Web 2.0 与新兴学习技术/虚拟现实

第四部分：环境和工具：虚拟现实

简介

虚拟现实的令人惊叹的乐趣：以及它将如何改变世界。这是《时代》杂志 2015 年 8 月 17 日的封面故事标题。可以说，虚拟现实已经改变了世界。被认为是“虚拟现实”一词的发明者（Lanier，n.d.）Jaron Lanier 在 2013 年表示，他最喜欢的未来虚拟现实应用之一是将其用于外科手术培训（Firth，2013 年 6 月 19 日）。这除了该技术已经在外科医生培训方面取得的令人印象深刻的改进之外。虚拟现实无疑改变了 IBM。使用 3D 虚拟世界培训员工使该公司能够降低成本，同时扩展培训的员工数量，开发全球团队的代码，在与客户会面之前提高销售技能，甚至注册员工福利（IBM 企业传播部，2006 年）。随着更多以学习者为中心和探究式方法的兴起，这种新兴学习技术提供了清晰的机会和优势。

不同类型的虚拟现实

以 10 到 20 美元的价格购买 Google Cardboard；将其与智能手机配对；下载一些免费应用程序。现在，您有了便宜的沉浸式虚拟现实。

LearnBrite 是一家将虚拟现实纳入其学习体验的在线学习公司，将虚拟现实归类为沉浸式或非沉浸式（LearnBrite，2014 年）。

沉浸式虚拟现实

一位戴着 Oculus Rift 头显的男子。该硬件支持沉浸式虚拟现实。

沉浸式虚拟现实让人感觉自己身临其境地处于虚拟世界中。这是通过将用户包围在视觉环境中（通常使用物理装置，如 Google Cardboard 观看器中的智能手机或 Oculus Rift 头显）并可能添加声音或其他刺激来实现的。一些硬件可以跟踪用户的运动、头部运动和手势（Stein，2015 年 8 月 6 日）。

沉浸式虚拟现实的一种形式是洞穴自动虚拟环境（也称为 CAVE 首字母缩略词）。在这种形式中，投影仪在房间大小的立方体中的三到六面墙上创建图像。这个名字指的是柏拉图《理想国》中的洞穴寓言，其中一位哲学家思考着现实、幻觉和感知的本质。

芝加哥伊利诺伊大学的一套非沉浸式虚拟现实 CAVE 安装。

非沉浸式虚拟现实

非沉浸式虚拟现实更像传统的网络浏览，允许用户通过屏幕和投影仪、电脑显示器、平板电脑、智能手机或任何其他类似设备查看虚拟环境。

涉及虚拟现实的学习体验示例

设计、建造和赛车

底特律科迪技术学院的学生使用 Oculus Rift 通过沉浸式虚拟现实参观了组装线并建造了一辆轻型汽车。然后，他们将汽车带到虚拟赛道上进行竞速。(Smith，2015 年 10 月 9 日)

培训加拿大边境警卫

加拿大多伦多附近的洛亚尔学院过去曾对加拿大-美国边境的警卫进行为期三周的现场培训，但 9·11 恐怖袭击后，国家安全法的改变使这变得不可能。在学生士气和学习成果下降后，学院转向 Second Life，并在那里建立了边境及其安全哨所的虚拟复制品。，并进行了非沉浸式虚拟现实培训。学生进入一个非沉浸式虚拟现实环境，控制化身并熟悉现实环境。除了让学生了解他们无法访问的地方外，3D 世界还赋予了学生参与角色扮演的能力。在推出虚拟现实培训组件后，学院的学习成功率提高了 30%。据洛亚尔学院虚拟世界设计中心总经理肯·哈德森所说，“没有任何一项技术增量能像这样对学院的成绩产生如此积极的影响。” (Linden，2009 年 7 月 10 日)

练习外科手术

1989 年，人们担心微创手术的益处带来了明显更高的患者并发症率，尤其是在外科医生没有经验的情况下。Jaron Lanier 的公司 VPL 率先推出了用于手术的第一个虚拟现实培训解决方案，学习者开始使用计算机屏幕周围的“3D 盒子”进行练习。外科医生和未来的外科医生会在盒子中实际操作手术工具。2002 年发表了一项随机双盲研究的结果，表明虚拟现实 (VR) 培训在学习成果方面取得了巨大的成功。据作者称

VR 培训在培训手术技能方面的验证标志着外科教育的转折点。在允许住院医师对患者进行手术之前，有可能将其培训到客观衡量的技能水平。VR 培训师和模拟器提供允许尽可能多地进行培训以实现培训目标的优势。(Seymour 等人，2002 年)

应对灾难

一些 Second Life 成员创建了专门的角色扮演小组，配备了模拟服装和设备。一个子流派进行消防角色扮演，包括喷射数字水的消防水带。

学习体验设计师可以利用 Second Life 和其他虚拟现实世界中可用的技术来模拟各种类型的火灾（消防与救援，n.d.）。每个学习者都可以控制一个个性化的化身，通过耳机和麦克风进行交流，并在角色扮演期间进行协作。在 Second Life 城市 Bodhisena，有一个名为 Second Life 消防局 (SLFD) 的角色扮演组织。组织者在餐厅、办公大楼、下水道等地方制造火灾。设计师还可以控制火灾类型，因此有些火灾只能用泡沫扑灭。如果在错误的情况下用水，火势会蔓延。这个角色扮演小组甚至创建了一所消防学院来培训有兴趣加入的人（GoodFellow Aabye，2007 年 11 月 16 日）。

主持人主导学习体验的技巧

Anders Gronstedt 是 Gronstedt 集团 的总裁，该集团为财富 500 强客户开发定制的沉浸式 VR 学习项目。他建议在虚拟世界中领导培训时应具备五种能力（Kapp，2010 年 11 月 4 日）。它们是

1. 成为“身旁的向导”，而不是“舞台上的智者” 遵循以学习者为中心的方针。让同行互相教学，并利用虚拟环境中的设计功能来促进协作。可以通过多种方式创建 breakout rooms。
2. 进行“参观”，而不是“上课” 不要把虚拟形象放在虚拟的椅子上，并使用 PowerPoint 幻灯片；这种培训最好通过像 WebEx 这样的视频会议技术来完成。如果需要像幻灯片这样的二维图像，那么徒步参观是一种有效的方法。一个好处是，促进者可以通过观察虚拟形象的行为轻松地看到谁在跟随。
3. 3D 道具比 2D 图像更有效 将产品和环境可视化成 3D。创建可操作的汽车复制品或全尺寸的石油钻井平台。玩转比例，让学习者可以在分子内部走动。
4. 关注非正式学习，而不是正式学习 通过创建学习者可以闲逛、社交和协作的区域，安排类似于在饮水机旁交谈的活动。这可以是在虚拟咖啡馆或虚拟海滩上，或者是在更奇特的地方。鼓励人们早点来参加会议，然后晚点离开，这将使他们有机会扩展人脉并互相学习。
5. 请求宽恕，而不是许可 你的法律部门、人力资源、IT 部门和其他部门可能希望在虚拟的灰色会议室中使用不可定制的虚拟形象。Gronstedt 说，不要让他们或任何人阻碍真正的学习机会。

学习者参与的特定活动类型

Kapp 和 O'Driscoll (2010) 列出了虚拟现实世界中可能存在的 11 种活动类型。他们称之为原型，并将其标记如下

1. 虚拟形象角色[创建] 研究表明，人们会在他们的虚拟形象中投入情感和智力。俄亥俄大学的一项实验表明，想象自己以第三人称的形式更容易改变未来的行为。这对试图培养学习者习惯并影响情感领域的学习设计者来说具有重要的意义。
2. 角色扮演

   

   一些虚拟现实环境允许参与者创建 3D 几何形状，然后将它们组合和修改以创建建筑物、目标、工具等。

   这在各种情况下都有应用，包括在销售培训中，一名学员可以扮演销售代表，另一名学员可以扮演客户。这不仅通过学员可能的视觉效果和语音交流得到增强，而且通过学习设计者（和学员）在销售环境中创建专门的大型、可操控的 3D 物体来代表产品或工具而得到增强。培训师或促进者可以观看、倾听，然后进行总结讨论。
3. 寻宝游戏 寻宝游戏可以用来让学习者熟悉他们将要操作的新环境。学习者可以寻找特定的 3D 物体，并拍摄虚拟照片以验证他们找到了这些物体。这可以在虚拟小组中进行，为参与者提供非正式的学习机会，让他们分享信息并互相认识。
4. 导览游 导览游不仅可以带领学习者参观虚拟建筑物的内外，还可以参观人体神经系统、计算机电路板或复杂的计算机路由器的复制品。学习者可以自己寻找路线，由虚拟形象导游带领，或使用计算机地图作为参考。这对于教授事实、概念、位置和功能非常有用。它还有助于说明产品、位置或功能之间的关系。
5. 操作应用

   

   一名用户戴着一只手套，用于虚拟现实环境。

   可以要求学习者与物体进行交互和操作，以便了解它们，或者熟练地使用它们完成任务。例如，车辆模拟器，或者让学习者在给定的空间、货架和产品上创建吸引客户的展示。可以通过专门的计算机手套、控制器（例如任天堂 Wii）或仅使用非沉浸式环境中的计算机鼠标来操作物体。
6. 概念定向 顾名思义，这种活动允许学习者通过检查示例和非示例来了解概念。一些保险代理人会进行这种类型的培训，以了解不同类型的碰撞如何影响车辆。侧面撞击会造成什么损坏，而正面撞击又会造成什么损坏？学习者可以从各个角度、从近处或远处检查汽车。概念定向也适用于历史地点和事件、科学和工程概念等的表示。学习者可以与环境进行的交互越多越好。
7. 关键事件[模拟/角色扮演] 建筑火灾、漏油、医疗紧急情况等可以在对学习者来说很危险或无法在现实世界中接触的环境中重建。学习者是否分析和评估正在发生的事情？他们是否认识到应该优先考虑什么？他们是否遵循正确的协议和程序？他们是否与彼此进行良好的沟通并作为一个团队工作？所有这些都可以由促进者和培训领导者观察和评估。战略性地放置的“摄像头”可以记录行动，然后在总结讨论期间播放。
8. 共同创建 学习者团队可以一起创建新的物品、产品、机器、建筑物，甚至景观。时间可以根据需要加快或放慢。可以为学习者提供专门的工具，甚至可以预期他们自己“修复”或构建这些工具。一个缺点是学习如何在数字世界中创建事物可能很具有挑战性，那些有先验经验的人可能会主导活动，而其他学习者则沦为旁观者或啦啦队。
9. 小组工作 小组可以聚在一起，通过文本或语音聊天进行交流或协作。
10. 小组论坛 几十人或几百人可以聚在一起收听演讲或演示。虽然这通常最好使用 WebEx 等平台来完成，但有时在特定环境的虚拟复制品中会面是可取的。其他时候，演讲紧随其后的就是动手学习活动。
11. 社交网络 如前所述，Anders Gronstedt 等专家建议为参与者规划自由时间，让他们闲逛并进行非正式学习。他们可能会反思他们所学到的东西，讨论工作的各个方面，交换现实世界的联系方式，或讨论他们正在进行的项目。

教学设计原则

Kapp 和 O'Driscoll (2010) 列出了在学习中使用 3D 沉浸式环境时需要考虑的 8 个教学设计原则，并包含一些设计师需要问的问题，以帮助确定是否遵守了这些原则。

注意：本表摘自 K. Kapp 和 T. O'Driscoll 在 2010 年出版的《3D 学习：为企业学习和协作添加新维度》，第 77-78 页，旧金山：Wiley。

设计原则	需要考虑的关键问题
以教学为基础	学习干预是否针对经过验证的业务或教育需求？ 学习目标是否针对业务或教育需求进行了优化？ 3D 学习环境是传递学习的最有效和最有效的机制吗？
以参与者为中心	设计是否将参与者置于体验的中心？ 参与者是否通过实践来学习？ 参与者在体验中扮演什么角色？ 参与者可以采取哪些行动和互动来体验体验中的可教时刻？
以情境为中心	哪些情境最适合干预措施的学习目标？ 促进者、其他参与者以及环境本身在为学习创造真实的情境方面起着什么作用？
以发现为驱动	需要制定哪些最低限度的指南来在学习体验中催化行动？ 可以在学习体验中选择性地揭示哪些信息或激励措施，以激励参与和体验中的协作行动？
以活动为导向	哪些情节活动集将让参与者沉浸在学习体验中？ 这些情节中的关键行动和互动是什么，它们会触发参与者的可教时刻？
以结果为体验	参与者将如何被要求展示他们执行的能力？ 如何在学习体验中融入迭代试错和反馈？ 对于参与者来说，失败的后果是什么？
以协作为动力	设计如何鼓励协作？ 如何激励和奖励团队的协作和合作行动？奖励是内在的还是外在的？
以反思为综合	设计如何容纳个人反思？ 设计如何容纳团队事后总结？

创建你自己的虚拟现实

像这样的理光Theta相机可以让你拍摄360°的照片或视频。然后，使用像谷歌纸板这样的观看器，你就可以创建自己的沉浸式虚拟现实体验。

教师和学生创建自己的虚拟现实不再是遥不可及的梦想。特殊的相机可以让您一次拍摄360°的照片和视频。然后，像ThingLink的VR课程这样的软件提供了工具，可以使您的图像和视频具有交互性和氛围。您可以添加可点击的热点、音效、音乐，甚至将多个图像和视频链接在一起。截至2016年5月2日，ThingLink VR课程在苹果App Store上售价4.99美元。教师或学生制作的教育体验，可能基于Kapp和O'Driscoll（2010）列出的寻宝游戏或导览活动，可以通过谷歌纸板进行体验。

结论

虚拟现实中的学习体验已经表明在学习成果方面取得了显著的进步。有一些经过验证的设计原则和活动，可以让参与者扩展他们的网络和知识库，并通过实践学习。随着技术的不断发展，学习的潜力将会不断提升。研究人员、从业人员和教学设计师需要继续寻找新的方法，利用虚拟现实来吸引学习者、满足学习和组织需求，同时为利益相关者节省时间和金钱。

参考资料

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