從“經驗之塔”看虛擬仿真技術與教育教學理論的結合及應用分析

程瓊 陳晴

摘 要 虛擬仿真技術將仿真技術與虛擬現實技術相結合，是當今科技研究熱點。國家一直非常重視教育信息化的建設，將新技術應用于教育教學，是趨勢也是必然。新技術的應用離不開教育教學理論的支撐，本文結合“經驗之塔”理論，分析了虛擬仿真技術與教育教學結合及應用的理論基礎，從建立恰當的學習場景、開發更好的教學資源、實現學習效果和良好體驗的統一入手，探討了應用路徑。

關鍵詞 虛擬仿真 教育教學 經驗之塔

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.01.053

Abstract Virtual simulation technology combines simulation technology with virtual reality technology， which is a hotspot of current scientific research. The state has always attached great importance to the construction of educational informatization， and the application of new technologies to education and teaching is a trend. The application of new technology is inseparable from the support of education and teaching theory. This paper combines the theory of "experience tower" to analyze the theoretical basis of the combination and application of virtual simulation technology and education and teaching， from establishing appropriate learning scenarios and developing better teaching resources， to achieve a unified learning experience and a good experience， explore the application path.

Keywords virtual simulation； education and teaching； experience tower

0 引言

信息社會，對于數字化及網絡化技術的依賴性不斷的加強，豐富多彩、實時互動的數字化服務不斷孕育而生。回觀我們國內的教育行業，改革開放以來，中國教育改革成績斐然，中國特色的教育體系逐步建立，把新興的數字化技術運用其中，為教育教學提高效率和效益，是當今和未來必然的發展趨勢。在國內已經有多種形式的數字化技術運用在教育教學領域。經過不少教育專家的努力，數字化校園、數字化教學資源庫、數字化教學實訓室等已經得到全面的推廣和使用。縱觀以上技術，主要是基于辦公自動化系統、數字化圖書館、管理信息系統和網絡教學系統等，真正能引發學生學習興趣，加深對知識直接的感性和理性理解的應用還亟需挖掘。

1 虛擬仿真技術與“經驗之塔”理論

虛擬仿真技術對于教育教學是非常適用的，虛擬仿真就是用一個系統模仿另一個真實系統的技術，是可創建和體驗虛擬世界的計算機系統，是仿真技術與虛擬現實技術有機結合的綜合系統。它能夠在多維空間創造一個可以讓使用者身臨其境的具備良好沉浸感的與現實相似的環境，使用者能在其中與周邊環境進行有效的交互，從而可啟迪思維，創新設計。虛擬仿真技術具有沉浸性、交互性和構想性等3個基本特征，與教育教學的相關理論契合度高，能較好彌補原有不足，將虛擬仿真技術與教育教學有機的結合，可創設更具動感的教學環境，從而豐富了我們的教學手段和實踐方法，在一定程度上解決了教學情景難以表達、硬件設備使用受限等困境，有利于激發學生的學習興趣，有一定的幫助和引導作用。

“經驗之塔”理論，美國視聽教育家戴爾在1946年完成的著作《視聽教學法》中首次提及，并進行了較為詳細的描述。在該理論中，學習之路從具體到抽象，學習者根據不同的學習階段漸進為三種角色，依次是實際經驗的參與者、真實事件的觀察者、間接事物的觀察者，學習者只有積累到一些具體經驗，在理解真實事物的抽象表現形式的基礎上，才能有效地參加更加抽象的教學活動。因此，“經驗之塔”理論將經驗根據抽象程度，分為三大類、十個層次。

1.1 做的經驗

“做的經驗”位于塔的基部，包括參與演戲的經驗、設計的經驗、有目的的直接的經驗等，此時，學習者是實際經驗的參與者。這一部分體現了“做”的重要性，很多時候只有“做”且親自去“做”才能真正認識，而現有的很多教育教學環境往往因時空限制難以獲得，影響到教育教學效率。虛擬仿真技術能營造可視化的仿真環境，讓學習者沉浸其中，獲得與現實生活相似的感性認識，學習者可直接參與并探索仿真對象在所處環境中的作用與變化，學習者能夠獲得豐富、具體、生動的“做”的經驗，完成認知的第一步，為持續學習打好基礎。

1.2 觀察的經驗

“觀察的經驗”在塔的中層，此時，學習者是真實事件或間接事物的觀察者，包括觀摩示范、野外旅行、參觀展覽、電視和電影、靜態畫面、廣播和錄音等，是通過觀察怎么做而獲得的經驗。在這一層次，學習者可利用的媒介更加多樣化，虛擬仿真技術的應用代表了數字化技術應用的新高度。虛擬仿真技術將真實場景可視化再現，直觀而形象地展現抽象的內涵，多種感官實時交互，身臨其境地觀察、了解、感受，對調動學習者的積極性有促進作用。

1.3 抽象的經驗

“抽象的經驗”位于塔的頂層，此時，學習者觀察到的是一個事件的抽象符號，包括視覺符號和言語符號等。通過這些抽象符號，如施工圖上的線條代表著某種類型的線路，方框代表著某種報警息動裝置等，學習者只能看到事物或事件或物體的抽象的代表，是看不到事物的真實形態的，除非熟悉到一定程度，學習者很容易把知識的表象和本質割裂開，虛擬仿真技術能將抽象的經驗與觀察的經驗、做的經驗有機融合，增強學習者的認知體驗，更好發揮抽象的經驗在學習中的作用。

2 虛擬仿真技術在教育教學中的應用分析

“經驗之塔”理論認為，有效的學習應該始終與具體經驗相關聯，教育教學應從具體經驗開始入手，逐步深入、提煉，發展至普遍和抽象，形成概念，將概念用作推理，還可以再反哺于具體，從而使學習具備延展性。在教育教學中，綜合應用各種教學媒體，尤其是虛擬仿真技術，能模擬與現實社會類似或者現實生活中無法重現的環境，解決教育教學中學習情景化及交互性的要求，使學習更為具體，從而導致更好的抽象。如何應用虛擬仿真技術建立恰當的學習場景，如何使用虛擬仿真技術開發更好的教學資源，如何實現學習效果和良好體驗的統一，是虛擬仿真技術在教育教學中應用的關鍵。

2.1 使用虛擬仿真技術建立恰當的學習場景

虛擬仿真技術通過綜合應用虛擬現實技術和仿真技術產生虛擬世界，能夠提供關于視覺、觸覺、聽覺等感官的模擬，能夠讓使用者身歷其境一般，及時、有效、沒有限制地觀察和體驗虛擬世界內的事物。

虛擬仿真技術在體驗式學習上有不可替代的優勢，能很好的體現及體驗“做的經驗”及“觀察的經驗”，幫助理解“抽象的經驗”，能很好地提升學習效率，更好地“做中學”。比如在消防系統中的滅火環節，可以讓學習者身處火災現場，根據火災情況，選擇合適的滅火設施實施滅火，這是做的經驗；比如在消防系統的設備認知環節，讓學習者觀察各種設施的存放位置及使用情況，這是“觀察的經驗”；比如在消防系統的消防標識學習環節，可以讓學習者探知消防標識和消防設施之間的關聯，讓學習者將具體與抽象有效結合。這些學習體驗與學習場景的構建息息相關。

使用虛擬仿真技術建立恰當的學習場景就是要提煉課程內容，確定教學資源建設需求，構建應用場景，用合適的技術進行呈現。

2.2 使用虛擬仿真技術開發更好的教學資源

結合虛擬仿真技術特點及教學資源的建設需求，基于虛擬仿真技術的教學資源主要分為四類：立體物體的展示、立體空間的展示、虛擬場景的構造、以及虛擬實訓系統。立體物體的展示是構建一個與實物同樣的三維物體，然后在播放器或虛擬現實硬件上展示；立體空間的展示是指現實中存在的或者曾經真實存在的空間，但由于條件的限制難以進入的，通過虛擬仿真技術，可建立一個讓學習者看得見、聽得見，甚至可以摸得著的空間；虛擬場景的構造是指在現實生活中可能出現的一些場景，通過虛擬仿真技術，在不同的時間或地點表示出來；虛擬實訓系統則是利用虛擬仿真技術，建立虛擬實訓室，讓學習者操作虛擬儀器，不消耗器材，不受環境所限，且保證安全。

但目前，對教學資源的重視程度與教學資源的質量并不匹配，教學資源與新科技新技術的應用存在脫節，使用虛擬仿真技術能開發更好、能多樣、能符合教育教學規律的教學資源。建設基于虛擬仿真技術的教學資源迫在眉睫，需要結合市場需求，教育目標，使用對象，技術水平、應用效果等因素綜合考慮。

2.3 實現學習效果和良好體驗的統一

實現學習效果和良好體驗的統一，一是要做到界面親切友好；二是讓學生快速了解相關知識，掌握技能；三是有合理的考評方式，需系統構建教學實施全過程。以《智能樓宇門禁系統》虛擬仿真實訓系統為例，學習者首先可以看到親切友好的登錄界面，通過各導航指引模塊依次進行學習演練；可進入系統的講解模塊，了解熟悉智能樓宇門禁系統的基礎知識；可進入實訓系統，通過反復實踐與觀察，深入地理解并掌握操作知識，提高技能水平，并可與施工圖紙對比分析，實現抽象和具體的相互轉換；可進入考核模塊，在沒有提示的情況下，進行實踐，并配置錄播功能，可讓學習者及時反思問題；如此逐漸深入，從無到有，增強學習者對整個系統的認識。因此，系統構建教學實施全過程，需要基于知識庫組織內容配合課堂教學，在虛擬的訓練環境中觀察、操作虛擬設備，以及通過考核回放檢驗學習效果。

3 結語

虛擬仿真技術已較早被歐美一些國家應用于教育與教學領域。我國虛擬仿真技術的開發和應用還存在差距，2018年，虛擬仿真技術與教育教學的結合迎來發展契機，為學習貫徹黨的十九大精神，順應信息化時代的發展，一攬子政策及措施相繼實施。隨著我國高校教育教學改革的不斷深入，以“虛實結合、相互補充、能實不虛”為原則，虛擬仿真技術將更加廣泛地應用到高校教育教學中，虛擬仿真技術是目前的科技熱點，也是在教育教學領域內最有應用前景的技術之一。虛擬仿真技術與教育教學理論及實踐的深度融合將得到促進，在提高質量和推進公平上將取得重大進展。

參考文獻

[1] 何克抗.建構主義——革新傳統教學的理論基礎[J].電化教育研究，1997（3）.

[2] 戴爾.視聽教學法之理論.杜維濤，譯.北京：中華書局，1949.

[3] 教育部.關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知.2018（5）.