张琪 等丨虚拟现实赋能未来教师培养：逻辑、场景与重塑

【刊载信息】张琪, 杨敏, 石磬, 王蓉蓉, 龙陶陶. 2022. 虚拟现实赋能未来教师培养：逻辑、场景与重塑[J].中国远程教育（8）：9-17.

【摘要】未来教师培养需要新范式赋能。虚拟现实为教师提供了“沉浸”“反思”“近迁移”的学习情境，为未来教师能力培养提供了新视角。本文阐释了虚拟现实促进未来教师培养的内在逻辑，从提升反思与移情能力、增强教学适应性、培养课堂管理能力以及促进教学互动等场景，描绘虚拟现实促进教师能力提升的进展；聚焦以学习者为中心的系统设计，从整体性设计框架、适应性干预方式、移情机制和职前教师整合示范体系等方面展开分析。虚拟现实赋能未来教师培养，需超越个别案例有效性的探索，使其在更广范围内体现适应性，着力构建沉浸式具身交互场景，促进教师在行动中认识以及在实践中反思，以实现对新教学样态的精熟掌握。自适应技术为虚拟环境中的个性化干预提供了新思路，有潜力成为支撑未来教师能力发展的创新数字底座。

【关键词】虚拟现实；沉浸式学习环境；未来教师；专业发展；能力提升；具身学习；场景设计；移情；自适应学习

教育的根本任务是培养适应和推动社会发展的高素质人才。培养未来教师是时代赋予的新使命，也是未来教育变革的主要切入点（李政涛, 等, 2019）。教师专业发展需要经历习得、流利、维持、概括、适应的漫长过程（Myers, Sugai, Simonsen, & Freeman, 2017），这使得新手教师学习的策略难以在短时间内成功实施。受教学内容与课程保真度的影响，教师教育中的传统方式，如微格教学、课堂观察以及有限的“实践教学”经验，并不能有效保证教师拥有使学习者获得成功的教学技能（Shawer, 2017）。鉴于时代对未来教师的高需求，迫切需要通过新范式赋能教师专业发展，以匹配教学新样态以及应对课堂环境中可能会出现的各种挑战。在过去十年中，虚拟现实已广泛应用于教育、培训、认知障碍和风险环境训练，创建了增强的模拟体验和“人技”之间的完美交互（Tham, McGrath, Duin, & Moses, 2018）。以虚拟现实等新技术开展具身学习的教与学活动，成为教育信息化2.0时代教育发展的新要求（任友群, 等, 2018）。

一、

虚拟现实促进未来教师培养的内在逻辑

教师是教育发展的首要资源，教育的智能化转型重置了教师身份。为学习者创设良好的学习环境与学习发展体验，促使他们为不断变化的世界做好充分准备，成为教师的核心任务。“数字时代原住民”的学习者具备极强的个性与理解信息的方式，教师必须掌握与他们交流的新方式，灵活使用各类教学策略与方法，以激发学习者的兴趣并促进其深度知识建构。未来教师要以培育学习者核心素养为目标，积极利用智能感知、虚拟现实等技术为学习者创设高情境、具身化的学习场景，使其体验现实生活中无法直观呈现的教学活动（胡小勇, 等, 2020）。未来教师还必须对自身专业领域有深刻的理解，强调“学会做事”，具备更新自身技能和专业的能力、动态管理能力、移情与反思能力，以充分应对智能时代对教师职业日益增长的要求。

（一）虚拟现实何以赋能未来教师培养

教师的有效教学是一系列由情境驱动的教学决策，教师需了解学习者不同的文化背景和需求，积极利用良好的课堂管理技能提高学习者的学业水平和社会成就。尽管高校为职前教师提供了相关课程与训练，但缺少可控、安全、真实的教学场景，缺少可以被“打断”“停顿反思”的训练空间，缺少对课堂多样性与突发事件的还原，导致教师教学迁移能力不足，课堂行为管理能力普遍缺失，且呈现地域性分化（Scott, 2017）。教师能力培养需要把“知”与“行”由彼此分离转变为紧密交织的双螺旋形态，构筑在身心二元论之上的离身认知理论，还不能有效解决教师教学能力的生成与发展这一重要命题。

相对于普通学习者，虚拟现实在三个方面匹配教师培养中的特殊需求。一是虚拟现实可以帮助教师提升课堂管理能力。在理想情况下，对线索的感知和反馈应在教学场景与受训教师之间实时发生，并且能让教师真实感受到使用各种策略所导致的结果。虚拟现实情境提供了教师“安全”运用教学管理策略的空间，可以充分展示学习者可能发生的各种行为，教师对学习者做出的干预与反思不会影响课堂状态。通过渐进式的场景设计，可以促进教师在反思中不断进步，实现对课堂管理策略的灵活运用（Myers, Sugai, Simonsen, & Freeman, 2017）。二是虚拟现实能够提升教学迁移能力，从而促进教学法的有效实施。虚拟现实为教师提供了在现实条件下难以获得的教学体验，可以创建新技术赋能的教学场景，如“5G+课堂”、全息课堂、同步课堂等，这种对环境属性的控制可以扩展到各种教学形态中（Fowler, 2015），成为发展教师“整合技术教学法”的有效方式。三是虚拟现实作为一种引发移情的良好媒介，能够为教师提供发展具身思维和换位思考所需的沉浸感（Carey, Saltz, Rosenbloom, Micheli, Choi, & Hammer, 2017），让新手教师置于学习者的立场，理解他们的心理和行为。这种优势能够帮助教师及时调整教学策略，有助于教师不断引导学习者保持注意力并提升学习动机。

（二）虚拟现实促进未来教师培养的愿景

智能技术为教师专业发展提供了新的方法和手段（冯晓英, 等, 2021）。虚拟现实的高保真模拟与空间表征特性，使其在教育领域的应用备受关注。虚拟现实促进未来教师培养的近期目标，是通过构建教师未来从事岗位的“原生态”“真实”环境与工具，实现对教学环境的提炼与事物全貌的还原，以提升教师的学习动机与参与度，为教师开展探究式学习、项目式教学、游戏化教学等提供条件（刘革平, 等, 2022）。虚拟现实促进未来教师培养的理想目标，是将其作为一种常态化专业发展环境，创设一系列由情境驱动的自适应仿真教学场景与角色转换机制。在此情境中，教师充分考虑学习者的个体差异与多元诉求，积极利用适切的课堂教学与管理技能，实施多样化的教学法与管理技术，促进自身的知识建构与技能迁移，使之具备与未来教学能力相匹配的“意识、素养、方法与技术”。最终形成人机协同的具身性学习样态和相应的实施模式、策略、系统与平台，并纳入高等教育课程与教师教育体系。

二、

基于虚拟现实的教师培养场景分析

以“virtual reality”“virtual training”“virtual learning environment”“simulated environment”“teacher education”“teacher development”“training”等为主题词在WOS、Springer、ERIC、Science Direct数据库和谷歌学术检索，得到论文283篇（截至2021年11月20日）。以虚拟现实促进教师能力发展为主旨，第一轮筛选出文献42篇；第二轮聚焦设计与实证研究的期刊与重要会议文献，筛选出文献19篇。研究场景包括反思与移情能力、教学适应性、课堂管理能力、教学互动四种类型。参考德拉马尔等（Delamarre, et al., 2021）提出的虚拟现实培训分析体系，建立包括研究对象、行为保真度、教学设计、VR类型与自主性的分析框架，如表1所示。其中，研究对象以职前教师为主（15篇），少部分为（在职）教师（4篇）；培养能力包括反思与移情能力（4篇）、教学适应性（7篇）、课堂管理能力（4篇）和教学互动性（4篇）；行为保真度指虚拟人类行为的真实性和一致性，包括基于场景的仿真（11篇）和基于模型的仿真（8篇）两类，前者是为每个角色设计预设行为动作，后者通过创建角色计算模型，根据需要调整参数以控制其行为表现；教学设计指文章是否明确提出VR场景的设计指导原则，包括有教学设计（3篇）、无教学设计（16篇）；VR类型包括桌面系统（12篇）、HMD头戴式（7篇）；自主性界定为学习者是否需要在他人帮助下独自操作系统，包括自主训练（14篇）、教学代理（5篇）。

表1 基于虚拟现实的教师培养分析框架

（一）提升反思与移情能力

虚拟现实中的角色扮演可以提升教师移情能力。达尔加诺等（Dalgarno, et al., 2016）根据不同专业设计相应风格的虚拟教室，鼓励受训教师利用虚拟角色化身扮演学习者身份，以解决传统教学中角色扮演活动难以实施的问题。为了更真实地实施教学活动，在场景迭代过程中增加了符合学习者特点的真实头像、校服和交互式教学工具。在两轮实训中，设置了相应的任务、参与数量和限制条件，让教师扮演任务内主动与被动、任务外主动与被动四类学习者角色，促进了教师对学习者状态的有效感知。虚拟现实场景中角色的保真度会影响教师移情能力，将头盔、耳机、运动跟踪设备和角色生成器结合，可以构建更为有效的反馈形式，进一步提高沉浸感，促进教师对学习者存在问题的认同（Stavroulia & Lanitis, 2017）。除虚拟角色的研究外，斯塔夫鲁利亚等（Stavroulia, et al., 2018, 2019）发现不同保真度的教室会影响教师反思能力。该研究创建了3类不同沉浸层次的教学空间，以言语欺凌为内容设计教学活动，分别从教师和学习者视角呈现欺凌事件，验证了嵌入真实模型（桌椅、黑板等）的虚拟教室能够增强教师的存在感和临场感，有利于促进教师对学习者差异性的理解。

（二）增强教学适应性

语言是教师最基本的工具，虚拟现实增加了教师对课堂“真实性”的了解，提供了教师课堂提问以及与学习者对话的语境。敦瑟等（Tuncer, et al., 2015）利用Second Life提升职前教师社会语言学意识。两所高校的使用表明，超过7成的学习者认可该教学方式，6成以上的学习者认为虚拟体验与真实感受一致，可以促进其在后续课堂中熟练实施教学。在虚拟现实场景中建立系统化的虚拟导师网络，能够促进经验丰富的教师与职前教师密切合作，成为教师灵活运用教学策略、促进工作情感与提升学术实用性的有效平台（Briscoe, 2019）。在特殊教育领域，由于学习者身体条件的差异性、教学实践的精细性以及伦理要求，虚拟现实的优势尤为突出。在虚拟环境中，教师可以利用重复经验解决问题，并从不同视角体验教学的复杂性，从而弥合理论与实践之间的差距。加兰等（Garland, et al., 2012）利用TeachlivE培养特殊教育教师的分解式操作教学能力（DTT）。教师运用DTT策略，与自闭症谱系障碍的学习者化身互动，利用正强化策略引导学习者完成视听觉辨别的教学任务，提升了对自闭症儿童的干预技能。

精心设计的培训流程对提升虚拟场景的适应性具有重要价值。“虚拟现实教学概念和技术模型”（TEDOMI）表明，学习过程与技术组件的有效连接可以增强仿真环境的教学适应性（Quintana & Fernández, 2015）。基于此，巴迪拉昆塔纳等（Badilla Quintana, et al., 2017）从场景、工具与交互三个层面进行环境设计。学习者根据相应的学习场景，综合利用合作学习、反思教学、角色扮演和基于问题的学习等方式进行模拟教学实践，回答系统问题，做出反馈并提出创新的解决方案。该研究团队还利用经验学习理论设计虚拟现实培训过程，并实施教学干预（Badilla Quintana & Sandoval-Henríquez, 2021）。在实施过程中，主讲教师通过模拟手势、鼓掌、大笑或使用表情符号（经验学习：具体体验）提供多元反馈，学习者被激励提出问题、采取相应的行为与策略（经验学习：反思性观察），收到关于自身优势和发展的持续反馈与建议（经验学习：抽象概念化），主动解决问题并应对更高层次的挑战（经验学习：主动实验）。

达林格等（Dalinger, et al., 2020）基于建构主义视角，对虚拟现实场景的教学适应性变化进行了分析。研究基于Mursion混合现实模拟系统，利用编码分析职前教师的观念演进，凝练出真实实践机会、感知学习迁移、感知信心和使用挑战四个层级递进的主题。随着研究范式的迭代，学术界开始从认知科学视角分析虚拟现实促进教学适应性的机制。例如，基于现实课堂和虚拟课堂场景，利用红外光谱仪、非侵入生理传感器等对学习者的神经影像学、生理学和传统测量数据进行分析，发现虚拟现实环境中学习者的神经回路能产生与真实世界类似的反应，教师模拟现实生活中的教学有利于促进知识和技能迁移，提升其对真实课堂的适应能力（Lamb & Etopio, 2020）。

（三）培养课堂管理能力

课堂管理能力的提升需要教师从全局的视角掌控课堂，使其及时明确干预是否有助于管理目标的实现。在虚拟现实环境中设立不同性格的虚拟学习者，引导教师融合不同策略进行模拟课堂管理，同时观察虚拟学习者的表现并及时调整干预方式，可以让教师更加有效地使用管理技能（Judge, Bobzien, Maydosz, Gear, & Katsioloudis, 2013）。在虚拟学习环境中采用一对一指导范式，主讲教师控制培训任务，利用非沉浸式图形控制台提供同步和异步的反馈，可以有效提高学习者掌握课堂管理能力的效率（Lugrin, et al., 2016）。

理想的培训应能为教师提供与能力匹配的模拟场景，让教师按照自身节奏进行训练。当前的研究主要是通过难度进阶的虚拟场景与分层引导来实现。在哈德逊等（Hudson, et al., 2019）的研究中，利用Mursion混合现实模拟系统创设了三类强度递增的虚拟情境：在第一类情境中学习者化身表现出低强度的行为，以帮助教师适应课堂；第二类情境引导教师能够制定和阐释面向学习者群体的预警与干预策略，学习者化身行为的强度设为中等；第三类情境侧重于课堂管理，学习者化身表现出更多的破坏性。主讲教师发起阶段性积极表扬与建设性批评，引导学习者分享学习经历并进行互评，由此不断提升教师的课堂管理技能。Yun等（2019）对虚拟学习者角色与教师课堂管理能力的关系进行分析，设计了包含白日梦、挑衅和失控三类虚拟学习者，方差分析结果表明，教师的教学效能感随学习者不端行为程度的增强而降低，课堂管理能力随练习增加而不断加强。

（四）促进教学互动

活动理论认为，主客体的互动是在一定环境下发生的，因内化而改变的学习行为可以塑造有机体外在的表现。虚拟现实环境的信息呈现与活动设计是促进教学互动的重要因素，前者包括嵌入交互学习对象以及学习内容的多样化表征，后者多采用虚拟聊天与同伴引导策略（Kim & Ke, 2016）。基于该视角，虚拟现实环境应为学习者提供自适应内容和便利的操作，以满足其个人或协作群体的知识水平与学习需求。在佩拉斯等（Pellas, et al., 2017）的研究中，为职前教师建立了用于同步交流和协作实践的虚拟场景，利用探究社区模型和拼图技术（Jigsaw Technique）构建教学框架，促进职前教师利用可视化组件交换想法、进行探索、整合信息并开展协作解决问题。定量数据与结构化访谈的结果表明，虚拟现实场景中的教学互动有助于促进教师的持续专业发展，同时增强其自我提升的动机。

非语言行为在成功的师生互动中至关重要，教师有效的手势使用可以促进师生沟通，增加学习者对抽象概念的理解能力。在虚拟现实环境中，利用自动反馈装置、传感器和屏幕提示提供多样化的反馈，有助于提升教师运用肢体语言的积极性，促进教师的认知协调以及优化教学互动（Barmaki & Hughes, 2018）。当前，游戏化教学被日益关注，成为促进学习者互动的有效支撑。虚拟现实的沉浸与交互特征契合游戏化教学的需求，利用虚拟叙事场景，以及包含故事、闯关、积分、竞争、令牌和关卡等的严肃游戏机制，可以建立项目学习、探究学习和问题导向学习的教学形态。这类教学场景有利于发挥教师的创造力，促进教学互动水平，尤其适合STEM场景的教学，是工业革命4.0时代的创新教师培养形式（Mystakidis, Papantzikos, & Stylios, 2021）。

三、

虚拟现实促进教师培养存在的问题

调研案例基于虚拟现实构建具身式交互场景，让教师在模拟教学实践中产生“行动中的认识”“实践中的反思”，发挥了教师的认知能力和能动性，体现了教师自我更新与持续发展的“赋权增能思想”。在研究对象方面，案例主要集中于职前教师能力提升。作为未来教师的主体，在进入教师职业生涯前塑造其品质，促进他们建立对专业发展的认知是合适的解决方案。在技术实现方面，虚拟现实环境可分为PC桌面系统和头戴式HMD两类。前者利用J2EE、VRML技术或开源系统平台设计，通过鼠标实现与虚拟现实世界的交互。这类环境不需要高算力的图形加速性能，沉浸性较弱。后者基于Unity、Unreal以及开源的三维引擎完成，沉浸效果优秀，但开发与使用成本高。以影像为基础的虚拟全景拍摄技术还未得到应用，这类环境能提供照片般真实的视觉效果，且无需大量的渲染计算，具有良好的应用潜力。

当前，从“虚拟现实教育”到“元宇宙+教育”的研究热潮，很大程度上折射出“技术中心思想”，这类研究范式将技术的干预效果置于方法学之上，容易导致本体论狭隘的研究倾向。在流程实施与系统设计方面，基于虚拟现实的教师培养还存在四方面的问题：一是缺乏系统性设计框架。教师从实践中学到的未来实践与外部系统紧密相关（Martin, 2004）。从复杂性理论视角看，教师成功的专业发展涉及特定系统中各知识和技能的变化，为了研究教师实践和知识之间的联系，需要在流程实施与系统设计方面做更为细致的研究。二是虚拟现实场景中教师的干预研究仍处于起步阶段。目前的干预还停留在模拟过程中提供音频反馈线索、提示选择与NPC对话等方式，缺少基于学习者认知追踪的动态干预形式，也缺少模拟后定量或定性数据的反馈指标。在行为保真度方面，除了比较成熟的桌面式通用平台外，基于头盔的沉浸环境大多采用基于场景的元素设计，缺少情境可变性，不利于场景的移植与再应用。三是虚拟现实场景设计缺乏对学习理论的引用。调研案例中明确提及教学设计的论文仅有3篇（2篇为建构主义学习理论，1篇为经验学习理论）。虚拟现实场景的设计原则、内容表征和面对不同学习情境的设计策略研究依然稀缺。四是在有效性方面，尽管虚拟现实在教师能力培养方面有诸多优势，但还未得到规模性与长期的验证。即便在“培训”的宽泛层面上，支持虚拟现实有效性的证据也是零散的，且表现出明显的方法学局限性（Parsons, Yuill, Good, & Brosnan, 2019）。

四、

虚拟现实促进教师能力提升的多元重塑

关于技术（媒体）本身是否足以影响学习效果，乔纳森等（Jonassen, et al., 1994）的回应是“要弱化关注媒体的属性与相应的教学法，更多关注媒体在支持而非控制学习过程中的作用”，以此提倡以学习者为中心的整体性设计，从学习属性、活动、学习者特征与背景等方面描述技术环境下的学习过程。虚拟现实促进教师能力提升需要从多个层面整合与创新，即多元重塑。首先，应聚焦教学理论的嵌入，从更为“上位”的视角分析虚拟场景的“可访问性”以及虚实结合的可能性，建立整体性实施框架。其次，虚拟场景设计需体现适应性特征，为教师提供个性化的干预与精准服务，实现教师学习支持从“内容支持”向“智能干预”的转向。鉴于当前关于虚拟现实环境教师学习机制未有充分研究的现状，还应重点围绕教师与平台交互的过程展开细粒度研究，以此支撑有效环境的设计。此外，需要将培训纳入职前教师课程体系，开展跨校协同研究，形成信息技术手段促进教师具身培养的规模性实践。

（一）构建整体性设计框架

基于课程开发与绩效改进领域的ADDIE设计框架（高文, 2005），本研究提出虚拟现实促进未来教师能力的培养流程，如图1所示。前期分析部分，通过文献研究、实地考察、专家咨询等方式针对未来教师所需的知识、技能和素养进行系统分析，设定预期训练成果。根据“能实不虚”“虚实融合”的原则最大限度地发挥技术的作用。设计实施部分，充分利用虚拟现实的沉浸感、交互性和构想性，精确制定未来教师培养方案、实施策略、课程资源等。对于职前教师而言，既要考虑其作为学习者的心理特点，又要考虑教师职业的能力要求，围绕学习需求、内容和环境进行分析。从内容设计（互动叙事设计、情节任务设计等）、交互设计（视觉焦点、学习者交互、及时反馈、测试激励等）、体验设计（问题解决与策略形成、意义建构等）和反思设计（学习迁移、及时与阶段性反思等）等方面建立具身、交互式学习场景。在实施环节，根据问题解决、程序性知识、陈述性知识、协作管理等应用场景设计讲授与协作的类型，规划导入策略，综合考虑保真性、自主性、融合性和伦理性，将协作式问题解决方案或基于任务的探究式学习与虚拟场景有效整合，引导教师在特定内容领域对技术的有效使用进行建模。在培训结束后，鼓励教师进行个体与群体反思，对类似问题进行创新设计。在结果诊断环节，利用文本分析法和焦点小组访谈法，收集研究对象的质性数据，结合准实验研究以及对过程性行为数据、文本数据、生理数据等多模态数据的分析，检验教师的迁移水平、任务达成度与策略应用能力，根据评估结果对理论体系与实践流程做出科学诊断，进行迭代优化设计，开启新一轮的能力分析与培养流程。

图1 基于虚拟现实的未来教师能力培养流程

（二）建立适应性干预方式

适应性干预是在问题、刺激或任务中根据受训者表现进行动态调整的干预形式。目前，一些先进虚拟现实训练系统已具备自适应或智能特征，训练内容会根据学习状态而动态变化。例如，将高级驾驶员辅助系统（ADAS）与虚拟场景结合为受训者提供身临其境和自适应的驾驶培训（Hancock, Nourbakhsh, & Stewart, 2019），或根据用户的身体表现提供适应性认知与注意力训练（Shochat, et al., 2017）。自适应虚拟现实在认知康复训练中也得到了较多的应用。通过控制输入刺激，实时测量用户的压力水平和身体活动，可以为特殊群体提供个性化的训练，对其不一致的反应进行补偿（Mourning & Tang, 2016）。从运行逻辑上看，基于虚拟现实的适应性训练包含三个部分：一是学习数据获取。数据可以通过离线和过程性数据的方式进行收集，包括学习者的人口学变量数据（经验、年龄、背景等）、过程性行为数据（虚拟环境中的交互行为、行为序列、错误率等）、生理数据（眼动追踪、心率、皮肤电、脑电信号、身体运动范围、回馈力度、姿态等）。利用深度学习技术进行学习过程分析，根据不同模态数据的表示方式，采用对应的深度学习算法进行特征提取。二是隐含特征分析。整合浅层特征进行融合与归一化处理，基于高维多模态数据特征，挖掘与学习者动机、情感等相关的内隐特征，结合数据驱动范式（张琪, 等, 2020）对其状态进行分类，以匹配学习者的表现、认知和身体能力。三是自适应逻辑。通过对学习状态的识别调整虚拟场景和要素的呈现方式与速度，提供相应的反馈形式和支架策略。

结合国内应用现状来看，适应性干预可以从三个方面进行突破：在行为仿真方面，为虚拟化身创设基于人格模型的画像，通过设置视觉、听觉和运动感觉变量改变角色的适用场景，将社会学习理论的BDI模型（Belief-Desire-Intention）与三维场景设计结合，采用扩展的计算树逻辑实现角色与情境的可变性。在自适应机制建构方面，可以利用强化学习算法建立自适应方式，根据受训者的任务表现与反馈持续更新干预策略，直至达到最佳策略的状态，以解决现阶段虚拟现实环境数据不充足的问题。在干预方式方面，可充分借鉴行为分析领域的简化泛化理论建立分级干预方式。简化泛化理论（RGT）认为，技能培训应根据学习者感知需求与敏感性通过逐步分级来跨越，以实现学习行为在新场景的有效迁移（Plaisted, 2015）。根据该理论，虚拟现实环境中的干预应首先聚焦有直接影响作用的要素，以此维系目标行为。其次，尝试不同要素的组合，即在保持教师行为改变的同时尽可能地降低控制水平。此外，系统分析虚拟场景中具有功能性中介作用的要素，并验证这些要素促进教师能力迁移的可能性。

（三）探索虚拟现实场景的移情机制

智能时代，教师必须学会与多元背景的学习者群体互动，移情被认为是教师最重要的技能（Stavroulia, Baka, Lanitis, & Magnenat-Thalmann, 2018）。从教学设计上看，移情也是虚拟场景设计的核心要素（Shin, 2018）。移情包括认知移情（观点采择：理解他人感受的能力）和情感移情（情绪传染：分享他人感受的能力）两个维度（Song & Fiore, 2017）。在虚拟现实环境中，教师与虚拟角色身处同一空间中，通过近距离观察与互动，感受虚拟角色的情绪状态，从而激发“移情”。基于认知神经科学视角，外界刺激与情绪启动的本质决定了虚拟与现实场景中学习者神经反应的相似性（Sears, Pearce, Spitzer, Caplin, & McAdams, 2019）。具身体验创造了个体的真实感受，为教师提供了体验他人学习和生活的机会，从而唤起教师对课堂上各种行为的有效反应，提升了教学迁移能力。由此可见，移情的发生与维系机制构成了虚拟现实赋能教师能力的基础。

未来应重点关注虚拟现实场景中移情的概念、表征和量化，从技术特征出发，更多地聚焦于学习者与技术交互过程的细粒度研究，从临场感、流体验、动机、投入等多方面构建移情理论模型，分析学习者在虚拟学习环境中如何跨越身体、人工制品以及其他学习者的贡献来深化对概念的理解（张琪, 等, 2021）。虚拟现实场景的设计，要以体验式学习理论、生成性学习理论和情境学习理论为指导，通过设计研究范式探索并验证相关学习机制，据此提出相应的策略与原则。

（四）架构未来教师整合示范体系

未来教师能力培养需要强化职前阶段的技术赋能与形式创新。当前，虚拟现实在高校的应用多集中在科学教育、艺术、体育以及工科教学方面，针对教学能力与教学策略的实践应用相对较少，亟待构建虚拟现实赋能未来教师的示范体系，让职前教师在沉浸式学习环境中通过“体验”重新定义学习，并对相关专业课的教学策略与技术整合教学法等形成初步认知。虚拟现实环境的创设应能从个案有效性的探索转向考虑如何构建整体性设计框架，使其在更广范围内体现适应性，让更多的教师群体从中获益，以彰显信息技术提升课程教学的实践性本质与应用性特征（郑永和, 等, 2022）。针对教育技术专业，还应拓展虚拟现实教育的理论研究与应用，锻炼学习者虚拟仿真产品开发能力、教学设计与应用能力。

针对上述问题，本研究团队联合华中师范大学初步建立了面向未来教师能力培养的虚拟仿真实践体系，并展开规模性研究。在课程架构上，将“虚拟现实教育”“学习分析技术与方法”课程纳入研究生和本科生专业课程体系，基于教育部协同育人实践基地研发虚拟仿真实训平台。在评价方面，采用情境嵌入式评价，实现无感知采集学习行为数据、任务完成度、心跳与脑电数据，利用研发的学习投入与认知追踪模型对学习过程进行全维度评价。在操作上，实现了虚拟现实、人机交互与多人远程协同的整合，异地的学习者可以共同进入虚拟情境中，扮演师生角色进入“探究式学习”“同步课堂”“5G+课堂”场景，围绕技术整合的教学策略设计、教学突发事件和课堂管理技术等展开学习，体会相应的教学活动组织要点以及不同风格学习者的干预方法。阶段性全员实践表明，虚拟现实为未来教师提供了“安全”的环境来实践教学技术，使其建构了传统教学中难以获得的经验与专业知识，提升了对课堂真实性的了解，使其能够更充分地应对后续职业生涯。

五、

总结与展望

后疫情时代需要应用驱动的创新教师培训模式（闫寒冰, 等, 2020）为教师提供场景化的持续支持。在虚拟现实环境中，教师可以反复经历特定流程或活动，并通过模拟实践和不断练习，帮助其在真实课堂环境中对类似情况做出反应，实现对新教学样态的精熟掌握。自适应技术为虚拟环境中的个性化干预提供了新思路。通过量化学习者的操作行为数据、实时动力学数据和生理数据，结合领域模型，可以提高虚拟场景的适应性，从而为教师提供个性化的干预与精准服务。

虚拟现实在赋能教师培养方面同样面临一些问题与挑战。当前，虚拟现实硬件正经历从“专有设备”向“消费级产品”的跨越，集成多设备的实训教室依然成本较高，虚拟现实的穿戴适配、硬件要求、移动性等问题还未得到完美解决。针对教师教学能力培养的虚拟现实资源还非常稀缺，存在开发周期长、造价高、教学准备不足、利用率低的问题。亟待建立跨校、跨区域的多人协同平台，架设专有服务器承载课程资源，设计分层与高效的实训流程，以保障培养质量，同时降低培训成本。需要持续强化产学研合作，高校充分发挥理论设计优势以及工程中心的技术整合优势，与技术公司协同开发通用型设计平台，预留接口对资源进行持续更新。在虚拟现实的应用方面，应抓好技术集成，关注技术适配性，从教学场景、沉浸水平、渲染能力、交互特征与使用规模等方面展开分析，整合沉浸式、全景拍摄式、桌面式等虚拟现实方案，以提升教学绩效。“十四五”新时期，随着我国虚拟现实的集约优化速度加快，以及“教育新基建”的深入推进，虚拟现实有潜力成为支撑未来教师能力发展的创新数字底座。

参考文献

向上滑动阅览

冯晓英，郭婉瑢，黄洛颖. 2021. 智能时代的教师专业发展：挑战与路径[J]. 中国远程教育（11）：1-8，76.

高文. 2005. 教学系统设计（ISD）研究的历史回顾——教学设计研究的昨天、今天与明天（之一）[J]. 中国电化教育（1）：17-22.

胡小勇，许婷，曹宇星，等. 2020. 信息化促进新时代基础教育公平理论研究：内涵、路径与策略[J]. 电化教育研究（9）：34-40.

李政涛，罗艺. 2019. 智能时代的生命进化及其教育[J]. 教育研究（11）：39-58.

刘革平，高楠，胡翰林，等. 2022. 教育元宇宙：特征、机理及应用场景[J]. 开放教育研究，28（1）：24-33.

任友群，冯仰存，郑旭东. 2018. 融合创新，智能引领，迎接教育信息化新时代[J]. 中国电化教育（1）：7-14，34.

闫寒冰，单俊豪. 2020. 从培训到赋能：后疫情时期教师专业发展的蓝图构建[J]. 电化教育研究（6）：13-19.

张琪，李福华，孙基男. 2020. 多模态学习分析：走向计算教育时代的学习分析学[J]. 中国电化教育（9）：7-14，39.

张琪，王杨春晓，黄龙翔. 2021. 理解与连接：学习科学视域下的无缝学习研究与实践创新——访新加坡南洋理工大学吕赐杰教授[J]. 中国远程教育（10）：60-67.

郑永和，周丹华，熊建辉，王晶莹. 2022. 中国共产党领导下我国教育技术百年历程. 中国远程教育（3）：1-9，76.

Badilla Quintana, M. G., Vera Sagredo, A., & Lytras, M. D. (2017). Pre-service teachers’ skills and perceptions about the use of virtual learning environments to improve teaching and learning. Behaviour & Information Technology, 36(6), 575-588.

Badilla Quintana, M. G., & Sandoval-Henríquez, F. J. (2021). Students’ Immersive Experience in Initial Teacher Training in a Virtual World to Promote Sustainable Education: Interactivity, Presence, and Flow. Sustainability, 13(22), 12780.

Barmaki, R., & Hughes, C. E. (2018). Embodiment analytics of practicing teachers in a virtual immersive environment. Journal of Computer Assisted Learning, 34(4), 387-396.

Briscoe, P. (2019). Virtual mentor partnerships between practising and preservice teachers: helping to enhance professional growth and well-being. International Journal of Mentoring and Coaching in Education, 8(4), 235-254.

Carey, K., Saltz, E., Rosenbloom, J., Micheli, M., Choi, J. O., & Hammer, J. (2017). Toward Measuring Empathy in Virtual Reality. Schouten. B., Markopoulos.P & Toups. Z(Eds.), Extended Abstracts Publication of the Annual Symposium on Computer-Human Interaction in Play (pp. 551-559). New York: Association for Computing Machinery.

Dalgarno, B., Gregory, S., Knox, V., & Reiners, T. (2016). Practising teaching using virtual classroom role plays. Australian Journal of Teacher Education (Online), 41(1), 126-154.

Dalinger, T., Thomas, K. B., Stansberry, S., & Xiu, Y. (2020). A mixed reality simulation offers strategic practice for pre-service teachers. Computers & Education, 144, 103696.

Delamarre, A., Shernoff, E., Buche, C., Frazier, S., Gabbard, J., & Lisetti, C. (2021). The Interactive Virtual Training for Teachers (IVT-T) to Practice Classroom Behavior Management. International Journal of Human-Computer Studies, 152, 102646.

Fowler, C. (2015). Virtual reality and learning: Where is the pedagogy?. British Journal of Educational Technology, 46(2), 412–422.

Garland, K. V., Vasquez III, E., & Pearl, C. (2012). Efficacy of individualized clinical coaching in a virtual reality classroom for increasing teachers’ fidelity of implementation of discrete trial teaching. Education and Training in Autism and Developmental Disabilities, 47(4), 502-515.

Hancock, P. A., Nourbakhsh, I., & Stewart, J. (2019). On the future of transportation in an era of automated and autonomous vehicles. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(16), 7684-7691.

Hudson, M. E., Voytecki, K. S., Owens, T. L., & Zhang, G. (2019). Preservice teacher experiences implementing classroom management practices through mixed-reality simulations. Rural Special Education Quarterly, 38(2), 79-94.

Jonassen, D. H., Campbell, J. P., & Davidson, M. E. (1994). Learning with media: Restructuring the debate. Educational Technology Research and Development, 42(2), 31-39.

Judge, S., Bobzien, J., Maydosz, A., Gear, S., & Katsioloudis, P. (2013). The use of visual-based simulated environments in teacher preparation. Journal of Education and Training Studies, 1(1), 88-97.

Kim, H., & Ke, F. (2016). OpenSim-supported virtual learning environment: Transformative content representation, facilitation, and learning activities. Journal of Educational Computing Research, 54(2), 147-172.

Lamb, R., & Etopio, E. A. (2020). Virtual reality: A tool for preservice science teachers to put theory into practice. Journal of Science Education and Technology, 29(4), 573-585.

Lugrin, J. L., Latoschik, M. E., Habel, M., Roth, D., Seufert, C., & Grafe, S. (2016). Breaking bad behaviors: A new tool for learning classroom management using virtual reality. Frontiers in ICT, 3(26), 1-21.

Martin, S. D. (2004). Finding balance: Impact of classroom management conceptions on developing teacher practice. Teaching and Teacher Education, 20(5), 405-422.

Mourning, R., & Tang, Y. (2016). Virtual reality social training for adolescents with high-functioning autism. IEEE International Conference on Systems. IEEE.

Mystakidis, S., Papantzikos, G., & Stylios, C. (2021). Virtual reality escape rooms for STEM education in industry 4.0: Greek teachers perspectives. Computer Networks and Social Media Conference. IEEE.

Myers, D., Sugai, G., Simonsen, B., & Freeman, J. (2017). Assessing teachers’behavior support skills. Teacher Education and Special Education, 40(2), 128-139.

Parsons, S., Yuill, N., Good, J., & Brosnan, M. (2019). “Whose agenda? Who knows best? Whose voice?”: Co-creating a technology research roadmap with autism stakeholders. Disability & Society, 35(2), 201- 234.

Pellas, N., & Boumpa, A. (2017). Blending the CoI model with Jigsaw technique for pre-service foreign language teachers’ continuing professional development using Open Sim and Sloodle. Education and Information Technologies, 22(3), 939-964.

Plaisted, K. C. (2015). Reduced generalization in autism: An alternative to weak central coherence.

Quintana, M. G. B., & Fernández, S. M. (2015). A pedagogical model to develop teaching skills. The collaborative learning experience in the Immersive Virtual World TYMMI. Computers in Human Behavior, 51, 594-603.

Sears, D. R., Pearce, M. T., Spitzer, J., Caplin, W. E., & McAdams, S. (2019). Expectations for tonal cadences: Sensory and cognitive priming effects. Quarterly Journal of Experimental Psychology, 72(6), 1422-1438.

Scott, T. M. (2017). Training classroom management with preservice special education teachers: Special education challenges in a general education world. Teacher Education and Special Education, 40(2), 97- 101.

Shawer, S. F. (2017). Teacher-driven curriculum development at the classroom level: Implications for curriculum, pedagogy and teacher training. Teaching and Teacher Education, 63, 296-313.

Shochat, G., Maoz, S., Stark-Inbar, A., Blumenfeld, B., Rand, D., Preminger, S., & Sacher, Y. (2017). Motion-based virtual reality cognitive training targeting executive functions in acquired brain injury community-dwelling individuals: A feasibility and initial efficacy pilot. 2017 International Conference on Virtual Rehabilitation. IEEE.

Shin, D. (2018). Empathy and embodied experience in virtual environment: To what extent can virtual reality stimulate empathy and embodied experience? Computers in Human Behavior, 78, 64-73.

Song, J., & Fiore, S. M. (2017, September). VR what we eat: guidelines for designing and assessing virtual environments as a persuasive technology to promote sustainability and health. Proceedings of the human factors and ergonomics society annual meeting, 61(1) ,1519-1523.

Stavroulia, K. E., Baka, E., Lanitis, A., & Magnenat-Thalmann, N. (2018). Proceedings of Computer Graphics International 2018: Designing a virtual environment for teacher training: Enhancing presence and empathy. New York:Association for Computing Machinery: 273-282.

Stavroulia, K. E., & Lanitis, A. (2017). On the potential of using virtual reality for teacher education. In: Zaphiris P., Ioannou A. (eds), Learning and Collaboration Technologies. Novel Learning Ecosystems. LCT 2017. Lecture Notes in Computer Science,vol 10295.Vancouver: Springer, Cham.

Stavroulia, K. E., & Lanitis, A. (2019). Enhancing reflection and empathy skills via using a virtual reality based learning framework. International Journal of Emerging Technologies in Learning, 14(7), 18-36.

Tham, J., Duin, A. H., Gee, L., Ernst, N., Abdelqader, B., & McGrath, M. (2018). Understanding virtual reality: Presence, embodiment, and professional practice. IEEE Transactions on Professional Communication, 61(2), 178-195.

Tuncer, C. A. N., & Simsek, I. (2015). The use of 3d virtual learning environments in training foreign language pre-service teachers. Turkish Online Journal of Distance Education, 16(4), 114-124.

Yun, H., Park, S., & Ryu, J. (2019, March). Exploring the influences of immersive virtual reality pre-service teacher training simulations on teacher efficacy. In K. Graziano (Ed.), Proceedings of Society for Information Technology & Teacher Education International Conference (pp. 2112-2116). Las Vegas, NV: Association for the Advancement of Computing in Education (AACE).

作者简介

张琪，博士，教授，硕士生导师，淮北师范大学教育学院（235000）。

杨敏，硕士研究生，淮北师范大学教育学院（235000）。

石磬，硕士研究生，华中师范大学教育信息技术学院（430079）。

王蓉蓉，硕士研究生，淮北师范大学教育学院（235000）。

龙陶陶，博士，讲师，华中师范大学教育信息技术学院（430079）。

基金项目：全国教育科学“十三五”规划课题“多维视角下人工智能教育应用的理论框架和实践路径研究”（课题编号：BCA190082）。

责任编辑：刘莉

2022年第8期目次