VR游戲化教學(xué)在中職“C語言”課堂中的研究與應(yīng)用

郭 瑾 徐士雯 厲昌鳳 高 偉

遼寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院 遼寧大連 116000

VR技術(shù)可從多種感官角度出發(fā),利用視覺還原、模擬教育場(chǎng)景等技術(shù)方法,讓學(xué)生在VR環(huán)境中產(chǎn)生身臨其境之感,以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的獨(dú)立性,同時(shí)降低學(xué)習(xí)焦慮。VR游戲在課程中應(yīng)用則能夠?yàn)閷W(xué)生們創(chuàng)設(shè)互動(dòng)環(huán)境,將知識(shí)融入游戲化教學(xué)體系,打造沉浸式游戲體驗(yàn),以期提升高質(zhì)量的教育互動(dòng),符合杜威“做中學(xué)”的教學(xué)宗旨。本文以“C語言”課程為例,論述游戲化教學(xué)和VR技術(shù)在中職課堂中的具體應(yīng)用與提升,突出體現(xiàn)VR游戲化在教育方面的優(yōu)勢(shì)。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前,國(guó)內(nèi)外教育研究者將VR技術(shù)應(yīng)用于各科的教學(xué)中,來增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)課堂的參與度。將VR與游戲化教學(xué)相結(jié)合是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的一種拓展。

參考文獻(xiàn)[1]中的國(guó)外學(xué)者在醫(yī)學(xué)中利用VR 3D場(chǎng)景與游戲程序結(jié)合,通過游戲程序?qū)W習(xí)與3D對(duì)象交互的人體骨骼。參考文獻(xiàn)[2]中作者為了能夠幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)搜索算法,讓學(xué)生參與VR迷宮游戲,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行下一步的算法搜索,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與挑戰(zhàn)心理。參考文獻(xiàn)[3]在化學(xué)學(xué)科中采用3D藥物化學(xué)模型,作者通過VR游戲提供藥物化學(xué)模塊知識(shí),使學(xué)生能夠在3D可視化效果中與化學(xué)結(jié)構(gòu)交互,提高學(xué)生的課堂表現(xiàn)與自我效能感,讓學(xué)生主動(dòng)探索配置化合物模型。參考文獻(xiàn)[4]中作者還通過VR環(huán)境對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方面的影響進(jìn)行探討研究,在實(shí)驗(yàn)中通過控制組設(shè)計(jì)模型的方法,得出VR沉浸式教育環(huán)境能夠有效培養(yǎng)學(xué)生思維的創(chuàng)造力與影響力的結(jié)論。參考文獻(xiàn)[5]中作者在建筑與工程課中通過游戲機(jī)制情境化的方式來加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程,并采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來創(chuàng)建3D藝術(shù),提高3D建筑設(shè)計(jì)的成就,利用VR的顯示器讓學(xué)生們沉浸式的按自己想法設(shè)計(jì)創(chuàng)建出一個(gè)虛擬島。在電視節(jié)目制作課程中,參考文獻(xiàn)[6]中作者利用VR平臺(tái)進(jìn)行游戲化學(xué)習(xí),將游戲界面分為學(xué)習(xí)指導(dǎo)模式、探究模式、練習(xí)模式和社區(qū)模式;教師將每章教學(xué)內(nèi)容作為一個(gè)層次,以完成階段性游戲任務(wù)的形式呈現(xiàn)出來,學(xué)生們可以在VR環(huán)境中進(jìn)行練習(xí)探究。

國(guó)內(nèi)學(xué)者張春麗[7]通過將VR手段運(yùn)用到有關(guān)美術(shù)歷史的教學(xué)課程中,通過展示美術(shù)作品的空間性,還原出了藝術(shù)環(huán)境,使學(xué)習(xí)者沉浸式投入到對(duì)美術(shù)作品的欣賞和學(xué)習(xí)過程中,從而構(gòu)造了互動(dòng)學(xué)習(xí)和虛擬想象。張浩等[8]利用VR技術(shù)將學(xué)生置身于特定的學(xué)習(xí)活動(dòng)情境中,通過對(duì)學(xué)生的感官進(jìn)行直接刺激,從而獲得與外部教學(xué)環(huán)境的交互作用,進(jìn)而激發(fā)學(xué)生自身的探究欲望及情感反映,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的能力。劉煉等[9]鑒于舞蹈課程的實(shí)踐性與生動(dòng)性,他們認(rèn)為舞蹈課程中的VR系統(tǒng)應(yīng)該滿足學(xué)生們沉浸式的真實(shí)體驗(yàn),讓他們?cè)赩R情境中感受真實(shí)的傳統(tǒng)舞蹈課堂。高義棟等[10]以VR技術(shù)沉浸式的特點(diǎn)探討了紅色VR體驗(yàn)館的設(shè)計(jì)案例,對(duì)VR展館的開發(fā)與應(yīng)用模式進(jìn)行分析,使學(xué)生可以通過VR置身于場(chǎng)館環(huán)境之中去體驗(yàn)紅色文化。曲茜美等[11]基于情境故事視角搭建出MOOC游戲化教學(xué)的模型,通過對(duì)游戲化模型的設(shè)計(jì)開發(fā),深層次地激發(fā)學(xué)生內(nèi)部動(dòng)機(jī),并與VR技術(shù)結(jié)合,沉浸式地提高學(xué)習(xí)體驗(yàn)感。張露等[12]則從學(xué)習(xí)體驗(yàn)角度出發(fā),構(gòu)建出游戲化學(xué)習(xí)體驗(yàn)理論模型的框架,分別從學(xué)習(xí)體驗(yàn)感的三種類別:情境體驗(yàn)、協(xié)作體驗(yàn)、動(dòng)機(jī)體驗(yàn)來分析VR游戲化學(xué)習(xí)環(huán)境能夠讓學(xué)習(xí)者獲得各種認(rèn)知體驗(yàn),理解抽象知識(shí)概念。張露等[13]還在情境體驗(yàn)與動(dòng)機(jī)體驗(yàn)的基礎(chǔ)上為分?jǐn)?shù)游戲進(jìn)行設(shè)計(jì),以確保游戲在教學(xué)中能夠科學(xué)有效地發(fā)揮作用,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。王春麗等[14]利用游戲化學(xué)習(xí)來增強(qiáng)學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)的持續(xù)動(dòng)機(jī),以此提高在線課堂趣味性與學(xué)生專注性。

綜上可知,VR技術(shù)在國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)揮著巨大作用,更有利于把“以學(xué)習(xí)者為中心”的教育思想貫徹到整個(gè)教育進(jìn)程中,為學(xué)生們拓展新的視角與感受。VR沉浸式游戲化教學(xué)不僅能夠?yàn)榻逃I(lǐng)域的發(fā)展做出有益的補(bǔ)充,同時(shí)也為學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)營(yíng)造了更強(qiáng)烈的參與感。

二、VR游戲化教學(xué)可行性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality,縮寫為VR)是20世紀(jì)開發(fā)起來的一項(xiàng)嶄新的應(yīng)用技術(shù)。其最主要的實(shí)現(xiàn)方式是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立一個(gè)三維立體的虛擬環(huán)境,并以此給用戶帶來一種身臨其境的體驗(yàn)感受。而這種沉浸式的體驗(yàn)是VR的核心特點(diǎn),VR沉浸式游戲化教學(xué)體驗(yàn)符合學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)主動(dòng)進(jìn)行構(gòu)建的過程。無論是在教學(xué)情境導(dǎo)入階段還是在教學(xué)過程中,VR沉浸式游戲化學(xué)習(xí)都能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),為學(xué)生們建構(gòu)知識(shí)理解的學(xué)習(xí)情境,增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的臨場(chǎng)體驗(yàn)感。

(一)VR游戲化教學(xué)有助于學(xué)習(xí)過程直接經(jīng)驗(yàn)獲取

戴爾的“經(jīng)驗(yàn)之塔”學(xué)說中指出,所有的教學(xué)活動(dòng)都應(yīng)從具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)開始,并進(jìn)而向抽象經(jīng)驗(yàn)發(fā)展。在“C語言”的學(xué)習(xí)中,課堂知識(shí)抽象化,編碼程序難以理解,教師的直觀講解往往得不到預(yù)期的教學(xué)效果,中職學(xué)生并無此類認(rèn)知經(jīng)驗(yàn),不利于理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。而沉浸式的VR游戲化學(xué)習(xí)體驗(yàn)可以讓學(xué)生的感官直接沉浸在所創(chuàng)建的三維VR環(huán)境中,對(duì)抽象知識(shí)進(jìn)行直觀地理解,并從操作視角參與知識(shí)游戲任務(wù)。學(xué)生身臨其境反復(fù)實(shí)踐獲取經(jīng)驗(yàn),加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。因此,沉浸感帶來的多重表征與感官刺激能驅(qū)使學(xué)生從主觀角度去切實(shí)感受抽象知識(shí)在VR游戲中具體的應(yīng)用與體現(xiàn),從而彌補(bǔ)中職學(xué)生們直接經(jīng)驗(yàn)的不足,使教學(xué)活動(dòng)更加具體。

(二)VR游戲化教學(xué)有助于激發(fā)內(nèi)驅(qū)動(dòng)力

建構(gòu)主義的研究者們指出,學(xué)習(xí)過程是學(xué)生自主建構(gòu)信息的行為,而并非主體被動(dòng)獲得信息的行為。與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法比較,VR豐富多彩的視覺表象使學(xué)生在置身不同的游戲場(chǎng)景中學(xué)習(xí)編程知識(shí),協(xié)同解決問題,提升學(xué)習(xí)品質(zhì)。VR的沉浸性取決于其互動(dòng)性的優(yōu)勢(shì),學(xué)生在游戲任務(wù)中高度沉浸,增加自身的滿足感、成就感、樂趣感,跨越學(xué)習(xí)障礙,促進(jìn)內(nèi)部動(dòng)機(jī)形成,相比于被動(dòng)灌輸?shù)膶W(xué)習(xí)狀態(tài),沉浸式游戲化學(xué)習(xí)更能激發(fā)學(xué)生自主探究的能力。

(三)VR游戲化教學(xué)有助于開拓認(rèn)知與想象

VR沉浸式游戲化教學(xué)應(yīng)用于“C語言”課堂能夠讓學(xué)生在體驗(yàn)的基礎(chǔ)上,潛移默化地培養(yǎng)計(jì)算思維、開拓認(rèn)知領(lǐng)域、舉一反三地進(jìn)行知識(shí)遷移,幫助學(xué)生習(xí)得客觀世界中感性與理性的認(rèn)知,使學(xué)生在自己獨(dú)特的思維空間中開發(fā)自己的想象力與創(chuàng)造力。學(xué)生們?cè)赩R游戲化教學(xué)情境中不僅掌握相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn),而且能夠進(jìn)一步開發(fā)創(chuàng)新思維,提升想象與認(rèn)知能力。

VR技術(shù)與游戲化教學(xué)相結(jié)合,為教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)與學(xué)生直接經(jīng)驗(yàn)的習(xí)得創(chuàng)設(shè)了良好的條件,從根本上解決中職學(xué)生的學(xué)習(xí)心態(tài),啟迪學(xué)生們的創(chuàng)新思想,使課堂的各個(gè)階段都能凸顯學(xué)生的主導(dǎo)地位。

三、基于VR游戲化學(xué)習(xí)理念的課程教學(xué)設(shè)計(jì)

通過游戲化教學(xué)提高教學(xué)趣味性是不夠的,研究的主要目標(biāo)是以此方式提升教學(xué)效果。在引入游戲化教學(xué)前,教師不僅要對(duì)教學(xué)知識(shí)充分掌握,也要對(duì)VR游戲化的沉浸式教學(xué)有深刻理解,并在理論基礎(chǔ)上提高課程的整體趣味性。

(一)VR游戲情境式知識(shí)學(xué)習(xí)

冒泡排序知識(shí)授課過程中,學(xué)生們戴上VR眼鏡進(jìn)入教師創(chuàng)設(shè)的NBA籃球賽場(chǎng)的情境中。球場(chǎng)上有姚明、詹姆斯、安東尼等十位球員,每個(gè)人的身高不同,教師通過VR動(dòng)畫對(duì)各個(gè)球員身高采用冒泡排序的方法從小到大進(jìn)行順序排列,生動(dòng)講解冒泡排序算法的全過程。隨后基于人機(jī)交互模式設(shè)置投籃小游戲來進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)闖關(guān)挑戰(zhàn),答對(duì)則投籃成功,以此方式來掌握鞏固學(xué)生們對(duì)所講知識(shí)的理解情況。

與此同時(shí),教師通過學(xué)生的挑戰(zhàn)狀況來掌握學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中的實(shí)際狀況和表現(xiàn),做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。完成任務(wù)的學(xué)生可以獲得游戲積分,以此激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí),充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性,加深課堂知識(shí)點(diǎn)的理解。

(二)VR游戲沉浸式合作學(xué)習(xí)

關(guān)于ASCII碼編程的教學(xué)過程中,教師提前創(chuàng)設(shè)出密室逃脫的游戲情境,按照學(xué)生學(xué)習(xí)能力的不同將學(xué)生們優(yōu)化組合成各個(gè)小組,并選擇一名組長(zhǎng)。所有小組團(tuán)隊(duì)戴上VR眼鏡進(jìn)入密室情境,尋找知識(shí)線索進(jìn)行答題。首先,開始進(jìn)行ASCII碼值的互換問答,要求每個(gè)人都能準(zhǔn)確說出對(duì)應(yīng)的ASCII值。其次,教師將寫有ASCII碼值進(jìn)行大小寫轉(zhuǎn)換的各句程序分散在密室各個(gè)角落,學(xué)生們分工協(xié)作找到程序語句將其正確拼湊。最后,進(jìn)行程序編寫,如將字符串“mrsoft”進(jìn)行加密解密。在此游戲過程中,學(xué)生們可以通過完成一些知識(shí)點(diǎn)問答互動(dòng)來獲取教師留下的線索引導(dǎo),知識(shí)線索多為課堂知識(shí)與另一個(gè)知識(shí)或之前所學(xué)知識(shí)之間的聯(lián)系。同時(shí),教師創(chuàng)設(shè)的密室情境符合教學(xué)設(shè)計(jì),密室的任務(wù)難度符合學(xué)生們的最近發(fā)展區(qū),促使所有小組成員共同參與討論,循序漸進(jìn)地在游戲中復(fù)習(xí)串聯(lián)所學(xué)的知識(shí)點(diǎn),促進(jìn)知識(shí)遷移,為每個(gè)學(xué)生提供足夠?qū)嵺`機(jī)會(huì),滿足學(xué)生多元發(fā)展需求。在一次次成功的團(tuán)隊(duì)協(xié)作之后,學(xué)生的自我效能感增加,有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性,從而達(dá)到教學(xué)目的。綜上,這種沉浸式的團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式,可以顯著提高學(xué)生參與的積極性,并提高學(xué)習(xí)效率。

(三)VR游戲探究式操作學(xué)習(xí)

在“C語言”的學(xué)習(xí)過程中,遞歸算法一直是學(xué)生們不易理解的難點(diǎn),而漢諾塔小游戲的原理正應(yīng)用了遞歸算法。遞歸算法分析過程的本質(zhì)是逆向思維,復(fù)雜而抽象,學(xué)生在學(xué)習(xí)遞歸問題時(shí)只能憑空想象,在思維邏輯上會(huì)發(fā)生混淆,很難理清思路。教師采用VR呈現(xiàn)漢諾塔小游戲的世界,主界面為動(dòng)畫演示區(qū)和操作控制區(qū),動(dòng)畫展示區(qū)的左側(cè)設(shè)計(jì)了三個(gè)帶底座的柱子代表漢諾塔問題中塔內(nèi)的三個(gè)座A、B、C。在A座上設(shè)計(jì)了6個(gè)從大到小的盤子,左側(cè)為代碼展示,學(xué)生在觀看動(dòng)畫的同時(shí),了解代碼的具體操作流程,更深入地了解遞歸函數(shù)的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵,從而比較全面地掌握遞歸的具體流程。右側(cè)為操作控制區(qū),學(xué)生可以通過VR來操作移動(dòng)盤子,通過動(dòng)畫演示區(qū)掌握漢諾塔的移動(dòng)規(guī)律,只要符合漢諾塔的移動(dòng)規(guī)則就可以隨意移動(dòng),教師指定游戲規(guī)則,當(dāng)學(xué)生將A座盤子成功放入C座,用時(shí)最短的學(xué)生將會(huì)獲得金幣獎(jiǎng)勵(lì)。這種探究的方式讓學(xué)生在動(dòng)手操作的情況下體會(huì)遞歸函數(shù)的應(yīng)用原理,促使學(xué)生能夠自發(fā)性地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

四、總結(jié)

VR技術(shù)作為新興起的現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域,打破了常規(guī)的教學(xué)模式。將VR游戲化的教學(xué)體驗(yàn)應(yīng)用于中職課堂,豐富了教學(xué)方法,真正從學(xué)生角度出發(fā),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力,學(xué)生能夠身臨其境地參與到游戲中進(jìn)行學(xué)習(xí),提升學(xué)習(xí)效果。這種基于情境的學(xué)習(xí)方式,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生們的好奇心,啟發(fā)探究過程,激發(fā)自主學(xué)習(xí)欲望。因此,在課堂中采用VR游戲化教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量的可行路徑之一。