基于虚拟环境的体验式网络学习空间设计与实现

梁 为

(深圳市电化教育馆，广东 深圳 510075)

基于虚拟环境的体验式网络学习空间设计与实现

梁 为

(深圳市电化教育馆，广东 深圳 510075)

建设网络学习空间是国家提出的“三通两平台”体系架构的重要组成部分。该文在近年来网络学习空间建设研究的基础上，结合网络学习空间开发与应用的实践，以体验式学习为基础, 提出了一种基于虚拟环境的体验式网络学习空间的设计方案，并从主要特征、技术架构和功能组成等方面进行了详细论述。

网络学习空间；体验式学习；虚拟现实；资源推送

一、引言

信息技术的迅猛发展，为教师和学生构建网络学习空间，开展网络环境下的自主学习、交互学习提供了基础。在2012年9月召开的全国教育信息化工作电视电话会议上，时任中共中央政治局委员、国务委员刘延东同志提出了“三通两平台”的工作任务，并指出要“推动‘网络学习空间人人通’，促进教学方式与学习方式的变革。”[1]利用网络学习空间开展教育教学，突破了现有教育模式和学习方法的时空限制，使学习资源无限丰富，并可充分利用网络进行交互，促进了教与学、教与教、学与学的全面互动。

目前网络学习空间的建设主要还是以信息发布和交流为主，如博客、微博、个人日志等[2][3]，存在功能单一、应用范围小等问题。网络学习空间的特点与优势之一是改变了原有的教学环境，能够提供丰富的、高质量的、多种形式的体验式学习，但目前在这方面的应用研究还比较少。本文在近年来网络学习空间建设研究的基础上，以体验式学习为基础，建构了一个基于Silverlight架构的、融3D虚拟体验环境为一体的体验式网络学习空间。

二、网络学习空间的意义与作用

信息技术的深度应用，迫切要求教与学的“双重革命”，加快从以教为中心向以学为中心转变，从知识传授为主向能力培养为主转变，从课堂学习为主向多种学习方式转变[4]。网络学习空间利用信息技术创新了师生的教学模式，打破了传统课堂时空限制，满足了师生随时、随地、随需的互动、个性化学习需求，最有可能体现信息技术对教育发展带来的革命性影响。

(一) 网络学习空间创新了开放互动的空间教学模式

网络学习空间利用信息化手段颠覆了传统的教学模式，从教学内容、教学手段方面使课程变活，使课堂变大。广大教师可以利用空间突破教材束缚，建设空间课程，引进优质教育资源，实现了教学内容的系统性、丰富性、针对性、时效性和实用性。

(二)网络学习空间催生了互动高效的素质教育模式

通过运用网络学习空间，广大教育工作者可以优化素质教育资源，更新素质教育内容，利用网络的优势增强教育的感召力与说明力；可以创新素质教育手段，开展素质教育活动，提升教育的参与性与交互性；通过构建素质教育空间网络体系，开展网络空间专题研讨，实现空间育人的全员性、全程性及多维性。

(三)网络学习空间促进了学习交流方式的变革

空间为学生搭建了共享、互动的学习平台，使学习突破了时间束缚，自主学习、探究学习、泛在学习、开放学习变成现实。空间拉近了师生心灵的距离，实现了师生之间、生生之间的平等交流和跨时空互动。

(四)网络学习空间创新了管理服务模式

依托空间，教育管理者可以整合管理服务资源，畅通管理服务渠道，优化管理服务环境，运用空间开展教学管理、学生管理、科研管理、后勤管理等工作，拓展了管理服务的时空维度，有效地克服了管理服务盲区，促进了管理服务工作的透明化、精细化、便捷化与人性化，从而大幅度提升了管理服务效能。

三、当前网络学习空间的主要形式与不足

当前网络学习空间建设呈现出形式多样、百花齐放的特点，但由于缺乏专业的平台支撑，存在功能单一、信息孤立、学生参与度较低等问题。

(一)网络教学空间

该类空间主要是为教师开展基于网络的教学活动提供支撑。如：教师在空间建立分类学习群组，进行分组教学、案例教学、项目教学和虚拟现场教学等，利用空间完成作业批改、实践辅导、过程指导、效果评价和教学资源整合，同时师生间可以通过空间进行及时交流互动和互评。这类空间主要是为教师的教学提供服务，以教师的教为主，学生仍处于被动接收知识的地位。

(二)博客交流空间

博客是继e-Mail、BBS、QQ 之后出现的第四种网络交流方式。国内博客兴起在2005年左右，它为人们提供了一个虚拟的信息交流世界，更为终身学习搭建了一个广阔的平台和通道。许多教师也纷纷利用这一免费网络平台，自发建立了个人空间。这类空间由个人自由建立，主要发表个人工作日志、教学心得、生活感悟等内容，功能相对单一，比较分散，缺乏教育行业的规模效应，不利于师生间的交流协作。

(三)教育视频空间

这类空间以教育视频为主，聚合了视频分享、视频直播、社区交友、电子教师、网络学习、在线考试、即时通讯等功能模块，通过网络视频这个载体开展教育教学活动。这类空间主要是依靠视频进行单向的知识传授，学生的参与度较低，学习效果不理想。

(四)在线作业空间

这类空间主要提供在线学习、在线作业、在线检测、在线成绩统计一站式解决的服务，功能较为简单，主要是以练习、作业为主。

通过以上分析和多次深入教学一线的调研，笔者认为，要想真正发挥信息技术的优势，实现以教为中心向以学为中心转变，就必须提升学生的学习参与度，激发学生的学习兴趣，让学生产生一种渴望学习的冲动，自愿地全身心地投入学习过程，使学生在活动中通过充分参与来获得个人的经验和感受，并将这些感受交流和分享，在不断的体验中获得知识、发展能力。

四、体验式学习

体验式学习的提出在上世纪80年代，可是在之前的教学中，很多需要让学生亲身体验的学习因为技术的限制无法开展，体验式学习也不能有效推广。如今，信息技术的迅速发展，在教育中的应用得到了很好的普及，这为体验式学习的开展打下了良好的技术基础。

本文所讨论的体验式学习是一种蕴含娱教理念的学习模式，是计算机技术支持的在一个贯穿的背景中一个情境或一个社会框架中发生的学习经历[5]。体验式学习的主要特点有：

(一)强调个体的参与

按照娱教理念的提法，“乐”是学习者当前生活的目标和整个生命体验的最有价值的部分之一，而体验式学习强调学习主体的主动参与、亲身经历、持续探究、情感体验。学习设计中注重能让学习者投入其中的学习情境。这样的情境具有吸引力和激发兴趣的因素，能够让学习者在逐渐进步的愉悦感中主动尝试。

(二)强调真实情境

体验式学习的学习活动发生在体现真实情境的一系列场景中，学习者作为场景中的角色感知，观察判断现场环境，参与到练习群体的共同的真实活动之中，这样的学习情境与生活场景是一致的、不分离的。

(三)注重学习者对经验的获得与再次使用

体验式学习把需要熟悉的未来场景引入学习者的视线，学习者可以重复进入场景，在参与中积累丰富活动与社交经验，这一特点吻合学生熟悉的日常生活经验和乐趣对学习及能力的产生和发展所具有积极、持久而深刻的影响的娱教理念。

五、体验式网络学习空间的设计与实现

本文根据体验式学习的理论，结合网络学习空间的特点，设计和开发了一个基于虚拟环境的体验式网络学习空间，将游戏的因素引入到体验式学习环境的设计中，将游戏作为体验式学习的设计语言，通过运用三维动画、模拟仿真等技术，构建一个集画面、场景、人物(角色)和声音等要素为一体的体验式网络学习空间，教师可以利用空间进行体验式教学场景设计、组织学习资源，把需要熟悉的场景和资源引入学生的视线，学生可以重复进入空间，在参与中积累丰富活动与社交经验、获取知识、发展技能。

(一) 体验式网络学习空间的主要特征

1.基于虚拟现实的游戏化教学

游戏化教学是借鉴游戏的设疑、挑战、自主等理念，把教学目标隐蔽于游戏活动中，根据学习者的特征以及教学内容，采取相应的游戏化教学策略，从而使学习者在放松的状态下完成学习内容，并从乐趣中获得知识、提高技能和陶冶情操[6]。体验式网络学习空间将游戏化教学理论运用到体验式学习环境的构建中，通过运用虚拟现实技术，构建了一个丰富、有趣、逼真的虚拟学习空间，学生可以通过扮演角色进入到该虚拟空间中进行游戏化学习，在快乐地体验各种游戏、虚拟仿真实验、可交互视频等内容的过程中完成教师布置的学习任务。

2.实时的交互和协作

在基于网络的空间教学实践中，需要一个让师生自由交互和协作的平台。学生可以分享自己的一些学习心得与感悟，以供其他学生进行学习，吸取经验；教师可以通过实时反馈的信息掌握学生的学习动态、学习成效和学习能力，并有针对性地提供指导和帮助；学生之间可以为共同目标组成在线协作团队，发挥各自的聪明才智，分工协作，取长补短，共同完成一定的学习任务。体验式网络学习空间提供了主题微博、即时通讯、维基等实时在线交互和协作工具，为师生之间的沟通、交互和协作提供更方便有效的技术支持。

3.个性化的学习环境

体验式学习理论和网络学习空间应用所倡导的学习是一种个性化的学习，而技术工具和信息资源是学生开展个性化学习的基础。学生由于性格、爱好、能力等的不同，其所需要的学习资源也不相同。个性化学习环境的构建能够使学生成为自我激励的学习者，拥有强大的自主学习控制权，能够利用符合自身需要的个性化资源组织开展学习活动，完成学习任务。体验式网络学习空间通过设计个性化的学习环境，帮助学生获取个性化的资源，使学习更有针对性、更有成效。

(二)体验式网络学习空间的技术架构

体验式网络学习空间是采用.NET 平台的Silverlight 架构开发的3D虚拟学习社区，着力为师生打造一个基于互联网的体验式教学平台。系统是基于RIA平台的B/S架构，使用了当今流行的Silverlight开发技术，其软件的画面使用WPF制作，通过WCF实现调用，消息数据以XML格式封装，客户端与服务器的信息交互则采用线程通信技术。使用Silverlight技术开发的系统能够极大地提高用户体验，用户只要安装Silverlight插件程序，就可以在Windows和Macintosh等操作系统上的多种浏览器中运行相应版本的Silverlight应用程序，享受在线游戏、视频分享等交互丰富的网络服务。

(三)体验式网络学习空间的功能组成

本文设计的体验式网络学习空间，分为动漫校园、学习体验中心、交互和协作学习、资源推送四个部分

1.动漫校园

动漫校园(如图1所示)是以动漫形式构建的3D网上虚拟校园，提供基于网络的虚拟学习空间，支持学生、教师在该环境下进行角色扮演、交友、学习交流等活动。老师或学生扮演不同角色进入动漫校园，在校园中以一个虚拟身份展开学习、工作或生活，与他人和环境发生着交互，在交互中丰富经验，调整行为，创造和推动故事的进展。教师可以在校园中运用游戏语言表达教学设计思想，学生可以在校园中运用游戏语言表达新的学习思路，这样的学习可以常玩常新，常学常新，对学生和教师都具有吸引力。

图1 动漫校园

2.学习体验中心

学习体验中心(如下页图2所示)提供了利用虚拟现实技术开发的各种交互式虚拟仿真和学习体验工具，支持教师进行体验式教学场景设计，让教师减少对技术的担心和投入，专心于学习过程的设计表达和开发实现。同时，学生通过参与学习体验中心提供的各种体验，能够直接感知在实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程，获得生动逼真的各种感性材料；还可以走进学习体验中心创造的微观世界之中，领略微观世界与宏观世界的差异，观察原子核裂变等复杂的物理现象，使抽象的概念或理论形象化和动态化，加深对抽象概念的理解。例如在学习加速度概念时，学生可以在学习体验中心中，操控虚拟角色按照自己想象的速度奔跑，通过改变自己身体重量和跑动的速度，感觉自己的加速度变化情况。这种体验具有定量分析的功能，使学生能够直接感知自己的运动情况，加深了对加速度概念的理解，有助于学生解决学习中的知识难点。

图2 学习体验中心

3.交互和协作学习

师生可以在学习空间中开展基于网络的交互和协作活动。例如：教师可以在空间中设计具体的协作任务，利用网络以小组或团队的形式组织学生进行学习，围绕一定的主题开展网上的学习交流，促进学生的信息搜索、分析和综合等思维活动。教师在与学生的交流中提出问题，提出所要完成的作业，提供有关的个案研究及实际例子，引发学生相互合作解决问题，提高教学效果。通过网络空间可以将名师和学科专家引入到教学中，为学生提供与所学内容有关的各种实际例子、个案研究，提供各种反馈信息，展示各种不同的观点和解决问题的思想，为学生提供与当前内容有关的最新信息资源，引导学生展开对此问题的进一步的探索，使学生超越教室的界限，超越所接触的现成信息，进一步与真实世界的问题情境联系起来，提高所获得知识的灵活性。

4.资源推送

资源是体验式学习环境的重要组成部分。一个体验式学习环境往往包含有海量的学习资源，但不是所有的资源都是用户需要的，用户在检索资源时大都是有着直接而明确的目的，去检索自己喜欢、感兴趣或者是与自己所学专业及研究方向密切联系的资源，此时需要一种全新的资源推送机制。本文所设计的个性化资源推送机制正是基于此考虑而设计的，通过运用社会关系网络、基于用户行为和基于文本分析的个性化推荐技术来达到资源的个性化推送。

(1)社会关系网络。社会关系网络(SNS)对于资源共建共享具有天然的契合度。因为人们在关注资源的同时，更关注自己所佩服的人、志同道合的人、所熟悉的人的应用行为。这种关系对于帮助用户进行资源价值判断、对于优质资源的传播将产生巨大的价值。体验式网络学习空间通过“关注好友”的功能，让每个用户可以随时了解相关人群的资源使用行为，为自己的资源应用提供决策与参考，在分享好友相关学习资源的过程中将资源推送给更多的人，从而将个人微不足道的资源行为放大成百上千倍，有效地促进优质资源的传播。

(2)基于用户行为的个性化推荐。体验式网络学习空间通过在海量的资源元数据、用户行为数据中，利用数据挖掘技术、机器学习技术挖掘其中的“关系”，使得数据能够更好地为人服务。当一个用户浏览一个资源后，系统自动显示出相关的推荐资源，并按资源质量排序，用户只需简单地跟随系统进行数据挖掘的结果即可找到多数人认为满意的“高质量”资源，大大减少了用户寻找“高质量”资源的时间与精力。用户只需点击一下或两下，就可找到有价值的资源。

(3)基于文本分析的个性化推荐。用户在利用网络学习空间进行交互的过程中会产生大量的文本数据(如留言、微博、日志等)，这些文本数据往往反映了用户目前所关注的内容及个性化需求，通过对这些文本数据进行分析，可以提取出用户关注或感兴趣的各种关键词，并结合这些关键词进行相关资源的推送。本文借用了搜索引擎技术，对用户在学习空间留下的文本数据进行分析，提取出用户关注的关键词，并基于关键词构建了用户兴趣矩阵和资源关联矩阵。

a.用户兴趣矩阵

用户兴趣矩阵是一个Um×n的矩阵，其中m表示网络学习空间中的用户个数，n表示用户关注的关键词个数。每一个用户模型被表示为一个n维的兴趣特征向量｛(k1，w1)，…，(kn，wn)｝，其中ki为用户关注的关键词，wi为用户对该关键词的关注程度(通常表示为该关键词在用户的文本数据中出现的次数)，wi值越大，对应的关键词就越排在前面。用户兴趣矩阵是一个动态的矩阵，随着用户文本数据的变化，矩阵的内容也会随之发生变化。

b.资源关联矩阵

资源关联矩阵是一个Rm×n的矩阵，其中m表示网络学习空间中的资源个数，n表示资源关联的关键词个数。每一个资源模型也被表示为一个n维的兴趣特征向量｛(k1，R1)，…，(kn，Rn)｝，其中ki为资源关联的关键词，Ri为资源与该关键词的关联程度(通常表示为用户通过该关键词找到某一资源的次数)，Ri值越大，对应的关键词就越排在前面。资源关联矩阵也是一个动态的矩阵，随着用户文本数据的变化，矩阵的内容也会随之发生变化。这是因为虽然资源是不变的，但用户对该资源的理解却是在不断的变化过程中，通过分析用户的文本数据，可以不断地修正资源与关键词的关联程度，从而使推送的资源更准确。

用户在进入空间时，系统首先通过用户兴趣矩阵找到该用户关注的关键词，然后在资源关联矩阵中找到关联的资源并推送给用户。

六、结束语

随着信息技术的发展，网络学习空间必将成为广大师生开展教学、教研和自主学习的重要平台，对教育教学方式的变革起到重要的促进作用。我们结合本地实际，创造性地提出了体验式学习与网络学习空间相结合的应用模式，丰富了网络学习空间的功能，扩大了网络学习空间的应用范围。通过基于本平台的体验式网络学习空间建设的实践和研究，我们逐步形成了实现“网络学习空间人人通”的新模式、新方法。我们将进行更深入的开发和研究，让师生拥有一个真实性更强、资源更丰富、体验性更好的网络学习空间，并在服务广大师生的基础上，逐步拓展到教育管理者、社会公众等群体，实现各类服务的有机融合和共同发展。

[1] 把握机遇 加快推进 开创教育信息化工作新局面——刘延东国务委员在全国教育信息化工作电视电话会议上的讲话 [EB/OL].http：//www.ncet.edu.cn/html/news/leader/201211193486.html,2013-11-12.

[2] 王世曾.基于网络教研备课平台的教师个人空间建设研究[J].中国电化教育,2012,(11)：140-143.

[3] 郭连兵,贾绍君.运用个人空间网络开展教师网络研修的实践探索[J].中国教育信息化(论坛专刊),2009,(7)：348-351.

[4] 孙莅文,邓鹏,祝智庭.基于娱教技术的体验学习环境构建[J].中国电化教育,2005,(7)：24-27.

[5] 李欣.虚拟学习空间的建构与交互设计[J].中国电化教育,2008,(8)：95-98.

[6] 张金磊张宝辉.游戏化学习理念在翻转课堂教学中的应用研究[J].远程教育杂志,2013,(1)：73-78.

梁为：工程师，硕士，研究方向为教育信息技术与数字校园建设(516615295@qq.com)。

2013年9月18日

责任编辑：马小强

The Design and Implementation of Experiential Online Learning Space Based on Virtual Environment

Liang Wei
(Audio-visual Education Center of Shenzhen, Shenzhen Guangdong 510075)

Setting up online learning space is an important part of ‘three access and two platforms’ architecture putted forward by the country. In this paper, with the study and practice in development and application of online learning space in recent years, authors develop an experiential online learning space based on virtual environment and introduce the system’s feature,architecture,functional component and so on.

Online Learning Space; Experiential Learning; Virtual Reality; Learning Resource Pushing

G434

A

1006—9860(2014)03—0081—05