陳 杰，王 淼

(哈爾濱師范大學 公共英語教研部，哈爾濱 150080)

在我國，基于虛擬現(xiàn)實技術的課堂教學尚處于初級階段，但美國虛擬現(xiàn)實技術的經(jīng)驗可為我國虛擬現(xiàn)實技術輔助職業(yè)院校教學提供寶貴的經(jīng)驗。利用虛擬現(xiàn)實技術調整教學模態(tài)信息、轉變職業(yè)院校的教學生態(tài)，能為學生構建一個以假亂真的虛擬學習空間，使學習者可以在虛擬情境中進行職業(yè)技能訓練，促進職業(yè)教育從二維屏幕轉向全息影像，更加順應教育信息化發(fā)展，提升學生沉浸式、交互式的職業(yè)學習體驗。

一、虛擬現(xiàn)實技術的創(chuàng)立背景與價值目標

1.美國虛擬現(xiàn)實技術的創(chuàng)立背景

虛擬現(xiàn)實技術(Virtuality Reality, 簡稱VR)，是借助計算機設備模擬產(chǎn)生三維虛擬世界，為使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官模擬，從而幫助使用者產(chǎn)生身臨其境之感。[1]1965年，伊凡·蘇澤蘭(Ivan Sutherland)在IFIP會議上對虛擬現(xiàn)實技術進行了初步的描述。20世紀80年代，美國虛擬現(xiàn)實實驗室研究創(chuàng)始人賈朗·拉尼爾(Jaron Lanier)正式提出“Virtual Reality”概念，指出VR是由計算機網(wǎng)絡技術、仿真技術、顯示技術、多種傳感技術和人工智能等技術生成的多維數(shù)字化環(huán)境系統(tǒng)，通過運用以交互式計算機技術為核心的科學技術，創(chuàng)建一種在視覺、聽覺和觸覺都與真實環(huán)境高度相似的虛擬環(huán)境，用戶通過使用相關的專業(yè)裝備與虛擬對象進行交互，可以產(chǎn)生與真實環(huán)境相似且能跨越時空的體驗。[2—3]

2.虛擬現(xiàn)實技術的價值目標

2020年3月，美國高校教育信息化協(xié)會發(fā)布《2020 EDUCAUSE地平線報告：教學與學習版》，將XR(AR, VR, MR, HAPTIC)作為新興技術和實踐，并預測將其應用于遠程學習者會成為未來發(fā)展趨勢。[4—5]在我國，2016年《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要》指出，大力推進虛擬現(xiàn)實技術等新型前沿領域創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，[6]《教育信息化“十三五”規(guī)劃》指出，堅持不懈推進教育信息化，努力以信息化為手段擴大優(yōu)質教育資源覆蓋面。[7]這大力促進了VR技術在職業(yè)教學領域中的應用。2018年，教育部出臺的“新時代高教40條”中第25條特別提出大力推進虛擬仿真實驗室建設，推動VR等現(xiàn)代技術在教學和管理中的應用。[8]自此，在規(guī)劃文件與政策的支持下，VR技術在教育領域中得到了迅猛發(fā)展，也反映出VR技術具有重塑我國職業(yè)教育教學形態(tài)的重要價值。

二、美國虛擬現(xiàn)實技術在職業(yè)教育領域的創(chuàng)新應用

美國在教育領域中領先使用了VR技術，并整合了XML、JAVA等技術，運用了3D效果和頭顯式交互設備，提高了虛擬環(huán)境的渲染質量與知識信息的傳播速度，推動職業(yè)教育進入了嶄新的發(fā)展時代。

1.虛擬現(xiàn)實技術在教師培訓領域中的應用

在教師培訓領域，教師專業(yè)培訓的有效測評與跟進指導對教師專業(yè)發(fā)展至關重要，其關鍵是為教師、特別是實習教師創(chuàng)建良好的專業(yè)技能訓練環(huán)境。美國率先將VR技術運用到教師培訓領域，最典型的當屬佛羅里達大學的人類、工程和計算機學院的教師聯(lián)合開發(fā)的混合現(xiàn)實教學實訓系統(tǒng)(TeachLivE)。[9]

TeachLivE是將VR、人工智能和計算機動畫相結合而創(chuàng)設的一種虛擬實驗室，主要利用VR技術模擬實際課堂教學場景，向實習教師提供具體的教學策略、課堂管理技巧與家校溝通等方面的教師技能訓練，從而提高教師專業(yè)化水平，重塑教師技能訓練與實踐環(huán)境。該系統(tǒng)可向實習教師提供初中和高中水平的虛擬學生各5名，且每名學生按照不同的性格層次劃分為0—5級，例如，0級表示比較穩(wěn)定，5級表示完全失控。在實訓時，教師可根據(jù)訓練的需求設置適合的學生性格層次，同時，TeachLivE還可為教師提供4名代課教師或學生家長的虛擬角色，以便教師進行模擬家長會或與家長溝通等練習。

目前，TeachLivE系統(tǒng)已取得了較好的研究成果，訓練對象從師范生擴展到在職教師，訓練學段從一年級擴展到高年級，訓練領域從基礎教育拓展到特殊教育，訓練學科從數(shù)學與科學領域擴展到幾乎所有學科，逐步成為培養(yǎng)高質量師資隊伍、提高教師專業(yè)技能發(fā)展的有力工具。

2.虛擬現(xiàn)實技術在人工智能領域中的應用

近年來，隨著智能語音技術的快速發(fā)展，語音助手、智能管家等軟件能夠更加便捷高效地整合到學習產(chǎn)品中來，例如，利用微軟智能語音技術的Alelo Enskill及美國佐治亞理工學院使用IBM Watson等虛擬教學助手。[10]在人工智能領域，北卡羅來納州立大學計算機科學學院James C. Lester教授團隊將機器學習、虛擬環(huán)境和人工智能技術結合，創(chuàng)建出基于虛擬學習環(huán)境的自主角色——虛擬教學代理(Pedagogical Agents)，可作為學生線上學習的虛擬導師，以自然、似人類的方式與學習者進行豐富的、面對面互動，使學習變得更容易、更有動力和吸引力，可增強線上教學的沉浸感、交互性、構想性及智能化。[11]

虛擬教學代理是一種新穎的交互式學習輔助工具，通過情感表達、非語言反饋、凝視和手勢動作、對話信號、交互式演示與學習者進行互動學習，使學習者在與教學代理的深層次融合中認知世界與感知世界，形成三維空間情境與教學內容的無縫交融的學習場域和教學方式。同時，虛擬教學代理突破了傳統(tǒng)教師教與學生學的教學方式，學習者可與教學代理進行角色扮演，向教學代理介紹新知識的概念，并解釋概念之間的關系，可以引起學習者的自我解釋效應，[12]通過知識整合與心理模型的完善來促進深度學習，與此同時，教學代理還能引起學習者的親代效應。[13]另一方面，學習者與教學代理的互動角色并不是固定的，教學代理可根據(jù)學習者的能力水平進行調節(jié)，低能力的學習者可以通過觀看教學代理的演示進行轉承式學習；中等能力的學習者可以與教學代理進行輔導對話；高能力的學習者可以在交互式學習場景和游戲中，向教學代理進行知識傳授并與其探討，扮演參與者的角色。

3.虛擬現(xiàn)實技術在生物醫(yī)學領域中的應用

在美國虛擬現(xiàn)實技術對生物醫(yī)學領域教育資源的開發(fā)與建設方面，哈佛大學教育研究院的克里斯·德迪(Chris Dede)教授團隊可作為該領域的引領者，他們通過多用戶虛擬環(huán)境(MUVEs)打造虛擬生態(tài)教學環(huán)境，創(chuàng)設沉浸式生態(tài)課程——ecoMUVE。[14]該課程借助虛擬現(xiàn)實技術營造出VR立體式自然環(huán)境，并為學生設定虛擬角色，使他們成為課程背景中的“居民”，同時對學生提出“如何幫助小鎮(zhèn)居民擺脫傳染病”的議題，使學生浸入到VR創(chuàng)設的虛擬生態(tài)環(huán)境中，學生通過運用已學的生物醫(yī)學知識與學習資源在VR環(huán)境中進行模擬實驗，調查傳染病源以尋求問題解決方案。隨后，Dede教授團隊在ecoMUVE課程的基礎上，將VR技術與移動技術相結合建設ecoMOBILE課程，創(chuàng)造出更具交互性與幻想性的高品質課程。[15]

由此可知，虛擬現(xiàn)實技術所營造出的虛擬學習環(huán)境向教師與學生們展示出了一個超越現(xiàn)實生活環(huán)境限制的自由空間，通過“沉浸—交互—構想”的探索過程，使用戶參與到情境選擇和探索中來，從而增強感知的具身性與真實性，增強學生對知識理解與記憶的深刻程度。

綜上所述，虛擬教學代理應用于職業(yè)教育的線上教學中，既為學習者提供了一種“在場”的認知空間環(huán)境，又增強了在線教學的監(jiān)督與輔助功能，將教育技術中介透明化，使學習者瞬間投入到在場狀態(tài)的學習準備當中，讓學習者的身心認知融為一體，真正實現(xiàn)了心靈、身體與環(huán)境的無縫銜接。

三、美國虛擬現(xiàn)實技術的創(chuàng)新應用對我國職業(yè)教育發(fā)展的啟示

在我國，虛擬現(xiàn)實技術尚處于起步階段，現(xiàn)階段的VR產(chǎn)品多以概念的塑造與模仿為主，主要應用于軍事、航天等高端領域。因此，美國虛擬現(xiàn)實技術的創(chuàng)新應用與建設對我國職業(yè)教育的發(fā)展具有重要的啟示意義。

1.虛擬現(xiàn)實技術在我國職業(yè)教育培訓領域中的建設發(fā)展

將虛擬現(xiàn)實技術進行充分開發(fā)與建設并應用于職業(yè)教育培訓課程系統(tǒng)中，形成融合虛擬現(xiàn)實情境的在線課程系統(tǒng)將成為未來職業(yè)教育領域研究中所關注的主要話題與發(fā)展趨勢。虛擬現(xiàn)實技術能夠針對職業(yè)教育注重課外實踐的特點，利用虛擬仿真實驗室為學生打造具有沉浸感的體驗式職業(yè)教育實訓課程，可通過動作捕捉、眼球追蹤、手勢跟蹤等多通道交互途徑實現(xiàn)體驗式互動學習與實際操作訓練，為學習者提供高度模擬的實戰(zhàn)環(huán)境，打造超越現(xiàn)實環(huán)境的多感知交互式體驗學習方式。

目前，虛擬現(xiàn)實技術可為學習者創(chuàng)設符合職業(yè)教育特征的實訓場景，為學習者提供各種虛擬化身角色，學習者通過佩戴VR眼鏡或頭顯式設備便可進入虛擬場景中進行探索式實踐訓練。由此可知，基于虛擬現(xiàn)實技術的職業(yè)教育訓練有利于彌補傳統(tǒng)職業(yè)教育中“重理論、輕實踐”的弊端。VR技術打造的虛擬實訓場景，可使學習者的認知圖式將虛擬場景默認為實際場景，從而幫助學習者作出與實際場景相同的反應，增強學習者的反應機制并增加對實踐訓練的投入量，穩(wěn)固知識記憶，達到對所學知識更深層次的理解與內化，增強學習者的職業(yè)技能。

隨著我國虛擬現(xiàn)實技術的不斷更新與發(fā)展，VR技術在職業(yè)教育領域中的逐步運用將使未來的職業(yè)教育課程和職業(yè)技能培訓發(fā)生改變。因此，VR技術在未來的職業(yè)教育領域中仍具有極大的發(fā)展空間與前景?？梢灶A見，未來虛擬現(xiàn)實技術將更加廣泛地應用于職業(yè)教育領域，未來高校職業(yè)課程的設計與實施也將具有更加鮮明的VR意識。

2.虛擬現(xiàn)實技術與人工智能相結合促進我國職業(yè)教育的建設發(fā)展

虛擬現(xiàn)實技術與人工智能相結合可融合虛擬仿真環(huán)境、語言識別、圖像識別及專家系統(tǒng)打造集虛擬性與學習性于一體的沉浸式職業(yè)教育課程，該課程重新定義了職業(yè)教育培訓的發(fā)生空間與學習場域，遵循職業(yè)技能學習與訓練的內在機制，讓學習者在虛擬環(huán)境中進行職業(yè)技能訓練的同時，能夠得到虛擬導師的及時指導與幫助，將書本知識以實訓指導的方式更加簡單直觀地呈現(xiàn)在學生面前，讓學習者在情景化實訓中實現(xiàn)更全面、更廣泛、更有應用價值的反應機制。

在教學過程中，教師與學生的角色發(fā)生了轉變，真正地使學生成為了職業(yè)教育知識學習的實踐者、探索者，而教師則成為學生學習的引導者、幫助者。同時，職業(yè)教育的目標從對書本知識的熟練掌握轉變?yōu)橛柧殞W生具有識別和處理問題的一般能力，如處理多樣性、敏感性和開放性問題的能力，使學生能夠在虛擬與現(xiàn)實之間建立聯(lián)系，同時可培養(yǎng)學生一些必備的職業(yè)技能思維，如“對話式”思維。與傳統(tǒng)“黑板+粉筆+PPT”式的職業(yè)教育課堂相比，VR與人工智能技術相結合應用在職業(yè)教育教學中可使學生保持思維的復雜性，培養(yǎng)學生的“反復”思維以及“全息”思維，以整體知識帶動學生對局部知識的深度挖掘，實現(xiàn)知識的深度學習，以此提高學生處理實際問題的能力及應對突發(fā)狀況的能力，為未來職業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎。因此，虛擬現(xiàn)實技術與人工智能技術為我國探索出一種全新的職業(yè)教育形式，豐富了知識的輸入與輸出途徑，促進了教育技術與職業(yè)教育的深度融合化發(fā)展。

3.虛擬現(xiàn)實技術在我國醫(yī)學職業(yè)教育領域中的建設發(fā)展

我國醫(yī)學職業(yè)教育對專業(yè)人才培養(yǎng)的實踐性與技能性具有極高的要求，因此，實驗教學在醫(yī)學職業(yè)教育中占據(jù)十分重要的地位。然而，受實驗成本高及醫(yī)學實驗設備價格昂貴、更新速度快、容易損壞等因素的制約，當前我國很多醫(yī)學職業(yè)院校學生可用實驗設備和實驗素材的平均占用率非常低，[16]這無疑影響了我國醫(yī)學職業(yè)教育中的實驗教學質量。

然而，美國將VR虛擬現(xiàn)實技術應用在生物醫(yī)學領域的案例可為我國醫(yī)學職業(yè)院校進行實驗教學帶來一定的啟示。首先，通過VR技術創(chuàng)建虛擬的三維實驗設備、實驗素材和虛擬患者，可以解決醫(yī)學職業(yè)院校設備不足的問題，降低醫(yī)學培訓的成本，提高醫(yī)學職業(yè)教育水平。其次，利用VR技術進行實驗教學可以突破醫(yī)學職業(yè)教育時間與空間的局限，學生登錄系統(tǒng)即可多次進行虛擬臨床實驗，拓寬醫(yī)學生進行模擬練習的渠道，提高學生進行醫(yī)學實驗的主動性與積極性，增強醫(yī)學生的臨床實踐技能。最后，將虛擬現(xiàn)實技術應用在醫(yī)學職業(yè)教育中真正地實現(xiàn)了將醫(yī)學教育與現(xiàn)代技術手段相結合，創(chuàng)新傳統(tǒng)職業(yè)教學模式，促進我國職業(yè)教育順應教育信息化發(fā)展。

四、結束語

隨著科學技術的不斷更新與變革，虛擬現(xiàn)實技術也將隨之不斷地發(fā)展。目前美國在虛擬現(xiàn)實技術領域的發(fā)展程度及創(chuàng)新研究已成為當今世界的典范，其中，將VR技術與職業(yè)教育領域的結合更是為我國未來職業(yè)教學的發(fā)展帶來了巨大的啟示意義與研究價值。如今，我國虛擬現(xiàn)實技術也在如火如荼地發(fā)展，校企合作使得VR技術發(fā)展更加高效，云渲染、云服務使得用戶終端通過Web直接接入訪問資源，從而滿足學習者的虛擬學習需求?？梢灶A見，未來虛擬現(xiàn)實技術將會在我國職業(yè)教育領域中發(fā)揮出更加重要的作用，成為推動“互聯(lián)網(wǎng)+教育”向前發(fā)展的強大動力之一。