李雅嫻，陳曉勇，陳敏捷，羅穎淵

(杭州科技職業(yè)技術學院，杭州 311400)

0 引言

隨著虛擬現(xiàn)實、分布式存儲等新一代信息技術的不斷成熟和普及，虛實融合的學習環(huán)境因具有良好的沉浸性、交互性和構想性，能夠提供多元化的教學方式，滿足教育教學情境化、交互性的要求，日益受到人們的關注，是學習環(huán)境發(fā)展的重要方向。國內學者對虛實融合學習環(huán)境的構建方法做了諸多探索，如蔡蘇[1-2]等人基于增強現(xiàn)實技術，整合現(xiàn)有學習管理系統(tǒng)，把計算機生成的虛擬信息融合到用戶所要體驗的真實環(huán)境中，建立增強現(xiàn)實的學習環(huán)境，豐富和拓展了教學內容及教學活動。朱孝平等[3-4]認為，建立虛實融合的學習環(huán)境，既能讓學習者獲取真實的學習體驗，促進開展基于網絡的協(xié)作學習，又有利于教師在探究過程中為學習者提供多方位的指導，拓展學習者的視野。

1 問題提出

虛實融合的學習環(huán)境塑造了虛實融合的學習空間，從而體現(xiàn)出整體性、建構性和對話性。然而，人們往往僅關注虛實融合學習環(huán)境的構建這一表觀問題，卻對該環(huán)境下的學習任務缺乏系統(tǒng)性探索。在實訓教學環(huán)節(jié)，所構建的學習任務對學習者操作技能的提升效果并不顯著。主要原因如下：

1.1 虛實融合的學習環(huán)境，學習任務與真實工作脫節(jié)

虛實融合的學習環(huán)境多以功能實現(xiàn)為主，按照功能的不同，分成若干模塊，為了體現(xiàn)功能的完整性，往往需要人為虛構一個綜合性任務。這些任務往往是基于知識結構設計的，脫離了真實的工作過程，導致學習任務與真實工作任務脫節(jié)，難以實現(xiàn)“學習即工作、工作即學習”的一體化學習設計。

1.2 虛實融合的學習環(huán)境，學習活動忽略學習目標的達成

虛實融合的學習環(huán)境往往過于注重學習環(huán)境的近似真實，學習過程中沒有創(chuàng)設有效的學習情境，開展有效的學習任務，僅有虛實融合的學習環(huán)境，學習目標的實現(xiàn)無法通過有效的學習活動進行內化，導致實現(xiàn)既定的學習目標效果不理想。

1.3 虛實融合的學習環(huán)境，學習過程存在“時點效應”

虛實融合的學習環(huán)境本質上是虛擬的，盡管可以通過虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實以及增強虛擬等創(chuàng)新技術予以改進，但依然無法完全復現(xiàn)真實的工作過程，在支持教學方面存在“時點效應[4]”。時點效應是指在“準備性學習”及技能熟練后的“素質提升訓練”兩個階段對支持教學具有較為顯著的效果，但在“實質性學習”階段，情境的偏差會帶來反應的偏差，而反應的偏差無法在虛擬學習環(huán)境下得到及時調整，故對教學全過程的支持效果不明顯。實踐表明，在“準備性學習”及技能熟練后的“素質提升訓練”兩個階段，虛實融合的學習環(huán)境對于支持教學確實具有較為顯著的效果，而在“實質性學習”階段，缺乏對真實情境的針對性反饋，反饋的偏差無法在虛擬學習環(huán)境下得到及時調整，從而導致對教學全過程的支持效果不明顯。

實訓教學尤其注重實踐性與應用性，在虛實融合環(huán)境下開展有效的實訓教學活動，提升教學效果，學習任務的構建迫切需要突破基于知識結構的傳統(tǒng)構建方法的不足?；谡鎸嵉墓ぷ髑榫常瑯嫿ㄇ榫承蛯W習任務，開展虛實融合環(huán)境下實訓教學情境任務體系的構建方法研究，對實訓教學實踐具有重要的指導意義。

2 理論支持

2.1 情境學習理論

情境學習理論認為：知識與技能需在真實的情境中通過完成真實的任務來獲得。基于情境學習理論創(chuàng)設實訓教學情境任務，是解決虛實融合學習環(huán)境“重模塊設計輕真實工作場景”問題的有效途徑。同時，情境學習理論強調：知識的意義連同學習者自身的意識與角色，都是在學習者和學習情境的互動、學習者與學習者之間的互動過程中生成的，學習情境的創(chuàng)設首先需要考慮學習者自身的已有經驗[5]。

2.2 具身認知理論

具身認知理論主張：認知是具身的、情境的，認知發(fā)展依靠經驗積累，在虛實融合環(huán)境下，學習者參與學習互動就是具身認知學習的過程[6]。認知的形成是個體身體與情境互動作用的結果，學習情境任務應當能夠體現(xiàn)完整的認知過程。

3 虛實融合環(huán)境下實訓教學情境任務構建

基于情境認知理論和具身認知理論，結合實訓教學的特征，以“機械檢測技術”課程中的三坐標檢測虛實融合實訓任務為例，將典型的情境構建分為“規(guī)劃情境”“選擇情境”“定義情境”三個階段，進行學習情境任務構建方法的探索實踐。

3.1 依據學習者已有學習經驗規(guī)劃情境

通過上述研究理論的探討不難發(fā)現(xiàn)：學習者已有的學習經驗，是確定學習情境的關鍵因素[7]。三坐標檢測的任務目標是對機械加工后的工件進行檢測，以判定是否合格。對加工工藝的了解和掌握程度是衡量學習者已有學習經驗的重要參數(shù)。針對工件加工常用的加工工藝，以模具設計與制造專業(yè)相同專業(yè)背景的兩個班級共87名學生為調研對象進行問卷調查，得到學習者已有學習階段對各加工工藝的了解和掌握情況，規(guī)劃了車削、銑削、刨削、磨削、銼削(鉗工)、線切割、電火花、加工中心等8種學習情境。

3.2 針對實訓教學的特點選擇情境

實訓教學強調實踐的應用性，將各情境按照“實際操作中發(fā)生的頻繁程度”“實際應用的重要程度”“學習者已有的經驗程度”“該情境學習的難易程度”四個維度進行評估，分別對企業(yè)、學習者和教師進行調研，得到上述四個維度的量值。把每個維度的量值，細分為高、中、低三個等級，并分別賦分3分、2分、1分，將四個維度的總分加和后，按照分數(shù)由高到低進行排序，選擇學習情境。

3.2.1 企業(yè)調研——情境的應用性

通過企業(yè)走訪、調查問卷、畢業(yè)生跟蹤調查等方式，獲取企業(yè)實際工作過程數(shù)據，評估情境任務在實際應用中的頻繁程度和重要程度，如表1所示。

表1 情境任務的應用性程度等級

3.2.2 學習者調研——已有經驗的豐富程度

對上述8種情境，采用CLASS問卷調查法，將前述87名學習者已有經驗的掌握程度分為：“沒學過，不會用”“學過，但用得不好”“學過，基本掌握”“學過，比較熟練”“學過，非常熟練”五個等級，調查結果如表2所示。

表2 學習者對各學習情境的經驗豐富程度量表

對“沒學過，不會用”“學過，但用得不好”“學過，基本掌握”“學過，比較熟練”“學過，非常熟練”五個等級分別賦分1、2、3、4、5分，用每一個等級的分值乘以其已有經驗豐富程度百分比，得到其各等級的分值。將每一種學習情境各等級的分值加和，匯總得到各學習情境的已有經驗豐富程度量值，如表2所示。由表2的計算過程可知，總分越高，學習者對這一情境的經驗越豐富。對于總分高于2分的學習情境賦予等級“高”，總分高于1.5分且低于2分的學習情境賦予等級“中”，總分低于1.5分的學習情境賦予等級“低”，得到“已有經驗豐富程度”的等級情況。

3.2.3 教師調研——情境任務的難易程度

分析各加工工藝所加工工件的特征及加工精度，工件的精度越高、特征越復雜，其難易程度越高，反之則難易程度越低，得到各情境任務的難易程度，如表3所示。

表3 情境任務的難易程度

3.2.4 情境任務體系選擇量表

將上述四個維度的等級情況進行匯總，并按照高、中、低三個等級依次賦分3分、2分、1分，得到各學習情境的分值匯總情況，如表4所示。

表4 情境任務體系分值表

由表4可見，8種學習情境的分值由高到低依次為車削(11分)、鉗工(10分)、銑削(9分)、加工中心(9分)、線切割(8分)、電火花(6分)、磨削(5分)、刨削(5分)。分值高的學習情境表明其在真實工作過程中的重要性較高，能夠較好地反映真實工作過程，且易于被學習者接受，便于開展有效的學習互動活動。故下文選擇車削、鉗工、銑削、加工中心4個學習情境為代表進行學習情境任務構建。

3.3 依據典型挑戰(zhàn)定義情境

對照真實任務操作過程的“發(fā)布—實施—考核”流程，建立情境任務的“輸入—加工—輸出”模型，定義虛實融合環(huán)境下實訓教學的情境型學習任務，見表5。

表5 情境任務的“輸入—加工—輸出”模型

以得分最高的學習情境——“車削”為例，定義情境任務的一般方法如下。

3.3.1 輸入——定義任務的邊界條件

對于車削工藝，選擇光軸、階梯軸和有鍵槽軸等三種最具代表性的零件特征，依據學習難易和學習者已有學習經驗的豐富程度進行分析，如表6所示。

以“已有經驗相對豐富，且學習難度適中”為原則，選擇具有階梯軸特征的自行車傳動軸檢測作為情境任務。

表6 車削情境任務分析表

3.3.2 加工——發(fā)布任務的實施步驟

基于“工作過程典型挑戰(zhàn)”法，對各任務完成步驟進行典型挑戰(zhàn)分析，明確每一個步驟完成過程中的典型挑戰(zhàn)。結合虛實融合學習環(huán)境的特點，評判每一個典型挑戰(zhàn)是否存在“時點效應”，從而確定“虛—實”融合的實施步驟，結果如表7所示。

表7 工作任務各步驟典型挑戰(zhàn)

通過上述分析可見，在“測頭構建”和“元素測量”兩個步驟存在“時點效應”，該部分屬于“實質性學習”階段，虛擬環(huán)境的學習過程無法替代真實環(huán)境，需采用真實操作才能更好地實現(xiàn)學習者間的有效互動，虛實融合學習環(huán)境對學習支持的有效性不顯著。為提高學習活動的有效性，“測頭構建”和“元素測量”兩個步驟應采用真實操作，實施過程應采用“虛—實”交替的步驟進行，即機器構建(虛)—測頭構建(實)—建立坐標系(虛)—元素測量(實)—公差分析(虛)—輸出報告(虛)。

3.3.3 輸出——制定任務評價標準

整個任務的實施過程由多個步驟完成，基于上述“虛—實”交替實施過程的任務特征，針對任務的評價應包含各實施步驟的階段性評價標準和整體完成的質量、數(shù)量、時間等總體評價指標。

4 構建方法實驗驗證

4.1 實驗設計

選擇兩個平行班級(其中A班42人，B班45人)進行實驗驗證，共同完成車削學習情境下自行車傳動軸檢測任務，分別檢驗兩個班的階段性完成情況(每一步驟的班級完成正確率)和總體完成情況(時間、數(shù)量、質量等)，如表8所示。

表8 兩個班各實施步驟完成情況

4.2 實驗結果分析

由表8可以看出，在階段性評價過程中：兩個班級的學習者均能夠較好地完成各階段的學習任務。在總體評價中：(1)兩個班級的學習者均在計劃完成時間內完成了情境任務；(2)A班學習者檢測結果的完成度為87.1%，B班學習者檢測結果的完成度為84.2%，完成度均高于80%，在按時完成的同時有較高的完成度；(3)仍有部分學習者不注重報告格式的規(guī)范性，任務完成后的呈現(xiàn)效果一般。實驗結果表明：上述提出的“規(guī)劃情境”“選擇情境”“定義情境”的虛實融合環(huán)境下實訓教學學習情境任務的構建方法對學習目標的達成具有一定的支持效果。

5 虛實融合環(huán)境下實訓教學情境任務設計體系構建

虛實融合的學習情境任務體系由一個個情境任務構成，各情境的設計順序是教學設計的關鍵。文章分別基于“學習者已有經驗豐富程度”和“情境任務難易程度”兩種要素為主線，設計不同的排序方式，進行情境應用效果評估。以兩種不同的設計次序下同一情境任務的完成效果優(yōu)劣為目標，確定情境任務教學體系設計原則，并對前述虛實融合情境下實訓教學情境任務構建方法進行驗證。

以前述兩個同專業(yè)同年級的平行班為樣本，進行情境任務學習效果分析，其中A班級按照學習任務的難易程度由易到難的順序進行情境任務學習，B班級按照學習者已有經驗的豐富程度由高到低進行情境任務學習，各班級教學設計順序如表9所示。

表9 情境任務教學體系設計表

基于前期企業(yè)調研和學情分析，預設每個學習情境任務完成的基準目標時長均為80分鐘，分別統(tǒng)計樣本班級每個情境的人均完成時間，結果如表10所示。

表10 樣本班級完成各學習情境的平均用時/分鐘

由上表可以看出：

(1)樣本班級的學生均能在80分鐘的基準目標時長內完成各項情境任務，表明所設計的學習情境能夠實現(xiàn)教學目標要求。

(2)當按照學習任務的難易程度設計學習情境順序時(A班級)，隨著學習任務的難度加大，完成各情境任務所需要的時間有增加的趨勢，但由于學習者實訓技能的熟練度也同步在提高，這種增加的趨勢不顯著，各情境任務的用時整體差異不大。

(3)當按照經驗豐富程度設計學習情境順序時(B班級)，在情境1的學習過程中，由于難度相對較大，且學生不夠熟悉，該情景的完成時長已接近80分鐘的基準目標時長。情境2相對情境1，學生實訓技能的熟練度有所提高，且任務難度降低，該情境任務的完成時間存在明顯結余。其他兩個情境任務的順序與A班級相同，各情境任務的用時與A班級也較為接近。

由以上(2)和(3)可以得出，在實訓教學環(huán)節(jié)，虛實融合環(huán)境下學習情境任務按照其難易程度以由易到難的順序為主線進行設計，遵循了循序漸進的知識體系形成規(guī)律，學習者完成各情景任務用時的一致性更強，達成學習目標的效果更好。

6 結語

信息技術的飛速發(fā)展促進了實訓教學環(huán)境由傳統(tǒng)學習環(huán)境向虛實融合的學習環(huán)境的改變，實訓教學任務需要由知識結構向情境認知轉變。文章提出了在虛實融合學習環(huán)境下，“規(guī)劃情境”“選擇情境”“定義情境”的實訓教學情境任務體系的構建方法。基于“學習者已有的經驗程度”規(guī)劃情境；由“實際操作中發(fā)生的頻繁程度”“實際應用的重要程度”“學習者已有的經驗程度”“該情境學習的難易程度”四個維度綜合量化分析、選擇情境；基于“工作過程典型挑戰(zhàn)”，結合虛實融合的學習環(huán)境定義情境。通過設計實驗進行驗證，結果表明：該實訓教學情境任務體系構建方法可以有效地輔助學習過程，達成學習目標。同時，基于“情境學習的難易程度”進行虛實融合環(huán)境下實訓教學情境任務體系設計，可以達到更好的學習效果。