張雪 羅恒 李文昊 左明章

[摘? ?要] 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展使越來越多的學(xué)者開始探索其在教育領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。然而，現(xiàn)階段尚缺乏將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特性和教學(xué)理論有機(jī)整合的設(shè)計(jì)研究和效果檢驗(yàn)。針對(duì)該研究的局限性和我國兒童交通安全教育的具體需求，文章對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下的探究式交通安全教育模式進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)例分析了如何將真實(shí)性、開放探索性、關(guān)鍵決策點(diǎn)、問題空間和專家反饋等探究式學(xué)習(xí)原則應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境的情境、任務(wù)、交互和反饋設(shè)計(jì)中。為進(jìn)一步檢驗(yàn)其教學(xué)效果，文章開展準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)湖北省城市、城郊和農(nóng)村地區(qū)三所小學(xué)的79名兒童在該學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和體驗(yàn)進(jìn)行了定量和定性分析。研究結(jié)果表明，該學(xué)習(xí)環(huán)境能有效診斷并改善兒童的危險(xiǎn)道路行為，如橫沖馬路、綠燈閃爍時(shí)過馬路、不檢查交通狀況等，且城鄉(xiāng)環(huán)境和年級(jí)水平對(duì)兒童交通行為表現(xiàn)和學(xué)習(xí)效果沒有顯著影響。研究結(jié)果對(duì)改革我國兒童交通安全教育模式、提升教育質(zhì)量有一定的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞] 虛擬現(xiàn)實(shí); 探究式學(xué)習(xí); 道路安全教育; 教學(xué)設(shè)計(jì); 準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

一、引? ?言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality Technology，簡稱VR）是一種創(chuàng)建和體驗(yàn)交互式三維虛擬環(huán)境的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)：虛擬環(huán)境為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等多重感官刺激，用戶可以通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、體感控制器等傳感設(shè)備在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自然交互[1-2]。Burdea和Coiffet將沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination）歸納為VR技術(shù)的基本特征，也稱3I特征[3]。Dalgarno和Lee在3I特征的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了VR技術(shù)的5個(gè)學(xué)習(xí)能供性，分別是發(fā)展空間知識(shí)表征、提供探究式學(xué)習(xí)任務(wù)、提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與投入、促進(jìn)情境化學(xué)習(xí)與知識(shí)遷移和豐富協(xié)作學(xué)習(xí)模式[4]。Shin從情感維度分析了虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境對(duì)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者同理心和代入感的積極影響，強(qiáng)調(diào)“共情感”對(duì)學(xué)習(xí)交互和學(xué)習(xí)體驗(yàn)的重要性[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷完善的技術(shù)特性和持續(xù)降低的應(yīng)用成本，使其成為2018高教版《地平線報(bào)告》預(yù)測的六項(xiàng)關(guān)鍵教育技術(shù)之一[6]。

當(dāng)前，教育類文獻(xiàn)中對(duì)VR技術(shù)的研究呈快速增長趨勢。研究熱點(diǎn)從早期對(duì)情境感知、三維建模、人機(jī)交互等關(guān)鍵技術(shù)的探討逐漸轉(zhuǎn)向VR在具體學(xué)科中的應(yīng)用實(shí)踐和效果評(píng)估的研究[7]。Merchant等人通過對(duì)VR文獻(xiàn)中69項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行元分析發(fā)現(xiàn)，VR技術(shù)總體上對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果有促進(jìn)作用[8]。然而，現(xiàn)階段國內(nèi)外研究仍存在以下幾方面的局限性：（1）文獻(xiàn)中的VR教學(xué)環(huán)境多為基于投屏電視、紙板眼鏡和電腦仿真的半沉浸式環(huán)境，應(yīng)用全沉浸式VR技術(shù)（如VR頭盔、體感交互等）的教學(xué)干預(yù)較為少見;（2）大多數(shù)量化研究是在嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行的，而且質(zhì)性研究偏少，缺少對(duì)教學(xué)過程和學(xué)習(xí)體驗(yàn)深入細(xì)致的分析與解讀;（3）缺乏將VR技術(shù)特性和教學(xué)設(shè)計(jì)理論有機(jī)整合的設(shè)計(jì)研究，研究結(jié)果對(duì)教學(xué)實(shí)踐的指導(dǎo)意義有限。針對(duì)當(dāng)前相關(guān)研究的局限性，本研究將全沉浸式VR技術(shù)與探究式學(xué)習(xí)理論有機(jī)整合，提出了一種適用于VR環(huán)境的探究式學(xué)習(xí)模式，并采用量化和質(zhì)性相結(jié)合的方法檢驗(yàn)該教學(xué)模式的教學(xué)效果。通過論證和檢驗(yàn)VR教學(xué)環(huán)境中情境設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)、反饋設(shè)計(jì)等教學(xué)策略，進(jìn)一步發(fā)展和完善了基于VR技術(shù)的探究式學(xué)習(xí)理論。

二、探究式學(xué)習(xí)相關(guān)理論

（一）探究式學(xué)習(xí)

探究式學(xué)習(xí)（Inquiry-Based Learning）是一種以學(xué)生為中心的建構(gòu)主義教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生在開放問題情境中積極主動(dòng)地探索，實(shí)現(xiàn)自我導(dǎo)向、歸納演繹、構(gòu)建知識(shí)。探究式學(xué)習(xí)的兩種常見形式是問題教學(xué)（Problem-Based Learning）和案例教學(xué)（Case-Based Instruction），其本質(zhì)都是圍繞情境問題開展探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和知識(shí)遷移等高階思維能力。

1. 問題教學(xué)

問題教學(xué)旨在引導(dǎo)學(xué)生在分析任務(wù)的過程中發(fā)現(xiàn)問題，從而發(fā)展學(xué)生靈活應(yīng)用特定知識(shí)和概念來解決問題的能力。Jonassen提出問題教學(xué)是一個(gè)完整的學(xué)習(xí)空間，包括問題空間和相關(guān)的概念空間，展示了如何解決問題的過程[9]。每個(gè)問題都存在一個(gè)問題空間，它指在任務(wù)環(huán)境下用于解決問題中的矛盾沖突所涉及的特定知識(shí)、規(guī)則和方法，強(qiáng)調(diào)考查學(xué)生面對(duì)任務(wù)環(huán)境的內(nèi)部表征。具體而言，問題空間包括兩種結(jié)構(gòu)：任務(wù)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。每一個(gè)問題形式為[A=>B]的向量元組，它包括三個(gè)組成部分，其中A和B分別代表問題的起始狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)，而“=>”表示從起始狀態(tài)到終止?fàn)顟B(tài)所需的某種規(guī)則或方法。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的任務(wù)環(huán)境結(jié)構(gòu)包括七個(gè)特征[10]：（1）問題有一定的自由度和層次性;（2）問題規(guī)模大且復(fù)雜;（3）問題解決存在延遲或即時(shí)反饋;（4）有意圖的輸入和規(guī)范的輸出;（5）約束控制策略;（6）可能存在的干擾因素;（7）答案沒有對(duì)錯(cuò)之分，需要個(gè)性化評(píng)估。將構(gòu)成問題的三種成分作為常量，與任務(wù)環(huán)境的設(shè)計(jì)之間建立“解釋性聯(lián)系”，共同構(gòu)成問題空間的設(shè)計(jì)。

2. 案例教學(xué)

案例即一個(gè)或者多個(gè)真實(shí)且復(fù)雜的事件或情景，通過案例中的人物活動(dòng)或事件發(fā)展向案例分析者提供間接經(jīng)驗(yàn)。案例為分析者提供討論、反思、問題求解和應(yīng)用理論的機(jī)會(huì)，其質(zhì)量很大程度上影響著案例教學(xué)的質(zhì)量。一個(gè)優(yōu)秀案例應(yīng)包含三個(gè)要素[11]：（1）真實(shí)問題情境描述，反映現(xiàn)實(shí)世界問題的復(fù)雜性，提升案例的真實(shí)感和沉浸感;（2）必要的反饋意見和專家評(píng)語，教師需在案例故事的關(guān)鍵決策點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思并提供指導(dǎo)意見;（3）多種媒體內(nèi)容的呈現(xiàn)，信息技術(shù)為案例設(shè)計(jì)開發(fā)提供了更多可能性，基于視頻、音頻、圖片、動(dòng)畫等多媒體呈現(xiàn)能充分展示案例問題的情境性和復(fù)雜性。

（二）探究式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原則

通過對(duì)上述探究式學(xué)習(xí)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理，本研究總結(jié)了五條探究式學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)原則，見表1，這些原則指導(dǎo)了VR支持的探究式學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例：基于VR的

兒童道路交通安全教育

（一）教學(xué)問題

世界衛(wèi)生組織《2018全球道路安全現(xiàn)狀報(bào)告》指出，交通事故已成為全球兒童致死的首要原因[12]。中國每年有超過1.85萬名0～14歲兒童死于交通事故。同時(shí)，中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致了農(nóng)村向城市的大規(guī)模遷移和農(nóng)村地區(qū)人口的機(jī)動(dòng)化，無論是農(nóng)村還是城市兒童都面臨著更大的交通安全風(fēng)險(xiǎn)。然而，當(dāng)前我國中小學(xué)交通安全教育一般仍采用基于圖書和錄像的講授式教學(xué)，形式單一，方法落后，缺乏系統(tǒng)性、交互性和吸引力。改善我國兒童交通安全教育已經(jīng)刻不容緩。而VR技術(shù)因其沉浸性、交互性和想象性特征，為創(chuàng)新交通安全教育模式、提升學(xué)習(xí)效果提供了可能。首先，VR技術(shù)能夠完全模擬和仿真現(xiàn)實(shí)道路交通場景，創(chuàng)建一個(gè)足夠真實(shí)又絕對(duì)安全的虛擬交通環(huán)境，有助于了解兒童對(duì)道路安全的認(rèn)知誤區(qū)和行為習(xí)慣。其次，VR環(huán)境可控可靠，可以通過調(diào)整車速、路況、天氣、信號(hào)燈等參數(shù)豐富學(xué)習(xí)場景，為當(dāng)?shù)貎和峁┝可矶ㄖ频挠?xùn)練體驗(yàn)。最后，VR技術(shù)提供逼真的圖像、聲音等能大幅提高學(xué)習(xí)的趣味性和臨場感，允許兒童積極探索和重復(fù)練習(xí)。在已有教學(xué)環(huán)境無法滿足教學(xué)需求的情況下，利用VR技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境、創(chuàng)設(shè)問題情境、拓展學(xué)習(xí)空間是可行的方法?；诖耍狙芯繎?yīng)用問題教學(xué)和案例教學(xué)等探究式學(xué)習(xí)方式，結(jié)合VR技術(shù)的學(xué)習(xí)能供性對(duì)交通安全教學(xué)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（二）VR支持的探究式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

本研究以探究式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)原則為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮教師的專家指引作用，設(shè)計(jì)了如圖1所示的“探索—復(fù)盤—練習(xí)—反思”的基于VR的探究式學(xué)習(xí)模式。該模式強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)環(huán)境中真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，支持兒童在虛擬交通環(huán)境中進(jìn)行自由探索，將復(fù)雜的交通任務(wù)分解為三個(gè)子任務(wù)作為關(guān)鍵決策點(diǎn)，每個(gè)子任務(wù)問題空間中初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)和交通規(guī)則明確，且加入了一定的干擾因素，教師在復(fù)盤和反思環(huán)節(jié)就兒童學(xué)習(xí)者的實(shí)際表現(xiàn)情況進(jìn)行個(gè)性化引導(dǎo)，引導(dǎo)他們進(jìn)行觀察分析、決策實(shí)踐和反思討論等高階思維活動(dòng)，從而加深其對(duì)交通安全知識(shí)的深入理解、提高其交通知識(shí)的應(yīng)用能力。以下從學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的四個(gè)要素（情境、任務(wù)、交互、反饋）分別闡述VR技術(shù)特性和探究式學(xué)習(xí)原則在該教學(xué)環(huán)境中進(jìn)行整合的設(shè)計(jì)與具體實(shí)現(xiàn)方法。

1. 情境設(shè)計(jì)

本研究使用Unity 3D游戲引擎和Oculus Rift軟件開發(fā)工具包設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)可移動(dòng)的全沉浸式虛擬環(huán)境。Unity 3D通過高級(jí)視覺和音頻效果快速創(chuàng)建和輕松部署VR應(yīng)用程序，Oculus Rift通過其高分辨率頭戴式顯示器及兩個(gè)紅外傳感器實(shí)現(xiàn)大型跟蹤空間。如圖2所示，該情境設(shè)置允許參與者在跟蹤空間內(nèi)自由漫游。創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境是基于城市中心道路交通實(shí)況構(gòu)建的虛擬道路交通場景，包括4條街道、9條人行橫道和7個(gè)交通燈。在該環(huán)境中每個(gè)控制裝置都發(fā)生著現(xiàn)實(shí)行為，如車流車量、360度視角、光線明暗效果等使兒童能夠完全真實(shí)地感受到道路上的“危險(xiǎn)”。但是，兒童可能會(huì)出于好奇或者追求刺激的心態(tài)故意嘗試錯(cuò)誤的交通行為，如橫穿馬路、不走斑馬線或故意跑向倒退的車輛后面等。因此，為了不對(duì)錯(cuò)誤的交通行為起到強(qiáng)化的作用，該VR環(huán)境的程序設(shè)定會(huì)及時(shí)制止錯(cuò)誤行為的進(jìn)一步發(fā)展，避免事故場面給兒童帶來的心理陰影。

情境設(shè)計(jì)所應(yīng)用到的探究式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原則包括：（1）真實(shí)性原則，利用VR技術(shù)的沉浸性特征呈現(xiàn)一個(gè)包含多種交通情境的高度仿真的虛擬世界;（2）開放探索原則，利用VR技術(shù)的交互性特征提供一個(gè)開放自由的交通道路探索空間。

2. 任務(wù)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)了“交通信號(hào)燈”的問題空間，如圖3所示。在該問題空間中設(shè)置了三個(gè)虛擬場景，分別是路口1“信號(hào)燈紅燈狀態(tài)同伴在馬路對(duì)面招手”、路口2“準(zhǔn)備過馬路時(shí)綠燈開始閃爍”和路口3“信號(hào)燈綠燈狀態(tài)但有校車在倒車”。三個(gè)虛擬場景的位置分別對(duì)應(yīng)三個(gè)關(guān)鍵的決策點(diǎn)，即立刻橫穿馬路還是等待綠燈時(shí)從斑馬線過馬路（C1）、綠燈倒計(jì)時(shí)閃爍時(shí)是原地等待還是快速通過（C2）、校車倒車時(shí)是橫穿馬路還是等待（C3）。每一個(gè)決策點(diǎn)都是具有明確始末狀態(tài)、程序規(guī)則和認(rèn)知干擾的問題任務(wù)。以第三個(gè)“信號(hào)燈綠燈狀態(tài)但有校車在倒車”的決策任務(wù)為例：開始狀態(tài)是當(dāng)兒童走近第三條馬路邊準(zhǔn)備過馬路時(shí)校車開始倒退至斑馬線的位置;結(jié)束狀態(tài)是校車駛離斑馬線，兒童安全地穿過馬路;限定的規(guī)則是必須等校車倒車完成后且綠燈時(shí)才可穿過馬路;干擾因素即突然后退的校車。

整個(gè)問題空間中，兒童以第一人稱視角自由探索，具體的描述為：在放學(xué)回家的路上先后穿過三條馬路，即解決潛在的三個(gè)過馬路任務(wù)。另外，該虛擬環(huán)境凸顯實(shí)時(shí)定位兒童的行為狀態(tài)誘發(fā)事件的隨機(jī)性特征，表現(xiàn)在每一位兒童可能步行速度不同，即使在相同的場景下可能面對(duì)的狀況也不同，例如，有的兒童還未走到第二條馬路時(shí)信號(hào)燈就在閃爍，而有的兒童走到第二條馬路邊時(shí)信號(hào)燈才開始閃爍，接下來兒童的決策反應(yīng)就有可能不同。

任務(wù)設(shè)計(jì)應(yīng)用到的探究式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原則包括：（1）問題空間原則，將安全教育教學(xué)場所置于具有明確始末狀態(tài)的道路交通實(shí)況中，參與者利用規(guī)定的交通規(guī)則安全通過“過馬路”的一系列子任務(wù);（2）關(guān)鍵決策點(diǎn)原則，將學(xué)習(xí)交通道路安全知識(shí)置于有意義的決策任務(wù)中，參與者通過自主解決任務(wù)和反思他們的經(jīng)驗(yàn)來學(xué)習(xí)。

3. 交互設(shè)計(jì)

針對(duì)VR支持的交通安全教學(xué)環(huán)境中的交互設(shè)計(jì)，首先，體現(xiàn)在VR環(huán)境中程序設(shè)定的多個(gè)組件之間的交互，如行駛車輛與信號(hào)燈的交互、車輛之間的交互等是道路中的必要因素，有助于增進(jìn)學(xué)習(xí)者的沉浸感。其次，體現(xiàn)在參與者本身與VR硬件設(shè)備進(jìn)行的體感交互，外接式頭戴設(shè)備采用實(shí)時(shí)計(jì)算的虛擬視覺信號(hào)替代真實(shí)世界，使用戶產(chǎn)生身處現(xiàn)實(shí)世界的錯(cuò)覺，而基于觸覺感知的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，依靠移動(dòng)控制器設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)完成對(duì)虛擬角色的空間定位、動(dòng)作同步與行為驅(qū)動(dòng)，通過多種體感設(shè)備的整合帶給參與者綜合的沉浸式感知體驗(yàn)。另外，體現(xiàn)在參與者與虛擬對(duì)象進(jìn)行的交互，如圖4所示，主要通過與虛線場景中“同伴”的交互，引導(dǎo)參與者迅速進(jìn)入虛擬角色。最后體現(xiàn)在參與者在虛擬環(huán)境中自由探索實(shí)時(shí)交互誘發(fā)事件的發(fā)生，如場景三發(fā)生“校車開始倒車”這一動(dòng)作的前提是參與者走到第三條馬路邊準(zhǔn)備過馬路誘發(fā)關(guān)鍵決策點(diǎn)（C3）這一任務(wù)。

交互設(shè)計(jì)應(yīng)用到的探究式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原則包括：（1）開放探索原則，表現(xiàn)在參與者能夠在環(huán)境中自由探索，并通過人機(jī)交互設(shè)計(jì)，為探索過程提供及時(shí)的結(jié)果反饋;（2）關(guān)鍵決策點(diǎn)原則，設(shè)計(jì)誘發(fā)決策的關(guān)鍵事件如同伴召喚、綠燈閃爍、校車倒車等的發(fā)生，提供任務(wù)指示，從而引發(fā)參與者做出決定并展示相關(guān)后果。

4. 反饋設(shè)計(jì)

在該學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生成為真正的主動(dòng)探究者，教師即引導(dǎo)者和訪談?wù)?。基于VR能夠重復(fù)提供完全相同的探索環(huán)境，本研究嘗試通過個(gè)性化重復(fù)練習(xí)的行為干預(yù)發(fā)展兒童在交通中安全穿越道路所需的復(fù)雜認(rèn)知感知技能，具體做法是使學(xué)習(xí)者先后體驗(yàn)兩次相同的虛擬交通道路場景，并安排教師與學(xué)習(xí)者的兩次交流促進(jìn)兒童學(xué)習(xí)者更加全面、深刻地認(rèn)識(shí)交通安全知識(shí)。第一階段，教師作為一名引導(dǎo)者，負(fù)責(zé)觀察學(xué)習(xí)者第一次自由探索期間的表現(xiàn)，并在結(jié)束后與其進(jìn)行復(fù)盤引導(dǎo)，主要詢問場景中的具體行為，如“當(dāng)你想去見你的同伴時(shí)，你能告訴我你所看到的一切嗎？當(dāng)你走到第二條馬路的時(shí)候，你有注意到信號(hào)燈的顏色嗎？”等問題，該階段的主要目的是基于虛擬場景中的交通實(shí)況告訴他們這種情況下正確的行為是什么。第二階段，教師作為一名訪談?wù)撸私鈱W(xué)習(xí)者兩次體驗(yàn)后的心理和行為變化，主要針對(duì)學(xué)習(xí)者對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)經(jīng)歷的感受，如“你今天學(xué)到了什么，下次你過馬路時(shí)，你會(huì)做什么（你會(huì)應(yīng)用你學(xué)到的東西）嗎”，該階段的主要目的是總結(jié)反饋學(xué)習(xí)到的交通安全知識(shí)并促進(jìn)知識(shí)的遷移。

反饋設(shè)計(jì)應(yīng)用到的探究式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原則是專家反饋原則，通過第一輪的探索，教師找出兒童的錯(cuò)誤交通行為及背后原因，并有針對(duì)性地提供個(gè)性化的指導(dǎo)教學(xué)，糾正錯(cuò)誤交通概念和行為習(xí)慣，引導(dǎo)兒童反思和知識(shí)遷移。

四、VR支持的兒童道路交通安全

教育的效果分析

（一）教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展

為檢驗(yàn)基于VR的探究式學(xué)習(xí)環(huán)境的學(xué)習(xí)效果，本研究采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究的方式，在湖北省不同地區(qū)的小學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。通過分層抽樣的方法選取了79名一年級(jí)至三年級(jí)的志愿者參與研究，其中，男生38人，女生41人;一年級(jí)學(xué)生26人，二年級(jí)學(xué)生26人，三年級(jí)學(xué)生27人。79名參與者分別來自三個(gè)不同的小學(xué)，其中，20名學(xué)生就讀于武漢市中心小學(xué)DXH，該學(xué)校的學(xué)生主要來自城市家庭，29名學(xué)生就讀于武漢市郊小學(xué)HLC，該學(xué)校主要招收農(nóng)民工家庭的孩子，30名學(xué)生就讀于鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)FHX，這是一所為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村家庭孩子提供教育的學(xué)校。因此，本研究將20名DXH參與者劃分為城市學(xué)生、29名HLC參與者劃分為農(nóng)民工學(xué)生、30名FHX參與者劃分為農(nóng)村學(xué)生。

實(shí)驗(yàn)開展時(shí)，每個(gè)參與者的VR體驗(yàn)持續(xù)約20分鐘，由4個(gè)階段組成。第一階段即第一次練習(xí)T1，參與者在安全的條件下探索虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，嘗試完成三個(gè)過馬路任務(wù)。與此同時(shí)，教師使用觀察清單記錄所有正確和錯(cuò)誤的交通行為，并基于這些數(shù)據(jù)制定第二階段的訪談問題。第二階段，教師向參與者調(diào)查其交通行為背后的理由并針對(duì)性地向其提供安全指導(dǎo)。第三階段，參與者進(jìn)行第二次練習(xí)T2并完成相同的過馬路任務(wù)。在第四階段進(jìn)行了結(jié)束面談，參與者向教師講述了VR學(xué)習(xí)經(jīng)歷并就整個(gè)體驗(yàn)過程進(jìn)行反思。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，研究人員對(duì)行為觀察和質(zhì)性訪談兩類數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。在表2所列的觀察清單中，教師在實(shí)驗(yàn)觀察期間給出了初步評(píng)價(jià)，后來由兩名研究人員通過分析錄像加以核實(shí)來確保其有效性。該觀察清單采用0（否）和1（是）的二元評(píng)分對(duì)分布在3個(gè)過馬路任務(wù)中的5種正確交通行為進(jìn)行量化，計(jì)算出參與者每個(gè)交通行為的平均得分（X_Bi，i = 1-5）和三個(gè)過馬路任務(wù)的平均得分（X_Ci，i= 1-3），并得出行為和任務(wù)的整體表現(xiàn)得分（X_B，X_C）。所有的得分都在0和1之間。

所有的量化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為IBM SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)格式的文件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過重復(fù)測量方差分析對(duì)比參與者練習(xí)T1和練習(xí)T2前后的表現(xiàn)差異，以驗(yàn)證基于VR的探究式兒童道路安全教育學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)效果。另外，研究人員也整理分析了所有參與者兩次訪談的質(zhì)性數(shù)據(jù)，以調(diào)查參與者做出行為決策的原因以及在VR環(huán)境下的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

表3提供了兩次練習(xí)中兒童交通行為表現(xiàn)的描述性數(shù)據(jù)，并列出了被試內(nèi)效應(yīng)檢驗(yàn)以及交互效應(yīng)檢驗(yàn)的關(guān)鍵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在五種交通行為表現(xiàn)方面，參與者在練習(xí)T1期間有三種行為的平均得分較低，包括“同伴召喚時(shí)沒有直接沖向馬路”X_B1=0.27，“信號(hào)燈閃爍時(shí)沒有直接過馬路” X_B3=0.17，以及“過馬路前立即檢查左側(cè)視線范圍內(nèi)的交通狀況” X_B4=0.20。低于30%的正確率表明了普遍的危險(xiǎn)交通行為，需要進(jìn)行安全教育加以矯正。相較之下，所有參與者在“校車后退時(shí)沒有直接過馬路”行為上做出正確的決定（X_B5=1.00），說明兒童能夠很好地感知移動(dòng)的車輛。此外，Kruskal-Wallis非參數(shù)性檢驗(yàn)結(jié)果表明，兩次練習(xí)中兒童在五種行為表現(xiàn)和三個(gè)過馬路任務(wù)表現(xiàn)上均未受性別、年級(jí)和學(xué)校因素影響（p≥0.05）。

本研究中VR教學(xué)干預(yù)的實(shí)際教學(xué)效果是通過計(jì)算兒童交通行為和任務(wù)表現(xiàn)的被試內(nèi)效應(yīng)來衡量的，見表2。從練習(xí)T1到練習(xí)T2，兒童總體行為表現(xiàn)X_B和任務(wù)表現(xiàn)X_C顯著增強(qiáng)，其中，效應(yīng)量的估量值ηp2分別為0.59和0.50。被試內(nèi)效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果顯示，三個(gè)交通行為在前后兩次練習(xí)中的表現(xiàn)差異顯著，分別是X_B1（ηp2=0.62， p<0.01）、X_B2（ηp2=0.50， P<0.01）和X_B3（ηp2=0.34， p<0.01）。而X_B4（ηp2=0.02， p=0.211）未獲顯著提高，表明過馬路前多次檢查往來交通情況對(duì)兒童來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。并且由于在第一次練習(xí)中所有參與者都正確地完成了X_B5行為，所以X_B5行為表現(xiàn)也沒有顯著性變化。此外，表2結(jié)果顯示在所有交互效應(yīng)檢驗(yàn)中，不同學(xué)校和年級(jí)的兒童在前后兩次練習(xí)中的表現(xiàn)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p≥0.05）。這意味著盡管兒童的家庭背景和年級(jí)不同，但他們交通行為表現(xiàn)指標(biāo)的上升趨勢是大體相似的。

質(zhì)性訪談數(shù)據(jù)的分析結(jié)果揭示了兒童交通危險(xiǎn)行為背后的潛在原因。第一個(gè)原因是缺乏具體的路標(biāo)和交通規(guī)則的知識(shí)。例如，雖然大多數(shù)兒童都能從課本插圖中認(rèn)識(shí)斑馬線，但由于在日常生活中沒有走斑馬線的習(xí)慣，很多兒童不能清楚描述斑馬線的安全功能。另外，孩子們只記得課本上的紅色、綠色和黃色三種交通信號(hào)燈，卻不知曉交通燈閃爍的含義。第二個(gè)原因是對(duì)交通規(guī)則的誤解。不少孩子誤解了交通規(guī)則的目標(biāo)受眾，他們認(rèn)為這些規(guī)則是針對(duì)車輛而不是行人的。以“紅燈停，綠燈行”的規(guī)則為例，幾個(gè)孩子等待行人綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)才過馬路，舉出“紅燈時(shí)，汽車會(huì)停，所以人們可以過馬路”等理由。這種危險(xiǎn)的誤解之前一直沒有引起教師的注意，因此，沒有開展任何干預(yù)措施來加以糾正。第三個(gè)原因是缺乏成年人的日常監(jiān)督和指導(dǎo)。如果參與者的父母或祖父母不在身邊陪他們上學(xué)或日常散步，他們更有可能獲取錯(cuò)誤的行人安全知識(shí)和危險(xiǎn)的行人行為。

五、總結(jié)與討論

本研究基于中國兒童交通安全教育教學(xué)需求，將全沉浸式VR技術(shù)與探究式學(xué)習(xí)理論有機(jī)整合，創(chuàng)設(shè)了一種新型的基于VR技術(shù)的探究式學(xué)習(xí)環(huán)境。該學(xué)習(xí)環(huán)境遵循五條設(shè)計(jì)原則，包括真實(shí)性原則、開放性原則、關(guān)鍵決策點(diǎn)原則、問題空間原則和專家反饋原則，結(jié)合VR技術(shù)的學(xué)習(xí)能供性指出交通安全學(xué)習(xí)環(huán)境的具體實(shí)現(xiàn)方法，并根據(jù)當(dāng)前VR教學(xué)環(huán)境中出現(xiàn)的缺乏有效教學(xué)設(shè)計(jì)和教師引導(dǎo)等現(xiàn)狀，進(jìn)一步提出了一種基于“探索—復(fù)盤—練習(xí)—反思”的探究式學(xué)習(xí)模式。以自主設(shè)計(jì)開發(fā)的VR道路交通安全教育項(xiàng)目為例，詳細(xì)地介紹了探究式學(xué)習(xí)理論中情境設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)、反饋設(shè)計(jì)等教學(xué)設(shè)計(jì)要素在VR學(xué)習(xí)環(huán)境中的具體應(yīng)用。

為檢驗(yàn)該探究式學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)效果，本研究通過準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了VR技術(shù)在識(shí)別和改善兒童危險(xiǎn)交通行為方面的有效性。在第一次練習(xí)中，大多數(shù)兒童表現(xiàn)出沖向馬路、綠燈閃爍時(shí)過馬路、不檢查交通狀況等危險(xiǎn)的交通行為。這些發(fā)現(xiàn)與文獻(xiàn)[13-14]一致，7歲至9歲的兒童往往難以合理地選擇過馬路的地點(diǎn)和方式，交通傷亡往往是“沖向馬路”和不注意周圍交通情況的結(jié)果。在這項(xiàng)研究中，最初未能表現(xiàn)出正確行為和安全知識(shí)的兒童比例很高，這一結(jié)果令人擔(dān)憂，也凸顯了在全國小學(xué)開展有效行人交通安全教育的必要性。在第二次練習(xí)中，兒童的交通行為和整體任務(wù)表現(xiàn)都有了顯著提高，這與文獻(xiàn)中揭示的VR交通安全教育的有效性是一致的。在兩次練習(xí)之間增加的教師復(fù)盤引導(dǎo)環(huán)節(jié)被證明是該教學(xué)模式的一個(gè)重要組成部分。在該環(huán)節(jié)中教師針對(duì)個(gè)人交通行為表現(xiàn)向兒童提供個(gè)性化的反饋和指導(dǎo)。

此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，城鄉(xiāng)環(huán)境和年級(jí)水平對(duì)兒童的交通行為表現(xiàn)和學(xué)習(xí)效果沒有顯著影響。盡管中國在道路基礎(chǔ)設(shè)施、教育資源和兒童信息技術(shù)素養(yǎng)等方面存在城鄉(xiāng)差距，在本研究中城市兒童在VR交通安全教育中的表現(xiàn)并沒有超過農(nóng)民工兒童和農(nóng)村兒童。原因可能有兩個(gè)：（1）居住在繁華的市區(qū)并不一定意味著交通安全知識(shí)的非正式學(xué)習(xí);（2）城鄉(xiāng)兒童都較少接觸VR這種新興技術(shù)。盡管一些學(xué)者已經(jīng)探究了學(xué)習(xí)者年齡段對(duì)VR交通安全教育的影響，本研究聚焦7～9歲中國兒童，發(fā)現(xiàn)一年級(jí)到三年級(jí)兒童的交通行為并沒有顯著差異。兒童交通行為表現(xiàn)與正規(guī)受教育年限無關(guān)，從一個(gè)側(cè)面也說明當(dāng)前小學(xué)交通安全教育的不足。因此，本文提出并檢驗(yàn)的基于VR技術(shù)的探究式學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)改革我國兒童交通安全教育模式具有一定的指導(dǎo)意義。

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