沉浸式虚拟学习环境设计与学习评价研究
发布时间：2021-10-16 16:20
沉浸式虚拟学习环境（Immersive Virtual Learning Environment,IVLE）是利用VR技术构建的一种新型虚拟学习环境（Virtual Learning Environment,VLE）,具有沉浸性、交互性和构想性三大特征,能够为体验式学习、探究式学习、操作性学习、观察式学习等创设虚拟的学习情境和三维空间,对增强学习者的体验和空间感知具有极高的价值。从教育学来讲,体验是指真切感受和深刻理解事物基础上,对其产生情感并生成相应意义的学习活动。体验在学习过程中具有重要的意义:良好体验有助于维持和开展学习,积极体验有利于技能、情感态度的培养,促进学习反思及学习目标的达成。IVLE中的空间感知是学习体验的重要组成部分,如何有效提升学习者的学习体验、开展空间学习评价是重要的研究问题,本文主要研究体验式IVLE设计和空间学习评价。首先,结合体验式学习理论、心流理论、情境学习理论等,探讨基于VR的体验式学习环境设计方法;其次,分析空间学习特征,构建空间学习评价指标体系,并形成空间学习评价量表;最后,运用体验式设计方法,设计一款面向体验的IVLE原型案例,并评价空间学习效果...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１沉浸式ＶＲ系统??丨．】，显器，互、跟互
博士学位论文??ＤＯＣＴＯＲＡＬ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ??置，因而学习者的视觉、听觉和其它感觉被封闭起来，实现暂时与真实环境相隔离，学习者成??为ＶＲ系统的内部组成要素，能够利用各种交互设备操作和驾驭虚拟环境，从而体验到一种充??分投入的感觉。一个沉浸式ＶＲ系统的标配包括：（１）视觉剥离：与真实外界断开视觉联系；（２）??视觉空间，凸透镜结构拉开相距，可以观看到几米或几百米远的物品；（３）立体透视，左右眼图??像差异形成立体感；（４）全景展示，全角度的内容呈现，形成全景的视野。图１．２展示了各个步??骤。??：：馨?ｔ??（ａ）视觉剥离?（ｂ）视觉空间?（ｃ）立体透视?（ｄ）全景展示??图１．２沉浸式ＶＲ的标配??１．１．２?ＶＲ助力教育信息化??ＶＲ硬件产品、软件平台、应用软件、内容资源正在逐步渗入到教育和教学领域。ＶＲ技术??能够为教学资源的开发、学习环境的建设提供新思路、新方法，有着重要的应用和推广价值。??“ＶＲ＋教育”正成为教育研究领域探讨的热点。??新媒体联盟所发布的地平线报告是媒体技术在教育领域应用的风向标，在近几年发布的地??平线报告中多次展望了?ＶＲ在教育领域的应用前景。例如：２０１６年《地平线报告（高等教育版）》＿??预测ＶＲ作为关键技术可以解决深度学习的问题２０１７年《地平线报告（基础教育版）》也增??加了?ＶＲ相关内容，并将其作为新媒体联盟的中期发展目标间；《２０１７新媒体联盟中国高等教育??技术展望：地平线项目区域报告》将ＶＲ作为十二项重要的教育技术之一［９］；?２０１９年《地平线??报告（高等教育版）》中提到了混合现实（Ｍｉｘｅｄ?Ｒｅａｌｉｔｙ，?ＭＲ），并预测了?ＶＲ、增
ＴＯＲＡＬ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ??情境性、协同性四个特征ｆ＾，学习者需要借助各种感官，如视觉、听觉、触觉等进行体验和感??知。针对网络化学习环境的问题，如认知超载、情感缺失、道德失范等，武法提教授系统研究??了网络学习环境，将其定义表述为“网络学习支撑平台及其承载的作用于学习者并能够促进其??学习的各种因素综合体。”［１９］??’ｒＩＺＺＺ１?＇??／＋＇?情境??／?丨?．…丨??｜?资海?学习共同体?工具?ｉ??＼?支架??＊?－??—一??图１．３学习环境构成五要素??大多数教育研宄人员能够接受的学习环境为“学习环境是指促进学习者发展的各种支持性??条件的统合。”?［Ｍ］从学习环境的内涵来看，人们对学习环境持有的观点主要包括空间说、信息??说、综合因素说等。钟志贤教授认为情境、资源、工具、支架和学习共同体是五个比较稳定的??学习环境构成要素如图１．３所示。不论从哪种涵义来看，学习环境的终极目的是提供各种??支持性因素，促进学生的有效学习。信息技术的发展日新月异，学习环境及其含义也在不断发??展变化中，虚实融合学习环境【２１］、ＶＲ学习环境［２２］随之涌现。??１．２．２?ＶＲ学习环境及全景视频??（一）ＶＲ学习环境??学习环境是学习活动赖以开展的基础，ＶＲ学习环境是利用ＶＲ技术创设的虚拟化学习环境，??扩展物理学习环境，提供更为丰富的学习体验和学习资源［２３］。图１．４表示了?ＶＲ技术所具有的３??个最突出的特征：沉浸性、交互性、想象性，显然ＶＲ学习环境也具有这些特征。沉浸性是指??用户感受到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，被认为是ＶＲ系统的性能尺度，学习者置??身于计算
【参考文献】：
期刊论文
[1]“智能+”时代智能技术构筑智能教育——《地平线报告（2019高等教育版）》要点与思考[J]. 兰国帅,郭倩,吕彩杰,魏家财,于亚萌. 开放教育研究. 2019(03)
[2]基于隐喻的虚拟现实交互界面设计研究[J]. 谢巧明,吴闻宇. 工业设计. 2019(03)
[3]基于虚拟现实技术的学校火灾逃生教学系统[J]. 于萍. 新乡学院学报. 2018(12)
[4]基于全景视频的空间认知效果实验研究[J]. 钟正,陈卫东,周东波,张月,薛飞跃,葛婉茹. 电化教育研究. 2018(12)
[5]沉浸式学习背景下虚拟现实技术的教育应用[J]. 张春华,吴莎莎. 中国现代教育装备. 2018(20)
[6]探讨影响虚拟现实博物馆系统的视觉不舒适度因素及减缓方法[J]. 王新悦,聂光宇,刘越. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]基于设计的研究存在的问题与关键点[J]. 王志军,耿楠,陈明选. 开放教育研究. 2018(04)
[8]基于具身认知的职业教育课程学习情境设计新解[J]. 龚雯,贾俊良,刘华刚. 中国职业技术教育. 2018(20)
[9]学习科学视野下学习环境设计研究[J]. 塔卫刚. 现代教育技术. 2018(06)
[10]动物学野外实习改革与实践[J]. 金龙如,王海涛. 长春师范大学学报. 2018(04)
博士论文
[1]虚拟化身对自我概念扩展的影响机制及其行为后效[D]. 衡书鹏.华中师范大学 2018
[2]基于认知科学的煤矿安全可视化管理效应研究[D]. 李光达.中国矿业大学(北京) 2017
[3]舱室人机界面布局设计与评估优化方法研究[D]. 邓丽.西北工业大学 2016
[4]体验式虚拟实验研究[D]. 郑颖立.华东师范大学 2008
硕士论文
[1]沉浸式虚拟交互平台研究与开发[D]. 赵玉洁.北方工业大学 2018
[2]基于VR的沉浸式教学实践探索[D]. 许怀芝.扬州大学 2018
[3]基于虚拟现实技术的天文教学软件的设计与开发[D]. 桑利丹.天津师范大学 2018
[4]基于力反馈与沉浸式虚拟现实技术的脊柱外科手术训练系统研究[D]. 潘显纬.第二军医大学 2017
[5]VR技术的虚拟教学应用研究[D]. Azimkulov Ayan（阿阳）.东华大学 2017
[6]生物学体验式学习研究[D]. 王伟伟.山东师范大学 2016
[7]体验学习——21世纪重要的学习方式[D]. 李梅.华南师范大学 2004
本文编号：3440125
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１沉浸式ＶＲ系统??丨．】，显器，互、跟互
博士学位论文??ＤＯＣＴＯＲＡＬ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ??置，因而学习者的视觉、听觉和其它感觉被封闭起来，实现暂时与真实环境相隔离，学习者成??为ＶＲ系统的内部组成要素，能够利用各种交互设备操作和驾驭虚拟环境，从而体验到一种充??分投入的感觉。一个沉浸式ＶＲ系统的标配包括：（１）视觉剥离：与真实外界断开视觉联系；（２）??视觉空间，凸透镜结构拉开相距，可以观看到几米或几百米远的物品；（３）立体透视，左右眼图??像差异形成立体感；（４）全景展示，全角度的内容呈现，形成全景的视野。图１．２展示了各个步??骤。??：：馨?ｔ??（ａ）视觉剥离?（ｂ）视觉空间?（ｃ）立体透视?（ｄ）全景展示??图１．２沉浸式ＶＲ的标配??１．１．２?ＶＲ助力教育信息化??ＶＲ硬件产品、软件平台、应用软件、内容资源正在逐步渗入到教育和教学领域。ＶＲ技术??能够为教学资源的开发、学习环境的建设提供新思路、新方法，有着重要的应用和推广价值。??“ＶＲ＋教育”正成为教育研究领域探讨的热点。??新媒体联盟所发布的地平线报告是媒体技术在教育领域应用的风向标，在近几年发布的地??平线报告中多次展望了?ＶＲ在教育领域的应用前景。例如：２０１６年《地平线报告（高等教育版）》＿??预测ＶＲ作为关键技术可以解决深度学习的问题２０１７年《地平线报告（基础教育版）》也增??加了?ＶＲ相关内容，并将其作为新媒体联盟的中期发展目标间；《２０１７新媒体联盟中国高等教育??技术展望：地平线项目区域报告》将ＶＲ作为十二项重要的教育技术之一［９］；?２０１９年《地平线??报告（高等教育版）》中提到了混合现实（Ｍｉｘｅｄ?Ｒｅａｌｉｔｙ，?ＭＲ），并预测了?ＶＲ、增
ＴＯＲＡＬ?ＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ??情境性、协同性四个特征ｆ＾，学习者需要借助各种感官，如视觉、听觉、触觉等进行体验和感??知。针对网络化学习环境的问题，如认知超载、情感缺失、道德失范等，武法提教授系统研究??了网络学习环境，将其定义表述为“网络学习支撑平台及其承载的作用于学习者并能够促进其??学习的各种因素综合体。”［１９］??’ｒＩＺＺＺ１?＇??／＋＇?情境??／?丨?．…丨??｜?资海?学习共同体?工具?ｉ??＼?支架??＊?－??—一??图１．３学习环境构成五要素??大多数教育研宄人员能够接受的学习环境为“学习环境是指促进学习者发展的各种支持性??条件的统合。”?［Ｍ］从学习环境的内涵来看，人们对学习环境持有的观点主要包括空间说、信息??说、综合因素说等。钟志贤教授认为情境、资源、工具、支架和学习共同体是五个比较稳定的??学习环境构成要素如图１．３所示。不论从哪种涵义来看，学习环境的终极目的是提供各种??支持性因素，促进学生的有效学习。信息技术的发展日新月异，学习环境及其含义也在不断发??展变化中，虚实融合学习环境【２１］、ＶＲ学习环境［２２］随之涌现。??１．２．２?ＶＲ学习环境及全景视频??（一）ＶＲ学习环境??学习环境是学习活动赖以开展的基础，ＶＲ学习环境是利用ＶＲ技术创设的虚拟化学习环境，??扩展物理学习环境，提供更为丰富的学习体验和学习资源［２３］。图１．４表示了?ＶＲ技术所具有的３??个最突出的特征：沉浸性、交互性、想象性，显然ＶＲ学习环境也具有这些特征。沉浸性是指??用户感受到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，被认为是ＶＲ系统的性能尺度，学习者置??身于计算
【参考文献】：
期刊论文
[1]“智能+”时代智能技术构筑智能教育——《地平线报告（2019高等教育版）》要点与思考[J]. 兰国帅,郭倩,吕彩杰,魏家财,于亚萌. 开放教育研究. 2019(03)
[2]基于隐喻的虚拟现实交互界面设计研究[J]. 谢巧明,吴闻宇. 工业设计. 2019(03)
[3]基于虚拟现实技术的学校火灾逃生教学系统[J]. 于萍. 新乡学院学报. 2018(12)
[4]基于全景视频的空间认知效果实验研究[J]. 钟正,陈卫东,周东波,张月,薛飞跃,葛婉茹. 电化教育研究. 2018(12)
[5]沉浸式学习背景下虚拟现实技术的教育应用[J]. 张春华,吴莎莎. 中国现代教育装备. 2018(20)
[6]探讨影响虚拟现实博物馆系统的视觉不舒适度因素及减缓方法[J]. 王新悦,聂光宇,刘越. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]基于设计的研究存在的问题与关键点[J]. 王志军,耿楠,陈明选. 开放教育研究. 2018(04)
[8]基于具身认知的职业教育课程学习情境设计新解[J]. 龚雯,贾俊良,刘华刚. 中国职业技术教育. 2018(20)
[9]学习科学视野下学习环境设计研究[J]. 塔卫刚. 现代教育技术. 2018(06)
[10]动物学野外实习改革与实践[J]. 金龙如,王海涛. 长春师范大学学报. 2018(04)
博士论文
[1]虚拟化身对自我概念扩展的影响机制及其行为后效[D]. 衡书鹏.华中师范大学 2018
[2]基于认知科学的煤矿安全可视化管理效应研究[D]. 李光达.中国矿业大学(北京) 2017
[3]舱室人机界面布局设计与评估优化方法研究[D]. 邓丽.西北工业大学 2016
[4]体验式虚拟实验研究[D]. 郑颖立.华东师范大学 2008
硕士论文
[1]沉浸式虚拟交互平台研究与开发[D]. 赵玉洁.北方工业大学 2018
[2]基于VR的沉浸式教学实践探索[D]. 许怀芝.扬州大学 2018
[3]基于虚拟现实技术的天文教学软件的设计与开发[D]. 桑利丹.天津师范大学 2018
[4]基于力反馈与沉浸式虚拟现实技术的脊柱外科手术训练系统研究[D]. 潘显纬.第二军医大学 2017
[5]VR技术的虚拟教学应用研究[D]. Azimkulov Ayan（阿阳）.东华大学 2017
[6]生物学体验式学习研究[D]. 王伟伟.山东师范大学 2016
[7]体验学习——21世纪重要的学习方式[D]. 李梅.华南师范大学 2004
本文编号：3440125
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