虛擬現實技術在職業(yè)教育教學的應用

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摘要:虛擬現實技術應用于職業(yè)教育教學日趨廣泛和深入，需要立足學習者全面發(fā)展的建構主義理論深入研究。梳理虛擬現實技術特征和建構主義理論要素，分析和研究建構主義理論和虛擬現實技術職業(yè)教育教學融合發(fā)展的應用現狀，提出適應新時代職業(yè)教育特點，以學習者發(fā)展為中心的虛擬現實教學模式和個性化、自主式在線虛擬現實平臺系統，以此提升虛擬現實技術應用于職業(yè)教育教學的成效。

關鍵詞:建構主義學習;虛擬現實技術;職業(yè)教育應用

為深化我國職業(yè)教育信息化發(fā)展，2017年9月教育部在《關于進一步推進職業(yè)教育信息化發(fā)展的指導意見》中明確提出職業(yè)院校應該主動服務國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，加大虛擬現實等新技術的應用，面向職業(yè)教育的教學活動和環(huán)節(jié)，并確定圍繞應用、融合、創(chuàng)新開展教學模式實踐工作。將虛擬現實技術引入職業(yè)教育，既順應教育發(fā)展的趨勢和潮流，也是實現人才培養(yǎng)的重要途徑。與此同時，職業(yè)教育一線教學對于虛擬現實技術的應用仍然存在一些問題限制，如教師認為虛擬現實教學產品功能雷同，或學習者認為最終學習獲得感不足。因此需要理清建構主義學習理念，掌握虛擬現實技術的特征和發(fā)展，進一步分析職業(yè)教育教學虛擬現實技術應用現狀，確定以支持個性化、自主性、在線學習的虛擬現實教學模式和平臺構建，發(fā)揮虛擬現實技術在職業(yè)教育中的重要作用。

1建構主義學習理論基礎

建構主義主張知識和技能并不能以觸覺被接收，也不能通過感覺被獲取，它強調知識結構通過“同化”和“順應”［3］兩個方式與周圍環(huán)境建立密切的聯系，從而達到一個平衡的過程。建構主義學習理論由兩部分構成。在構建主義學習觀中，學習者是知識建構的主體，學習者通過把外界信息資源融合進現有的知識結構中，擴展其知識結構達到同化的過程，學習者的知識結構因外界信息資源而發(fā)生重組，形成新知識結構達到順應的過程，而教師不再是知識建構的主導者。在建構主義教學觀中，強調以學習者為中心，不再以教師為中心，教師從學習者學習實際情況出發(fā)，根據不同學習者的需求和能力，鼓勵學習者學習知識，協助學習者更好地完成知識學習過程的理解與內化，幫助學習者不斷突破創(chuàng)新。總之，建構主義學習理論強調的要素特征包括情境、協作、會話和意義建構［4］，并認為意義建構是知識獲取的主要方式，即在特定的情境下，知識通過人際間的協作互動、會話而獲取。

2虛擬現實技術的特性及其發(fā)展

虛擬現實技術(VirtualReality，簡稱VR技術)，它是集成計算機圖形識別技術、多媒體技術、傳感器技術、人機接口技術、計算機并行處理技術等高新技術于一體的人機交互技術，虛擬環(huán)境、意識感知、自然技能和傳感設備等是虛擬現實技術的主要應用。在虛擬的環(huán)境中，給人帶來逼真的感官感受，無論是視覺、聽覺、觸覺或是力覺等，虛擬現實技術的應用顛覆了傳統教學模式，使學習者在虛擬的教學場景中，不受時間、空間、環(huán)境的影響，從而切身體驗教學實踐。多個概念在虛擬現實技術教學實踐中發(fā)生改變［5］。從學習者出發(fā)，以虛擬環(huán)境中的參與者為單位，打破了年齡、背景、班級(小組)劃分等因素的限制;從教師出發(fā)，教師不再以教授知識的傳教者身份出現，更多的是項目或任務的引導者或提出者，成為學習者在認知過程中的合作者或是伙伴，協助學習者更好地完成知識學習過程的理解與內化;從教學環(huán)境出發(fā)，虛擬教室中的事物根據現實實踐條件進行具象化，并根據項目或任務的發(fā)展動態(tài)發(fā)生變化;從教學資源出發(fā)，虛擬環(huán)境中的教學資源具有動態(tài)發(fā)展性，可以根據學習者應達到的學習目標進行動態(tài)的變化，從而使學習者獲取資源更加便捷，資源利用率更高。虛擬現實技術具體表現為3I特征，即沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)、構想性(Imagination)［6］。沉浸性特征即為了提升學習者的學習興趣，虛擬現實技術運用交互設備改善傳統的教學模式，使學習者的心理產生一定的改變，讓他們在虛擬中感受到現實的環(huán)境，增加對學習的興趣。交互性特征即虛擬現實技術不斷利用動作、語言進行相互交流、學習，使學習者可以清晰地對現實中的物體進行操作，這樣大大改善了以往的傳統教學模式，使學習者與老師之間達到很好的溝通效果。構想性特征即為了使學習者收獲更多的知識信息，虛擬現實技術在深化概念意義的同時，打造不一樣的虛擬現實世界。因此虛擬現實技術可以幫人們想象一個不存在的世界，或者經歷一個沒有親眼看到的世界，啟發(fā)人們創(chuàng)造性思維，使抽象概念具體化。近年來虛擬現實技術與人工智能技術逐漸融合。客觀上看，沒能融合人工智能的虛擬現實技術只是讓使用者沉浸在設定的3D場景中，無觸覺，無智能，虛擬世界依然是機械僵硬的。將人工智能應用到虛擬現實情境中，虛擬世界將會擁有一定的智慧，主體會有獨特的個性。虛擬現實技術也逐漸呈現出一定的智能性(Intelligence)，因此，虛擬現實技術在實踐教學中逐漸發(fā)展為4I特性。

3建構主義與虛擬現實技術的融合及發(fā)展

建構主義的提出與虛擬現實技術的發(fā)展具有密不可分的聯系［7］。建構主義的學習情境的構建、協作和會話的學習途徑在虛擬現實技術教學實踐中都有證實，虛擬現實技術教學應用目的也與建構主義的目標相一致。首先，建構主義學習理論強調知識結構的同化和順應過程，而虛擬現實技術則不斷利用智能化手段滿足學習者的需求，充分發(fā)揮沉浸性的特征，最大程度完成建構主義對情境化構建的要求，為教師的教學、學習者的學習需求提供了很大的幫助。其次，建構主義學習理論強調的協作和會話特征是虛擬現實技術中教師、學習者之間溝通的體現，是人與各種資源高度交互交流的反饋，虛擬現實技術所營造的開放的、動態(tài)的交互系統可以根據教師、學習者之間發(fā)出的指令進行反饋和調整。再者，虛擬現實技術的應用，為教學實踐活動提供了豐富的創(chuàng)造力。從學習者角度分析，學習者可以找到合適自身的課程，積極主動地學習，從而找到學習方式方法，增強實用性。從教師角度分析，說教轉為指導，教師能為相對落后的學習者提供更多指導，這為意義構建的發(fā)展提供了更大的空間。最后，建構主義學習理論強調的學習者由感性認知到理性聯想的過程與虛擬現實技術在教學實踐應用的過程相吻合，虛擬現實技術通過判斷學習者在虛擬學習環(huán)境中所呈現出的狀態(tài)及動態(tài)反應，進一步安排項目操作，進而實現其理論和實踐能力發(fā)展的過程。因此，建構主義學習理論為職業(yè)教育技術應用的轉向提供了具體的理論指導，融合模式如圖1所示。

4虛擬現實技術在職業(yè)教育教學中的應用分析

4.1提供豐富的情境。傳統教學模式中，由于受到時間、空間、經費等因素的限制，教學情境通常是固定的、單一的，無法給學習者提供豐富而有效的學習情境。將虛擬現實技術應用在職業(yè)教育教學中，可以呈現出多種教學方式，通過利用虛擬現實教學向學習者進行感官刺激，從而獲得知識量。通過每一名學習者的身心投入，創(chuàng)設可供學習者觀察和體驗的虛擬情境。并在虛擬仿真實踐中，給學習者一種身臨其境的感覺，不斷內化技術知識并從虛擬實踐中進行進一步總結與探討，使學習者沉浸在虛擬感知的生活和生產實踐過程中。以計算機技術專業(yè)為例，在理論性較強的課程中，如計算機基礎課程，可以采用虛實分段的教學方式。先通過現實理論講解，再進行虛擬現實技術實物展示，讓學習者直觀認知組件的構成和組裝過程。在需要反復印證的課程中，如數據結構課程，可以采用虛實結合的教學模式。由于算法思維是抽象的，學習者通常比較難以理解，通過虛擬現實技術，將算法的過程通過淺顯易懂的形式展現出來。在進行綜合性較強的課程中，如網站開發(fā)課程，可以采用虛實融合的教學模式，進而創(chuàng)建教學所需要的教學環(huán)境和設備條件。4.2提供交流對話平臺。在虛擬教學模式的情境中，協作與會話能夠促進學習者對于知識的了解和掌握。虛擬現實技術提供學習者兩方面的協作與會話，分別是人人交互和人機交互。在人人交互中，為了滿足人們對虛擬現實技術下達指令的速度，計算機不斷通過收到的反饋進行整改，從而實現特殊情境下的互動反饋。不斷以現代信息技術為工具，使學習者在虛擬現實技術中的交流更加順暢。虛擬現實教學實踐中會話的本質就是知識、經驗、智慧的交互共享過程。在人機交互中，人的感官功能的呈現十分重要。通常情況下，會利用人們的視覺、聽覺、觸覺等設計出三維輸入輸出設備，可以使學習者直觀地對計算機進行實時操作，從而完成交互任務。4.3提供虛擬現實任務。職業(yè)技能培養(yǎng)以工作情境為基礎，以解決問題和任務為目標，以“從做中學”為教學邏輯起點。在傳統的計算機技術課堂上，教學方式大多以填鴨式進行，學習者被動地接受教師的教學內容，因此容易產生對知識內容的消極與定勢。而虛擬現實技術可以提供模擬、驗證、探索等任務形式，具體包括以真實問題和任務為焦點啟動課程，學習者通過實證解決問題和任務，教師通過提問和建立情境等方式引導學習者，為進一步解決問題提供新途徑。總之，虛擬現實技術目前在職業(yè)教育教學中的應用著重于將“進不去、看不見、動不了、難再現”的實踐情境呈現在學習者面前，幫助學習者思維和能力共同發(fā)展，促進學習者主動學習，并為學習者創(chuàng)造了一個自主學習的理想環(huán)境［8］。跟傳統方法比較起來，學習者會通過虛擬情境平臺，實現在理想環(huán)境中學習的夢想，提高學習效率，從而獲取更多的知識。同時，虛擬現實技術為學習者提供身臨其境的多感知環(huán)境，促進學習者不斷地探索、分析、評價、優(yōu)選和進一步地加工知識。

5支持以學習者為中心的虛擬現實技術教學模式設計

5.1虛擬現實技術教學模式的設計原則。基于建構主義學習理論下虛擬現實技術教學模式的設計原則應符合以下幾點要求［9］:一是以學習者為中心，以促進學習者的學習興趣為主要設計原則，通過多層次的知識結構內容，不斷激發(fā)學習者的探究精神，使學習者的整個學習過程可以被引導、監(jiān)控和評價;二是通過學習成果反饋，及時發(fā)現和解決問題;三是充分發(fā)揮虛擬現實技術的中介功能作用，掌握正確的教學策略，把相關的教學資源與學習者興趣相結合，讓學習者對其進行評價，使虛擬現實技術教學模式的設計更加完善，促進教育不斷領先發(fā)展。5.2虛擬現實技術的教學模式設計內容。基于建構主義學習理論下虛擬現實技術教學應用的目的在于實現學習者的技能建構，通過完善教學設計，實現“以學習者為中心”的教學模式。本研究從以下三個方面實現以學習者為中心的新型虛擬現實技術教學模式與教學平臺設計。一是支持個性化學習［10］。為了使每個學習者都能達到學習目標，虛擬現實技術可以有效解決學習科目單一化的問題，根據每個學習者的性格特點進行不同的設計，創(chuàng)建出不同的場景，這樣一來使學習者更好地進行研究學習。二是支持自主性學習［11］。對于學習者來說，學習的樂趣是十分重要的。虛擬現實的技術為了給學習者提供豐富的學習情境，隨著課程變得更加多樣化，進而激發(fā)學習者的學習興趣。VR/AR技術支持自主性學習，可以讓學習者自行操控，鍛煉他們解決問題的能力，從而提高學習效率。三是支持在線教學。由于學習者的需求較多，虛擬現實的技術針對一些不能夠及時上課的學習者進行資源上的補充，可以為學習者提供很大的幫助。MOOC等遠程在線教育能夠不受空間、時間的限制，將VR/AR技術與在線課程相結合，提升他們技術能力及就業(yè)競爭力。基于建構主義學習理論的虛擬現實技術教學模式，以學習者為主體，以教師為指導，以虛擬現實教學平臺的三個中介作用為基礎，通過同化、順應兩個過程，調整和平衡認知結構，有效獲得并創(chuàng)新技術知識。2。5.3虛擬現實技術支持的新型教學平臺設計。根據以上的教學模式設計原則和要素，結合實際教學經驗，虛擬現實技術支持的新型教學平臺設計應該包含如下內容:一是學習者學情分析。學情指學習者在學習某一知識時，已經掌握的相關知識和智能。二是學習者個性差異分析。個性差異指學習者進行學習活動時所表現出不同的解決問題的方式和特點，構成了虛擬環(huán)境中的個體在心理上的差異，以動機與興趣、情感與意志、性格與氣質為突出表現特征。三是學習者認知方式分析。認知方式指學習者所喜愛的或養(yǎng)成的信息加工方式。弄清這種差異，就可以有針對性地對學習者進行指導和幫助。新型教學平臺可結合虛擬現實技術、大數據基礎架構、采用分布式計算、分布式存儲方法來實現，建設結合大數據智能化分析為一體的虛擬現實教學應用及資源管理智能實訓平臺。新型教學平臺包含8大功能應用，子系統包括:教學支撐管理子系統、實訓項目管理、教學資源管理子系統、教學評測分析引導子系統、實訓體驗子系統、數據展示子系統、系統管理子系統、創(chuàng)新孵化子系統，具體如圖3所示。虛擬現實技術教學平臺系統的研發(fā)，以建模主義學習論為基礎，為以學生為中心的個性化學習、自主性學習提供了重要的支持。在職業(yè)教育教學過程中，利用新型虛擬現實教學平臺系統可以改善傳統模式的學習，創(chuàng)新教學方式方法，為學生的教育提供專業(yè)支持。因此，積極利用教學平臺系統可以使學生對學習越來越感興趣。同時，利用新型教學平臺的多樣性，學生可以選擇不同的課程，使課程更加靈活，并根據自己的需求重復播放學習課程，從而應用個性化策略提升技能學習的效果。

6結語

目前，虛擬現實技術在職業(yè)教育教學中的應用范圍及影響逐漸擴大，對完善實踐教學起到關鍵性作用。但是，無論是虛擬現實技術還是硬件設備條件，抑或是相關功能結構還有待進一步完善。今后，隨著虛擬現實技術的發(fā)展和應用條件的成熟，虛擬教學將實現大眾化和普及化。同時，逐步實現虛擬教學的模式、教學手段以及學習者參與方式的優(yōu)化，實現傳統教學模式與虛擬教學模式的有機融合，也將進一步實現虛擬現實技術在教育領域的應用和發(fā)展。

作者:賴晶亮 王康 單位:廣東輕工職業(yè)技術學院