基于網絡主題探究教學模式的虛擬現實實訓教學生態建設

摘 要：WebQuest教學模式是國外廣泛認可的網絡主題探究教學模式，其強大的線上資源庫打破了傳統教學模式的信息壁壘，為教師提供優質的教學案例及可視范式。隨著虛擬現實（VR）技術的快速發展，全開放式的實訓模擬教學環境成為現實，匹配WebQuest教學模式豐富的線上資源庫，搭建精準的模擬映射載體，讓兩者優勢互補，促進職業教育提質增效。課題項目組以電梯安裝與維修保養專業為例進行試點改革，基于WebQuest教學理念構建電梯虛擬現實實訓室，成功匹配實訓課，優化WebQuest教學模式的電梯方向模塊，使其由二維扁平化的線上資源拓展為三維動態化的虛擬現實資源，對標崗課賽證的評價標準，優化電梯安裝與維修保養專業的實訓生態。

關鍵詞：虛擬現實實訓室；WebQuest教學模式；電梯安裝與維修保養專業；教學生態

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）08-0110-05

WebQuest（本文暫譯“網絡主題探究”）教學模式是由美國圣地亞哥州立大學伯尼·道奇（Bernie Dodge）等人于1995年提出的，“Web”譯為“網絡”，“Quest”譯為“探尋”“調查”，聯合譯為“基于網絡的探究性活動”［1］，其教學模式是將互聯網的信息庫作為教學活動的一部分，跨階段應用于任何課程，基于教師根據知識主題與教學資源搭建好的探索框架，引導學生逐漸完成一個或多個任務，驅動學生充分利用網絡資源進行自主探究學習，其教學模式本質是內驅型探索能力的孵化過程。WebQuest教學模式以其強大的開放式檢索功能與跨領域典型案例而備受好評，主要應用于輔助信息化課程和培養高階思維。2019年，柳州市交通學校成功申報電梯安裝與維修保養專業，并與永大電梯設備（中國）有限公司合作，形成校企聯結，已在校內建成電梯虛擬現實實訓室。WebQuest教學模式具有開放性、自主性、導向性等屬性優勢，其資源（Sources）模塊能有效解決學生在電梯虛擬現實實訓過程中的理性知識不足的問題，激發其探索興趣，規范其實訓行為，能與虛擬現實實訓本身的感知技術形成互補，解決在虛擬現實實訓軟件教學過程中學生的數字素養參差不齊、方位感應較弱、技術探索周期過長、模糊教學難點等過程性問題。

一、初期探索：WebQuest教學模式與虛擬現實實訓的配適度

（一）WebQuest教學模式概述

1995年，美國圣地亞哥州立大學的伯尼·道奇（Bernie Dodge）等人提出了一個新的教育框架——WebQuest，他認為學習者之間的資源信息或互動部分來自互聯網資源，這種基于互聯網的技術應用是一種可行的教學方式，可以促使學生基于開放式信息進行篩選、分析和評估，以此解決教學過程中的學習問題。WebQuests的核心內容有六個模塊，分別為緒言（Introduction）、任務（Task）、資源（Sources）、過程（Process）、評估（Evaluation）、結論（Conclusion）。緒言（Introduction）模塊提供了有關問題（Quest）主題的背景信息；任務（Task）模塊明確了學習者需要完成的課堂任務；資源（Sources）模塊支撐了Web主題為學習者所依賴的實時信息，且這些資源已經過教師預先的篩選與整合；過程（Process）模塊給定了任務所需的具體步驟；評估（Evaluation）模塊量化了學習者的完成標準；結論（Conclusion）模塊總結了學習者的輸出成果，形成學習者診改與反饋的閉環。

WebQuest教學模式的內涵可歸類為三種：一是可感知的檢索主題。學生對標可理解為“一個需要解決的問題或者一個需要完成的項目”，即現實生活中可感知、可執行、可反饋的真實任務。二是可預判的檢索興趣。在基礎型的理性知識獲取過程中，學生大部分的信息數據是從互聯網獲悉的，這已然成為當下獲悉途徑的行為習慣之一，而自行獲取的知識比教師傳授獲取的知識所能達到的效果更好。三是可追蹤的導向信息。由于WebQuest教學模式為教師提供了一套高效的課程指導范式，縮減了教學流程的偏差，使得教師更便于掌握和運用教學設計，進而使學生更易于上手、實施［2］。

WebQuest教學模式自2005年轉譯至國內后，2008年起逐漸應用于中小學和職業教育的課堂實踐中，其網絡化、應用性與規范性均得到了有效反饋［3］，隨后輻射到職業教育的醫學、通信等領域，也有結合情景模擬應用于醫學實踐領域。由于院校發展規劃和專業設置的不同，各類院校對于WebQuest教學模式的課堂實踐經驗很難獲得共性借鑒，應用型案例仍處于探索階段。據此，課題項目組基于現有的電梯理論知識，將虛擬現實實訓教學生態劃分為電梯安裝、電梯仿真、扶梯維保、電梯維保、電梯原理等五大虛擬現實仿真系統，并以WebQuest教學模式流程為切入載體，貫穿整個課堂教學（如圖1所示）。

（二）虛擬現實實訓室建設

虛擬現實實訓室是基于現有電梯實訓室基礎衍生的一個輔助電梯專業的實訓室。隨著電梯行業的蓬勃發展，電梯維護與保養、檢測等關聯專業日漸熱門，然而，電梯專業因受設備造價高、迭代快、品類多等因素影響，導致其專業實訓成本較高，并且如果實訓操作行為不規范很容易造成實訓事故。雖然柳州交通學校已建成電梯實訓室，但仍存在實訓條件不足、實訓易有安全隱患、生均實訓率低、技能記憶不牢等亟待解決的現實問題。

虛擬現實（Virtual Reality，以下簡稱VR）技術是20世紀90年代發展起來的一種基于計算機運行邏輯的新興技術，通過對計算機圖形技術、多媒體技術、傳感技術、實時技術、人工智能、仿真技術等的結合，使參與者置身于集視覺、聽覺、觸覺、味覺等于一體的三維虛擬環境中，借助實體的輸入輸出設備，實現自然顯示與虛體模擬的交互，使體驗者產生沉浸感。VR強大的仿真功能，打破了傳統的信息傳遞的技術壁壘，逐漸向原本二維信息傳遞的高危行業和抽象領域拓展，使信息三維化、具象化，由此衍生“VR+”的領域探索，讓“VR+教育”的交互式教育成為可能。VR以其“亂真”的模態優勢，將抽象、危險、復雜的工作場景與作業流程［4］，通過有限視覺的完全覆蓋，輔以觸覺動作的交互，讓體驗者能基于視覺的所見，反饋自己的所為，可應用于不同的教育階段，以此來達到提升軟技能、喚醒興趣驅動、孵化創新能力等教學目標［5］。VR能應用于電梯實訓場景，有效分散電梯實訓現實操作的實訓壓力，減少因不規范操作帶來的風險。課題項目組結合學校現有的硬件條件引入VR技術，建設電梯VR實訓室，配以VR頭戴式設備、圖形工作站、整套多媒體電腦等設備，實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能。該電梯VR實訓室能滿足40名學生同時作業的實訓要求，優化電梯實訓生態，減少實訓教師的課堂監控壓力，切實提高實訓效率。

（三）“WQ—VR”實訓教學生態

“WebQuest—VR”實訓教學生態是指保留WebQuest教學模式探究型、驅動型的屬性優勢，以VR實訓室的理性知識和VR技術實訓的感性知識鞏固實訓教學生態，實現聯動“WQ—VR”資源，優化電梯專業的實訓生態。

WebQuest教學模式作為教學理論框架雖然得到了國內外的廣泛認可，然而現實教學過程中仍存在知識抽象盲區，教師可以將抽象的知識點具象化成為教學重難點的突破口。傳統的WebQuest教學模式提供了一個“Engines and Directories（引擎和目錄）”的在線檢索網站庫作為其資源（Sourse）模塊，網站庫整合了維基百科（Wikipedia）、雅虎（Yahoo）、英國廣播公司（British Broadcasting Corporation）、亞馬遜（amazon）、NewsLink、谷歌圖書（Google Book）等國際知名網站，課題項目組對國內中職學校學生的檢索習慣進行調研，發現學生的檢索應用模式大多為半社交式App，如bilibili、抖音、微博、微信等，基于此，課題項目組前期構建了具有專業特色的線上瀏覽器檢索目錄與可訪問式資源數據庫，數據庫包括電梯行業對應的規章制度、新聞、學術檢索目錄、電梯公司教學資源等，以此作為電梯專業官方信息的檢索參考，進一步規范資源的獲取渠道，有效避免學生讀取冗雜信息，減少無效檢索，構建初期WebQuest教學模式的資源（Sources）模塊，篩選和整理了上課所需查閱的資料庫，其數據多為二維的扁平化開放式信息，如官方發布的新聞、報道、案例庫等。然而，盡管將檢索渠道和獲取途徑貼合了學生的認知途徑與行為習慣（如圖2所示），但所檢索到的信息庫仍屬于二維信息，不能從根本上解決電梯安裝與維修保養專業已有的實訓安全和作業問題。課題項目組基于VR技術實訓的三個基本屬性，即實驗實訓場景、虛擬角色及其他要素［6］，綜合考量電梯安裝與維修保養專業的人才培養方案、課程標準和考核機制等三個維度后，確定了電梯VR實訓室的建設方案，并將原本WebQuest教學模式中的資源（Sources）模塊整合優化，保留學生的檢索習慣，將原本二維的信息基于VR技術優化為虛擬環境，使其成為立體的、可感知的三維環境。

二、中期實踐：構建電梯安裝與維修保養專業的“WQ—VR”實訓教學生態

（一）確認“WQ—VR”實訓的核心資源模塊

“WQ—VR”的核心資源模塊分為教學模塊和實踐模塊。教學模塊主要用于專業理論，內嵌WebQuest教學模式的資源（Sources）模塊，即以理論教學為主構建VR實訓系統，重在專業知識的積累與反饋，VR實訓系統將官方信息作為資源模塊的設置依據，參考文件包括《家用電梯制造與安裝規范》（GB/T 21739-2008）、《電梯維護保養規劃》（TSG T5002-2017）、《特種設備作業人員考核規則》（TSG Z6001-2019）等，并將上述官方文件作為資源（Sources）模塊的核心檢索庫，讓學生在開展電梯實訓前，通過手機檢索官方的規范式操作。基于3D MAX建模工具，將電梯梯形的二維圖形作為建模雛形，原比例構造零部件、標準件、工具等三維工程模型，VR實訓系統嚴格按照課程標準設置教學內容，主要包括電梯八大系統、電梯原理虛擬現實展示、樣板架制作及放線、導軌安裝、層門系統安裝、底坑部件安裝、轎廂轎架安裝、各類系統的保養等虛擬現實仿真內容，保證虛擬現實資源覆蓋電梯安裝與維修保養專業課程90.00%以上的課程知識，且每個章節均能形成檢測監控點，在學生進行虛擬現實操作時，確保教學活動的全程監控。教學活動中的習題庫以《電梯作業人員考核大綱》作為參考，切實做到“教有所依，學有所饋”。

實踐模塊重在標準作業，內嵌WebQuest教學模式的任務（Task）模塊，即以學生上崗實訓的實踐考試為主，VR實訓系統對標《特種設備作業人員考核規則》（TSG Z6001-2019）文件，預設好規定的考評要求，并設計相應的仿真實訓課程，包括進出轎頂和轎頂檢修的安全操作、交流雙速電梯電氣控制原理及故障排除、層門及層門門鎖裝置檢查與調整、自動扶梯的基本結構和應急救援處置、制動器調整和絕緣電阻測量、轎廂導軌安裝與調整和機房盤車等七類考試內容及評分規則。VR實訓系統內嵌VIVE Console程序，可顯示頭戴式設備及其組件的應用狀態，實現全程監測VR外輔設備，判定學生操作是否符合特種設備作業人員的考核標準，可視化學生的過程性作業活動，以填補課堂教學活動的實時操作考核數據。授課教師可基于VIVE Console程序反饋的數據，作為設置式設備的配置參數，實時同步教學設置，同步檢測實訓反饋，關注學生在實訓過程中的專業貼合度與校正度，完成基于WebQuest教學模式的VR技術資源立體化，提升“WQ—VR”的資源兼容性。

在VR實訓教學生態中，數字化課堂有效時長占比約為50.00%，學生使用VR技術的時長占比約為整課堂的50.00%。學生使用手機移動端的VR后臺功能，同步操作其他與課堂無關的社交軟件歸統為學生數字化素養的無效行為，而參與課堂上專業知識的檢索、收集等則為學生數字化素養的有效行為。課題項目組爭取到了VR五大系統的官方授權，操作界面及教學資源流暢，以垂直電梯安裝仿真實訓系統為例，學生可“一人一號”登錄操作，最終形成個人的平時成績過程性數據。

（二）校準“WQ—VR”實訓的沉浸體驗范式

為解決電梯安裝與維修保養專業實訓安全隱患和生均實訓率低的問題，課題項目組重視電梯VR實訓室的設備硬件與系統軟件建設，以VR技術為實訓難點的切入點，提升WebQuest教學模式過程（Process）模塊、評估（Evaluation）模塊和結論（Conclusion）模塊的流程仿真度，搭建以過程（Process）模塊為主、評估（Evaluation）模塊和結論（Conclusion）模塊為輔、可實時監測的標準化作業實訓課堂，優化VR技術的實訓生態系統。

設備硬件方面，引進VR頭戴式交互設備、圖形工作站、交換機、交互智能平板電腦等設備作為實體交互操作的反饋點，能在學生操作課堂實訓任務時，基于其交互行為產生反饋信號。在行為過程中，VR頭戴式設備可監測學生在教學過程中的多模態行為信號，比如虛擬場景中的抬起、放置、擰動、敲擊等行為仿真，提升學生的場景感知和反應同頻能力，使學生通過模擬的視覺傳輸，完成電梯標準化作業的高效記憶。對于設備要求，課題項目組嚴格把控專業參數，VR頭戴式設備要求刷新率不小于90Hz，并高于市場最低刷新率60Hz，能基本滿足動態畫面的穩定顯示，頭戴式設備內嵌使用G-sensor校正，能夠感知頭盔在加速過程中作用在頭盔上力的變化并轉化為電信號，形成力學反饋，保證模擬安全性，同時保證雙眼舒適度設置（IPD）。學生可通過IPD滑塊，調節透鏡之間的距離，以便與用戶的雙眼的瞳距匹配，增加視覺的舒適度和清晰度，同時配備霍爾傳感器和觸摸傳感器，完成虛擬感知的傳輸閉環。

系統軟件方面，以交互智能平板系統為教學過程的整體虛擬框架，涵蓋資源存儲、內嵌工具、遠程授課助手、評價系統等功能。資源儲存為教學資源的儲存庫，與云空間相互獨立，互不干擾，同系統用戶可同時訪問與調取素材存儲空間，便于瀏覽同類數據；內嵌工具包括基礎學科的通用知識模塊，如古詩詞資源庫、立體幾何工具、數字量具等，能減少授課教師使用工具的時間，為專業教學騰出更多的容存時間；遠程授課助手可與交互智能平板實現無線連接，可對連接的設備進行密碼的權限管理，支持手機投屏，且支持橫屏及豎屏雙模式；評價系統集成學校管理中心、教師管理中心、課堂表現評價、家校互聯互通，各端的數據互通適用，減少了重復傳輸數據作業，優化了VR生態系統的數據銜接。電梯VR實訓室的系統軟件保證了實訓任務的高效率，開放式的設備與云數據的同步，提高了生均虛擬實訓率，間接提高了基于標準化作業的實際生均實訓率。WebQuest教學模式增效課堂教學，形成教學生態評估數據閉環，存于虛擬現實技術后臺數據庫，包括教學過程行為數據和測評數據。

（三）優化“WQ—VR”實訓的崗課賽證評價

在評價機制方面，構建“WQ—VR”實訓的崗課賽證模式，以“賽”促學，以“證”促訓，重構新的課程評價機制。“崗課賽證”融通綜合育人是我國職業教育借鑒國際職業教育培訓的普遍做法，更適合國內職業教育發展。學校以培養電梯安裝與維修保養專業學生服務崗位、崗位群的就業能力和工匠精神為核心，以職業技能大賽為平臺，以“1+X”證書制度為突破點，推動電梯安裝與維修保養專業教育教學改革，深化“崗課賽證”相互融通，推動教學高質量發展。

“WQ—VR”實訓的優化評價體系主要聚焦于電梯行業的標準，結合電梯維修保養職業技能等級證書（初級）標準、四川永大電梯設備有限公司和蒂森電梯有限公司的實地調研結果，在縱向維度考評設置上，課題項目組制定了相同維度的評價量規，設置了三個層次的評估體系，即初階評估、中階評估和高階評估，學生在期末會完成三個層次的評估內容，以檢驗教師設定的評估標準與案例是否符合企業發展要求，檢驗是否處于學生的理解范圍內，并以具體的項目來反映抽象的評估內容，量化教師的資源捕捉、設計任務、課堂執行的效果；在橫向維度考評設置上，評價體系基于VR技術的垂直電梯安裝仿真實訓系統、電梯電氣仿真實訓系統、自動扶梯維保仿真實訓系統、垂直電梯維保仿真實訓系統、電梯結構原理仿真實訓系統等五大實訓系統平臺，電腦端電梯仿真實訓系統運用3D仿真技術及互聯網技術，實現電梯教學的三維展示。實訓系統支持在臺式電腦、平板電腦、手機上運行，利用現有計算機資源快速部署，大大減少硬件的投入及對場地的限制，增強VR實訓教學生態的考評效果。

三、后期思辨：“WQ—VR”實訓教學生態的成效與反思

在“WQ—VR”實訓教學生態的成效方面，已具備成熟的硬件條件和軟件技術。硬件條件主要體現在建成3層電梯室，1、2層為電梯實訓中心，設備包括仿真電梯（2套）、電梯轎門教學安裝實訓平臺（4套）、電梯層門教學實訓平臺（4套）、電梯導軌安裝教學實訓平臺（4套）、電梯機房動車、吊裝安裝教學實訓裝置（4套）、電梯層轎門聯動教學實訓裝置（4套）、電梯偏開雙折貨梯門教學裝置（4套）、電梯中分雙折貨梯門教學裝置（4套）、電梯限速器安全鉗聯動實驗平臺（4套）、電梯轎廂安裝教學實訓平臺（2套）；3層為電梯VR實訓室，配以VR頭戴式設備、圖形工作站、整套多媒體電腦等設備，充分體現虛實結合、相互補充、能實不虛的原則，實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能。軟件技術主要體現在垂直電梯安裝仿真實訓系統、電梯電氣仿真實訓系統、自動扶梯維保仿真實訓系統、垂直電梯維保仿真實訓系統、電梯結構原理仿真實訓系統等五大實訓系統的“任務—教學—評價”模式的閉環上，學生獲得VR系統賬號后可在學生端操作虛擬實訓實踐，教師可在教師端后臺監控學生的操作軌跡、學習情況和實訓效果。

在“WQ—VR”實訓教學生態的建設過程中，課題項目組也在持續反思與優化。在傳統的電梯實訓教學過程中，多數為教師教授、學生觀摩、實踐操作的實訓流程，在教學過程中少數學生可能存在觀摩的視覺盲區，造成不規范操作，進而增大實訓風險。相比傳統的電梯實訓生態模式，“WQ—VR”實訓模式優化了WebQuest教學模式過程（Process）模塊、評估（Evaluation）模塊和結論（Conclusion）模塊，將存在安全隱患的過程改為虛擬實訓，降低了實訓過程中的危險性，突破了設備的限制性，將單線的教學過程變為多線的開放教學，使得過程模塊更高效，同時基于內嵌的系統工具，讓評估實時化，監測更全面，從而使形成的結論反饋更具客觀性，進一步提升了WebQuest教學模式與VR技術的實訓兼容性。“WQ—VR”實訓模式與傳統實訓模式相比，其優勢在于保留了學生對信息檢索的興趣，提高了實訓學習的驅動性，明確了每堂課的課程主題，減少了學生的無效搜索，為實訓課堂預留了更多有效的教學時間，使“WQ—VR”實訓模式提質增效。

總之，“WQ—VR”實訓教學生態是WebQuest教學模式VR實訓室的兼容建設產物，讓WebQuest教學模式的理論框架在VR技術的環境下實現自適應轉化，但如何防止學生過度依賴虛擬技術，繼而導致信息解讀的偏差，引發新的學習問題，仍值得課題項目組在今后的教學實踐中持續探索、不斷改進。

參考文獻

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注：本文系2023年度廣西職業教育教學改革研究重點項目“構建‘崗課對接、課賽融通、課證融合’的專業核心課程體系探索與實踐——以電梯安裝與維修保養專業為例”（GXZZJG2023A072）的研究成果。

（責編 林 劍）

作者簡介：潘雪玲，1980年生，廣西柳州人，本科，高級講師，主要研究方向為職業教育管理、教育教學研究。