劉明亮 楊建達(dá)

摘 ?要 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者創(chuàng)建一個接近真實(shí)的學(xué)習(xí)空間，讓學(xué)習(xí)者在模擬仿真與協(xié)同互動中身臨其境地學(xué)習(xí)?；诖?，展開對“虛擬現(xiàn)實(shí)+創(chuàng)客教育”的研究，從創(chuàng)客教育的研究出發(fā)，通過分析在創(chuàng)客教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理論研究與實(shí)踐兩方面現(xiàn)狀，對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)客教育提出建議。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);創(chuàng)客教育;STEAM

中圖分類號：G434 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）15-0032-03

1 ?創(chuàng)客教育相關(guān)研究

1.1 ?創(chuàng)客教育的理論研究

北京師范大學(xué)余勝泉教授在《STEAM教育理念與跨學(xué)科整合模式》一文中提出：STEAM教育應(yīng)具備跨學(xué)科、情境性、協(xié)作性、趣味性、體驗(yàn)性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性和技術(shù)增強(qiáng)性等核心特征。祝智庭、鄭燕林、謝作如等學(xué)者在對創(chuàng)客教育進(jìn)行深入研究后總結(jié)出創(chuàng)客教育是一種以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，汲取具身理論、做中學(xué)、DIY理念、STEAM教育等先進(jìn)教育理念，將創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、協(xié)作、團(tuán)隊(duì)、開放作為創(chuàng)造過程核心，讓學(xué)生在創(chuàng)造中學(xué)習(xí)和提高創(chuàng)新思維的教育形態(tài)[1]。目前，創(chuàng)客和創(chuàng)客教育已經(jīng)成為我國教育領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)話題，但是需要注意的是，在發(fā)展創(chuàng)客教育過程中要加強(qiáng)對創(chuàng)客教育的理性認(rèn)識，加快教育理念和教學(xué)方式的更新，腳踏實(shí)地開展創(chuàng)客教育。

1.2 ?創(chuàng)客教育的實(shí)踐研究

目前在教育領(lǐng)域的STAEM教育與創(chuàng)客教育應(yīng)用實(shí)踐中，國內(nèi)的中小學(xué)首先從信息技術(shù)、通用技術(shù)、勞動技術(shù)等課程入手[2]，開始嘗試探索之旅。學(xué)校除了為學(xué)生開設(shè)信息技術(shù)和通用技術(shù)課程外，還開設(shè)內(nèi)容豐富、種類多樣的綜合實(shí)踐課程，教授學(xué)生編程類、媒體制作類軟件的使用，鼓勵學(xué)生動手創(chuàng)造，鍛煉創(chuàng)新思維。政府與企業(yè)聯(lián)合為中小學(xué)校提供STEAM教育云平臺與STEAM課程研發(fā)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動、綜合素質(zhì)測評等方面相關(guān)的測試系統(tǒng)、創(chuàng)客學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)和STEAM教師專業(yè)發(fā)展等一系列STEAM教育資源與服務(wù)支持。從目前STEAM教育和創(chuàng)客教育在教育實(shí)踐領(lǐng)域的應(yīng)用結(jié)果來看，我國在對STEAM教育與創(chuàng)客教育的實(shí)踐探索上有很大發(fā)展空間，理論研究與我國現(xiàn)階段的教育模式正處在應(yīng)用融合階段。

2 ?在創(chuàng)客教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)研究

2.1 ?在創(chuàng)客教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理論研究

2.1.1 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在創(chuàng)客教育中的應(yīng)用前景 ?對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在創(chuàng)客教育中的應(yīng)用潛力，王同聚[3]認(rèn)為：運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)造新型信息化學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)習(xí)工具，不僅能夠激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，而且能夠讓學(xué)生在創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)中更好地培養(yǎng)創(chuàng)新意識和動手能力。曾明星等[4]認(rèn)為：創(chuàng)客教師利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展創(chuàng)客教育實(shí)驗(yàn)，在虛擬的空間場景中進(jìn)行體驗(yàn)式教學(xué)場景設(shè)計(jì)，能夠使學(xué)生通過互動、感知和操作虛擬對象，實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化，從而達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。也有學(xué)者認(rèn)為：虛擬現(xiàn)實(shí)搭建的虛擬世界提供的沉浸式的交互體驗(yàn)，有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更好地建構(gòu)自己對教學(xué)內(nèi)容的理解;同時，教師易于通過平臺的記錄功能對學(xué)生操作、行為進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。

此外，在教學(xué)活動中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠幫助學(xué)生提高發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題、溝通交流、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。國外許多研究也表明：教師利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過與新型教學(xué)方式相結(jié)合，能更好地向?qū)W生揭示事物的屬性、特征本質(zhì)和運(yùn)動規(guī)律，幫助學(xué)生更好地理解事物間的聯(lián)系及相互作用。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教學(xué)過程相融合，能充分調(diào)動學(xué)生的多種感官，使學(xué)生接受更完整、具體、全面的信息，從而更深刻地認(rèn)識事物，更好地理解所學(xué)知識，更熟練地掌握專業(yè)技能。

從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)客教育的前景研究結(jié)果來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅能夠?yàn)榻處熖峁┤碌慕虒W(xué)工具，為學(xué)生提供通過新型信息化網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境與工具獲取知識和技能的新方式，還能夠激發(fā)學(xué)生參加創(chuàng)客活動興趣，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)客體驗(yàn)，讓學(xué)生感受心理沉浸，在動手實(shí)踐中提高創(chuàng)新素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。但在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與創(chuàng)客教育結(jié)合過程中存在的難點(diǎn)方面，研究目前聚焦于技術(shù)、設(shè)備層面，缺少教學(xué)模式層面分析。

2.1.2 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在創(chuàng)客教育中的應(yīng)用研究

1）運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建創(chuàng)客學(xué)習(xí)空間。在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生可以做到在真實(shí)世界中無法或難以做到的事，比如觀察心臟的跳動，感受環(huán)境變化對生物種群的影響，開展具有一定危險性的操作等。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以支持多用戶虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以在虛擬課堂、虛擬校園以第一視角開展種種互動，以小組的形式開展創(chuàng)客實(shí)踐項(xiàng)目等，在仿真模擬實(shí)驗(yàn)中有效促進(jìn)不同主體間的互動交流，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)[5]。

2）運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行在線合作學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的在線學(xué)習(xí)主要是通過視頻、圖像、文本實(shí)現(xiàn)的，盡管在一定程度上為終身學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)提供了技術(shù)支持，但受學(xué)習(xí)環(huán)境局限性的影響，學(xué)生難以與學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行交互，也很難進(jìn)行及時的反饋、互動和交流。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)貼近于真實(shí)環(huán)境的沉浸式、高交互性數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)空間也能進(jìn)行合作探究，更有效地支持遠(yuǎn)程教育和在線學(xué)習(xí)的實(shí)施。

3）運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建創(chuàng)客教育平臺。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為教師提供了更為理想的教學(xué)手段。結(jié)合遠(yuǎn)程教育中對教育平臺的研究成果，國內(nèi)外研究者都在竭力搭建可以應(yīng)用于情境化教育教學(xué)和理論研究的虛擬教學(xué)平臺，以滿足學(xué)生泛在化、終身化學(xué)習(xí)需要，其經(jīng)驗(yàn)多來自眾多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育的融合實(shí)踐。例如：諾丁漢大學(xué)開設(shè)的VIRART

（Virtual Reality Application Research Team）項(xiàng)目，對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育和學(xué)術(shù)上的運(yùn)用進(jìn)行融合;Lorenzo-

Alvarez等基于Second Life平臺的虛擬醫(yī)學(xué)情境和實(shí)時互動，開展放射學(xué)同步、異步醫(yī)學(xué)課程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，規(guī)避學(xué)生在真實(shí)情境下學(xué)習(xí)可能產(chǎn)生的風(fēng)險，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

2.2 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在創(chuàng)客教育中的應(yīng)用實(shí)踐

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前主要應(yīng)用于創(chuàng)客空間建設(shè)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)客工作坊高度相似，同時不受時間與空間限制的低成本個性化學(xué)習(xí)環(huán)境。目前，同濟(jì)大學(xué)建筑學(xué)院搭建的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)通過高端設(shè)備對建筑景觀及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，使學(xué)生使用新的方式學(xué)習(xí)更系統(tǒng)、更全面的知識。中國科技大學(xué)也在物理實(shí)驗(yàn)上廣泛運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，搭建相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)平臺并形成幾款較為成熟的產(chǎn)品。此外，武漢大學(xué)、中南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)也建立起一系列數(shù)字地球、航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域的教學(xué)與科研實(shí)驗(yàn)平臺。從應(yīng)用結(jié)果來看，當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)教育內(nèi)容缺乏，很少有專門致力于開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)教育內(nèi)容的平臺。同時，很多虛擬現(xiàn)實(shí)教育產(chǎn)品的學(xué)科教育與技術(shù)融合程度比較低，真正的學(xué)科教育專家、一線教師無法參與虛擬現(xiàn)實(shí)教育課程、教育產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。

3 ?在創(chuàng)客教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的建議

3.1 ?探索基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)客教育教學(xué)應(yīng)用模式

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與創(chuàng)客教育的融合離不開科學(xué)的學(xué)習(xí)理論和合理的教學(xué)應(yīng)用模式的指導(dǎo)。一方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)盡管能通過為學(xué)生創(chuàng)建虛擬仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境來提供更好的交互體驗(yàn)，但也讓學(xué)習(xí)過程中的交互效果成為影響學(xué)習(xí)效果的重要因素。復(fù)雜的虛擬交互方式和冗雜的虛擬信息都會增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，給學(xué)生帶來負(fù)面的交互效果，從而對學(xué)習(xí)效果造成負(fù)面影響。因此，在這種學(xué)生與虛擬環(huán)境交互過程中，各個信息通道中呈現(xiàn)的內(nèi)容需要教師在科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計(jì)和篩選，并選擇可行的最佳方式進(jìn)行呈現(xiàn)，使學(xué)生更多地將注意力集中在有效教學(xué)內(nèi)容上。另一方面，教學(xué)系統(tǒng)具有復(fù)雜性，要素與要素之間聯(lián)系的改變會對學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生影響。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用讓學(xué)生與教師的心理狀態(tài)、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源呈現(xiàn)方式等方面都會發(fā)生變化，而讓學(xué)生適應(yīng)這些變化帶來的學(xué)習(xí)影響則離不開科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)。

3.2 ?基于虛擬現(xiàn)實(shí)的創(chuàng)客教育資源設(shè)計(jì)開發(fā)

學(xué)生的學(xué)習(xí)需要不同，對教育資源的選擇也不同。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)教育資源缺乏，尚未形成系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)客教育資源庫，現(xiàn)有資源難以滿足學(xué)生多種學(xué)習(xí)需要。在創(chuàng)客教育中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用于創(chuàng)客空間建設(shè)，在建設(shè)過程中對資源的建設(shè)類型大都集中于虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)開發(fā)，教育游戲類、電子教材類、課件類等類型的學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)開發(fā)相對較少;在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合中，技術(shù)的應(yīng)用停留于對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的呈現(xiàn)，學(xué)生在虛擬環(huán)境下的交互體驗(yàn)沉浸性不強(qiáng)，虛擬實(shí)驗(yàn)效果并不好。因此，設(shè)計(jì)、開發(fā)、匯聚虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)客學(xué)習(xí)資源，切實(shí)提高創(chuàng)客教育資源的質(zhì)量，增加創(chuàng)客教育資源的種類，對實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與創(chuàng)客教育的深度融合更為重要。

3.3 ?構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)客教育資源建設(shè)共同體

虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)客教育資源建設(shè)需要多方合作努力。優(yōu)質(zhì)的虛擬現(xiàn)實(shí)教育資源建設(shè)既離不開技術(shù)人員提供技術(shù)支持，也離不開學(xué)科教育專家提供學(xué)科教育教學(xué)規(guī)律，學(xué)科專家提供科學(xué)的學(xué)科知識輔助，一線教師提供教育實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生提供資源使用體驗(yàn)。僅憑高校研究者埋頭苦研，缺少前沿技術(shù)支持和實(shí)際體驗(yàn)數(shù)據(jù)，難以形成虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與創(chuàng)客教育緊密結(jié)合的創(chuàng)客教育產(chǎn)品。優(yōu)質(zhì)虛擬現(xiàn)實(shí)教育資源需要通過多方的通力合作，構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)客教育資源建設(shè)共同體。政府、高校和企業(yè)應(yīng)匯聚各方力量，建設(shè)科學(xué)有效的虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)客教育資源庫，優(yōu)化學(xué)生在虛擬環(huán)境進(jìn)行體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的互動效果，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，推動虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與創(chuàng)客教育的深度融合。

4 ?小結(jié)

總體來說，創(chuàng)客教育在與我國教育教學(xué)發(fā)展結(jié)合過程中，在為教育注入新鮮活力的同時也暴露出亟待解決的問題。例如：創(chuàng)客教育資源建設(shè)不完善，忽視學(xué)科內(nèi)容的深度融合，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與資源準(zhǔn)備不足，等等。在現(xiàn)實(shí)條件下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這一強(qiáng)調(diào)學(xué)生沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)的技術(shù)逐漸應(yīng)用于教育，為創(chuàng)客教育的發(fā)展提供了新思路、新方法。但是目前關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)客教育的相關(guān)研究與實(shí)踐相對較少，尚未形成系統(tǒng)化沉浸式學(xué)習(xí)資源庫和較為完備的支持服務(wù)平臺或者虛擬實(shí)驗(yàn)室，因此也未能充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對優(yōu)化創(chuàng)客教育教學(xué)效果的作用。相信隨著基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)客教育教學(xué)應(yīng)用模式開展深入研究，創(chuàng)客資源不斷設(shè)計(jì)開發(fā)，共同體內(nèi)多方深入配合，最終能夠讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更好地應(yīng)用于創(chuàng)客教育，更好地提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和水平。

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