虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)是最近幾年在ICT業(yè)界出現(xiàn)頻率較高的詞語，它是由許多相關學科進行交叉、融合的產(chǎn)物，其中包括了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術等多個信息技術分支 [1] 。虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)在諸如娛樂、建筑、測量、軍事、制造、醫(yī)療等行業(yè)得到了較為廣泛的運用，而在教學上的運用則處于起步階段。

在當今的教育領域中，以教師傳授知識為中心的傳統(tǒng)教學模式已逐漸被以學生主動建構認知為中心的教學模式所取代。建構主義教學模式是一個教學模式大類，其中包括利用不同教育技術實施教學的多個分支，而采用虛擬現(xiàn)實技術教學就是其中之一。實施虛擬現(xiàn)實教學需要最新ICT技術支持教學環(huán)境，未來課堂 [2] 中關于構建泛信息技術課堂的理念正好與之契合。

二、何謂虛擬現(xiàn)實


（一）虛擬現(xiàn)實概述

1963年，伊凡·薩瑟蘭在他的博士論文中第一次提出虛擬現(xiàn)實理論 [3] 。到了1989年，VPL(Virtual Programming Languages)研究公司的創(chuàng)始人雅龍·拉尼爾才將虛擬現(xiàn)實這一術語引入大眾視野 [4] 。不同研究領域的學者各自對虛擬現(xiàn)實進行了定義，謝爾曼和賈金斯用五個“I”為虛擬現(xiàn)實下了定義：“Intensive(集中的)，Interactive(交互的)，Immersive(沉浸的)，Illustrative(例證的)and Intuitive(直觀的)” [5] 。皮門特爾和特謝拉定義虛擬現(xiàn)實為一種通過計算機產(chǎn)生的沉浸式、交互式體驗 [6] 。在較近的一篇文獻中，狄奧尼索斯等人提出虛擬現(xiàn)實是由計算機生成的模擬平臺，在該平臺中的三維物體與環(huán)境看上去好像是真實直觀的，并且用戶可以與之互動 [7] 。

參考上述文獻資料，筆者認為所謂虛擬現(xiàn)實是指由計算機程序構建的真實或接近真實的三維虛擬情境，用戶利用某種手段進入虛擬情境，并與之交互，從而建構起對于現(xiàn)實世界合理認知。其中涉及到四個維度，分別是計算機程序、用戶(人)、現(xiàn)實世界、虛擬情境，概念圖如下頁圖1所示。根據(jù)此圖，虛擬源于現(xiàn)實，也歸于現(xiàn)實，用戶與虛擬情境互動，目的是更好的認識現(xiàn)實世界。虛擬現(xiàn)實不僅讓參與者能夠觀看虛擬情境，更重要的是使其通過交互的方式與該情境中的事物產(chǎn)生聯(lián)系，最終建構起對于現(xiàn)實世界的認知。


（二）混合實境

1994年，米爾格拉姆和岸野定義了一個“真實—虛擬連續(xù)體”模型 [8] ，如圖2所示。在此模型中，混合實境(Mixed Reality)區(qū)域位于完全真實環(huán)境和完全虛擬環(huán)境之間，偏向真實環(huán)境端的混合實境稱為增強現(xiàn)實，偏向虛擬環(huán)境端的混合實境稱為增強虛擬?；旌蠈嵕吃趯嶋H中的應用多表現(xiàn)為增強現(xiàn)實(AR)，AR是將虛擬環(huán)境或事物實時疊加到真實環(huán)境或事物上去，允許用戶既感知虛擬的世界，也看到真實的世界。


托馬斯·霍爾茲和亞伯拉罕G.坎貝爾等人對該模型進行了改進，提出了改進型“真實—虛擬連續(xù)體”模型 [9] ，如圖3所示。在該改進模型中，托馬斯和亞伯拉罕等人將“較大物理呈現(xiàn)”與“較大虛擬呈現(xiàn)”的分割點定位于連續(xù)體線段的1/2處，1/2處則為“兩者均等呈現(xiàn)”，改進型“真實—虛擬連續(xù)體”由五個區(qū)域組成，即物理區(qū)域、較大物理呈現(xiàn)區(qū)域、物理虛擬均等呈現(xiàn)區(qū)域、較大虛擬呈現(xiàn)區(qū)域和虛擬區(qū)域，其中較大物理呈現(xiàn)區(qū)域、物理虛擬均等呈現(xiàn)區(qū)域和較大虛擬呈現(xiàn)區(qū)域組成混合實境。


三、虛擬現(xiàn)實技術融入未來課堂


（一）未來課堂研究基礎

華東師范大學現(xiàn)代教育技術研究所是國內(nèi)真正意義上開展未來課堂相關研究的科研機構，并且“未來課堂”已成為教育信息化領域的專用名詞。在“教學之主陣地：未來課堂研究”一文中張際平教授談到未來課堂是基于“教育面向未來”和“國家中長期教育改革與發(fā)展綱要”中“把提高教育質(zhì)量作為未來教育的戰(zhàn)略重點”“以人為本”“創(chuàng)新人才培養(yǎng)”等思想而提出的，它將在人本主義、互動、環(huán)境心理學相關的理論和信息、智能、人機交互等技術支持下，充分發(fā)揮課堂組成各要素的作用，以互動為核心，旨在提高課堂主體的主動性、能動性，創(chuàng)造和諧、自由發(fā)展的教與學的環(huán)境與活動 [10] 。

隨后，大量學者與研究人員對未來課堂的理論建構與實施策略開展了廣泛而深入的研究，如陳衛(wèi)東將未來課堂定義為高互動學習空間，其實現(xiàn)主要依托于多屏交互顯示設備、觸摸輸入設備、即時反饋系統(tǒng)、課堂實錄系統(tǒng)、視訊會議系統(tǒng)以及智能化環(huán)境控制平臺等相應的硬件及軟件平臺 [11] ，許亞鋒則提出了一種基于改進的PST框架的面向體驗學習的未來課堂設計方案 [12] 。

本文以CNKI學術期刊數(shù)據(jù)庫為文獻來源數(shù)據(jù)庫，搜索主題為“未來課堂”，期刊類別為“核心期刊+CSSCI”，時間跨度為“不限”，共檢索出59篇文章。對這59篇文章逐一詳細閱讀，剔除與“未來課堂”這一專用名詞不符的文章，如“加強未來的課堂管理”“聚集于現(xiàn)實和未來課堂中的教學”等，最終篩選出32篇論文，并針對研究主題，從論文數(shù)目、所占比例、代表人物、代表文章和刊發(fā)期刊五個類別對到目前為止的未來課堂研究成果進行了梳理，如表1所示。


由已有的研究成果中可看出對未來課堂概念的界定和特性提煉占最大比例，這與未來課堂屬于教育信息化新領域，有必要對其進行縝密的概念與特性定義密不可分。緊隨其后的是關鍵技術的研究，這與未來課堂始終關注最新科技在課堂中的應用緊密相關。

目前在未來課堂中所運用的信息技術主要有泛在網(wǎng)絡、多屏顯示、智能測評等，不過，從2016年開始爆發(fā)式增長的虛擬現(xiàn)實技術并未在已有未來課堂研究中詳細提及。虛擬現(xiàn)實技術在激發(fā)學習動機、增強學習體驗、創(chuàng)設心理沉浸感、實現(xiàn)情境學習和知識遷移等方面具有明顯的優(yōu)勢 [13] ，有著教育技術風向標之稱的地平線報告在2016年高等教育版里把虛擬現(xiàn)實技術和增強現(xiàn)實技術列為中期(2-3年)的技術進展目標 [14] 。由此可見，在越來越重視以學生為主體、以交互為手段的現(xiàn)代教學理念的指導下，將虛擬現(xiàn)實技術融入未來課堂，構建適合兩者完善融合的教學模式是有利而必要的。

（二）基于未來課堂環(huán)境下的“VaA”教學模式

如何切實有效提升教學主陣地“課堂”的教學效果，是未來課堂研究的重點。虛擬現(xiàn)實技術要能夠完善的融入未來課堂，合理的教學設計必不可少。教學設計思想最有代表意義的著作是加涅于1965年出版的《學習的條件》和1974年出版的《教學設計原理》，對后世的教學設計研究具有深遠的影響。教學設計模型脫胎于教學設計理論，是對教學設計理論進行精煉后得到的一套操作性較強的實用模型。教學設計模型雖然從設計序列和關注對象來看各有不同，但是大多數(shù)可以歸納成ADDIE模型：分析(Analyze)，設計(Design)，開發(fā)(Develop)，實施(Implement)，評價(Evaluate)。ADDIE模型又稱通用教學設計模(Generic Instructional Design Model) [15] 。筆者通過分析虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實的特點及運用在未來課堂教學中的可能性，結合通用模型ADDIE，構建起如圖4所示的基于未來課堂環(huán)境的“虛擬現(xiàn)實+增強現(xiàn)實(VRandAR，簡稱VaA)”教學設計模型。

要實施“VaA”教學模式，首先分析課程是否滿足采用“VaA”教學模式的條件，條件為既要學習理論知識，又要求實踐操作。若可行，則采用“VaA”教學模式，否則，采用其它教學模式。然后，實踐教學部分采用虛擬現(xiàn)實技術，架設獨立的虛擬現(xiàn)實體驗區(qū)，在其中布置可供虛擬現(xiàn)實教學的體驗設備，幫助學生強化實踐認知；理論教學部分采用增強現(xiàn)實技術實現(xiàn)，利用未來課堂多屏循環(huán)技術與學生端PAD聯(lián)動的優(yōu)勢，促進學生的理論認知建構。最后，整合理論認知和實踐認知獲取程度，得出學生對于本課程的綜合認知獲取情況。

1、虛擬現(xiàn)實技術促進實踐教學

皮亞杰曾說過“我的核心思想始終是相互作用” [16] 。其開創(chuàng)的發(fā)生認識論明確強調(diào)認識既不來自客體，也不來自主體，認識是主客體之間相互作用的產(chǎn)物，主體與客體之間的相互作用是依賴于動作(活動)這一中介來實現(xiàn)的，因此，動作是既是認識的源泉也是思維的基礎 [17] 。莫蘭和麥金泰爾對運動與認知相互關系進行深入研究后提出運動認知為認知心理學提供了一個更為豐富的理論研究范式，它不僅僅是關于認知和行為之間必然聯(lián)系的知識系統(tǒng)，而且，更強調(diào)在心理活動產(chǎn)生時身體知識和動覺過程的重要性 [18] 。具身認知心理學也支持類似觀點，西倫等人認為具身參與引發(fā)認知，即認知的源泉來自于人類身體與周圍環(huán)境的相互作用 [19] 。并且，具身認知還認為身體和環(huán)境對認知的作用不限于因果影響，夏皮羅指出身體和世界在認知加工中扮演了某種構成性的的角色，而不僅僅是因果作用的角色 [20] 。實踐教學特別關注學生動手操作，學生利用動作與實踐對象交互，從自身與對象的互動中建立認知，掌握對象的性質(zhì)。虛擬現(xiàn)實強調(diào)參與者與虛擬環(huán)境的交互，參與者利用數(shù)字技術以自身的動作改變虛擬場景，完成相關任務與挑戰(zhàn)。因此，虛擬現(xiàn)實技術非常適合實踐教學，學生在虛擬情境中與學習對象互動，獲得與現(xiàn)實世界相同或相近的實踐認知，還可避免某些在現(xiàn)實情況下有危險的操作。

在未來課堂虛擬體驗區(qū)域，學生通過佩戴相關的設備進入已設計好的虛擬情境，在該情境中操控學習對象完成規(guī)定的挑戰(zhàn)任務。當學生與虛擬情境進行互動時，未來課堂虛擬體驗區(qū)的數(shù)據(jù)收集設備對虛擬現(xiàn)實場景改變數(shù)據(jù)進行采集。學生根據(jù)要求互動完畢后退出虛擬情境，數(shù)據(jù)收集設備也會將虛擬現(xiàn)實場景改變數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)分析軟件，經(jīng)過分析得出學生實踐認知獲取情況，同時上傳未來課堂后臺數(shù)據(jù)庫，以備后續(xù)使用。此教學模式利用了虛擬現(xiàn)實技術，所以可稱為“V”教學模式。

根據(jù)學生認知與虛擬情境之間的關系，可構建如下算式：

令學生進入虛擬現(xiàn)實情境前的認知為前認知Cv，經(jīng)過虛擬現(xiàn)實學習后的認知為后認知Cv'，前認知與后認知之間的認知增量為△Cv，即Cv'=Cv+△Cv。令與學生交互前的虛擬現(xiàn)實場景為前場景S，經(jīng)過交互后的虛擬現(xiàn)實場景為后場景S'，前場景與后場景之間的場景增量為△S，即S'=S+△S。認知增量的產(chǎn)生源于主體與場景之間的相互作用，因此場景的改變可映射出主體認知的改變，引入函數(shù)fv表示△Cv與△S的關系，即△Cv=fv(△S)。虛擬現(xiàn)實場景由若干子場景構成，每個子場景的增量可能不相同，并且每個子場景對構成完整場景的影響力也不相同。設子場景的數(shù)量為n，每個子場景增量為△Si，對應的子場景影響力即權值為ωi，則，


學生的認知狀態(tài)內(nèi)隱在大腦中，為不可見狀態(tài)，而虛擬場景改變量則以數(shù)字形式保存在系統(tǒng)中，為可見狀態(tài)，所以通過研究可見的虛擬場景數(shù)據(jù)進而研究不可見的認知狀態(tài)。

2、增強現(xiàn)實技術實現(xiàn)理論教學

利用信息技術促進自主學習，一直是教育技術學界關注的重點。齊莫曼提出從動機上看自主學習應該是內(nèi)構或自我激發(fā)的，從時間上看學習者對時間的安排是規(guī)范而有效的，學習者擁有合理的學習方法，他們對學習的結果具有一定的預見性，能夠敏銳察覺并快速適應與學習相關的物質(zhì)及社會環(huán)境 [21] 。而信息技術對支持自主學習則具備顯著的優(yōu)勢，鐘志賢認為信息技術能夠構建出適合不同學生的不同環(huán)境，使認知工具與教學資源呈現(xiàn)豐富性和多樣化，及時反饋在線學習者的各種信息，并為學習者的自我評價提供持續(xù)的評價信息和情境 [22] 。王珠珠則提出社會轉(zhuǎn)型過程中對教育教學多樣化和學習個性化的必然要求，與技術提供的廣泛互聯(lián)和數(shù)據(jù)挖掘相結合，將促進教育模式的變化。而強調(diào)學生自主學習、合作學習、探究式學習、與實踐相結合的學習、正式學習與非正式學習互補，將成為教育改革發(fā)展的必然趨勢 [23] 。如何培養(yǎng)學生的自主學習能力一直都是未來課堂研究的焦點，未來課堂環(huán)境突出的優(yōu)勢在于以多屏循環(huán)聯(lián)動的方式連續(xù)呈現(xiàn)多幅關聯(lián)畫面，這對于學生按照自己的步伐前進，以自定速率吸收知識，引發(fā)學生自主學習的行為是非常有效的。

在此教學模式中，為了加強學生的自主學習能力，可以利用循環(huán)屏顯示方式，將具有邏輯相關性的學習對象逐一呈現(xiàn)在多個大屏上，每個對象的特定區(qū)域有其對應的二維碼，學生在掌握了大屏提供的基礎知識后，為了理解更深入的知識，應利用手中的PAD掃描二維碼，該學習對象的可縮放旋轉(zhuǎn)的三維模型就出現(xiàn)在PAD中，當學生觸碰三維模型時，其深入而詳細的知識就會以文字旁白的方式出現(xiàn)。由于學習對象已經(jīng)保存到學生端的PAD中，學生可以根據(jù)自身的實際情況自主學習。為了確定學生理論認知獲取情況，學生需要在PAD上通過回答題目進行測試，系統(tǒng)根據(jù)其作答情況得出理論認知獲取數(shù)據(jù)，同時上傳至未來課堂后臺數(shù)據(jù)庫，以備后續(xù)使用。此教學模式利用了增強現(xiàn)實技術，所以可稱為“A”教學模式。

參考虛擬現(xiàn)實“V”教學模式的算式，可構建如下增強現(xiàn)實“A”教學模式的算式：令學生使用增強現(xiàn)實前的認知為前認知Ca，經(jīng)過增強現(xiàn)實學習后的認知為后認知Ca'，前后認知之間的認知增量為△Ca，即Ca'=Ca+△Ca。令PAD上測試題目初始狀態(tài)為T，經(jīng)過學生作答后的狀態(tài)為T'，T'相較于T的改變量為△T，即T'=T+△T。認知內(nèi)隱在學生的大腦中，為不可見狀態(tài)，但通過可見狀態(tài)的試題改變量可映射認知，引入函數(shù)fa表示△Ca與△T的關系，即：△Ca=fa(△T)。設子試題的數(shù)量為k，每道子試題有其自身的改變量，設為△Tj，而每道試題對于整個試題有不同的影響度，即有不同的權值，設為ωj，則，


同“V”教學模式類似，在“A”教學模式中，通過研究可見的試題數(shù)據(jù)進而研究不可見的認知狀態(tài)。

3、評價學生的綜合認知

實施策略層面，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實相結合的教學模式可促進學生對該課程實踐和理論兩方面的認知，而到底是遵循先理論后實踐還是提倡先實踐后理論，并無嚴格的規(guī)定，兩種實施策略都可在“VaA”教學模式中實現(xiàn)。

認知結構層面，經(jīng)過“VaA”教學模式學習的學生綜合認知由理論認知與實踐認知兩者結合得到，不同課程對應的理論認知與實踐認知在教學評價中所占的權重應體現(xiàn)出差異性。在側重于技能習得課程中，由“V”教學模式得到的實踐認知應占較大比例；反過來在偏重于理論建構的課程中，由“A”教學模式得到的理論認知則應占較大比例。對“V”與“A”教學模式各自所獲取的認知按照權重進行組合，得到的結果就是該學生本門課程所獲取的綜合認知。

令學生通過“VaA”教學模式學習該課程后的綜合認知為Cc'，綜合認知由“V”教學模式產(chǎn)生的認知Cv'，“A”教學模式產(chǎn)生的認知Ca'，以及各自的權值ωv、ωa組合而成，即：Cc'=ωvCv'+ωaCa'。將式(4)和式(8)的代入可得：

對綜合認知進行總結性評價，便能得出學生在“VaA”教學模式中綜合學習效果。

4、教學設計案例

——以汽車發(fā)動機構造與維修課程為例

未來課堂中的“VaA”教學模式包括較多的直觀感知和動手實作，適合運用到理論與實踐并重或更重視實踐的課程，如職業(yè)教育課程。相較于普通教育，職業(yè)教育更加注重培養(yǎng)學生的實作能力，是一種以就業(yè)為導向的教育類型。因此，職業(yè)教育課程的教學設計必須重視理論聯(lián)系實際，使學生能夠盡快將理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H技能。但目前我國的職業(yè)教育現(xiàn)狀是由于受到經(jīng)費、場地和安全因素等方面的制約，學生的實踐機會相對較少，許多專業(yè)還是以理論學習為主，輔之以實踐操作 [24] 。而采用“VaA”教學模式的未來課堂突出特點就是注重理論與實踐相結合，能夠在一定程度上解決職業(yè)教育課程中理論學習與實踐操作非均衡發(fā)展的困境。

職業(yè)教育課程設計中更多的采用情境教學法，建構主義認為，知識存在于情境性的、具體的、可感知的真實活動中，它只能通過在實際情境中的真實活動才能被理解，而不是脫離真實情境的一套獨立符號系統(tǒng)，所以學習應該與情境化的社會實踐活動相結合 [25] 。不可否認，職業(yè)學校的學生理論基礎相對薄弱，但他們對于能夠動手操作的實作課程興趣較濃厚，而使用情境教學法更加符合職校生的個性特點與發(fā)展規(guī)律，更有利于激發(fā)學生的學習積極性。使用虛擬現(xiàn)實技術的教學可歸為情境教學法，因此，職業(yè)教育對于采用虛擬現(xiàn)實技術來提高教學活動的績效應該具有剛性需求 [26] 。

以中職學校汽修專業(yè)核心課程“汽車發(fā)動機構造與維修(高教版)”為例，在該課程中，學生不僅要掌握汽車發(fā)動機組成部件的理論知識，更要獲得動手拆卸、裝配、維修發(fā)動機的初步技能。傳統(tǒng)的教學方法是讓學生先以統(tǒng)一進度學習書本上汽車發(fā)動機構成部件的理論知識，再到實際的汽修車間去動手實作，這樣的教學模式忽視了學生差異化的知識消化速度，而且教學設備成本開銷較高，還可能帶來安全方面的問題。若采用“VaA”教學模式，既按照學生本身的特點實施自主學習，又以模擬操作的方式降低了教學成本，更避免了可能產(chǎn)生的安全問題。該課程實際的教學結構如圖5所示。


從圖5可知，利用增強現(xiàn)實配合循環(huán)屏技術使學生自主學習氣缸、活塞、連桿、曲軸和飛輪五大汽車發(fā)動機部件的理論知識，通過試題測試得出其在“A”教學模式下所獲取的認知數(shù)據(jù)；利用虛擬現(xiàn)實體驗區(qū)使學生能夠身臨其境的在虛擬車間實踐發(fā)動機的裝配與維修，通過數(shù)據(jù)收集分析設備得出其在“V”教學模式下獲取的認知數(shù)據(jù)。然后利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對兩方面的數(shù)據(jù)進行分析(由于本課程側重于使學生獲得真正動手裝配維修發(fā)動機的實際技能，所以“V”教學模式應該特別受到重視，即“V”在綜合認知中對應的權值應該更重)，同時與未來課堂后臺的教學數(shù)據(jù)庫進行交互(保存或提取)，得出學生對本次汽車發(fā)動機構造與維修課程的綜合認知獲取情況。從實施策略上看無論是先學后做還是先做后學，均可利用此教學模式來達成目標。具體的教學設計類別如表2所示。

5、“VaA”教學模式的優(yōu)勢


未來課堂是一個不斷進化的事物，每一階段的狀態(tài)都應與當前的教學發(fā)展相匹配，即始終處于反復迭代、螺旋上升的進程。虛擬現(xiàn)實技術和增強現(xiàn)實技術同各行業(yè)的整合正快速增長，在教學中的應用也開始涌現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實技術能夠使學生直觀感受并操控學習對象，從而獲取具身認知，已被學術界所認同 [27] 。將虛擬現(xiàn)實技術融入未來課堂環(huán)境中，構建新型的“VaA”教學模式，勢必對未來課堂從物理層面到心理層面均會產(chǎn)生影響，而這種影響是具有一定進步價值的。表3從空間架構、關鍵技術、適用課程、教學模式、呈現(xiàn)效果、操控方式、評價對象和認知獲取八個維度對采用“VaA”教學模式的未來課堂與未采用“VaA”教學模式的未來課堂進行對比。


空間架構方面，“VaA”未來課堂相較于非“VaA”未來課堂增設了體驗區(qū)，使VR體驗式學習在空間上得以實現(xiàn)；關鍵技術方面，非“VaA”未來課堂中多屏顯示、泛在網(wǎng)絡、智能感知等成熟技術可以繼續(xù)保留，增加VR和AR技術，以達到“VaA”教學模式的需要；適用課程方面，非“VaA”未來課堂由于主要采用多屏聯(lián)動的教學方式，適用于理論教學課程，而加入VR技術的“VaA”未來課堂，在繼續(xù)保持多屏聯(lián)動教學方式外，還加入了虛擬現(xiàn)實體驗式教學，既可適用于理論型課程，也可適用于實訓型課程；教學模式方面，非“VaA”未來課堂中教師先對知識進行多屏聯(lián)動講解，再推送資源到學生PAD端，而“VaA”未來課堂則是學生利用PAD端二維碼掃描功能自主獲取并學習多屏上的AR資源內(nèi)容，或進入VR技術構建的虛擬空間中進行體驗式學習；教學對象呈現(xiàn)方面，非“VaA”未來課堂僅在學生PAD端屏幕上呈現(xiàn)對象模型，而“VaA”未來課堂則加入了VR虛擬環(huán)境下的立體呈現(xiàn)效果，使學習對象更具真實感；操控方面，非“VaA”未來課堂由于只使用PAD端，所以僅在PAD觸摸屏上使用手指的滑動與點擊對學習對象進行操控，這與真實操控物體有很大的差距，而“VaA”未來課堂由于加入了VR技術，所以能夠?qū)崿F(xiàn)沉浸式操控，使學生產(chǎn)生同操控真實物體相同或相近的感覺；評價對象方面，非“VaA”未來課堂主要是對學生學科理論知識掌握程度進行診斷評價，而“VaA”未來課堂不僅對理論知識掌握程度進行評價，還利用VR的數(shù)據(jù)分析對學生的實訓技能掌握程度進行評價，使教師全面的了解學生理論知識與實訓技能綜合的掌握程度；認知獲取方面，非“VaA”未來課堂采用PAD端學習知識，此類知識產(chǎn)生離身認知，而“VaA”未來課堂既可以使用PAD獲取離身認知，也能夠利用VR技術獲取具身認知。

從以上八個維度的對比可以看出，采用“VaA”教學模式的未來課堂進行了多方面的改進，以期切實提升學生的學習力。

四、總結與展望


將虛擬現(xiàn)實技術融入未來課堂，是對未來課堂從理論到實踐的一次提升，從未來課堂的技術環(huán)境上來說引入了業(yè)界前沿的虛擬現(xiàn)實技術，使未來課堂的技術優(yōu)勢能夠與時俱進；從未來課堂的教學模式上來看，加入虛擬現(xiàn)實技術的“VaA”教學模式使學生在課堂中參與到以前根本無法體驗的教學情境中，獲得與真實情境中相差無幾的學習結果，從而豐富了未來課堂的教學模式研究。結合未來課堂的發(fā)展態(tài)勢，對虛擬現(xiàn)實技術更完善融入未來課堂提出以下建議：

（一）空間結構方面——未來課堂中虛擬現(xiàn)實教學空間的優(yōu)化

未來課堂中關于學習空間的研究主要針對在傳統(tǒng)的教室結構基礎上創(chuàng)建更人性化更有效的新型學習空間，因此，未來課堂的空間面積通常來說是有限的。由于虛擬現(xiàn)實教學區(qū)域是一個獨立的空間，那么怎樣在有限的空間內(nèi)劃分并構建出獨立虛擬現(xiàn)實區(qū)域，是一個必須重點考慮的環(huán)節(jié)。在實際布置中，應根據(jù)空間結構和參與體驗的學生數(shù)量來靈活調(diào)整虛擬現(xiàn)實教學區(qū)域，調(diào)整的對象主要是區(qū)域面積和區(qū)域數(shù)量。如果虛擬現(xiàn)實體驗區(qū)布置在較大的室內(nèi)，同時參與體驗的學生數(shù)量較多，比如學生活動中心，教學展示廳等，則可增加區(qū)域的面積和數(shù)量，使更多的學生體驗虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng)；如果布置在普通的教室內(nèi)，參與體驗的學生數(shù)量較少，則應減少區(qū)域的面積和數(shù)量，使教室空間不至于過度擁擠。

（二）資源建設方面——設計開發(fā)服務于教學的虛擬現(xiàn)實資源

每種教育技術都有其對應的教學資源，設計并開發(fā)出真正適合的教學資源一直是教育技術所關注的重點。虛擬現(xiàn)實技術本身已經(jīng)逐漸走向成熟期，但到目前為止絕大多數(shù)虛擬現(xiàn)實技術產(chǎn)品都面向于非教育領域，使用頻率較高或質(zhì)量相對優(yōu)秀的產(chǎn)品主要集中在娛樂領域，如SONY公司針對PS4游戲機推出的虛擬現(xiàn)實設備PlayStationVR在全球熱賣，為其量身定作的VR游戲也層出不窮。從虛擬現(xiàn)實在娛樂等領域運用廣泛來看，開發(fā)出適用于教學的虛擬現(xiàn)實資源從技術層面是成熟的。但為何真正在教學上成功運用的虛擬現(xiàn)實資源卻少之又少呢？很大的一個障礙就在于技術與教學的脫節(jié)。擁有虛擬現(xiàn)實開發(fā)技術的軟件工程師們雖然精通算法、代碼等，但大多數(shù)對于教學的理論與實踐則是門外漢；而鉆研教學的教師、學者們大多數(shù)也對虛擬現(xiàn)實開發(fā)技術望而生嘆。技術與教學之間存在巨大的鴻溝，造成虛擬現(xiàn)實技術遲遲不能較完善的運用于教學實踐上。填補技術與教學之間的鴻溝，現(xiàn)階段來說可以采取技術工程師與教師學者組成一個團隊，圍繞同一個教學目標，發(fā)揮各自的專業(yè)優(yōu)勢，共同完成基于虛擬現(xiàn)實技術的教學資源的建設。長遠來看，在高等院校教育技術專業(yè)開設虛擬現(xiàn)實技術課程，培養(yǎng)既具備技術能力，又熟悉教育教學的高質(zhì)量相關領域從業(yè)者才是解決這一問題的根本途徑。

（三）發(fā)展路徑方面——在虛擬現(xiàn)實教學中引入人工智能

人工智能(AI)是以人類智能活動規(guī)律為研究出發(fā)點，從而創(chuàng)造出具備人類某種智能行為的人工系統(tǒng) [28] 。人工智能的研究領域很廣泛，包括專家系統(tǒng)、問題求解、自動定理證明、機器學習、模式識別、機器人以及人工生命等諸多相關領域?；ヂ?lián)網(wǎng)時代，得益于廣泛存在的感知器、大數(shù)據(jù)應用、電子商務的發(fā)展以及社交平臺的全面開花，使人工智能涌現(xiàn)出新的發(fā)展方向，如基于大數(shù)據(jù)的人工智能、互聯(lián)網(wǎng)群體智能、跨媒體智能、人機混合增強智能和自主智能系統(tǒng)等。在未來課堂中融入虛擬現(xiàn)實技術，肯定會產(chǎn)生大量的學習訓練數(shù)據(jù)，對于數(shù)量眾多類型復雜的各類數(shù)據(jù)，引入大數(shù)據(jù)環(huán)境下的人工智能技術，可以非常有效的提高處理速度和識別精度，如果采用聚類等人工智能算法，還可能揭示出隱藏在數(shù)據(jù)后面的未曾被注意到過的某些教學特性。而且，對于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)本身可以運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法如BP算法、深度學習算法等，使其具備一定程度的學習能力，從而不斷提升系統(tǒng)性能。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術融入未來課堂教學是未來課堂發(fā)展的必然趨勢，對加強學生的理論認知和培養(yǎng)學生的實踐能力都能夠起到積極的提升作用。而對于空間結構尚需優(yōu)化、資源建設尚待完善以及如何更有效的引入人工智能等問題將在后續(xù)研究解決。


本文系全國教育信息技術“十二五”規(guī)劃重點課題“思維可視化技術與學科整合的理論和實踐研究”(項目編號：116220539)的階段性研究成果。

作者簡介：劉勉：講師，華東師范大學教育信息技術學系在讀博士，研究方向為虛擬現(xiàn)實、人工智能、教學行為模式。

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