基礎(chǔ)教育信息技術(shù)有效教學(xué)。