教育数字化转型实践｜教师沉浸式学习环境的关键要素与发展路径——面向实践性知识提升的多案例研究

       实践性知识是教师专业发展的主要知识基础。职前教师教育中，微格教学、见习、实习等培养环节为师范生提供了实训场域，但由于微格教学中内部指导机制缺失以及见习实习中外部实践环境的制约，职前教师的实践性知识提升仍是客观难题。此外，在职教师培训同样对高质量的实践性知识学习资源存在需求，其能解决当前实训资源与教学实践存在情境脱离、缺乏交互反馈和难以满足个体需求的弊端。伴随着扩展现实、数字孪生、智能终端、5G网络等技术的应用与普及，构建面向教师实践性知识提升的沉浸式学习环境，将为教师准备与实践提供有效支持。

相关研究基础

01 教师沉浸式学习环境的演变历程

       全球能够提供大范围服务的教师沉浸式学习环境非常稀缺。早期，研究者多选用成熟的通用型平台二次开发服务于教师教育的学习环境。而后，随着桌面虚拟现实的兴起，开始出现基于教师教育需求专门开发的沉浸式学习环境。近年来，随着扩展现实技术的成本和门槛降低，面向教师的学习资源和实训环境正走向具身沉浸。总体而言，利用技术赋能教师沉浸式学习将是未来教师教育的创新方向。

02 教师沉浸式学习环境的系统要素

  • 容纳具身感知的学习场境

  • 面向实践性知识习得的教学法

  • 处理系统本身的交互决策

  • 出口的输出反馈

研究设计

01 案例选取

       研究选取了SimSchool 、Murison(原TeachLivETM)、SimInClass、The Interactiv Virtual Training for Teachers(简称IVT-T)、BreakingBad Behaviors(简称3B)、VR Klassenzimmer、VR  TEACHER共7个面向实践性知识提升的教师沉浸式学习环境作为研究对象开展结构化分析。将这7个具有一定国际影响力的案例编号为A-G，基本信息介绍如下页表1所示。

表1 教师沉浸式学习环境案例基本信息表

02 数据收集

       研究采用内容分析法进行数据收集、编码与分析，从而提取符合教师沉浸式学习环境关键要素的文本条目。

03 数据编码与分析

       如前所述，本研究确定了感知场境、教学法知识、交互决策、输出反馈等四个要素。以此为一级类目，两名研究者在深度了解编码框架内涵后，背对背对数据语库逐段提取表达特定意思的文字，即将条目按其内涵进行逐一编码归类至一级类目；接着对每一类目下的条目进行归纳分类，挖掘二级维度。为保证编码的客观性和可靠性，另一名研究者对两份分析编码表进行对比和审查。最终确定案例编码结果如表2所示：包括4个类目、13个维 度、253个条目。

表2  教师沉浸式学习平台案例编码结果

研究结论

      编码结果为教师沉浸式学习环境的各关键要素分析提供了充分证据。本研究从感知场境、教学法知识、交互决策和输出反馈四个方面，深入讨论和提炼各案例在沉浸式学习设计与应用上的做法、策略和经验。结论如下：

  • 感知场境涵盖各类技术应用，沉浸体验差距突出

  • 教学法知识应用特色各异，且影响场景与流程设计 

  • 交互决策保障基础实训需求，然智能化交互匮乏

  • 输出反馈延展沉浸式实训过程，但实时伴随性滞后

研究启示

       本研究系统分析各个案例在感知场境、教学法知识、交互决策和输出反馈等方面的典型做法和优秀经验，依此提出了阐明关键要素和实现逻辑的教师沉浸式学习环境系统框架，如图1 所示。

图1  教师沉浸式学习环境系统框架

01 发展虚实融合的教育元宇宙，增强教师具身实践的沉浸感

       随着教育元宇宙概念的兴起带来的实践关注与技术革新，未来融合现实与虚拟、超越于现实的元宇宙将从技术设备、拟真情境和虚拟化身等方面为提升教师学习环境的沉浸感赋能，首先是感知设备的升级减负，其次是拟真情境的沉浸保真度提升，最后是虚拟化身的个性化增强。

02 加强教师教与学的理论研究，提升拟真实训内容的设计质量

       教师沉浸式学习环境设计与应用的教与学理论主要包括两方面：一方面是教师作为学习者进行沉浸式交互的学习理论。这些理论为沉浸式学习提供了以下指导：一是在交互设计上，利用XR技术实现多维互动，将晦涩难嚼的知识点转换为具象可交互的形式，形成有效认知。二是场景设计上，给学生提供一个可体验的场景。三是内容设计上，需要注重学习任务的挑战水平要与学习者技能水平相符。另一方面是教师实训内容设计所需遵循的教学法知识，不同的实践知识所适用的理论不一样，同一实践性知识也有多种理论视角。设计者应以教师沉浸式学习目标、群体、内容等为依据开展教学法知识的研究与创新，这是沉浸式学习质量的本质保证。

03 利用智能技术优化交互决策系统，提供教师智能适性的学习体验

       智能技术能在以下两方面助力沉浸式学习环境更加个性、适需。一方面是交互决策系统的智能反馈，当数据库中产生的数据流越来越多，可以利用算法赋予系统中虚拟化身模型一定的“自主性”，提升交互决策的真实性，实训教师能像置身于真实课堂一样接受各种未知挑战。另一方面是实训资源的自适应推荐，当前沉浸式学习环境的学习流程基本由真人控制或是系统预设流程，可触发和选择的实训路径和资源多样性低，通过自适应推荐算法，可以结合实训教师的数字孪生体数据进行需求和偏好识别并推荐。

04 融通多模态教师数据，实现伴随式评价与认证

       运用大数据与学习分析，能够在评价与认证方面更加全面精准。一方面，多源多维多模态数据为伴随式评价提供证据。沉浸式环境是通过刺激教师的感官而为其带来新体验，其应用效果从具身认知的视角去挖掘和获取使用者的数据，并辅以传统量表调查，主客观结合了解拟真情境和内容是如何作用于教师学习并产生效果的，指导教师教育者如何有效干预和预警。另一方面，区块链技术为教师沉浸式学习评价体系提供去中心化学习认证。未来随着教育元宇宙的建立，在虚拟融合和边界消弭的空间中，大量的用户创生内容(UGC)、现实实体对应的数字画像、集体创作作品等增加了学习成果认证和产权保护的复杂性和混淆性，需要借助区块链技术逻辑和框架去建立完善的教师沉浸式学习环境运行机制。

05 创新应用模式与策略，保障教师虚拟实训效果

       可以基于以下两种教学模式开展虚拟实训，一是作为自主学习资源。沉浸式学习环境为教师创设了沉浸性、交互性和适应性的情境，支持学习者开展自主探索式学习。二是作为合作学习资源。当前研究主要关注职前教师，对在职教师使用沉浸式资源开展学习和培训的研究和实践较少。研究者需对面向各类教师群体的沉浸式学习应用模式和策略进行更丰富的探索。教师教育者应以实训目的为指导，将实训教师特征、学习环境特征、实训任务类型等作为依据，开展虚拟实训模式探索和教学设计创新。

参考文献

[1]林梓柔,朱晓悦,陈怡,闫寒冰.教师沉浸式学习环境的关键要素与发展路径——面向实践性知识提升的多案例研究[J].中国电化教育,2022,No.428(09):107-113+121.

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