VR游戲化教學在中職“C語言”課堂中的研究與應用

郭 瑾 徐士雯 厲昌鳳 高 偉

遼寧師范大學計算機與信息技術學院 遼寧大連 116000

VR技術可從多種感官角度出發,利用視覺還原、模擬教育場景等技術方法,讓學生在VR環境中產生身臨其境之感,以增強學習者的獨立性,同時降低學習焦慮。VR游戲在課程中應用則能夠為學生們創設互動環境,將知識融入游戲化教學體系,打造沉浸式游戲體驗,以期提升高質量的教育互動,符合杜威“做中學”的教學宗旨。本文以“C語言”課程為例,論述游戲化教學和VR技術在中職課堂中的具體應用與提升,突出體現VR游戲化在教育方面的優勢。

一、國內外研究現狀

目前,國內外教育研究者將VR技術應用于各科的教學中,來增強學習者對課堂的參與度。將VR與游戲化教學相結合是對傳統教學模式的一種拓展。

參考文獻[1]中的國外學者在醫學中利用VR 3D場景與游戲程序結合,通過游戲程序學習與3D對象交互的人體骨骼。參考文獻[2]中作者為了能夠幫助學生更好的學習搜索算法,讓學生參與VR迷宮游戲,引導學生進行下一步的算法搜索,提高學生的學習興趣與挑戰心理。參考文獻[3]在化學學科中采用3D藥物化學模型,作者通過VR游戲提供藥物化學模塊知識,使學生能夠在3D可視化效果中與化學結構交互,提高學生的課堂表現與自我效能感,讓學生主動探索配置化合物模型。參考文獻[4]中作者還通過VR環境對學生學習方面的影響進行探討研究,在實驗中通過控制組設計模型的方法,得出VR沉浸式教育環境能夠有效培養學生思維的創造力與影響力的結論。參考文獻[5]中作者在建筑與工程課中通過游戲機制情境化的方式來加強學習過程,并采用虛擬現實技術來創建3D藝術,提高3D建筑設計的成就,利用VR的顯示器讓學生們沉浸式的按自己想法設計創建出一個虛擬島。在電視節目制作課程中,參考文獻[6]中作者利用VR平臺進行游戲化學習,將游戲界面分為學習指導模式、探究模式、練習模式和社區模式;教師將每章教學內容作為一個層次,以完成階段性游戲任務的形式呈現出來,學生們可以在VR環境中進行練習探究。

國內學者張春麗[7]通過將VR手段運用到有關美術歷史的教學課程中,通過展示美術作品的空間性,還原出了藝術環境,使學習者沉浸式投入到對美術作品的欣賞和學習過程中,從而構造了互動學習和虛擬想象。張浩等[8]利用VR技術將學生置身于特定的學習活動情境中,通過對學生的感官進行直接刺激,從而獲得與外部教學環境的交互作用,進而激發學生自身的探究欲望及情感反映,培養學生主動探究的能力。劉煉等[9]鑒于舞蹈課程的實踐性與生動性,他們認為舞蹈課程中的VR系統應該滿足學生們沉浸式的真實體驗,讓他們在VR情境中感受真實的傳統舞蹈課堂。高義棟等[10]以VR技術沉浸式的特點探討了紅色VR體驗館的設計案例,對VR展館的開發與應用模式進行分析,使學生可以通過VR置身于場館環境之中去體驗紅色文化。曲茜美等[11]基于情境故事視角搭建出MOOC游戲化教學的模型,通過對游戲化模型的設計開發,深層次地激發學生內部動機,并與VR技術結合,沉浸式地提高學習體驗感。張露等[12]則從學習體驗角度出發,構建出游戲化學習體驗理論模型的框架,分別從學習體驗感的三種類別:情境體驗、協作體驗、動機體驗來分析VR游戲化學習環境能夠讓學習者獲得各種認知體驗,理解抽象知識概念。張露等[13]還在情境體驗與動機體驗的基礎上為分數游戲進行設計,以確保游戲在教學中能夠科學有效地發揮作用,從而激發學生學習興趣。王春麗等[14]利用游戲化學習來增強學習者在線學習的持續動機,以此提高在線課堂趣味性與學生專注性。

綜上可知,VR技術在國內外教育領域的應用發揮著巨大作用,更有利于把“以學習者為中心”的教育思想貫徹到整個教育進程中,為學生們拓展新的視角與感受。VR沉浸式游戲化教學不僅能夠為教育領域的發展做出有益的補充,同時也為學生的學習體驗營造了更強烈的參與感。

二、VR游戲化教學可行性

虛擬現實技術(Virtual Reality,縮寫為VR)是20世紀開發起來的一項嶄新的應用技術。其最主要的實現方式是利用計算機技術建立一個三維立體的虛擬環境,并以此給用戶帶來一種身臨其境的體驗感受。而這種沉浸式的體驗是VR的核心特點,VR沉浸式游戲化教學體驗符合學生學習動機主動進行構建的過程。無論是在教學情境導入階段還是在教學過程中,VR沉浸式游戲化學習都能夠調動學生學習的積極性,調整學生的學習狀態,為學生們建構知識理解的學習情境,增強學習者的臨場體驗感。

(一)VR游戲化教學有助于學習過程直接經驗獲取

戴爾的“經驗之塔”學說中指出,所有的教學活動都應從具體實踐經驗開始,并進而向抽象經驗發展。在“C語言”的學習中,課堂知識抽象化,編碼程序難以理解,教師的直觀講解往往得不到預期的教學效果,中職學生并無此類認知經驗,不利于理論知識的實際應用。而沉浸式的VR游戲化學習體驗可以讓學生的感官直接沉浸在所創建的三維VR環境中,對抽象知識進行直觀地理解,并從操作視角參與知識游戲任務。學生身臨其境反復實踐獲取經驗,加深對所學知識的理解。因此,沉浸感帶來的多重表征與感官刺激能驅使學生從主觀角度去切實感受抽象知識在VR游戲中具體的應用與體現,從而彌補中職學生們直接經驗的不足,使教學活動更加具體。

(二)VR游戲化教學有助于激發內驅動力

建構主義的研究者們指出,學習過程是學生自主建構信息的行為,而并非主體被動獲得信息的行為。與傳統學習方法比較,VR豐富多彩的視覺表象使學生在置身不同的游戲場景中學習編程知識,協同解決問題,提升學習品質。VR的沉浸性取決于其互動性的優勢,學生在游戲任務中高度沉浸,增加自身的滿足感、成就感、樂趣感,跨越學習障礙,促進內部動機形成,相比于被動灌輸的學習狀態,沉浸式游戲化學習更能激發學生自主探究的能力。

(三)VR游戲化教學有助于開拓認知與想象

VR沉浸式游戲化教學應用于“C語言”課堂能夠讓學生在體驗的基礎上,潛移默化地培養計算思維、開拓認知領域、舉一反三地進行知識遷移,幫助學生習得客觀世界中感性與理性的認知,使學生在自己獨特的思維空間中開發自己的想象力與創造力。學生們在VR游戲化教學情境中不僅掌握相應的知識點,而且能夠進一步開發創新思維,提升想象與認知能力。

VR技術與游戲化教學相結合,為教學情境的創設與學生直接經驗的習得創設了良好的條件,從根本上解決中職學生的學習心態,啟迪學生們的創新思想,使課堂的各個階段都能凸顯學生的主導地位。

三、基于VR游戲化學習理念的課程教學設計

通過游戲化教學提高教學趣味性是不夠的,研究的主要目標是以此方式提升教學效果。在引入游戲化教學前,教師不僅要對教學知識充分掌握,也要對VR游戲化的沉浸式教學有深刻理解,并在理論基礎上提高課程的整體趣味性。

(一)VR游戲情境式知識學習

冒泡排序知識授課過程中,學生們戴上VR眼鏡進入教師創設的NBA籃球賽場的情境中。球場上有姚明、詹姆斯、安東尼等十位球員,每個人的身高不同,教師通過VR動畫對各個球員身高采用冒泡排序的方法從小到大進行順序排列,生動講解冒泡排序算法的全過程。隨后基于人機交互模式設置投籃小游戲來進行知識點闖關挑戰,答對則投籃成功,以此方式來掌握鞏固學生們對所講知識的理解情況。

與此同時,教師通過學生的挑戰狀況來掌握學生們在學習過程中的實際狀況和表現,做到理論與實踐相結合。完成任務的學生可以獲得游戲積分,以此激發學生的競爭意識,充分發揮學生學習的主觀能動性,加深課堂知識點的理解。

(二)VR游戲沉浸式合作學習

關于ASCII碼編程的教學過程中,教師提前創設出密室逃脫的游戲情境,按照學生學習能力的不同將學生們優化組合成各個小組,并選擇一名組長。所有小組團隊戴上VR眼鏡進入密室情境,尋找知識線索進行答題。首先,開始進行ASCII碼值的互換問答,要求每個人都能準確說出對應的ASCII值。其次,教師將寫有ASCII碼值進行大小寫轉換的各句程序分散在密室各個角落,學生們分工協作找到程序語句將其正確拼湊。最后,進行程序編寫,如將字符串“mrsoft”進行加密解密。在此游戲過程中,學生們可以通過完成一些知識點問答互動來獲取教師留下的線索引導,知識線索多為課堂知識與另一個知識或之前所學知識之間的聯系。同時,教師創設的密室情境符合教學設計,密室的任務難度符合學生們的最近發展區,促使所有小組成員共同參與討論,循序漸進地在游戲中復習串聯所學的知識點,促進知識遷移,為每個學生提供足夠實踐機會,滿足學生多元發展需求。在一次次成功的團隊協作之后,學生的自我效能感增加,有效激發了學生學習的主觀能動性,從而達到教學目的。綜上,這種沉浸式的團隊協作方式,可以顯著提高學生參與的積極性,并提高學習效率。

(三)VR游戲探究式操作學習

在“C語言”的學習過程中,遞歸算法一直是學生們不易理解的難點,而漢諾塔小游戲的原理正應用了遞歸算法。遞歸算法分析過程的本質是逆向思維,復雜而抽象,學生在學習遞歸問題時只能憑空想象,在思維邏輯上會發生混淆,很難理清思路。教師采用VR呈現漢諾塔小游戲的世界,主界面為動畫演示區和操作控制區,動畫展示區的左側設計了三個帶底座的柱子代表漢諾塔問題中塔內的三個座A、B、C。在A座上設計了6個從大到小的盤子,左側為代碼展示,學生在觀看動畫的同時,了解代碼的具體操作流程,更深入地了解遞歸函數的實質內涵,從而比較全面地掌握遞歸的具體流程。右側為操作控制區,學生可以通過VR來操作移動盤子,通過動畫演示區掌握漢諾塔的移動規律,只要符合漢諾塔的移動規則就可以隨意移動,教師指定游戲規則,當學生將A座盤子成功放入C座,用時最短的學生將會獲得金幣獎勵。這種探究的方式讓學生在動手操作的情況下體會遞歸函數的應用原理,促使學生能夠自發性地進行學習。

四、總結

VR技術作為新興起的現代教育技術進入教育領域,打破了常規的教學模式。將VR游戲化的教學體驗應用于中職課堂,豐富了教學方法,真正從學生角度出發,激發學生學習動力,學生能夠身臨其境地參與到游戲中進行學習,提升學習效果。這種基于情境的學習方式,充分調動學生們的好奇心,啟發探究過程,激發自主學習欲望。因此,在課堂中采用VR游戲化教學是提高教學質量的可行路徑之一。