数字化转型下教育虚拟环境对学习效果的影响——基于97篇中英文文献的元分析

数字技术与教育的深度融合,助推教育的数字化转型,并驱动基于虚拟现实(Virtual Reality,VR)、增强现实(Augmented Reality,AR)、混合现实(Mixed Reality,MR)技术的教育虚拟环境的构建。为此,文章基于97篇相关的中英文文献,采用元分析方法探讨了教育虚拟环境对学习效果的影响,结果显示:教育虚拟环境对学习效果具有中等程度的正向影响;教育虚拟环境对不同技术类型、不同学段、不同学科、不同实验周期学习效果的影响均不存在显著差异,但影响程度有所不同;其中,基于VR技术构建的虚拟环境对学习效果的提升作用最明显,且虚拟环境对中职/高职/专科学段、自然科学学科、1天~1月实验周期的学习效果影响最大。基于此,文章提出改善虚拟环境应用于教育教学的建议,以期为开展教育虚拟环境下的教学设计、提高学习者的学习成效提供参考。

工业4.0背景下高校沉浸式虚拟学习环境设计与应用研究

虚拟现实(VR)技术为增强高校学习者的实践经验提供了新的机会,沉浸式虚拟学习环境可以进一步强化学习者的学习体验,使学习过程更加身临其境,更具有参与性。介绍了工业4.0背景下高等教育数字化学习环境的变化,从沉浸感、代入感、心流和交互性4个方面分析了沉浸式学习体验特征和VR技术的作用。为了深入了解沉浸式虚拟学习环境的应用效果,基于工业4.0人才能力需求的视角设计了沉浸式虚拟校园地震逃生及应急救援系统,并通过问卷调查验证沉浸式虚拟学习环境中学习体验特征和学习界面因素对学习效果的影响。最后对研究结果进行了总结和讨论,以期为高校创设和有效应用沉浸式虚拟学习项目提供借鉴。

走向多模态:虚拟现实学习活动的价值路向

随着虚拟现实交互技术与可穿戴设备的不断更新与发展,虚拟现实学习活动能够有效调动学习者的多感官参与,开展多模态学习活动。针对当前虚拟现实学习活动面临沉浸感的缺失、场景的实践价值遮蔽以及数据的局限性表征等现实困境,通过对虚拟现实多模态学习活动进行内涵解析,挖掘其在学习内容层面的多态资源增强身心体验、学习过程层面的具身交互深化实践应用以及学习评价层面的多维数据构建精准画像等内在价值。并基于上述分析从资源层、交互层与评价层等三个层次来构建虚拟现实多模态学习活动的开展框架:依据知识类型开展虚拟现实多模态学习资源设计;依据具身层次进行虚拟现实多模态交互学习活动;依据多维数据进行虚拟现实多模态学习活动评价。

基于多模态深度学习的汽车虚拟驾驶环境生成方法

为促进自动驾驶技术的发展,采用基于多模态图像深度学习的汽车虚拟驾驶环境生成方法,同时生成包含多个物理场景的多模态图像。利用部分共享的隐空间构建编码器和生成器,采用域不变特性的感知损失,通过Cityscapes和Comma2k19数据集进行对比实验,采取多样性评价指标进行评价。结果表明:采用多模态深度学习生成的虚拟驾驶环境图像具有高真实性和多样性,对于快速构建自动驾驶虚拟仿真平台具有重要意义。

混合式学习环境下大学生在线学习能力发展模式研究--以某X虚拟机器人平台的在线教学为例

新冠肺炎疫情的爆发使得混合式学习成为当前不可或缺的常态化学习方式,然而新的问题也随之而来,教师的在线教学能力、在线学习的环境与资源等都会影响到在线学习质量,而学生的在线学习能力是影响在线学习效率与质量的核心因素。为探索发展大学生在线学习能力的有效途径,文章以某X虚拟机器人平台的在线教学为例,结合逆向工程思维,提出在混合式学习环境下发展学生在线学习能力的一种新模式,总结学生在线学习能力发展的规律。研究结果表明:基于X虚拟机器人平台的在线学习能力发展模式及其实践,学习效果佳,能够有效提高学生的问题分析与解决能力、在线学习自信心及能力。该模式也可为其他课程中学生的在线学习及能力发展提供参考。

基于生态化虚拟学习环境的课程支撑系统设计与实现

随着计算机网络日新月异的发展,数字化教育已成为了大众获取知识和学习技能的重要渠道。而其作为教学活动的信息载体,其设计与开发质量直接影响数字化教育的成败,特别是课程支撑系统的强大功能设计更成为了大众关注的焦点。但当前如何基于生态化模拟学习环境,进行课程支撑系统的设计,值得教育技术学研究者们认真地探索思考。基于此,本文从多方面分析了生态化虚拟学习环境下课程支撑系统的设计与实现路径,仅供参考和借鉴。

虚拟学习环境下空间位置记忆认知负荷的影响因素研究

虚拟学习环境具有高沉浸性和逼真感特征,丰富的感知刺激带来更真实的感知体验,但也易造成认知加工负荷超载。研究基于双任务范式,考察次任务感觉通道、空间位置数量和呈现时间三个因素对学习者虚拟空间位置记忆认知负荷的影响。结果发现,在任务难度较高时,触觉通道能适当降低主观认知负荷;空间位置数量的增加会带来主观认知负荷(心理努力和任务难度)的显著提升;在0.7s的呈现时间下,学习者得以在加工主任务之余,较好地完成次任务。研究建议,在设计虚拟学习环境时,可以利用跨通道优势效应提高加工效率;控制虚拟环境学习单元呈现的信息数量(不超过四个);为虚拟空间学习者留出0.7s左右较为充裕的加工时间。

虚拟现实学习环境情感体验研究系统文献综述

虚拟现实学习环境是基于某种教学模式的包括一个或多个教学目标的虚拟环境,学习者根据虚拟形象和情感参与构建虚拟现实学习环境中的沉浸式情感体验。随着VR学习环境的普及,VR学习环境中情感体验相关研究增长迅速,但多为实证研究,缺乏系统性梳理,不利于推进更深层次的研究。利用系统文献综述法对国外近10年的38篇实证研究论文进行分析,将VR学习环境中的情感体验因素归纳为沉浸感、存在感、具身感和心流感。其中,沉浸感和存在感与学习者从技术实现中的感知特征相关;具身感和心流感则与学习者从身体和情境中的感知特征有关。VR学习环境中情感体验的测量主要通过生理行为观测和感知体验询问的方法实现,问卷调查是目前最常用的情感体验测量方法。系统文献综述的成果可为虚拟现实学习环境中情感体验的设计与应用勾勒研究框架。

VR环境中视角跟随方式对高低先验知识学生学习成绩和心智模型的影响

目前,虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术在教育中的应用效果受到教育者和研究者的广泛关注,其中不少研究者就VR环境中视角跟随方式(第一人称和第三人称)对学习成绩的影响进行了探索,但都忽视了学习者的自身特征和内部认知加工过程,先验知识和心智模型作为这两方面的代表与学习成绩密切相关,而视角跟随方式对高低先验知识学生学习成绩和心智模型的影响以及作用机制尚不明确。为此,文章探究了VR环境中视角跟随方式对高、低先验知识学生学习成绩和心智模型的影响,揭示了视角影响学习成绩的作用机制。研究发现:第一人称视角对高低先验知识学生的保持成绩和心智模型有积极影响,在迁移成绩上呈现出经验逆转效应;视角影响学习成绩的作用路径包含四条。文章通过研究,旨在完善多媒体学习认知理论模型,深化教育者和研究者对VR场景中视角的认识,进而帮助其更好地设计、开发和利用VR资源。

意义生成与虚拟学习环境系统中的知识建构机制设计

促进学生的意义获取,可以说是任何教学的核心目标,信息技术的教育应用也应该体现这个原则。而从已有的虚拟学习环境(VLEs)来看,由于大多采用隐喻式的设计方法,不能很好地实现这一原则,导致这些学习支持系统不能有效地支持真正意义上的教与学。从外在的符号、信息到学生能够理解的内化了的意义,是一个不断深入的信息加工过程。有效的学习支持系统应该体现对这个过程的支持,使信息技术能够帮助学习者进行适当的信息加工和知识转化。作为一种适合于中小学教学实际需要的VLEs———PRIME学习支持系统,就为教师创设的各种学习活动提供了一个整合性的、能够有效解决学生意义获取和反思加工的平台。本文不仅介绍了基于知识转化和意义生成理念进行VLEs设计开发的新思路,还介绍了PRIME的相关组成,为信息技术在中小学教育的应用提供了一种新的思路。

虚拟学习环境中构建三维动画资源与交互设计研究

虚拟学习环境能够为学习者提供生动逼真的互动学习情境,改善学习效果,而构建虚拟学习环境的关键是三维动画资源及交互的设计。如何在满足科学性、教育性的前提下,设计出富有艺术性的三维动画资源及合理有效的交互功能,对于提升学习者的学习兴趣和学习效率有着重要意义。目前已有不少文献对虚拟学习环境的构建展开研究,开发了各种应用于不同学科的虚拟学习系统,但它们大多仅从技术的角度描述其开发过程,而对三维动画资源与交互设计的方法总结不够,缺乏必要的教学设计理念。为此,该文借鉴多媒体学习领域的认知理论及相关设计原则,分析如何恰当地运用已有研究成果来指导虚拟学习环境中三维动画资源及交互的设计。文中首先对虚拟学习环境的构建流程及方法进行了归纳,然后围绕三维动画资源设计制作过程中的主要环节分别提出了相应的艺术设计要点,接着探讨了虚拟学习环境的交互设计,最后给出了设计实例及应用实践。

虚拟学习环境支持的课程教学设计及应用成效研究

该研究紧密结合课堂教学实践,依托自主创建的虚拟学习环境,对虚拟学习环境支持下的课程教学模式的相关问题进行了探讨,主要包括教学结构、教学资源、教学活动和教学评价设计等四个方面。并以"算法设计与分析"课程的实施为例,采用行动研究法和实验研究法,从学生学业成绩和学生对课程的评价两方面对混合式学习教学效果与传统面授教学效果进行对比考量。研究发现,相对于传统的课堂面授教学,虚拟学习环境支持的混合式教学能够显著提升学生的学习效果。

一体化虚拟学习环境下的高校图书馆用户需求分析研究

通过对一体化虚拟学习环境概念的引入,对一体化虚拟学习环境下的高校图书馆用户需求进行了分析。

从Sloodle看三维虚拟学习环境的发展趋势

当前教育领域涌现了很多使用基于网络的多用户虚拟环境进行教学的实例,如Active Worlds、Second Life、Wonderland等,这些平台有很好的三维模拟环境,在教学中使用得越来越广泛,但缺乏学习过程记录与支持的功能,有必要将其与现有的教学系统尤其是基于Web的虚拟学习系统整合起来。本文首先简要回顾了教育领域中三维虚拟学习环境的研究现状,然后介绍了当前国际上流行的一个开源三维虚拟学习环境——Sloodle。通过介绍Sloodle中的Web-Intercom、MetaGloss、Choicer、Translator等工具,讨论了使用这种三维虚拟环境与Web技术整合给学习系统带来的挑战和潜力。最后,总结并探讨了三维虚拟学习环境的发展趋势。

生态化虚拟学习环境及其设计

生态学为人们研究虚拟学习环境提供了新的视角。本文从生态学的基本概念和原理出发,分析了生态化虚拟学习环境的特点和构成要素,在此基础上设计了生态化虚拟学习环境结构和功能模型,探讨了生态学基本规律在虚拟学习环境设计中的具体应用。

STEM教育视域下虚拟学习环境Omosa项目分析及应用启示

Omosa是澳大利亚悉尼大学基于STEM理念开发的虚拟学习环境,模拟星球生态系统关系,用于培养学生的知识建构与创新能力。利用模型构建的方法分析了Omosa虚拟学习环境的内部结构模型和外部结构特征,其学习者模块、环境模块、代理模块、事件模块和干预模块协调有序地配合,构筑了浸润式的类似于真实的学习环境,使学生在参与科学探究过程中有意义地建构科学、工程等学科知识。基于Omosa三维环境和二维环境的实现机制、个体代理推理机制和算法机制,实现了一个开放的、复杂的和适应性的智能学习环境,学生可主动地探索虚拟世界中事物之间的关系,寻求解决问题的策略,使学习转变为一个意义建构的生态过程。以Netlogo环境为例,设计了教师教和学生学的双重过程模型,基于5E学习循环模型开展项目活动,通过学习效能量表调查发现学生在自我效能、动机、元认知意识、技能等方面均有提升。此外,虚拟学习环境的认知工具和可视化学习工具及学习资源帮助学生提升了问题解决能力,促进了学习者计算性思维和高阶思维的发展,有助于MOOC学习和创客教育。

虚拟学习环境的生态问题及其解决对策

当前,虚拟学习环境中普遍存在着不同程度的生态问题。按照虚拟学习环境的构成因子可以把这些问题归纳为物理环境"生命周期"短、社会环境"人际关系"冷漠和规范环境发育不成熟三个方面的问题。本文对三个方面的问题分别进行了分析,并提出了相应的解决对策。

虚拟学习环境的生态失衡及其对策研究

从生态学的角度审视虚拟学习环境,其中存在的诸多问题可以看作是生态失衡的表现。生态化虚拟学习环境的生态失衡,表现在两大方面:生态化虚拟学习环境与学习者之间关系的失衡,以及内部结构和功能的失衡。面对生态化虚拟学习环境的失衡问题,可以从内部自我调控机制和外部预防检测与保护体系两方面建构解决对策。

构建未来在线学习环境——一个在线交互虚拟学习环境构建模型

本文介绍了一种在线交互虚拟学习环境构建模型,该模型以交互为核心,将学生的学习活动转变为与系统中不同角色的交互,通过交互完成对教学标准的确认、学生情绪的调控适应以及对学习过程的支持。在这一模型指导下的系统实现将是对当前网上学习环境质的突破。

虚拟语言学习环境VILL@GE的项目分析及其启示

VILL@GE项目是英国、希腊、匈牙利等欧盟国家的语言专家和技术人员在三维虚拟环境平台Second Life中开发的一个虚拟语言学习环境,已在欧盟多所学校进行了教学实验并取得了一定的成果,目前仍在进一步研发过程中。该项目对我国虚拟语言学习环境的设计及应用具有重要的借鉴意义,具体包括:虚拟语言学习环境应尽量贴近目的语环境;应与外语课程内容有机融合;应支持任务型语言学习;应重视采用基于设计的研究方法;加大教育经费投入,组建强大的研发团队等。