張巖　李大燦　龔園園

摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育不斷融合，取得了顯著的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)教育以其沉浸性、互動性、構(gòu)想性以及智能化特征，為學(xué)生提供了逼真的學(xué)習(xí)場景，能夠有效調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。目前，我國在虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)方面多集中于虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)理論和案例應(yīng)用方面，缺乏虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)方面的研究。如何通過統(tǒng)一的指標(biāo)評價(jià)體系對教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果進(jìn)行全面的評價(jià)是目前教育界值得思考的問題。通過德爾菲法確定虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)的指標(biāo)因素，以層次分析法確立各指標(biāo)權(quán)重，最終構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系。這可以為學(xué)校開展虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)提供量化標(biāo)準(zhǔn)，也為提高虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量提供適當(dāng)?shù)膮⒖冀ㄗh和數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);教學(xué)質(zhì)量;評價(jià)體系;層次分析法

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-1573（2022）02-0087-09

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）和教育的結(jié)合是傳統(tǒng)教學(xué)的重要補(bǔ)充，是教育行業(yè)的發(fā)展趨勢。虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)通過三維建模及場景搭建，為學(xué)習(xí)者提供近乎逼真的教學(xué)模型，可以提高知識呈現(xiàn)的情境性與直觀性，有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性，進(jìn)而有效提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果[1-3]。當(dāng)前，隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，VR教育對傳統(tǒng)的教育模式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。VR教育行業(yè)出現(xiàn)了眾多VR教學(xué)平臺和VR課件產(chǎn)品，然而針對這些VR教學(xué)產(chǎn)品支持學(xué)習(xí)的效果，尚缺乏完善的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評價(jià)體系。為此，筆者擬構(gòu)建VR教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系，為VR教學(xué)行為、VR教學(xué)過程以及VR教學(xué)效果的評價(jià)提供參考。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)含義與特征

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)含義

VR技術(shù)是利用三維建模、計(jì)算機(jī)視覺、系統(tǒng)集成、多媒體等計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的三維虛擬空間，可以模擬各種逼真的虛擬場景，作用于用戶視覺、聽覺、觸覺，使其具有身臨其境的感覺[4]。這種由計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)生成的高仿真系統(tǒng)具有良好的交互性和情景化能力，用戶可以與虛擬場景進(jìn)行良好的互動。

VR技術(shù)在學(xué)界中有著不同的定義，主要分為狹義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和廣義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。廣義虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR）和混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，簡稱MR）[5]，在許多情況下，人們把這些技術(shù)統(tǒng)稱為擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，簡稱XR）。AR技術(shù)以虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互為主要特征，在真實(shí)環(huán)境中增添虛擬場景;MR技術(shù)通過全息圖，將現(xiàn)實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境相互混合，在虛擬世界、現(xiàn)實(shí)世界和用戶之間搭起一個(gè)交互反饋的信息回路，以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的真實(shí)感。

圖1為真實(shí)—虛擬連續(xù)體模型[6]。現(xiàn)實(shí)環(huán)境是人們通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感官來感知真實(shí)的世界，而虛擬環(huán)境則通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來模擬視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等來創(chuàng)造虛擬的世界。真實(shí)—虛擬連續(xù)體模型中處于現(xiàn)實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境之間的部分稱為混合現(xiàn)實(shí)（MR），偏向現(xiàn)實(shí)環(huán)境的部分稱為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），偏向虛擬環(huán)境的部分稱為增強(qiáng)虛擬（Augmented Virtuality）?；旌犀F(xiàn)實(shí)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中多表現(xiàn)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，是真實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境的疊加，用戶既可以感知虛擬環(huán)境又可以感知真實(shí)環(huán)境。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本特征

VR技術(shù)具有沉浸感、互動性、構(gòu)想性、智能化等特性[7]，正是由于這些特性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域，例如虛擬教學(xué)、軍事仿真、地理信息系統(tǒng)、工業(yè)仿真、人機(jī)交互、數(shù)字孿生等多個(gè)領(lǐng)域。

1.沉浸感（Immersion）。VR技術(shù)可以創(chuàng)造逼真的虛擬環(huán)境，為用戶提供聽覺、視覺、觸覺等感官體驗(yàn)，使其具有身臨其境的感覺[8-9]。例如在VR教育場景中，可以突破時(shí)空界限，潛移默化中幫助學(xué)生加深知識理解，比傳統(tǒng)的教育模式更加直觀、立體，能快速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.交互性（Interaction）。用戶可以參與虛擬世界中的活動，通過傳感器或手柄能夠?qū)μ摂M環(huán)境中的對象或事物進(jìn)行可行性的操作，像在真實(shí)世界中一樣，虛擬環(huán)境可以做出相應(yīng)的回應(yīng)[10-11]。例如在VR教育場景中，學(xué)生可以操控專業(yè)的VR設(shè)備，以手勢、眼球追蹤、表情識別、語言識別等方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。

3.構(gòu)想性（Imagination）。構(gòu)想性，也稱創(chuàng)意性，VR技術(shù)為人類認(rèn)識和改造世界提供了嶄新的方法，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以創(chuàng)造出客觀真實(shí)世界不存在的事物，可拓寬人類認(rèn)知范圍和可想象空間，進(jìn)而提高認(rèn)識，加強(qiáng)聯(lián)想[12]。例如在VR教育場景中，學(xué)生沉浸在虛擬環(huán)境中，與之進(jìn)行各種交互，從中得到感性和理性的認(rèn)識，從而可以深化概念，萌發(fā)新意，產(chǎn)生認(rèn)識上的飛躍。VR技術(shù)不僅是一個(gè)用戶與終端的接口，而且還可以啟發(fā)用戶進(jìn)行創(chuàng)造性思維活動，有助于用戶在沉浸式環(huán)境中獲取新知識，提高感性認(rèn)識與理性認(rèn)識，進(jìn)而產(chǎn)生新的構(gòu)思與創(chuàng)意。

4.智能化（Intelligence）。智能化特征是隨著VR技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展相互結(jié)合形成的。隨著VR技術(shù)和人工智能（AI）技術(shù)的不斷發(fā)展與相互滲透，VR交互的智能化、VR對象及內(nèi)容制作的智能化、自動化也在不斷增強(qiáng)[13]。VR與AI的這種融合，非常適用于分布式虛擬仿真條件下的教育場景應(yīng)用[14]，通過實(shí)時(shí)智能化教學(xué)數(shù)據(jù)分析，可以為教師提供智慧化、精準(zhǔn)化教學(xué)建議。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式

傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)主要體現(xiàn)為“以教師講解為中心”的教學(xué)模式，師生雙方缺乏及時(shí)的信息交流和反饋，學(xué)生始終處在被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，導(dǎo)致學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性在課堂上無法得到充分的體現(xiàn)[15];這種傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方式還壓抑了學(xué)生心理發(fā)展的需求，束縛了學(xué)生創(chuàng)造性的發(fā)揮，導(dǎo)致學(xué)生普遍缺乏創(chuàng)新能力。

通過傳統(tǒng)教學(xué)模式與虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模式的對比分析可知，VR技術(shù)有助于促進(jìn)教育資源分配，推進(jìn)信息技術(shù)與教育環(huán)節(jié)的深度融合，提高教學(xué)質(zhì)量。虛擬沉浸式教學(xué)可以提高學(xué)生注意力，逼真的教學(xué)環(huán)境可以有效調(diào)動學(xué)生積極性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以打破時(shí)空限制，解決教學(xué)資源緊缺問題，教學(xué)資源可以重復(fù)利用，節(jié)約教學(xué)成本[16-18]，還可以有效防范實(shí)驗(yàn)中的風(fēng)險(xiǎn)，避免危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)安全事故問題的發(fā)生。2020年3月，美國高校教育信息化協(xié)會發(fā)布《2020 EDUCAUSE地平線報(bào)告：教學(xué)與學(xué)習(xí)版》，將XR（AR、VR、MR）作為新興技術(shù)和實(shí)踐，在未來交互性課程里面可以作為教學(xué)的重要補(bǔ)充，并預(yù)測其應(yīng)用于教育行業(yè)將成為未來發(fā)展趨勢，對教育教學(xué)具有重要意義[19-20]。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)因素確定

（一）篩選指標(biāo)因素的方法

本文在確定虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)因素時(shí)，選用德爾菲法（DELPHI METHOD），也稱為專家咨詢法，其核心要點(diǎn)包括：一是匿名性，所有專家組成員在完全匿名的情況下通過函件相互交流，可以消除權(quán)威性、相互性的影響;二是反饋性，工作人員收集每一輪的專家調(diào)查意見后，再通過匿名的方式并將其反饋給專家，一般進(jìn)行多次反饋，一直到最終結(jié)果基本能夠趨于一致為止。德爾菲法的流程如圖3所示。

德爾菲法成敗的關(guān)鍵因素在于所選擇專家的知識、經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷能力，因此，專家的選擇是虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)篩選的關(guān)鍵。本文所優(yōu)選的專家主要來自于政府、行業(yè)協(xié)會、高校、科研機(jī)構(gòu)以及行業(yè)龍頭企業(yè)，最終確定10名專家，專家背景具體如表1所示。

（二）指標(biāo)因素的確定

為了使虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)更全面、客觀、系統(tǒng)，并且具有良好的可行性，本文對國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)相關(guān)的研究成果進(jìn)行了梳理分析，初步識別出18項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)因素清單。經(jīng)過3輪德爾菲法調(diào)查后，專家的調(diào)查意見趨于一致（見表2）。

依據(jù)專家組甄選結(jié)果，識別出14項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)因素，根據(jù)指標(biāo)因素內(nèi)容的性質(zhì)，可以將這14項(xiàng)指標(biāo)劃分為四類，包括課程前期的教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)資源設(shè)置、教學(xué)實(shí)施以及教學(xué)反饋（見表3）。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系構(gòu)建（一）指標(biāo)體系權(quán)重確定方法

本文主要運(yùn)用層次分析法對教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)因素進(jìn)行權(quán)重分析，層次分析法賦權(quán)的主要步驟包括如下幾個(gè)方面。

1.建立評價(jià)模型。在決策目標(biāo)明確的基礎(chǔ)上，通過將決策問題的主要因素進(jìn)行層次化分析，建立出有層次、系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)。

2.兩兩比較風(fēng)險(xiǎn)因素，構(gòu)建判斷矩陣。建立評價(jià)模型后，請專業(yè)人士運(yùn)用1-9及倒數(shù)的標(biāo)度法對所有風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行比較評分，得分值如表4所示。

3.層次單排序，并作一致性檢驗(yàn)。對于每個(gè)成對比較的矩陣，計(jì)算并判斷矩陣的最大特征根λ及其對應(yīng)的特征向量，將特征向量歸一化后記為W。通過進(jìn)行一致性檢驗(yàn)?zāi)軌驒z驗(yàn)層次單排序能否被確認(rèn)，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)需引進(jìn)一致性指標(biāo)CI，定義為：

（二）構(gòu)建層次模型

根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)14項(xiàng)指標(biāo)因素的具體性質(zhì)進(jìn)行分類，可以初步建立虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系，包括教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)資源、教學(xué)實(shí)施以及教學(xué)反饋4個(gè)一級指標(biāo)及14個(gè)二級指標(biāo)，如圖4所示。

（三）確定準(zhǔn)則層權(quán)重

通過與專家討論，在教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)資源、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)反饋4個(gè)因素中，將4個(gè)因素兩兩比較之后，可得準(zhǔn)則層的判斷矩陣A，如表6所示。

1.計(jì)算各因素的權(quán)重。根據(jù)構(gòu)建的準(zhǔn)則層判斷矩陣，具體權(quán)重計(jì)算步驟如下：

第一步：歸一化處理A 的每一列元素;

第二步：歸一化后，將各行相加;

第三步：相加后算行平均數(shù)，得權(quán)重向量;

（五）指標(biāo)體系權(quán)重的確定

按照上述運(yùn)算確定了“虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系”中各層級指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果如表12所示。虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系各指標(biāo)因素中，一級指標(biāo)包括VR教學(xué)準(zhǔn)備、VR教學(xué)資源、VR教學(xué)實(shí)施、VR教學(xué)反饋所占比重分別為14.04%、42.77%、24.46%和18.72%，二級指標(biāo)中所占比重最高的兩項(xiàng)分別是多樣性、沉浸感，所占比重為15.62%、9.28%。由此可見，無論傳統(tǒng)的教學(xué)模式還是虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容的多樣性與豐富性仍是教學(xué)質(zhì)量評價(jià)的最重要標(biāo)準(zhǔn);對于虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)來說，其沉浸感也是教學(xué)質(zhì)量評價(jià)中的重要因素之一。

五、結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對傳統(tǒng)的教育模式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，虛擬現(xiàn)實(shí)融入教育已成為未來發(fā)展趨勢。本研究運(yùn)用德爾菲法，經(jīng)過三輪專家征詢，利用定性與定量的研究方法制定了虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系。本評價(jià)體系為學(xué)校開展虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)提供量化標(biāo)準(zhǔn)，為教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)資源、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)效果等評價(jià)提供參考建議;也有助于梳理虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)中存在的問題并改進(jìn)，有利于對教學(xué)進(jìn)行有效監(jiān)督和反饋，是保障虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)質(zhì)量的重要手段。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，本指標(biāo)體系可以根據(jù)實(shí)際需要有選擇性地對各項(xiàng)指標(biāo)因素以及權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)更全面的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)。

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責(zé)任編輯：艾嵐Research on the Construction of the Evaluation Index

System on Virtual Reality Teaching Quality

Zhang Yan Li Dacan Gong Yuanyuan

（1.Institute of Social Governance， Hebei University of Economics and Business， Hebei Shijiazhuang 050061， China;

2.School of Public Administration， Hebei University of Economics and Business， Hebei Shijiazhuang 050061， China）

Abstract：With the development of information technology， the integration of virtual reality technology and education has achieved remarkable results. Virtual reality education has the characteristics of immersion， interaction， imagination and intelligence. It provides students with realistic learning scenes， which can effectively mobilize the enthusiasm of learning and improve the teaching quality. At present， the research on virtual reality teaching in China mainly focuses on the theory and case application， and lacks the research on the quality evaluation of virtual reality teaching. How to make a comprehensive evaluation of teaching quality through a unified index evaluation system is a problem worthy of consideration in the current education field. This study determines the index factors of virtual reality teaching quality evaluation through Delphi method， and establishes the weight of each index through analytic hierarchy process， and finally constructs the evaluation system of virtual reality teaching quality， which can provide quantitative standards for schools to carry out virtual reality teaching， and also provide appropriate reference suggestions and data support for improving the quality of virtual reality teaching.

Key words：virtual reality; teaching quality; evaluation system; analytic hierarchy process