三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的特點(diǎn)及教學(xué)潛能*

□仇曉春

三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的特點(diǎn)及教學(xué)潛能*

□仇曉春

三維虛擬環(huán)境的教學(xué)應(yīng)用已經(jīng)積累了較為豐富的研究和發(fā)展.實(shí)踐的發(fā)展更顯現(xiàn)出指導(dǎo)性理論研究的需求.對(duì)三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境區(qū)別性特征及其教學(xué)潛能的整體分析和例證,將有助于明確其實(shí)踐價(jià)值以及未來的研究方向.

三維虛擬環(huán)境;學(xué)習(xí);區(qū)別性特征;支援性

三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境(3-dimensional virtual learning environment,3D VLE)與其他虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境(如Blackboard、Moodle)相比,其優(yōu)勢(shì)在于三維性、時(shí)間變化的流暢性和交互性.本文主要關(guān)注從家庭或?qū)W校通過個(gè)人電腦登錄的3D VLE,通常稱為桌面3D VLE.Jacobson認(rèn)為,浸入式3D VLE如果設(shè)計(jì)和使用得當(dāng),在提供教學(xué)內(nèi)容方面比二維技術(shù)有著更大的教學(xué)潛能.[1]但3D VLE的建設(shè)成本過高,阻礙其教學(xué)推廣.近些年,多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及使得以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實(shí)再次受到關(guān)注.

雖然桌面三維技術(shù)受到關(guān)注,但這些技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)的潛能和成果仍存在爭(zhēng)議.本文力圖通過系統(tǒng)分析相關(guān)研究,探討3D VLE的區(qū)別性特征,以及其在學(xué)習(xí)任務(wù)的開展方面所具有的促進(jìn)作用.這些研究都將為后期研究建立可靠的理論基礎(chǔ),促進(jìn)三維游戲、模擬、虛擬學(xué)習(xí)世界的相關(guān)教學(xué)研究和實(shí)踐.

一、區(qū)別性特征

(一)區(qū)別性特征的確認(rèn)

Hedberg和Alexander認(rèn)為,3D VLE最重要的特征就是"作為用戶直接控制虛擬世界中對(duì)象的清晰界面"[2].他們指出,要提高虛擬環(huán)境的這種清晰性,需要從三個(gè)方面提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn):增加浸入感,提高逼真性和學(xué)習(xí)者參與程度[3].Whitelock等指出3D VLE的三個(gè)特征或維度,即表現(xiàn)的逼真性、控制的即時(shí)性和存在感(或臨場(chǎng)感).[4]兩項(xiàng)研究在這三個(gè)方面或維度的意義相似,并都關(guān)注單用戶虛擬環(huán)境的特征,即個(gè)人與3D VLE的交互.另一方面, Brna提出的六維框架包含了多用戶虛擬環(huán)境的社會(huì)因素,除了Whitelock等提出的表現(xiàn)的逼真性、控制的即時(shí)性和存在感,還有社會(huì)逼真性(包括社會(huì)熟悉性和社會(huì)現(xiàn)實(shí)性)、話語的即時(shí)性和社會(huì)存在.[5]

很多研究者都強(qiáng)調(diào)浸入感和存在感的重要性,認(rèn)為是虛擬環(huán)境與其他電腦應(yīng)用相區(qū)別的關(guān)鍵特征. Slater將存在感定義為個(gè)人在某場(chǎng)所的主觀感覺.浸入感是系統(tǒng)或環(huán)境的客觀或可測(cè)量的特征,存在感正來源于此.[6]浸入感取決于提供感覺刺激的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)能力,而存在感依賴于語境,關(guān)注個(gè)體對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的主觀心理反應(yīng).正是表現(xiàn)的逼真性和環(huán)境的交互性,實(shí)現(xiàn)了高度的浸入感和強(qiáng)烈的存在感.所以,浸入感不應(yīng)被看做獨(dú)有特征.Hedberg和Alexander指出了浸入感對(duì)環(huán)境其他方面的依賴,認(rèn)為"需要仔細(xì)分析表現(xiàn)的逼真性與感覺性、概念性和動(dòng)機(jī)性浸入之間的交互,才能確定感覺輸入的復(fù)雜性,后者對(duì)于形成學(xué)習(xí)成果非常關(guān)鍵"[7].同樣,存在感來自于環(huán)境的逼真性和交互能力,所以不應(yīng)該被看做獨(dú)有特征.

虛擬世界或環(huán)境的存在感一直是指用戶對(duì)"存在于此地"的感知[8],而近來的研究開始關(guān)注共同存在感,將其定義為與其他非處一地的用戶"共同存在于此地"的感覺,認(rèn)為是社會(huì)存在感的延續(xù)[9].值得注意的是,由于三維多用戶虛擬環(huán)境的逼真性,用戶會(huì)出現(xiàn)共享的感覺體驗(yàn),其技術(shù)也支持空間性和其他形式的非語言交流,所以很多此類環(huán)境都支持高度的共同存在.因此,與存在感相比,共同存在感可以說是虛擬環(huán)境不同特征的結(jié)果,而不是特征之一.

在三維虛擬環(huán)境中,需要注意用戶如何通過個(gè)人體驗(yàn)式活動(dòng)和與環(huán)境的社會(huì)性交互來建構(gòu)個(gè)人在線身份.通常情況下,個(gè)人在線身份都表現(xiàn)為頭像(avatar),這有助于實(shí)現(xiàn)良好地心理浸入,支持深度的交流、互助,建立關(guān)系.Dickey指出,用戶體驗(yàn)從三個(gè)方面有助于在線身份建構(gòu):存在(包括存在的物質(zhì)狀態(tài)和用戶的社會(huì)印象)、表現(xiàn)(包括用戶頭像視覺顯現(xiàn)、用戶名或自我描述的確定)和體驗(yàn)(包括用戶身體動(dòng)作及動(dòng)作的社會(huì)定位).[10]雖然用戶在虛擬環(huán)境中建構(gòu)和描述身份的能力非常重要,但這并不是3D VLE的獨(dú)有特征,而與存在感和共同存在感相似,來自于環(huán)境中表現(xiàn)的逼真性和學(xué)習(xí)者的交互.

總之,表現(xiàn)的逼真性和學(xué)習(xí)者交互是3D VLE的獨(dú)有特征,而身份建構(gòu)、存在感和共同存在感是學(xué)習(xí)者體驗(yàn)的特征,學(xué)習(xí)體驗(yàn)又來源于環(huán)境特征.表現(xiàn)的逼真性包括單用戶和多用戶環(huán)境的特征,以及Brna的社會(huì)逼真性.同樣,學(xué)習(xí)者交互應(yīng)該包括個(gè)體的、協(xié)作的和交流的活動(dòng)及Brna的話語即時(shí)性.

(二)十項(xiàng)區(qū)別性特征

在3D VLE中,表現(xiàn)逼真性的視覺表現(xiàn)主要是環(huán)境的真實(shí)性展示、視野變換和對(duì)象動(dòng)作的流暢展示.使用真實(shí)視角和透視,以及真實(shí)和光照來展示對(duì)象,就可以體現(xiàn)出真實(shí)的圖像質(zhì)量.同時(shí)足夠的幀速率也能保證動(dòng)作的流暢性,增加體驗(yàn)的真實(shí)性.表現(xiàn)逼真性的第三個(gè)方面是對(duì)象行為的一致性,包括它們對(duì)用戶動(dòng)作的反應(yīng)方式及其自動(dòng)的行為方式.第四個(gè)方面是用戶表現(xiàn),這涉及用戶頭像.用戶借助此頭像可以形成和投射在線身份.用戶的這種描繪是表現(xiàn)逼真性的重要成分,有助于在虛擬環(huán)境中創(chuàng)設(shè)共同存在感,這反過來使社會(huì)交互更為豐富.

三維虛擬環(huán)境的應(yīng)用研究主要關(guān)注視覺表現(xiàn)方面,但常常局限于高端實(shí)驗(yàn)室.最近,提供聲音空間感知的"三維音頻"技術(shù)在三維虛擬環(huán)境應(yīng)用中得到推廣,通過提供多種引導(dǎo)和遠(yuǎn)距離暗示效果,可引導(dǎo)用戶的關(guān)注點(diǎn),提高虛擬體驗(yàn)的真實(shí)性.觸覺技術(shù)包括動(dòng)覺和觸覺的力量反饋和空間音頻等表現(xiàn)逼真性的特征,允許用戶在虛擬環(huán)境中感覺力量和壓力,這在電視游戲器方面尤為普及.

在學(xué)習(xí)者交互方面,三維虛擬環(huán)境首先能夠幫助學(xué)習(xí)者開展體驗(yàn)動(dòng)作,包括視野控制、導(dǎo)航和對(duì)象管理.Dall'Alba和Barnacle認(rèn)為,傳統(tǒng)的(以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的)在線學(xué)習(xí)環(huán)境旨在輔助體驗(yàn)式學(xué)習(xí)和認(rèn)知,這與強(qiáng)調(diào)語境知識(shí)和體驗(yàn)知識(shí)的現(xiàn)有認(rèn)知理論相悖.[11]三維虛擬環(huán)境能夠通過用戶表現(xiàn)和體驗(yàn)行動(dòng)來解決這個(gè)問題.其次,多用戶三維環(huán)境幫助用戶通過用戶頭像,參與體驗(yàn)式語言交流(通過文本和聲音)和非語言交流(姿勢(shì)和面部表情).這種體驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)一步通過書面或口頭語言將姿勢(shì)和動(dòng)作結(jié)合起來.再次,學(xué)習(xí)者能夠控制環(huán)境特性和行為,包括修改時(shí)間和重力參數(shù).最后,學(xué)習(xí)者可以利用三維虛擬環(huán)境的拓展性,建構(gòu)對(duì)象、為對(duì)象行為編寫腳本,從而自我建構(gòu)虛擬場(chǎng)所或?qū)ο?

總之,3D VLE的表現(xiàn)的逼真性和學(xué)習(xí)者交互可以細(xì)分為表1中的十項(xiàng)區(qū)別性特征.

表1 3DVLE的區(qū)別性特征

二、促進(jìn)學(xué)習(xí)的潛能

教育研究中的支援性,有時(shí)涉及教育干涉與開展學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者之間的關(guān)系,而有時(shí)涉及信息和交流技術(shù)對(duì)特定教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的促進(jìn)作用.Bower提出將學(xué)習(xí)任務(wù)的支援性要求與信息交流技術(shù)的支援性潛力相匹配,用于了解和開展技術(shù)選擇和學(xué)習(xí)設(shè)計(jì).[12]本文總結(jié)了相關(guān)研究提出的3D VLE的理論學(xué)習(xí)價(jià)值,提出該環(huán)境在學(xué)習(xí)上的五種潛能.本文選擇潛能的概念,是因?yàn)榧夹g(shù)本身并不直接引發(fā)學(xué)習(xí),而是促進(jìn)特定學(xué)習(xí)任務(wù).這些任務(wù)本身實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)或引發(fā)特定學(xué)習(xí).對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響的是技術(shù)所支持或輔助的任務(wù)、活動(dòng)和支持性教學(xué)策略.

潛能1:3D VLE可以通過模擬真實(shí),發(fā)展所探索領(lǐng)域的空間知識(shí)表現(xiàn).

模擬一直是計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容,如模擬城市(SimCity).以真實(shí)場(chǎng)所和對(duì)象為基礎(chǔ)建立的模擬三維環(huán)境與非三維環(huán)境相比,具有更強(qiáng)的真實(shí)感和存在感.經(jīng)常成為真實(shí)地點(diǎn)的替代.在3D VLE中,學(xué)習(xí)者能夠自由移動(dòng)、選擇各種視角、管理其中對(duì)象,從而發(fā)展對(duì)真實(shí)環(huán)境的空間知識(shí)(如Google Earth),這將超越非三維環(huán)境,包括那些使用圖像或視頻材料或全景圖像技術(shù)的環(huán)境(如QuickTime VR).中國(guó)已經(jīng)有了較為成熟的虛擬現(xiàn)實(shí)的公司,如微瀾虛擬等,在商務(wù)開發(fā)、教學(xué)等方面已有了較大的發(fā)展.

潛能2:3D VLE可用于開展在真實(shí)世界中不宜進(jìn)行的體驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù).

模擬的最重要潛力在于學(xué)習(xí)者與虛擬對(duì)象的交互.通過對(duì)動(dòng)態(tài)對(duì)象的模擬,學(xué)習(xí)者可以認(rèn)知建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)方式開展探索和實(shí)驗(yàn),建立和完善個(gè)人知識(shí)標(biāo)準(zhǔn).模擬也允許學(xué)習(xí)者練習(xí)技能或開展體驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù),尤其適于那些成本高昂、風(fēng)險(xiǎn)較高的任務(wù).比如,三維模擬培訓(xùn)已用于培訓(xùn)核電站工作人員、宇航員、駕駛員等.北京航空航天大學(xué)等多單位合作開發(fā)的分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺(tái)(DVENET)可實(shí)現(xiàn)包含遠(yuǎn)程的數(shù)十個(gè)武器虛擬平臺(tái)在同一塊逼真地形下進(jìn)行協(xié)同作業(yè)或?qū)寡菥?參演人員(即用戶)可通過不同交互方式控制真實(shí)或虛擬的武器仿真平臺(tái)在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行異地協(xié)同與對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)演練[13].

潛能3:3D VLE可用于理解抽象概念,實(shí)現(xiàn)內(nèi)在動(dòng)機(jī)和參與.

有時(shí),知識(shí)概念比較抽象,與現(xiàn)實(shí)物體無法建立直接聯(lián)系."微觀世界"常用于抽象概念的環(huán)境模擬.當(dāng)能夠表現(xiàn)出無法正常感知的概念和原則時(shí),虛擬環(huán)境的價(jià)值就得到極大體現(xiàn).Ruzic認(rèn)為虛擬環(huán)境包含了兩種對(duì)象:可接觸的對(duì)象(稱為感官傳感器)和不可接觸的認(rèn)知對(duì)象(稱為認(rèn)知傳感器).[14]三維微觀世界教學(xué)應(yīng)用案例包括幾何學(xué)教學(xué)、機(jī)械制圖等等.而且,三維微觀世界可允許學(xué)習(xí)者建構(gòu)自己的三維環(huán)境和對(duì)象,以明確表述自己的空間模式或?qū)μ囟ǔ橄蟾拍畹睦斫?目前已經(jīng)出現(xiàn)大量三維概念圖工具,比如Nele-ments、Topicscape等等.

這些三維微觀世界和抽象模擬都有一個(gè)共同點(diǎn):都能夠支持學(xué)習(xí)任務(wù),建立空間知識(shí)表征;利用空間知識(shí)模擬學(xué)習(xí),幫助學(xué)習(xí)者理解目標(biāo)域中的概念.另一方面,三維微觀世界和抽象模擬中,學(xué)習(xí)者能夠就個(gè)人目標(biāo)做出決策,從而產(chǎn)生高度的個(gè)性化以及隨之而來的鼓勵(lì)性和吸引力.游戲和敘述為基礎(chǔ)的方式也同樣有助于提高學(xué)習(xí)者動(dòng)機(jī)和參與性.

潛能4:3D VLE通過學(xué)習(xí)的情境化,加強(qiáng)知識(shí)和技能向真實(shí)情景的遷移.

大量研究發(fā)現(xiàn),學(xué)習(xí)者在漫游超媒體環(huán)境中存在困難,如"超空間迷路".但又很難提供一個(gè)界面,既能實(shí)現(xiàn)輕松地漫游,又能保持對(duì)資源的整體結(jié)構(gòu)和觀點(diǎn)之間聯(lián)系的感覺.三維環(huán)境使得信息表現(xiàn)變得清晰,允許學(xué)習(xí)者接觸到"第一人稱、非符號(hào)性"的體驗(yàn).而大多數(shù)情況下信息是作為"第三人稱、符號(hào)性"的體驗(yàn)而編碼和表現(xiàn)的.此類應(yīng)用都是利用學(xué)習(xí)者業(yè)已發(fā)展的空間認(rèn)知能力,幫助他們漫游信息空間[15].此類的應(yīng)用進(jìn)一步說明了前文提出的空間知識(shí)表現(xiàn)潛能.通過開發(fā)模擬環(huán)境而建立學(xué)習(xí)者對(duì)信息空間的空間認(rèn)知模式,從而促進(jìn)其探索的效率和對(duì)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的概念理解.

同時(shí),這也表明,如果以知識(shí)的應(yīng)用語境為基礎(chǔ)建立學(xué)習(xí)環(huán)境,新掌握的知識(shí)和技能將更易于有效應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界.由于3D VLE的表現(xiàn)逼真性、真實(shí)性和學(xué)習(xí)者交互性,學(xué)習(xí)者更易于將其與對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境建立聯(lián)系.Ruzic強(qiáng)調(diào)了虛擬環(huán)境學(xué)習(xí)的情境性和向真實(shí)環(huán)境的遷移,認(rèn)為以虛擬現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、交互的和真實(shí)的學(xué)習(xí)[16].

潛能5:3D VLE可用于多用戶任務(wù),實(shí)現(xiàn)更豐富而有效的協(xié)作學(xué)習(xí).

Dede分析了虛擬環(huán)境的潛力與以計(jì)算機(jī)為媒介的交流工具的潛力的結(jié)合,認(rèn)為這有助于促進(jìn)分布式虛擬空間中的協(xié)作學(xué)習(xí).[17]現(xiàn)在的多用戶、分布式三維環(huán)境,包括MMOGs和虛擬世界,都允許身處異地的用戶同時(shí)在線,通過頭像彼此可見,進(jìn)行文字或語音交流,如北京航空航天大學(xué)的分布式飛行模擬.這種環(huán)境可以作為教師遠(yuǎn)程支持的媒介,也可以作為社會(huì)學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作式學(xué)習(xí)的工具.由于能夠利用空間和非語言線索,這種交流有助于提高團(tuán)體內(nèi)的親密感和更豐富的交流.懷疑的自愿推遲和情緒真實(shí)性[18]鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者參與探索、調(diào)查、承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn).

最重要的,多用戶三維環(huán)境允許學(xué)習(xí)者共同開展任務(wù).合作和協(xié)作式學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)包括參與者之間的積極互賴.三維虛擬環(huán)境允許學(xué)習(xí)者同時(shí)參與協(xié)作任務(wù),這就為真正協(xié)作性的體驗(yàn)鋪平了道路,進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)習(xí)小組內(nèi)部的積極互賴(如Second Life).

3D VLE的區(qū)別性特征以及促進(jìn)學(xué)習(xí)的潛能可總結(jié)為圖1,其中的身份建構(gòu)、存在感、共同存在感是3D VLE學(xué)習(xí)體驗(yàn)的特征,來源于其十項(xiàng)區(qū)別性特征,并與其共同作用于3D VLE的潛能.

三、結(jié)語和建議

3DVLE需要研究者共同系統(tǒng)地研究其教學(xué)潛能和應(yīng)用.

一方面,未來研究需要涵蓋實(shí)證研究,對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證.很多三維虛擬環(huán)境學(xué)習(xí)研究都是以計(jì)算機(jī)制圖和多媒體等技術(shù)為基礎(chǔ),認(rèn)為其能夠輔助認(rèn)知任務(wù).但這種假設(shè)建立在對(duì)三維環(huán)境認(rèn)知和學(xué)習(xí)的假設(shè)之上,也取決于對(duì)3D VLE的區(qū)別性特征與學(xué)習(xí)價(jià)值預(yù)期之間關(guān)系的假設(shè),這就需要深入實(shí)證研究.

另一方面,未來研究需要具體分析3D VLE在教學(xué)實(shí)踐中的價(jià)值.這也取決于對(duì)教學(xué)假設(shè)的實(shí)證研究.現(xiàn)階段,此類設(shè)計(jì)和發(fā)展研究很大程度上取決于研究者的直覺和常識(shí),而沒有經(jīng)過研究論證的模式和框架的支持.同時(shí),也要關(guān)注3D VLE使用過程中學(xué)習(xí)者的心理狀態(tài),尤其是過度浸入的問題,避免網(wǎng)癮現(xiàn)象的再現(xiàn).

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責(zé)任編輯 池塘

G424.1

A

1009-458x(2012)08-0074-04

*本文所屬基金項(xiàng)目:西安郵電學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目"基于課堂觀察的校本教研活動(dòng)研究"(項(xiàng)目編號(hào):108-2002).

2012-02-25

仇曉春,講師,碩士,西安郵電學(xué)院外語系(710121).