基于構建主義理論的VR學習平臺研究

劉嘉韡 熊敏江

摘要：針對教育的現狀和VR技術水平，設計VR學習平臺，分析VR平臺教育優勢、發展目標以及目前存在的問題。提出依托建構主義學習理論使用VR學習平臺優化教學新模式。

關鍵詞：教育;VR;學習平臺;虛擬現實;建構主義

教育是培養人才的重要途徑，也是國家發展的可靠保證，教育工作如何服務社會現實需求，這就需要關注“人”的核心要素，縱向挖掘學生自身潛能，增強業務技能從而提升學習效能。我們要按照科學化、規范化、信息化、實戰化的要求，實現教學理論由“任務型”向“實戰型”轉變，教學模式由“填鴨灌輸型”向“學習自主型”轉變，教學內容由“理論型”向“實用型”轉變，教學效果由“單一型”向“復合型”轉變，教學保障由“現實型”向“發展型”轉變。

一、理論基礎

（一）VR技術

虛擬現實是一種有效地模擬人在自然環境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術，它利用計算機產生出逼真的視覺、聽覺和嗅覺等來感知世界，使用戶有身臨其境的感覺。虛擬現實是在眾多相關技術的基礎上發展起來的，它綜合了計算機圖形圖像、仿真技術、傳感技術、顯示技術、人工智能、語言識別、網絡技術等多門學科的最新成果。虛擬現實是計算機科學和信息科學的交叉和融合，被認為是21世紀信息技術的代表。一般來說，虛擬現實具有四大特征：

多感知性——在虛擬環境中，用戶除了具有一般計算機的視覺感知外，還具有聽覺、觸覺、力覺、運動感、甚至嗅覺和味覺等多種感知。

沉浸感——它是指用戶作為主角存在于虛擬環境中的真實程度，虛擬現實系統能使用戶暫時與外部環境脫離而全身心融合到生成的虛擬世界中去。

交互性——它是指用戶對虛擬環境內物體的可操作程度和從環境中得到反饋的自然程度，用戶可以通過三維交互設備從內到外、從外到內與虛擬環境實時對話、實時交互。

自主性——即虛擬環境中的物體可以按照各種模型和規則自主運動。

（二）建構主義教學理論

建構主義認為，學習者的知識是在一定的情境下，借助他人的幫助，如人與人之間的協作、交流、利用必要的信息等等，通過意義的建構而獲得的。理想的學習環境應當包括情境、協作、交流和意義建構四個部分。學習環境中的情境必須有利于學習者對所學內容的意義建構。在教學設計中，創設有利于學習者建構意義的情境是最重要的環節或方面;協作：應該貫穿于整個學習活動過程中。教師與學生之間，學生與學生之間的協作;交流：交流是協作過程中最基本的方式或環節。其實，協作學習的過程就是交流的過程，在這個過程中，每個學習者的想法都為整個學習群體所共享。交流對于推進每個學習者的學習進程，是至關重要的手段;意義的建構是教學活動的最終目標，一切都要圍繞這種最終目標來進行。

在教學進程的設計上，建構主義者提出如果教學簡單得脫離情境，就不應從簡單到復雜。而要呈現整體性的任務，讓學生嘗試進行問題的解決，在此過程中學生要自己發現完成整體任務所需實現完成的子任務，以及完成各級任務所需的各級知識技能。

二、VR學習平臺系統架構

將VR學習解決方案分為虛擬學習、智能學習和智慧學習三個部分。虛擬學習搭建虛擬現實場景實現學習人員感受浸入式的教學模式。在虛擬基礎上收集學習人的相關信息，進行學習效果智能分析，從而可以精細化的修改學習場景，達到更好的教學效果。完成教學->評估->優化全過程后，加入多人協同和專家評判實現真正的人機交互、虛擬和現實的融合，讓學習平臺充滿智慧。

（一）VR學習場景管理平臺

利用計算機技術、虛擬現實技術和網絡技術，為傳統學校解決師資缺乏、教學內容不規范、教學方式單一等問題，實現教學觀念的轉變、教學手段的創新、教學模式的變革，實現教學工作的簡單化、靈活化、高效化，打造VR虛擬場景讓學生在虛擬場景中獲取實際的工作技能。

培訓場景可以主要分為日常學習場景、實戰考試場景、知識點突破場景等幾大類，每類中可以根據日常的工作實際情況設置多個場景。

（二）VR考試管理平臺

該平臺通過在學習場景中設置考試試題，然后通過真人演習的方式來考核學生的學習情況，可以讓每次考試變為一次演習，從而全面考查學生接受學習的效果情況。

（三）學習信息管理系統

收集VR學習場景中參與學生的用戶信息，以及他們在學習過程中所采取的行為信息，比如學生屬性信息、學生參與信息、學習關注點信息等與學生有關的信息。

（四）學習效果分析系統

通過上述采集的學習信息，通過決策分析系統，采用各類統計分析技術，建立一體化、業務無關的數據分析平臺，實現報表統計、培訓過程監控分析等應用，為評估學習效果，改善學習場景提供快速化、科學化、理性化的可靠保障。

（五）多人協同訓練系統

該系統可以解決協同訓練的問題，該系統除了實現三維實時交互功能外，還包括協同通信與信息管理功能。多人協同訓練平臺是多名學生利用計算機網絡，在一個實時三維場景中，通過網絡通信來相互配合以完成一項任務; 同時，系統提供相關信息的知識庫，記錄整個操作過程，以提供給專家評判系統。

（六）專家評判系統

利用人工智能技術和虛擬仿真技術，讓多人協同的虛擬環境中，加入專家評判的交互機制，實現對學習過程和教學方案的隨時調整和專家評定，從而將學習結果的評判中不僅包含客觀量化的評判信息同時也可以加入主動經驗性的評判信息。

三、VR培訓平臺的應用優勢

VR培訓平臺的沉浸式體驗感給建構主義學習方法提供了有力的技術支撐， 將在很大程度上改變教育的面貌。其主要優勢體現在以下幾點：

（一）提供開放的學習空間

VR技術所構建出來的虛擬實戰訓練環境不受地域空間的限制，直接從計算機終端調取場景或者連接到云儲存數據庫中，很好解決學習中地域限制的問題，使學生不必前往實際地點進行學習。VR系統可以在同一模擬場景創造出不同的實戰環境。

（二）建立“一站式”的授課模式

授課教師自身通過佩帶VR終端機進行講課，VR終端機會記錄教官的身體動作和語言，將所需要的知識理論和技能的演練標準事項轉化成模擬視覺信號儲存到云數據庫中，再通過互聯網等方式將教官的一舉一動傳輸到各個VR系統的接收器上， 學生可以通過佩帶VR接收器就可以對最新的戰術技能進行學習，省去逐級學習所要消耗的時間。這種“一 站式”的學習模式不再需要各級學校組織集體課堂學習，節省組織學習所需要的時間，使學習在第一時問內了解、接觸和掌握知識。

（三）打造及時的學習反饋系統

學習過程中最重要的壞節之一是學習成果的反饋，體現學生技能掌握水平的高低和教師的講課能力都需要通過反饋來實現。在傳統模式的技能培養過程中，教學反饋往往是事后反饋，即參加課堂學習的學生完成全部的學習之后，將自身所學知識通過考試的方式展現給教師，教師統一進行講解和分析，指出存在的同題和不足之處。但是這種“事后諸葛亮”的反饋方式首先是“點對面”的反饋不能具體細致的針對每一個學生做出指導性意見， 其次不能實時跟進學生的學習狀態，及時指出學習過程中學員出現的理解錯誤，容易使學員形成錯誤的固定認知后才進行矯正。

針對這一弊端， VR技術通過將標準知識點和行動準則編人數據庫中，當學生使用VR接收器進行技能演練時，就會時刻受到數據庫“點對點”的監督和指導，在使用的技能或者作出的判斷不符合當時場景需要或者形勢需要時，VR接收器就會報警。呈現在眼前的虛擬成像場景出現“警告”字樣，使學生做出錯誤行為時立刻得到反饋和提醒，及時改正自身錯誤。VR接收器還會即時上傳學生所犯錯誤到數據庫中，讓教師第一時問得到學生學習成果的反饋，為下一步的學習做好基礎工作。

四、結束語

我國社會快速發展對教育工作提出了新的更高要求，各級教育工作越來越向專業化、精確化、規范化的方向發展。在大數據引領的時代，我們將以新的思路、新的戰略、新的舉措，積極探索新的建構式的教育發展模式來適應時代發展的趨勢，不斷提升實景化教育實效，為開創教育工作新局面提供強有力的組織、人才和技術保障。

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作者簡介：

1、劉嘉韡，男，1980年1月，湖北武漢，2002年畢業于華中師范大學計算機科學系，2010年在華中師范大學取得教育管理研究生學位;2003年在武漢市第十四中學任教，擔任高中信息技術和綜合實踐教師，現為中學一級教師，十四中學人事干事。

2、熊敏江，女，1981年9月出生于湖北武漢，獲得華中科技大學工程碩士學位，高級講師，教育研究指導部主任，主要研究方向是教育信息化，任教于武漢市江漢區社區宣傳教育學院。

（1武漢市第十四中學;2武漢市江漢區社區宣傳教育學院）