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导读：在元宇宙教育实验室与元宇宙三十人论坛共同举办的第三期“育见未来·元宇宙前沿大讲堂”上，北京师范大学教育学部副教授、“VR/AR+教育”实验室主任蔡苏提出了教育领域VR/AR的三个有潜力的研究方向。
分享 | 蔡苏，系北京师范大学教育学部副教授、VR/AR+教育实验室主任。 来源 | 第三期“育见未来·元宇宙前沿大讲堂”，教育信息化100人微信公众号。 虚拟现实（virtual reality，简称VR）、增强现实（augmented reality，简称AR）、人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）、人机交互等新技术越来越多的应用到教育领域。教育是一个比较复杂的系统，具有开放性、不可还原性、非线性、非均衡性的特征，我们要想比较深刻地认识教育的发展规律，其实不是一件很容易的事情。以往人们研究教育系统，无非两种方式：一种是理论研究，一种是实验研究，但现在VR/AR以及元宇宙的出现，为我们认识教育系统的复杂性和教育发展的规律，带来了第三种可能的方式。元宇宙这一概念目前还处于萌芽阶段，它的代表其实是VR/AR的虚拟学习环境。虽说VR/AR是新生的事物，但其实在我们传统的教育理论上，也能够找到一些观点去支撑。行为主义理论由以桑代克为代表的教育学家所提出，行为主义者认为，学习是刺激与反应之间的联结，人是由刺激得到反应完成学习的。在VR/AR的学习环境中，学习者跟环境交互能够迅速得到反馈，戴上头盔，拿上手柄，只要给计算机一个指令，反馈便会很快得到，建立了知识跟反应之间的链条。具身认知理论现在提的也比较多，由心理学家梅洛·庞蒂第一个提出，这一理论是在反对笛卡尔的身心二元论的基础上发展起来的。具身认知理论强调，学习者的认知、身体和他所处的环境（不管是物理环境，还是虚拟环境），这三者进行有效互动时，就会发生学习。利用VR/AR技术，可以促进学习者认知、身体和所处环境的有效互动。建构主义理论的最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰，这是一种关于知识和学习的理论，强调学习者的主动性，认为学习是学习者基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程，而这一过程常常是在社会文化互动中完成的。在虚拟环境中包含了很多建构的工具和表现的场所，所以也符合皮亚杰的“把实验室放到课堂当中”的建构主义理论。国际IT巨头其实在教育领域也有很多尝试，微软、谷歌等企业都在教育领域做了很多布局。微软的AR眼镜可以帮助医学领域的学生不用使用真刀，即可练习解剖人体。2015年谷歌“探索先锋计划”旨在为学生们打造世界各地的VR之旅，目前已涵盖200多个地点，它能够让学生们自由出行于长城、白金汉宫或畅游在大堡礁的海底，但如果课堂上让学生佩戴这种头盔眼镜，其实是把真实的世界跟虚拟的世界割裂开了，所以2017年谷歌推出了设备更加轻量的探索先锋计划AR版。不止国外，我们中国政府也非常重视VR/AR的发展，发布了很多相关文件。2017年1月，国务院印发《国家教育事业发展“十三五”规划》，提出全力推动信息技术与教育教学深度融合……综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式。2018年3月，教育部等五部门印发《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》，提出“互联网+教师教育”创新行动，充分利用云计算、大数据、虚拟现实、人工智能等新技术，推进教师教育信息化教学服务平台建设和应用，推动以自主、合作、探究为主要特征的教学方式变革。2018年9月，教育部发布《关于实施卓越教师培养计划2.0的意见》，提出深化信息技术助推教育教学改革。推动人工智能、智慧学习环境等新技术与教师教育课程全方位融合，充分利用虚拟现实、增强现实和混合现实等，建设开发一批交互性、情境化的教师教育课程资源。2018年12月，工信部发布《工业和信息化部关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》，提出推进重点行业应用，引导和支持“VR+”发展，推动虚拟现实技术产品在制造、教育、文化、健康、商贸等行业领域的应用，创新融合发展路径，培育新模式、新业态，拓展虚拟现实应用空间。——VR+教育。推进虚拟现实技术在高等教育、职业教育等领域和物理、化学、生物、地理等实验性、演示性课程中的应用，构建虚拟教室、虚拟实验室等教育教学环境，发展虚拟备课、虚拟授课、虚拟考试等教育教学新方法，促进以学习者为中心的个性化学习，推动教、学模式转型。打造虚拟实训基地，持续丰富培训内容，提高专业技能训练水平，满足各领域专业技术人才培训需求。促进虚拟现实教育资源开发，实现规模化示范应用，推动科普、培训、教学、科研的融合发展。2017年7月，教育部发布《教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，提出虚拟仿真实验教学项目的研发要以完成教学要求和内容为目标，综合应用多媒体、大数据、三维建模、人工智能、人机交互、传感器、超级计算、虚拟现实、增强现实、云计算等网络化、数字化、智能化技术手段，提高实验教学项目的吸引力和教学有效度。提出将虚拟仿真实验教学项目纳入相关专业培养方案和教学课程，制订相关教学效果评价办法。提出根据本科学科门类中专业类的当前布局和发展情况，结合高校专业类实验室建设情况和专业类实验教学信息化发展需求等因素，统筹规划到2020年认定1000项左右示范性虚拟仿真实验教学项目2019年11月，教育部发布《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，提出创新实验教学方式，对于因受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，可用增强现实、虚拟现实等技术手段呈现。2021年07月，教育部等十部门联合发布《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》，提出发展5G+智慧教育，加快5G教学终端设备及AR/VR教学数字内容的研发，结合AR/VR、全息投影等技术实现场景化交互教学，打造沉浸式课堂。另外，国家自然科学基金也新增设了门类，以支撑虚拟现实与增强现实的发展。2018年，《2018年度国家自然科学基金项目指南》新设立了一个名为“教育信息科学与技术”的门类，其中的一个子门类是：虚拟与增强现实学习环境。所以很多科研工作者，不管是教育圈子里的科研人员，还是从信息技术领域进入到教育领域的科研人员，都能找到项目的依托。现在，越来越多的科研工作者，投入了教育领域。当前，在信息技术与教育教学深度融合的背景下，怎样重塑学习的方式，回归到教育的本质？可以通过扩展感知的通道，为学习者提供一些交互式、探究式、个性化、低负荷的学习。我的博士生导师，我们中国虚拟现实的学科带头人赵沁平院士，曾在《中国科学》上发表过一篇名为《虚拟现实中的 10 个科学技术问题 》的文章。以前虚拟现实体验具有3I的特征，分别是沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination），赵沁平院士提出了4I，增加了智能性（Intelligence）。虚拟与增强现实学习环境目前正朝着立体、多模态、多通道、智能交互的方向发展，但是我们目前对教育领域虚拟环境的研究，还只是集中在比较简单的仿真工具、技术、文件等方法在教育当中的应用，对于技术融合的智能化学习环境的研究比较匮乏。第一，多通道信息交互计算，即拓展除视觉外的其它通道。我们现在更多聚焦的是视觉感官上的刺激，除此之外，其实还有好多其它通道，比如语音识别、人脸识别、情感理解，手势识别、姿态分析等。这种单一通道的认知技术，其实在计算机领域发展得非常快速，能够使得计算机比较准确地理解学习者的单通道行为。另外，现在便携式的硬件技术发展地也很快，催生了一些价格比较低，同时便于随身穿戴的小型设备，比如手环，为准确判断学习者的交互学习行为提供了一些有价值的数据。第二，沉浸式智能化学习环境的创设，即将虚拟环境与物理环境和个体的生理数据相结合，提供动态调整的学习环境。未来能否结合一些环境数据，以及个体的、生理的数据提供动态的学习环境，动态改变温度、湿度、光线。同时，也针对学习者学习的内容，提供跨媒介的、非结构化的学习资源。这些多模态交互方式还能满足学情，满足学习个体不同的互动需求。第三，过程性数据采集和分析，拓展新型评价手段，衡量新型学习方式的成效。学生在学习的过程中，会源源不断地产生一些不引人注目的过程性数据，这些数据的采集和分析，能够帮助我们有效地评价学生的学习效果。另外，新的交互方式，可能会诱发一些新问题。比如，戴头盔可能会诱发眼睛疲劳、定向障碍、头痛、头晕恶心等问题。所以，在新环境提供了新的学习机会和体验的背景下，我们需要用一些新的评价方法去衡量我们这种新型学习的成效和体验的舒适度。
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