虚拟现实技术在职业教育教学的应用

摘要:虚拟现实技术应用于职业教育教学日趋广泛和深入，需要立足学习者全面发展的建构主义理论深入研究。梳理虚拟现实技术特征和建构主义理论要素，分析和研究建构主义理论和虚拟现实技术职业教育教学融合发展的应用现状，提出适应新时代职业教育特点，以学习者发展为中心的虚拟现实教学模式和个性化、自主式在线虚拟现实平台系统，以此提升虚拟现实技术应用于职业教育教学的成效。

关键词:建构主义学习;虚拟现实技术;职业教育应用

为深化我国职业教育信息化发展，2017年9月教育部在《关于进一步推进职业教育信息化发展的指导意见》中明确提出职业院校应该主动服务国家重大发展战略，加大虚拟现实等新技术的应用，面向职业教育的教学活动和环节，并确定围绕应用、融合、创新开展教学模式实践工作。将虚拟现实技术引入职业教育，既顺应教育发展的趋势和潮流，也是实现人才培养的重要途径。与此同时，职业教育一线教学对于虚拟现实技术的应用仍然存在一些问题限制，如教师认为虚拟现实教学产品功能雷同，或学习者认为最终学习获得感不足。因此需要理清建构主义学习理念，掌握虚拟现实技术的特征和发展，进一步分析职业教育教学虚拟现实技术应用现状，确定以支持个性化、自主性、在线学习的虚拟现实教学模式和平台构建，发挥虚拟现实技术在职业教育中的重要作用。

1建构主义学习理论基础

建构主义主张知识和技能并不能以触觉被接收，也不能通过感觉被获取，它强调知识结构通过“同化”和“顺应”［3］两个方式与周围环境建立密切的联系，从而达到一个平衡的过程。建构主义学习理论由两部分构成。在构建主义学习观中，学习者是知识建构的主体，学习者通过把外界信息资源融合进现有的知识结构中，扩展其知识结构达到同化的过程，学习者的知识结构因外界信息资源而发生重组，形成新知识结构达到顺应的过程，而教师不再是知识建构的主导者。在建构主义教学观中，强调以学习者为中心，不再以教师为中心，教师从学习者学习实际情况出发，根据不同学习者的需求和能力，鼓励学习者学习知识，协助学习者更好地完成知识学习过程的理解与内化，帮助学习者不断突破创新。总之，建构主义学习理论强调的要素特征包括情境、协作、会话和意义建构［4］，并认为意义建构是知识获取的主要方式，即在特定的情境下，知识通过人际间的协作互动、会话而获取。

2虚拟现实技术的特性及其发展

虚拟现实技术(VirtualReality，简称VR技术)，它是集成计算机图形识别技术、多媒体技术、传感器技术、人机接口技术、计算机并行处理技术等高新技术于一体的人机交互技术，虚拟环境、意识感知、自然技能和传感设备等是虚拟现实技术的主要应用。在虚拟的环境中，给人带来逼真的感官感受，无论是视觉、听觉、触觉或是力觉等，虚拟现实技术的应用颠覆了传统教学模式，使学习者在虚拟的教学场景中，不受时间、空间、环境的影响，从而切身体验教学实践。多个概念在虚拟现实技术教学实践中发生改变［5］。从学习者出发，以虚拟环境中的参与者为单位，打破了年龄、背景、班级(小组)划分等因素的限制;从教师出发，教师不再以教授知识的传教者身份出现，更多的是项目或任务的引导者或提出者，成为学习者在认知过程中的合作者或是伙伴，协助学习者更好地完成知识学习过程的理解与内化;从教学环境出发，虚拟教室中的事物根据现实实践条件进行具象化，并根据项目或任务的发展动态发生变化;从教学资源出发，虚拟环境中的教学资源具有动态发展性，可以根据学习者应达到的学习目标进行动态的变化，从而使学习者获取资源更加便捷，资源利用率更高。虚拟现实技术具体表现为3I特征，即沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)、构想性(Imagination)［6］。沉浸性特征即为了提升学习者的学习兴趣，虚拟现实技术运用交互设备改善传统的教学模式，使学习者的心理产生一定的改变，让他们在虚拟中感受到现实的环境，增加对学习的兴趣。交互性特征即虚拟现实技术不断利用动作、语言进行相互交流、学习，使学习者可以清晰地对现实中的物体进行操作，这样大大改善了以往的传统教学模式，使学习者与老师之间达到很好的沟通效果。构想性特征即为了使学习者收获更多的知识信息，虚拟现实技术在深化概念意义的同时，打造不一样的虚拟现实世界。因此虚拟现实技术可以帮人们想象一个不存在的世界，或者经历一个没有亲眼看到的世界，启发人们创造性思维，使抽象概念具体化。近年来虚拟现实技术与人工智能技术逐渐融合。客观上看，没能融合人工智能的虚拟现实技术只是让使用者沉浸在设定的3D场景中，无触觉，无智能，虚拟世界依然是机械僵硬的。将人工智能应用到虚拟现实情境中，虚拟世界将会拥有一定的智慧，主体会有独特的个性。虚拟现实技术也逐渐呈现出一定的智能性(Intelligence)，因此，虚拟现实技术在实践教学中逐渐发展为4I特性。

3建构主义与虚拟现实技术的融合及发展

建构主义的提出与虚拟现实技术的发展具有密不可分的联系［7］。建构主义的学习情境的构建、协作和会话的学习途径在虚拟现实技术教学实践中都有证实，虚拟现实技术教学应用目的也与建构主义的目标相一致。首先，建构主义学习理论强调知识结构的同化和顺应过程，而虚拟现实技术则不断利用智能化手段满足学习者的需求，充分发挥沉浸性的特征，最大程度完成建构主义对情境化构建的要求，为教师的教学、学习者的学习需求提供了很大的帮助。其次，建构主义学习理论强调的协作和会话特征是虚拟现实技术中教师、学习者之间沟通的体现，是人与各种资源高度交互交流的反馈，虚拟现实技术所营造的开放的、动态的交互系统可以根据教师、学习者之间发出的指令进行反馈和调整。再者，虚拟现实技术的应用，为教学实践活动提供了丰富的创造力。从学习者角度分析，学习者可以找到合适自身的课程，积极主动地学习，从而找到学习方式方法，增强实用性。从教师角度分析，说教转为指导，教师能为相对落后的学习者提供更多指导，这为意义构建的发展提供了更大的空间。最后，建构主义学习理论强调的学习者由感性认知到理性联想的过程与虚拟现实技术在教学实践应用的过程相吻合，虚拟现实技术通过判断学习者在虚拟学习环境中所呈现出的状态及动态反应，进一步安排项目操作，进而实现其理论和实践能力发展的过程。因此，建构主义学习理论为职业教育技术应用的转向提供了具体的理论指导，融合模式如图1所示。

4虚拟现实技术在职业教育教学中的应用分析

4.1提供丰富的情境。传统教学模式中，由于受到时间、空间、经费等因素的限制，教学情境通常是固定的、单一的，无法给学习者提供丰富而有效的学习情境。将虚拟现实技术应用在职业教育教学中，可以呈现出多种教学方式，通过利用虚拟现实教学向学习者进行感官刺激，从而获得知识量。通过每一名学习者的身心投入，创设可供学习者观察和体验的虚拟情境。并在虚拟仿真实践中，给学习者一种身临其境的感觉，不断内化技术知识并从虚拟实践中进行进一步总结与探讨，使学习者沉浸在虚拟感知的生活和生产实践过程中。以计算机技术专业为例，在理论性较强的课程中，如计算机基础课程，可以采用虚实分段的教学方式。先通过现实理论讲解，再进行虚拟现实技术实物展示，让学习者直观认知组件的构成和组装过程。在需要反复印证的课程中，如数据结构课程，可以采用虚实结合的教学模式。由于算法思维是抽象的，学习者通常比较难以理解，通过虚拟现实技术，将算法的过程通过浅显易懂的形式展现出来。在进行综合性较强的课程中，如网站开发课程，可以采用虚实融合的教学模式，进而创建教学所需要的教学环境和设备条件。4.2提供交流对话平台。在虚拟教学模式的情境中，协作与会话能够促进学习者对于知识的了解和掌握。虚拟现实技术提供学习者两方面的协作与会话，分别是人人交互和人机交互。在人人交互中，为了满足人们对虚拟现实技术下达指令的速度，计算机不断通过收到的反馈进行整改，从而实现特殊情境下的互动反馈。不断以现代信息技术为工具，使学习者在虚拟现实技术中的交流更加顺畅。虚拟现实教学实践中会话的本质就是知识、经验、智慧的交互共享过程。在人机交互中，人的感官功能的呈现十分重要。通常情况下，会利用人们的视觉、听觉、触觉等设计出三维输入输出设备，可以使学习者直观地对计算机进行实时操作，从而完成交互任务。4.3提供虚拟现实任务。职业技能培养以工作情境为基础，以解决问题和任务为目标，以“从做中学”为教学逻辑起点。在传统的计算机技术课堂上，教学方式大多以填鸭式进行，学习者被动地接受教师的教学内容，因此容易产生对知识内容的消极与定势。而虚拟现实技术可以提供模拟、验证、探索等任务形式，具体包括以真实问题和任务为焦点启动课程，学习者通过实证解决问题和任务，教师通过提问和建立情境等方式引导学习者，为进一步解决问题提供新途径。总之，虚拟现实技术目前在职业教育教学中的应用着重于将“进不去、看不见、动不了、难再现”的实践情境呈现在学习者面前，帮助学习者思维和能力共同发展，促进学习者主动学习，并为学习者创造了一个自主学习的理想环境［8］。跟传统方法比较起来，学习者会通过虚拟情境平台，实现在理想环境中学习的梦想，提高学习效率，从而获取更多的知识。同时，虚拟现实技术为学习者提供身临其境的多感知环境，促进学习者不断地探索、分析、评价、优选和进一步地加工知识。

5支持以学习者为中心的虚拟现实技术教学模式设计

5.1虚拟现实技术教学模式的设计原则。基于建构主义学习理论下虚拟现实技术教学模式的设计原则应符合以下几点要求［9］:一是以学习者为中心，以促进学习者的学习兴趣为主要设计原则，通过多层次的知识结构内容，不断激发学习者的探究精神，使学习者的整个学习过程可以被引导、监控和评价;二是通过学习成果反馈，及时发现和解决问题;三是充分发挥虚拟现实技术的中介功能作用，掌握正确的教学策略，把相关的教学资源与学习者兴趣相结合，让学习者对其进行评价，使虚拟现实技术教学模式的设计更加完善，促进教育不断领先发展。5.2虚拟现实技术的教学模式设计内容。基于建构主义学习理论下虚拟现实技术教学应用的目的在于实现学习者的技能建构，通过完善教学设计，实现“以学习者为中心”的教学模式。本研究从以下三个方面实现以学习者为中心的新型虚拟现实技术教学模式与教学平台设计。一是支持个性化学习［10］。为了使每个学习者都能达到学习目标，虚拟现实技术可以有效解决学习科目单一化的问题，根据每个学习者的性格特点进行不同的设计，创建出不同的场景，这样一来使学习者更好地进行研究学习。二是支持自主性学习［11］。对于学习者来说，学习的乐趣是十分重要的。虚拟现实的技术为了给学习者提供丰富的学习情境，随着课程变得更加多样化，进而激发学习者的学习兴趣。VR/AR技术支持自主性学习，可以让学习者自行操控，锻炼他们解决问题的能力，从而提高学习效率。三是支持在线教学。由于学习者的需求较多，虚拟现实的技术针对一些不能够及时上课的学习者进行资源上的补充，可以为学习者提供很大的帮助。MOOC等远程在线教育能够不受空间、时间的限制，将VR/AR技术与在线课程相结合，提升他们技术能力及就业竞争力。基于建构主义学习理论的虚拟现实技术教学模式，以学习者为主体，以教师为指导，以虚拟现实教学平台的三个中介作用为基础，通过同化、顺应两个过程，调整和平衡认知结构，有效获得并创新技术知识。2。5.3虚拟现实技术支持的新型教学平台设计。根据以上的教学模式设计原则和要素，结合实际教学经验，虚拟现实技术支持的新型教学平台设计应该包含如下内容:一是学习者学情分析。学情指学习者在学习某一知识时，已经掌握的相关知识和智能。二是学习者个性差异分析。个性差异指学习者进行学习活动时所表现出不同的解决问题的方式和特点，构成了虚拟环境中的个体在心理上的差异，以动机与兴趣、情感与意志、性格与气质为突出表现特征。三是学习者认知方式分析。认知方式指学习者所喜爱的或养成的信息加工方式。弄清这种差异，就可以有针对性地对学习者进行指导和帮助。新型教学平台可结合虚拟现实技术、大数据基础架构、采用分布式计算、分布式存储方法来实现，建设结合大数据智能化分析为一体的虚拟现实教学应用及资源管理智能实训平台。新型教学平台包含8大功能应用，子系统包括:教学支撑管理子系统、实训项目管理、教学资源管理子系统、教学评测分析引导子系统、实训体验子系统、数据展示子系统、系统管理子系统、创新孵化子系统，具体如图3所示。虚拟现实技术教学平台系统的研发，以建模主义学习论为基础，为以学生为中心的个性化学习、自主性学习提供了重要的支持。在职业教育教学过程中，利用新型虚拟现实教学平台系统可以改善传统模式的学习，创新教学方式方法，为学生的教育提供专业支持。因此，积极利用教学平台系统可以使学生对学习越来越感兴趣。同时，利用新型教学平台的多样性，学生可以选择不同的课程，使课程更加灵活，并根据自己的需求重复播放学习课程，从而应用个性化策略提升技能学习的效果。

6结语

目前，虚拟现实技术在职业教育教学中的应用范围及影响逐渐扩大，对完善实践教学起到关键性作用。但是，无论是虚拟现实技术还是硬件设备条件，抑或是相关功能结构还有待进一步完善。今后，随着虚拟现实技术的发展和应用条件的成熟，虚拟教学将实现大众化和普及化。同时，逐步实现虚拟教学的模式、教学手段以及学习者参与方式的优化，实现传统教学模式与虚拟教学模式的有机融合，也将进一步实现虚拟现实技术在教育领域的应用和发展。

作者:赖晶亮 王康 单位:广东轻工职业技术学院