摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展，沉浸式在線學習環(huán)境在教育領域日益受到矚目，而人工智能技術以其強大的數(shù)據(jù)處理、模式識別以及智能決策能力，為構建沉浸式在線學習環(huán)境提供了強大的技術支持。本文深入剖析了當前在線學習的現(xiàn)狀與不足，并結合人工智能技術的最新進展，提出了一種基于人工智能的沉浸式在線學習環(huán)境框架。

關鍵詞：人工智能；VR技術；AR技術；在線學習；沉浸式在線學習環(huán)境

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）17-0000-05

研究背景

互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展顛覆了人們的生活生產(chǎn)模式，學習方式也隨之改變，由原來單一化的線下學習演變成多元化的“線上+線下”學習。然而，在線學習的普及也帶來了一系列問題。其中，學生學習興趣不高、學習目標不明確以及學生間實時互動機制不完善等問題愈發(fā)顯現(xiàn)。

在這一背景下，人工智能為在線學習注入了新的內(nèi)涵與特色。沉浸式在線學習不僅為學習者提供虛實融合的無邊界學習環(huán)境和多感官參與的互動形式，還帶來了多角度、情境式、游戲化的學習體驗，可有力提升學習者的知識轉(zhuǎn)化與遷移能力，全面助力智能時代創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。因此，本研究致力于通過整合人工智能技術，構建一個更加沉浸式的在線學習環(huán)境，激發(fā)學生的深度學習和理解，進一步提升學生的學習效率。

沉浸式在線學習環(huán)境研究綜述

1.在線學習環(huán)境研究現(xiàn)狀

在線學習環(huán)境是指利用互聯(lián)網(wǎng)和相關技術，通過電子設備和網(wǎng)絡連接來支持和促進學習的虛擬或數(shù)字環(huán)境，其已受到國內(nèi)外學者的廣泛關注和研究。在國內(nèi)學者中，朱珂通過深入分析操作、信息和概念三種互動模式，構建了一個在線學習者交互模型，該模型能夠預測在線學習者的學習行為[1]；查先進等人認為，在線學習平臺的選擇受到從眾心理影響，而平臺的使用度則受平臺評價、社會認知、感知收益、質(zhì)量、信息差及用戶需求等多重因素影響，因此高質(zhì)量的平臺建設是推動在線教學有效的關鍵[2]；賈非等學者的研究成果揭示了在線學習環(huán)境中多個關鍵元素之間的相互作用，特別是學生學習投入、交互投入與網(wǎng)絡環(huán)境、資源環(huán)境、交互環(huán)境之間的關系。[3]

在國外，也有很多學者對在線學習環(huán)境狀況做了很多研究。例如，阿薩塔（Asarta）等人分析了網(wǎng)絡傳輸速度的快慢對學生使用網(wǎng)絡平臺有很大的影響，網(wǎng)絡環(huán)境的好壞也會對學生在網(wǎng)上學習的積極性產(chǎn)生很大的影響[4]；迪安（Dean）研究了學生內(nèi)容行為發(fā)布的關聯(lián)性，通過回歸分析，利用學習者發(fā)布次數(shù)來預測后續(xù)的瀏覽和評價行為[5]；文志遠和金英杰等人在在線學習平臺上添加了更多元的功能模塊，通過對學習行為數(shù)據(jù)研究后發(fā)現(xiàn)，學生表現(xiàn)的學習行為的不同與學習平臺設置的不同功能模塊具有相關性。[6]

2.沉浸式在線學習環(huán)境研究現(xiàn)狀

沉浸式在線學習環(huán)境是指通過技術手段，將學習者置身于一種仿真的、引人入勝的學習環(huán)境中，以提高學習體驗、加深學習效果的學習模式。目前，我國學者對此的研究主要集中在虛擬實驗教學、虛擬仿真培訓等方面。近年來，也有許多國外學者提出了不同的沉浸式學習模型，如基于特定情境的沉浸式學習模型、基于二元認知模型的沉浸式學習模型等。

綜上所述，盡管現(xiàn)有的研究已經(jīng)對在線教學和學習環(huán)境的數(shù)字化、網(wǎng)絡化發(fā)展進行了深入探討，但如何借助AI技術構建出真正沉浸式的學習體驗，以及在這樣的環(huán)境中如何培養(yǎng)和提升學習者的線上學習能力，仍是一個亟待解決的問題。因此，本研究通過結合AI技術與沉浸式學習理論，構建了一個沉浸式在線學習環(huán)境系統(tǒng)，以期能夠提升學習者的學習體驗。

沉浸式在線學習環(huán)境架構設計

1.設計思路

在環(huán)境設計方面，充分利用VR和AR技術構建學習場景，使學習者仿佛置身于真實的學習環(huán)境中，從而更好地沉浸于學習。同時，為了實現(xiàn)個性化學習體驗，系統(tǒng)借助AI算法深入分析學習者的學習習慣、興趣愛好和能力水平?；谶@些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠智能推薦適合學習者的學習資源和課程，并為他們量身定制個性化的學習路徑。

智能化學習輔助是該系統(tǒng)設計的亮點。AI技術能實時跟蹤學習者的學習進度和效果，通過智能分析，準確識別學習者的學習難點和薄弱點；系統(tǒng)再根據(jù)這些信息提供針對性的解題思路和反饋，幫助學習者克服困難，提高學習效率。此外，系統(tǒng)還能智能生成練習題和測試題，幫助學習者鞏固所學知識，檢驗學習成果。

同時，學習者可以與虛擬教師進行實時互動、參與小組討論、進行實驗操作等。這種高度互動的學習方式不僅增強了學習的趣味性，還提高了學習者的實踐能力和團隊協(xié)作能力。

2.沉浸式在線學習環(huán)境框架及模塊設計

（1）框架設計

為了滿足基于人工智能的沉浸式在線學習環(huán)境的設計需求，本研究提出了沉浸式在線學習環(huán)境框架。這一框架包含用戶登錄、學習界面、學習場景、實踐活動以及實時反饋與指導機制等組成部分（如圖1）。

（2）模塊設計

基于AI的沉浸式在線學習環(huán)境的模塊設計，集成了場景模塊、教學模塊、體驗模塊及拓展模塊等組成部分。

①場景模塊設計（如圖2）是以人工智能技術為核心，致力于打造一個虛擬學習環(huán)境。通過選擇適合學習內(nèi)容的主題和場景，設計合理的布局和元素，并添加豐富的細節(jié)元素，以提供給學生一種沉浸式的學習體驗。這一設計不僅與教學內(nèi)容緊密結合，還能更有效地促進學習者的理解和參與，從而提升學習效率。

②教學模塊設計（如圖3）著重于將學習內(nèi)容分解為可管理的單元或模塊，并設計相應的教學目標、教學方法和評估方式，以引導學生按照邏輯順序?qū)W習，同時提供個性化的學習路徑和資源，以滿足不同學生的學習需求，促進他們的參與和成長。

③體驗模塊設計（如圖4）致力于通過創(chuàng)造性的交互設計、動態(tài)效果和情感元素，提升學習者在虛擬學習環(huán)境中的沉浸感和參與度，同時優(yōu)化用戶界面和操作方式，以確保流暢的學習體驗，并通過額外資源、社交互動和探索性任務，鼓勵學習者的創(chuàng)新、合作與成長。

④拓展模塊設計（如下頁圖5）提供額外的資源和挑戰(zhàn)，以滿足不同學生的學習需求和興趣。通過設計社交互動、合作學習機會和探索性任務，激發(fā)學生的好奇心和創(chuàng)造力，促進自主學習和發(fā)展，從而達到拓展學習空間、豐富學習內(nèi)容和促進學生發(fā)展的目的。

沉浸式在線學習環(huán)境的實踐應用

本研究提出的沉浸式在線學習環(huán)境在教育領域的應用中涵蓋了廣泛的場景和功能，能夠為學生和教師提供豐富的學習資源和工具，可以模擬各種真實場景，如歷史事件、科學實驗室、文學作品的情境等，讓學生身臨其境地參與其中，從而深入理解和掌握知識。

1.虛擬學習空間

該沉浸式在線學習環(huán)境能夠在語文、英語、歷史及政治等學科中為學生提供學習輔助。以英語學習為例，該環(huán)境利用虛擬場景和智能互動，幫助非英語國家的學生克服學習英語的語言環(huán)境障礙。學生將進入一個模擬的英語學習場景，在虛擬現(xiàn)實技術的支持下體驗使用英語的情境，并與虛擬人物進行互動。這些場景是隨機或預設的，學生需要靈活運用已學語言與虛擬人物進行對話。此外，學習環(huán)境還涵蓋多種學習游戲，如闖關游戲用于測試和評估學生的表現(xiàn)。

此外，沉浸式在線學習環(huán)境還能夠模擬學習環(huán)境，為學生提供身臨其境的學習體驗。例如，在語文方面，學生可以沉浸在各種語言環(huán)境中，如古代文學作品的場景中，或者模擬實際生活中的對話場景，通過與虛擬角色的互動來提高語言理解能力和溝通技巧。這種環(huán)境還可以通過語音識別和自然語言處理技術提供實時的語言指導和反饋，幫助學生更好地掌握語言表達的技巧和規(guī)范。在歷史方面，沉浸式在線學習環(huán)境可以重現(xiàn)各種歷史時期的場景和事件，讓學生仿佛置身于歷史之中。學生可以通過虛擬現(xiàn)實技術探索古代文明的遺跡，參與歷史上的重要事件，甚至與歷史人物進行互動。

2.虛擬實驗室

該沉浸式在線學習環(huán)境引入了虛擬實驗室應用，涵蓋化學、物理、生物等多個學科領域。這一系統(tǒng)利用建模工具和仿真技術準備各類實驗材料和儀器，使學生能夠在自由選擇并結合實物模型與數(shù)字化面板的基礎上獲取真實感。

以虛擬化學實驗室為例，學生能夠自主選擇化學藥品、設定屬性和數(shù)量，通過不同藥品組合和參數(shù)設置進行實驗，獲取多樣的實驗結果。在虛擬環(huán)境中，學生可以進行各類實驗，包括涉及有毒、腐蝕性或刺激性氣味的實驗，而無需擔心真實實驗中的潛在危險。這種學習環(huán)境允許學生詳細觀察模擬實驗過程，甚至進行微觀的觀察，如觀察分子的合并和分裂等反應過程。系統(tǒng)根據(jù)實驗結果提供適當?shù)脑u價，對于不可行的結果，系統(tǒng)也能提供解釋或發(fā)出警告，為學生提供更深層次、安全而豐富的學習體驗。

另外，在虛擬物理實驗室中，學生可以通過模擬實驗來探索各種物理現(xiàn)象和定律，無需使用真實的物理實驗室和設備。例如，學生可以模擬重力實驗，通過調(diào)整物體的質(zhì)量和距離，觀察重力對物體的作用，并測量加速度和力的變化，等等。通過虛擬物理實驗室，學生可以安全地進行各種物理實驗，觀察實驗現(xiàn)象，分析數(shù)據(jù)，探索物理規(guī)律，從而加深對物理學知識的理解和掌握。這種技術的應用為學生提供了更加直觀、互動和安全的學習方式，極大地豐富了他們的學習體驗。

結語

基于人工智能的沉浸式在線學習環(huán)境為學生提供了更加貼近實際、更具挑戰(zhàn)性的學習場景，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造力、合作能力和實踐技能。通過沉浸式體驗，學生可以更深入地參與到學習中，不再是被動地接受知識，而是能夠積極探索、互動、合作，從而更好地理解和應用所學內(nèi)容。隨著人工智能技術的不斷進步和應用的不斷深化，可以預見，未來教育將更加注重個性化、互動性和實用性，為學生提供更加豐富、有趣且實用的學習體驗。

參考文獻：

[1]朱珂.網(wǎng)絡學習空間中學習者交互分析模型及應用研究[J].電化教育研究，2017，38（05）：43-48.

[2]查先進，張坤，嚴亞蘭.在線學習平臺從眾選擇行為形成機理的扎根分析[J].圖書情報工作，2022，66（02）：90-98.

[3]賈非，趙彬竹，李志創(chuàng).混合學習與在線學習對學生投入度的影響——以學習環(huán)境為視角[J].復旦教育論壇，2019，17（05）：55-61

[4]Asarta C J，Schmidt J R.The effects of online and blended experience on outcomes in a blended learning environment[J].The internet and higher education，2020（44）：100708.1-100708.10.

[5]Money W H，Dean B P.Incorporating student population differences for effective online education：A content-based review and integrative model[J].Computers & Education，2019.

[6]Moon J W，Kim Y G.Extending the TAM for a World-Wide-Web context[J].Information & Management，2001，38（04）：217-230.