职业教育虚实融合场景化学习活动设计研究

论文作者:匿名 论文来源:https://www.bgsywzz.cn/ 发布时间:2021/03/31

  摘要:虚实融合学习空间的构建撬动了学习方式的变革,以学习空间为中介创设的多模态学习场景,成为职业教育教学改革的新样态。该文采用文献分析的方法,界定了虚实融合场景的内涵,分析了职业教育虚实融合学习场景创建的关键技术,以解决职教领域教学的痛点问题为目标,构建了职业教育虚实融合学习场景框架。在活动理论的指导下,分析职业教育学习活动的要素及要素间的关系,对活动的主体、组织、形式、结构和规则要素及关系进行设计,构建了职业教育虚实融合场景化学习活动框架,提出了虚实融合场景化学习活动的设计思路。该研究提出场景作为学习环境的子集,针对职业知识学习的特点,梳理了职业教育虚实融合的学习场景类型,认为场景化学习的关键是场景的创建及不同场景中的活动设计,从活动要素、活动类型、活动结构序列等方面进行了深入分析。


  关键词:场景化学习;虚实融合场景;场景构建;学习活动设计


  中图分类号:G434文献标识码:A文章编号:1006-9860(2021)02-0131-06


  一、引言


  职业教育的人才培养目标以就业为导向,不断适应技术进步与生产方式变革对技能人才的需求。教育部在2006年《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中提出要充分利用虚拟技术,创建虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺和虚拟实验[1];2012年教育部发布《关于加快推进职业教育信息化发展的意见》中提出开发虚拟仿真实训平台、工作过程模拟软件等多种形式的职业教育数字化信息资源;2017年发布《关于进一步推进职业教育信息发展的指导意见》,提出“加大云计算、大数据、物联网、虚拟现实/增强现实、人工智能等新技术的应用,体现产教融合、校企合作、工学结合、知行合一等职业教育特色”[3]。2020年发布关于《职业院校数字化校园规范》,从工学一体化的角度提出建设“信息技术支持的教学和学习空间、工作场所和虚拟及其相互融合的工学环境”[4]。国家层面就利用虚拟技术提升职业教育教学质量出台的系列政策,均强调了构建虚实融合学习环境是职教院校信息化环境建设和发展的方向。


  虚实融合的场景化学习将技术与学习活动融合为一体,有利于在校学习活动与就业的衔接、解决实训环境匮乏的问题、形成工学一体化培养体系,引发学习资源呈现与供给方式,撬动教学方法与模式的改变,探索多模态学习场景下沉浸式体验学习、分布式学习、个性化学习和全方位协作学习活动的设计,对促进职教领域信息化教学模式创新和培养高素质的技能型人才有其特有的价值和意义。


  本文将通过面向工作世界的多模态学习场景功能及特点的分析,构建职业教育虚实融合学习场景设计框架,构建职业教育场景化学习活动设计框架。探索虚拟现实技术、增强现实技术与教育教学创新融合的有效路径,通过场景设计、学习活动设计微观层面的研究,实现活动任务驱动的多场景流畅衔接的体验学习。


  二、虚实融合场景化学习是解决职教领域教学痛点问题的可行之道


  职业教育以能力导向为本,旨在培养具备熟练技能的劳动者,能够快速胜任岗位工作。基于此目标职业教育教学中推行以工学一体化的课程及活动设计理念,力图将工作领域场景与学校学习场景进行统整,要达成此教学预期,传统的教学环境显然无法实现。利用虚拟现实技术、增强现实技术、物联网技术和移动技术的优势,与传统环境相结合可以解决传统教学中的瓶颈问题。当前虚实融合环境建设与应用已经进人职业教育领域,但由于实践时间不长,加之地域和学校的差异,在整合应用层面上还存在着诸多问题。


  (一)整合形式大于整合实质,难以真正发挥虚实融合环境的功能


  通过全国职业教育信息化教学大赛作品的观摩分析,发现已有少部分教师开始关注并尝试使用虚拟环境、虚实融合环境开展教学活动,改变传统的教学方式。但在应用方式上牵强使用的现象普遍存在,多数处于演示、观察为学生建立表象的阶段,以辅助教师讲授的教学功能为主。为此,目前对虚实融合学习环境功能挖掘不足,在教学中使用较少,且处于浅表化应用阶段。


  虚实融合学习环境的功能和优势为何?最适宜解决职业教育教学的问题为何?虚实融合教学活动设计与实践,必须在恰当理论和适切方法的引领下实施,考虑到虚实融合的最大优势为可模拟还原真实环境中难以再现的场景,是解决职业教育实践中“进不去、看不见、动不了、难再现”痛点问题的可行之道。


  (二)虚实融合的多场景无缝教学缺乏综合设计目前的虚实融合教学环境与教师讲授、学生训练还未能做到多场景流畅衔接,未能形成单元大概念、整体学习任务为统领的综合学习设计理念与设计方法,零散化的知识与技能学习训练方式仍占主导地位。


  虚实融合学习环境其实质是多场景的学习环境,在设计中需考虑不同场景的优势互补,打破传统教学的时空限制,契合复杂技能训练及迁移的机制,支持學习活动在不同场景中通过连贯转换完成,是解决传统职业教育中单一场景无法满足全方位学习需求痛点问题的可行之道。


  (三)工作场景与学习场景脱节,阻碍了工学一体化的设计


  传统职业教育教学环境制约了工作环境及岗位场景的创建,工作场景与学习场景脱节现象是职业院校中普遍存在的问题,学习即工作、工作即学习的一体化设计难以实现。即便是有可以利用的虚实融合学习环境,教学中出现了将现实实验可做的技能训练模式僵硬地改为虚拟模拟训练模式,为了使用虚拟现实技术的简单化处理方式,无法从根本上解决工作场景与学习场景脱节的问题。


  虚实融合学习场景的设计以及学习活动的设计,需要在成熟理论的指导下,在学习内容分析和工作过程分析的基础上进行工学一体化设计。充分发挥虚实融合学习场景的功能和优势,设计以学习者为中心的体验学习和参与学习活动,实现学习场景设计与学习活动设计的高度契合是解决工学脱节问题的可行之道。


  三、职业教育虚实融合学习场景的设计要义职业教育虚实融合学习场景的构建,从目标层面而言,有助于实现面向工作世界的学习,形成贯通学习与就业一体化的机制,达成职业能力为本、就业需求为导向的培养目标。从教学层面而言,场景化学习能破解知识技能学习与工作场景实训脱节的问题,利用网络技术、虚拟现实技术、增强现实等技术的优势和特点,分析职业技术教育的教学需求,设计虚实融合的多样化学习场景,设计突显职业知识与职业能力的学习活动,实现即学即用的场景化学习。


  构建职业教育虚实融合的学习场景,需要厘清虚实融合场景的特征与功能、技术对创建学习场景的支持作用,分析工作场景与学习场景之间的关联、学习场景与职业知识与能力之间的关联,探索职业教育虚实融合学习场景的相关要素及其相互关系,从理论范畴提出适合职业教育特色的虚实融合学习场景建构模型。


  (一)虚实融合学习场景的界定


  虚实融合场景是在特定时间空间中,以需求为导向,以事件为表现形式,以人、时间、空间、事件、连接方式等因素构成的统一体。虚实融合场景有虚拟场景、真实场景、虚实融合场景几种类型。职业教育中的教室、实验室、实习工厂车间、企业工作岗位等为真实场景;可穿戴设备、传感设备可创建虚拟场景;增强现实技术、移动设备可创建虚实融合的场景。


  学习场景聚焦教学应用,是支持特定空间、针对具体的教学活动开展的直接条件。学习场景设计以学习者为中心,以学习任务为分类标准,整合各种学习资源、学习过程和学习方式,将技术与学习活动整合,形成相对完整的学习情境和学习体系。场景创建依赖学校的信息化教学环境,在真实学习环境、虚拟学习环境、虚实融合的学习环境中,针对特定学习主题、项目,根据学习内容的特点,在特定的学习时间和空间开展不同类型的学习活动,


  支持个体或个体与社群的交流互动,每个学习场景的构建既要体现场景的基本要素,也要满足学习复杂性的特征。


  职业教育重在培养学生的职业能力。教学中存在三高(高成本、高危险、高污染)及四难(难下去、难动作、难看出、难再现)的问题5,仅依赖真实场景学习无法解决学校教学环境的难题。职业教育教学中的现实诉求作为场景构建的主动力,技术作为场景构建的原动力,催生了多场景支持下的混合学习、泛在学习等教学模式。多模态的场景化学习,让真实体验感知的学习可在真实场景中进行;让身临其境沉浸体验的内容,通过设计虚拟场景进行学习;让跨越时空、微观或宏大的内容,通过设计虚实融合的场景,将现实世界与虚拟对象进行叠加,增强对现实世界的体验。根据认知与技能学习复杂度的不同,可设计单一场景支持下的学习活动,也可设计在多个场景中转换的无缝衔接学习活动。


  (二)虚实融合学习场景构建的关键技术


  学习场景的构建离不开技术的支持,从技术的角度考虑,科技大神、全球科技创新领域最知名的记者罗伯特。斯考伯(RobertScoble)在《即将到来的场景时代》一书中提出了构成场景的大数据、移动设备、社交媒体、传感器和定位系统五种技术[6]。真实学习场景、虚拟学习场景、虚实融合学习场景的构建,除了考虑一般场景的支持技术,还需考虑依托虚拟现实技术、增强现实技术、混合现实技术构建学习场景。多样态技术为构建虚实融合学习场景提供了可能,这也恰好说明了技术与学习场景之间的内在关联性,如表1所示。


  (三)职业教育虚实融合学习场景的框架构建构建虚实融合的学习场景,消解职业教育教学中理论教学与实践教学脱节、实践教学方法单一陈旧、实践内容滞后无法满足产业转型升级对人才不断上升的需求等问题7。学习场景的构建本着解决职教领域教学痛点问题为目标,基于设计思维以多空间融合为前提,学习场景设计应考虑学习任务、学习资源与工具、交互对象与空间、情境脉胳、支架的镶嵌等基本要素,发挥新技术的功能与优势,设计多空间的连接与沟通,让场景适配不同类型的学习活动。


  综合考虑虚实融合多场景的构成要素、技术支持、分析场景的主要功能、场景化学习的主要形式几个维度及相互关系,提出适合职业教育特点的虚实融合学习场景框架,如图1所示。


  该框架以解决职业教育教学长期存在“进不去、看不见、动不了、难再现”的痛点问题为出发点,利用技术的优势创建虚实融合学习场景,贯穿面向工作世界的设计理念,通过真实、仿真模拟再现职业岗位的工作场景,体现真实、沉浸、体验和交互的学习功能,突显场景学习与职业能力养成的契合关系,从而实现“进得去、看得见、易操作、易再现”为目标的场景化学习。弱化虚拟空间和实体空间的人为割裂,以统整的思路设计体现职业教育教学实践特点的学习空间和环境,体现学习者为中心、学习即工作、自主学习与个性学习、多场景多方法。设计适配性强的场景,为进一步设计针对性强的场景化学习活动,作好铺垫。


  四、职业教育虚实融合场景化学习活动框架设计场景化学习活动设计是为了实现活动目标,通过对学习活动类型、活动方式、活动结果、活动结果的评价等进行规划和设计,可以明晰场景化学习的路径。场景化学习的突出特征是以学习者为中心的活动设计,体现多场景、个性化学习的设计要义。从活动类型和方式的设计维度应满足学习者随时学习、随地学习、不同需求动机的学习、可选择自己想学的内容;从方法策略的设计维度应满足学习者同一内容可以有不同的學习途径和方法,有不同的内容和层次水平要求,适应学习者不同的学习节奏;从学习场景的设计维度应满足学习者可以有多种地点、时间、技术类型的选择,实现多场景学习的需求;从学习活动支持服务的设计维度应满足从数据的场景化计算、用户场景需求的理解、场景需求内容的匹配与推送等三个关键步骤,实现精准的场景化服务[8]。


  在探讨了职业教育虚实融合场景设计要义的基础上,思考虚实融合场景支持下的学习活动设计,需要厘清学习活动的本质内涵和构成要素,分析梳理活动的类型及序列结构,依据活动理论提出虚实融合场景学习活动设计框架。


  (一)学习活动的内涵及要素


  研究者们从不同角度对学习活动进行了研究,Mayes,T&S.deFreitas认为学习活动是学习者为了完成预期的学习目标,与学习环境之间进行交互的过程;刘静认为学习活动既包括学习者为达到学习目标所需完成的学习任务及其所有操作,也包括学习者在操作过程中所形成和发展起来的认知、技能和情感态度。李红美等将虚实融合环境下的学习活动定义为在特定的学习环境中,在教师有目的的引导下,学生群体通过探索、合作或个别学习,以及师生交互等操作而完成特定学习目标的认知活动,也包括培养学生的技能和态度的活动"。本文针对职业教育教学活动的特点,将学习活动界定为:在虚实融合学习场景中,在教师的示范引领下,学生通过感知观察、操作体验和多样化交互,完成场景学习任务的系列操作,使其具备胜任职业的能力。


  活动理论是研究特定社会文化历史背景下人类行为活动的理论。1987年,芬兰学者恩格斯托姆(Y.Engestrom)在维果斯基相关研究的基础上,提出了第三代“活动理论”[12],对活动结构和要素以及要素间关系进行了系统研究,其研究成果为虚实融合的场景化学习活动框架构建提供了参考。根据活动理论揭示的学习活动三个主要因素为学习主体、学习群体和学习目标,三个次要因素是学习工具、学习群体间的交流规则及学习任务分工。据此理论推衍出构成职业教育学习活动的要素有学习主体、学习活动场景、学习目标、活动任务、资源与工具、活动类型及活动序列、活动结果、活动结果的评价。


  基于虚实融合学习场景的学习活动设计,是从学习场景设计与创建到场景学习的发生过程,学习场景是学习活动开展的物质基础。虚实融合场景设计利用虚拟现实技术、计算机仿真技术、物联网技术、移动技术等,逼真地模拟真实工作场景,支持仿真实操过程、操作程序和动作要求的训练,支持角色及协作,支持考核和技能鉴定等学习活动。遵循“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则设计学习活动),发挥不同场景的优势,设计虚拟仿真实验+真实实验、虚拟互动+现场实际操作、虚拟仿真模拟+岗位体验等方式构建职业教育实训活动;设计实物模型+仿真软件、自主学习+智能考评、虚拟仿真教学+真实现场教学等方式构建职业教育理实一体化学习活动。


  (二)场景化学习活动的类型及序列


  学习场景的价值在于它可直接支持知识传递和活动体验,为学习活动的开展提供空间和场所。本文将学习活动内容从宏观视角划分为知识学习活动、技能训练活动和情感活动三大类别,在虚实融合的三类学习场景的支持下,形成了真实环境中的课堂讲授、练习、实验、岗位实训、协作交流与指导等学习活动;虚拟学习场景中的虚拟演示、仿真实训、虚拟实验、在线交互等学习活动;虚实融合场景中的观察、操作、交互等活动。


  职业教育教学中活动与场景的适配与知识技能的复杂程度、学习活动的序列、采用的教学模式等因素有关。不同的知识学习、技能训练需要匹配不同的学习场景,可能通过单一的学习场景支持即可完成,复杂的内容也可能需要通过多场景无缝连接的连贯学习方可完成;学习内容的内在逻辑关系、技能操作的步骤决定了学习活动的序列,呈现出场景化学习在时间序列和空间关系;不同教学模式的应用支持学习者对知识的整合、反思和迁移。例如职业教育中的旅游专业教学,在课堂教学中教师利用全景模擬导游训练系统,将景区景点通过三维可视化展现,对旅游景点和旅游产品的基本构成进行讲解;学生通过角色扮演进行导游讲解与服务的训练,学生对景点的基本知识与服务要点进行了系统学习和训练,再带学生到实景实地进行实训,学生对仿真场景和真实场景的教学进行对比,对真实环境下解决复杂问题的能力进一步训练,为学生从学校学习到胜任岗位做好准备。学习过程从虚拟学习场景到真实学习场景,场景化学习无缝衔接和转换,学习者在不同的时间地点进人不同的学习场景,参与听讲、观察、角色扮演、实地训练等活动,完成旅游知识、导游技能、职业态度的深度学习和体验。


  (三)虚实融合场景学习活动设计框架


  职业教育虚实融合场景学习活动设计,本着对学习者职业能力发展的诉求,创建还原工作世界的真实或虚拟场景,让学习者浸人其中进行认知学习和技能操作训练等学习活动,缩短从学到行的过程。


  虚实融合场景学习活动框架的构建,以活动理论为依据,遵循职业教育教学特点,以活动目标和任务作为活动的起始及归宿,设计虚实融合学习场景,设计学习活动的结构、形式、组织、规则,将活动结果通过评价与活动目标进行对照,经过不断的反馈修正迭代,完善场景设计和场景化学习活动设计,由此形成场景化学习活动设计框架,如图2所示。


  场景化学习活动的主要因素是活动主体、活动目标、活动过程和活动评价。活动主体是学习者,根据职业院校学习者的认知水平,设计适切的学习活动,体现以学生为中心的理念;活动目标作为教学活动预期达成的结果,描述了学习者完成活动后的要求与标准。活动任务体现了学习活动的目标与内容具体化,通过整体任务设计、子任务设计,形成梯度递进的任务支架。


  虚实融合场景的创建是场景化学习活动得以发生的物质基础。在互联网、移动终端、虚拟设备等技术环境要素的支撑下,课堂、校园、实训中心、实验室、实习企业等空间和场所,均可创建真实、虚拟、虚实融合学习场景。以课堂空间为例,可以创建真实的学习场景、虚拟的学习场景和虚实融合学习场景;以此类推在实训中心空间、实验室空间、公共空间等不同场所,根据活动任务、活动时间的不同,可以构建出丰富的契合职业教育特征的学习场景,根据不同场景的优势及特点,学习者可以在不同场景中转换开展无缝学习,获得多种体验,满足学习者的多种学习需求。


  活动过程设计是完成学习目标的载体,是本框架的重要内容,活动主体通过活动组织、活动形式、活动结构和活动规则开展活动,并输出活动结果,形成学习活动链。活动组织体现了学习活动是个人学习、小组学习或是群体学习的不同组织形式;活动结构体现了学习者开展活动的时间和空间序列设计;活动形式则反映了学习者的学习方式,体现了混合学习、泛在学习、沉浸体验式学习、协同合作的交互学习、实战训练学习等教学方式方法的应用;活动规则是为了保证活动顺利进行的约束要求,如提出某活动需要在不同的场景中转换来完成学习任务,要求学习活动的连续性,学习者需完成的各项活动操作,对学习活动的监管、学习行为的记录等。


  学习者的活动结果输出是评价场景化学习效果的基本依据,学习者在不同学习场景中参与活动,学习结果、学习行为、行为轨迹、情绪变化等记录,形成活动过程的数据,用以判断学习者在知识、技能、情感方面的变化。通过活动结果评价分析学习目标的达成情况,反思场景化学习活动设计的合理性,不断迭代完善提升虚实融合场景化学习活动的质量。


  五、结语


  虚拟现实技术、增强现实技术的快速发展,催生了虚实融合学习环境。将学习环境聚焦为更适合学习者在特定时间、空间中开展特定内容的学习场景,形成了场景化学习。

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