耿 飛，蘇 航，張甲瑞

（1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 句容 212400；2.教育部高等學?？茖W研究發(fā)展中心，北京 海淀 100089；3.重慶工商職業(yè)學院，重慶 合川 401520）

黨的二十大報告提出，“推進教育數(shù)字化，建設(shè)全民終身學習的學習型社會、學習型大國”。教育部將大力推動國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動作為教育工作的重中之重，按照“應(yīng)用為王、服務(wù)至上、示范引領(lǐng)、安全運行”的總體要求，在教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、大數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育治理、教育數(shù)字化標準體系、國家智慧教育公共服務(wù)平臺等方面進行了具體部署和集中推進?！疤摂M仿真實訓(xùn)中心”是國家職業(yè)教育智慧教育平臺的重要一環(huán)，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐漸成熟，軟硬件開發(fā)設(shè)計門檻日漸降低，已初步構(gòu)建起以技術(shù)創(chuàng)新為基礎(chǔ)的生態(tài)體系，作為“元宇宙”的關(guān)鍵技術(shù)之一，VR被各大經(jīng)濟體和科技公司作為重點研發(fā)領(lǐng)域。2022年10月，工信部、教育部、文旅部等五部門聯(lián)合印發(fā)的《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃（2022-2026年）》中，將“虛擬現(xiàn)實+教育培訓(xùn)”作為十大“多行業(yè)多場景應(yīng)用落地”領(lǐng)域之一。職業(yè)教育具有與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密結(jié)合的特點，實訓(xùn)教學在整個人才培養(yǎng)體系中占有較高比重，具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性等特征的虛擬仿真教學資源較為完美地解決了學生實訓(xùn)教學過程中存在的 “三高三難” （高投入、高損耗、高風險，難實施、難觀摩、難再現(xiàn)）問題，為學習者提供了更多樣、更有效、更靈活、更安全的學習、體驗、模仿、訓(xùn)練的環(huán)境，有效解決了教學和實訓(xùn)“最后一公里”問題[1]。

1 虛擬仿真教學資源的相關(guān)概念

1.1 仿真的概念

仿真（Simulation）是指利用模型復(fù)現(xiàn)實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，通過對系統(tǒng)模型的實驗來研究存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)，是針對研究系統(tǒng)造價昂貴、實驗危險性大或需要很長時間才能了解系統(tǒng)參數(shù)變化所引起的后果等的特別有效的研究手段。

1.2 虛擬仿真的概念

虛擬仿真（Virtual Simulation）是在仿真的概念下，隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等信息技術(shù)的發(fā)展而不斷演化、豐富和發(fā)展，強調(diào)利用計算機生成三維動態(tài)實景，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的人的思維過程和行為進行動態(tài)、逼真的模仿。隨著可穿戴設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用，沉浸感（Immersion）、交 互 性（Interactivity）、構(gòu) 想性（Imagination）被引入了虛擬仿真，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）的概念就應(yīng)運而生了。

1.3 職業(yè)教育虛擬仿真教學資源的約定

虛擬仿真教學資源的種類有很多種，比如生產(chǎn)實訓(xùn)中的ERP系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)工程師技能訓(xùn)練中的Cisco Packet Tracer和eNSP、BIM建筑信息模型、模擬電路和數(shù)字電路模擬器等比較成熟、工業(yè)應(yīng)用上的仿真軟件，都屬于虛擬仿真教學軟件的范疇。《職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)指南》對虛擬仿真資源的定義，更側(cè)重的是除去這些成熟的通用性較強的仿真軟件外，學校根據(jù)自身的辦學特色和行業(yè)區(qū)域優(yōu)勢，利用新一代信息技術(shù)，自主開發(fā)或校企合作開發(fā)的虛擬仿真教學資源，鼓勵強沉浸感、強交互性和強構(gòu)想性的虛擬仿真資源的開發(fā)和應(yīng)用，以解決職業(yè)教育教學和實訓(xùn)中的“三高三難”問題。

2 腳本設(shè)計的前期工作

在職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地培育項目典型案例遴選和虛擬仿真教學資源征集過程中，項目組發(fā)現(xiàn)購買企業(yè)開發(fā)的成熟產(chǎn)品不能滿足學校具體的人才培養(yǎng)要求，學校自主開發(fā)的資源在實際教學應(yīng)用中存在“不好用、不想用和不能用”等現(xiàn)象。虛擬仿真教學資源的開發(fā)，首先要界定教學及實訓(xùn)過程中的“三高三難”問題，再明確典型工作任務(wù)，按照技能要點或操作步驟確定模塊或單元，然后撰寫模塊或單元的腳本，同時選擇虛擬仿真資源類型及交互方式，匹配相應(yīng)的硬件設(shè)備，據(jù)此開發(fā)虛擬仿真教學資源。腳本如同影視劇本一樣，決定了虛擬仿真教學資源的質(zhì)量和開發(fā)的效率。

2.1 明確虛擬仿真教學資源的類型

根據(jù)分類方法的不同，虛擬仿真教學資源有不同的類型。如從表現(xiàn)形式上，可分為純虛擬類、模塊化類、數(shù)字孿生類等；從教學形式上，可分為綜合設(shè)計類、研究探索類、實訓(xùn)類、驗證類和觀摩展示類等[3]。辦學性質(zhì)和層次決定了職業(yè)教育的虛擬仿真教學資源大部分側(cè)重技能的訓(xùn)練，但仍有很多綜合性、探索性、驗證性和展示性較強的教學內(nèi)容需要虛擬仿真技術(shù)參與到教學中來，腳本的開發(fā)需要根據(jù)資源的類型特點來確定[2]。

綜合設(shè)計類資源的腳本包含多門課程的原理、方法和技術(shù)，重在培養(yǎng)學生融會貫通專業(yè)課程、應(yīng)用相關(guān)知識通過自主設(shè)計解決實際問題的能力；研究探索類資源以學科或行業(yè)發(fā)展前沿問題為選題，以學生自主設(shè)計為基本要求，面向前沿領(lǐng)域開設(shè)窗口，增加學生興趣選擇的靈活性，引導(dǎo)學生探索學科前沿知識和技能，對于以上兩種虛擬仿真教學資源的腳本設(shè)計過程中，要輔以在線提供專業(yè)基本知識查詢，或提前安排若干基礎(chǔ)驗證型實訓(xùn)，為虛擬仿真教學資源的順利應(yīng)用鋪平道路。

教學實訓(xùn)類資源的腳本開發(fā)要注重全方位模擬現(xiàn)實中的設(shè)備或?qū)ο?，操作過程和身體感受要與真實設(shè)備一致，強調(diào)沉浸感和交互性，加強正確操作的強化訓(xùn)練和錯誤操作的及時反饋，同時對實訓(xùn)過程進行全程記錄和分析，對實訓(xùn)結(jié)果進行持續(xù)診改。

基礎(chǔ)驗證類和觀摩展示類資源的腳本開發(fā)重在重現(xiàn)學科基礎(chǔ)知識的過程，把真實教學中難以觀察到的現(xiàn)象清晰地顯示出來，同時要鼓勵學生反復(fù)試錯、大膽嘗試；觀摩展示型資源的腳本開發(fā)要注重學生觀察的視角和距離，將現(xiàn)實中的所有現(xiàn)象、狀態(tài)、層次多維度、多角度和多方向地展示出來，配合課堂教學，幫助學生認識和理解，拓寬學生視野。

2.2 確定腳本設(shè)計的邏輯和重點

每種類型的虛擬仿真教學資源均有其特定的教學和實訓(xùn)邏輯重點，教學資源類型確定后，要根據(jù)其復(fù)雜性和操作的靈活性來選擇合適的腳本設(shè)計邏輯和側(cè)重點。

對于綜合設(shè)計型和研究探索型資源，可以自由搭建多個對象組成的系統(tǒng)且不影響正確的實驗實訓(xùn)結(jié)果，確保所有對象均可靈活地或多路徑地自由操作；對于實訓(xùn)教學型資源，對特定的內(nèi)容必須按規(guī)定的步驟進行交互操作來確保技能訓(xùn)練的規(guī)范性；對于基礎(chǔ)驗證型和觀摩展示型資源，要通過自由觀摩使學習者能變換角度和遠近來觀看環(huán)境和對象，協(xié)助解決原理型知識教學的難點和重點問題。

2.3 設(shè)計人性化的教學資源虛擬環(huán)境和界面

為了營造實訓(xùn)現(xiàn)場感，教學資源的虛擬環(huán)境如資源對象周邊的場景、人物、工具、耗材、設(shè)施等的設(shè)計要逼真，提高學生對實訓(xùn)環(huán)境的認知。界面設(shè)計要尊重用戶體驗，界面友好，操作方便，在腳本設(shè)計中，要對用戶登錄、字幕提示、操作提示、反饋信息、界面設(shè)計、功能按鈕、導(dǎo)航邏輯進行清晰和人性化的描述。對于軟件界面結(jié)構(gòu)層級，通過減少界面信息結(jié)構(gòu)層級和增加單層信息幅度，對軟件結(jié)構(gòu)層級中的同級功能進行分類管理，來構(gòu)建一種“寬而扁”“快而全”的界面信息組織形式，也就是通過適當增加同一層級界面的功能以減少界面的總層級數(shù)量，減少用戶為實現(xiàn)某一功能的操作步驟，提高用戶操作效率。同時，根據(jù)教學資源的特點，還應(yīng)允許用戶根據(jù)某一實訓(xùn)行為的頻率來自定義界面元素，如“植物組織培養(yǎng)”中的材料表面浸潤滅菌非常頻繁，就需要學習者來自定義酒精燈等元素出現(xiàn)的界面。

2.4 強化教學資源的全過程腳本設(shè)計

教學資源的全過程腳本設(shè)計包括活動設(shè)計、交互設(shè)計、現(xiàn)象設(shè)計、結(jié)果設(shè)計和考核設(shè)計，需要根據(jù)教學資源的類型來選擇和分別完成腳本設(shè)計?；顒釉O(shè)計的腳本，要從學生角度描述學習所經(jīng)歷的階段、操作方法和步驟；交互設(shè)計的腳本要有明確的輸入操作和輸出操作，如數(shù)據(jù)、動作、指令和方式等，避免將陳述性介紹或知識學習作為交互步驟；現(xiàn)象設(shè)計的腳本要將操作對象的結(jié)果，如聲音、光線、煙火、運動、形變等描述清楚，與真實世界中的現(xiàn)象相似度越高，學生操作過程中的沉浸感和真實感就越強，教學效果就越好；結(jié)果設(shè)計的腳本要將錯誤的結(jié)果和正確的結(jié)果及其表現(xiàn)形式描述清楚，對正確結(jié)果進行獎勵設(shè)計，對錯誤結(jié)果進行適當夸張的負反饋，讓學生深刻地意識到錯誤的結(jié)果將會導(dǎo)致的嚴重后果；考核設(shè)計的腳本要刪除提示信息，體現(xiàn)對步驟進行賦分、過程記錄和成績數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，自動生成實驗實訓(xùn)報告，并允許對嚴重錯誤整體賦零分。

2.5 選擇恰當?shù)哪_本設(shè)計教與學理論依據(jù)

教育學家和教育心理學家圍繞教與學的規(guī)律，從不同角度、運用不同方法進行了各種研究，形成了各種各樣的教與學的理論，對指導(dǎo)教育者進行教學設(shè)計和教學實踐、幫助學習者完成學習任務(wù)有著重要的現(xiàn)實意義[3]。虛擬仿真教學資源作為教學元素參與到教學中來，資源的開發(fā)特別是腳本的設(shè)計同樣需要在一定理論指導(dǎo)下，才能更有效、更被師生所認可。如行為主義強調(diào)“刺激-反應(yīng)”的聯(lián)結(jié)為教學實訓(xùn)類資源的腳本設(shè)計提供了指導(dǎo)；認知主義強調(diào)學習是原有認知結(jié)構(gòu)對新知識和技能進行認知操作活動進而形成或發(fā)展認知結(jié)構(gòu)的過程，腳本的設(shè)計就要注重人類認知規(guī)律的螺旋式遞進特征，設(shè)計讓學習者不斷“證真”和“試誤”從而獲取新知識和新技能；建構(gòu)主義認為學習本質(zhì)上是知識的主動建構(gòu)的過程，教育者應(yīng)該為學習者創(chuàng)設(shè)學習環(huán)境，學習環(huán)境包括“情境、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)”四大要素，需要在腳本設(shè)計中進行清晰的描述；泛在學習強調(diào)利用信息技術(shù)提供學生一個可以在任何地方、隨時、使用手邊可以取得的科技工具來進行學習活動的4A(Anyone， Anytime，Anywhere，Any device)學習為基于移動端的虛擬仿真資源腳本開發(fā)提供了參考；“經(jīng)驗之塔”作為視聽教學的理論基礎(chǔ)，利用虛擬教學資源可以兼具操作和觀察的功能，虛擬仿真教學資源腳本設(shè)計應(yīng)盡可能地使“做的經(jīng)驗”和“觀察的經(jīng)驗”融為一體。教與學的理論內(nèi)涵非常豐富，需要腳本設(shè)計者構(gòu)建起虛擬仿真同經(jīng)典教與學理論間的關(guān)系，更加準確地看待技術(shù)與教育的關(guān)系[4]。

2.6 選擇合適的教學資源專用設(shè)備及系統(tǒng)

虛擬仿真資源的教學應(yīng)用離不開各種虛擬仿真專業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的支撐，只有借助設(shè)備才能使學習者通過視覺、聽覺、嗅覺、味覺等多維度感官通道，高度沉浸在虛擬仿真的環(huán)境中[3]。常見的設(shè)備及系統(tǒng)有多通道LED大屏幕立體顯示系統(tǒng)、動作捕捉系統(tǒng)、桌面VR交互系統(tǒng)、沉浸式HMD頭載式交互系統(tǒng)、AR互動系統(tǒng)、MR互動系統(tǒng)、體感式互動系統(tǒng)等[5]，需要了解這些設(shè)備和系統(tǒng)的功能和特點，從適用性、交互性、先進性和經(jīng)濟性等因素綜合選擇合適的設(shè)備及系統(tǒng)，有針對性地利用其功能和特點來進行教學資源的腳本設(shè)計。例如，需要建設(shè)觀摩展示類資源，在所有專用設(shè)備及系統(tǒng)中，多通道LED大屏幕立體顯示系統(tǒng)最適合這種“一對多”的教學環(huán)境，教師講解、演示，學生通過3D眼鏡集中觀看學習。教師以此基礎(chǔ)開展腳本創(chuàng)作。

3 虛擬仿真教學資源腳本的設(shè)計

3.1 虛擬仿真教學資源腳本的概念

腳本來自于戲劇和電影制作領(lǐng)域，是指表演戲劇或拍攝電影過程中所遵循的底本，是對制作和開發(fā)起指導(dǎo)作用的文字或畫面的底稿，戲劇和影視領(lǐng)域習慣稱為“劇本”，在教學資源開發(fā)領(lǐng)域習慣稱為“腳本”[5]。腳本開發(fā)的目的一方面是幫助教師進一步理清思路，另一方面是把制作內(nèi)容信息、過程和最終效果用書面的形式表達出來，讓資源開發(fā)人員明確教師的教學設(shè)計、教學思路和教學內(nèi)容，最終開發(fā)出符合要求的教學資源。一般來說，在腳本設(shè)計得越成功，資源開發(fā)的效率就越高、效果就越好。

3.2 虛擬仿真教學資源腳本設(shè)計的內(nèi)容

虛擬仿真教學資源腳本的內(nèi)容一般包括資源的總體描述，運行媒介、知識點和技能點結(jié)構(gòu)清單、邏輯關(guān)系圖、交互跳轉(zhuǎn)導(dǎo)航圖、制作要求，以及每個知識點和技能點對應(yīng)的文字、解說、圖像、視頻、動畫和交互方式等的清單[6]。根據(jù)虛擬仿真教學資源的復(fù)雜程度，腳本設(shè)計一般要經(jīng)過內(nèi)容腳本、文字腳本、分鏡頭腳本到故事板的過程，每個過程的主要內(nèi)容如圖1所示。每個過程都有符合自身特點的寫作格式，以分鏡頭腳本為例，在理清楚交互界面間和交互界面內(nèi)的信息結(jié)構(gòu)、連接方式，以及各種信息媒介在交互界面上的屬性維度的基礎(chǔ)上，遵循特定的格式，能規(guī)范腳本設(shè)計者的寫作思路，使得技術(shù)開發(fā)人員能清晰地理解設(shè)計者意圖。分鏡頭腳本一般包括背景、文本、動畫/圖像、畫面、解說文本、交互物、頁面元素、界面交互、教學策略和藝術(shù)要求等元素。

圖1 腳本設(shè)計過程及主要內(nèi)容

分鏡頭腳本是按照交互界面為依據(jù)來寫作，“背景”中主要說明此交互界面的主要內(nèi)容和前后變化方式；“文本”主要描述文字內(nèi)容、格式、屬性、位置、變化方式、出現(xiàn)和消失情況；“動畫/圖像”主要是對“鏡頭、時長、景別、畫面、特技、解說、音樂音效”等元素的描述；“畫面”是對“動畫/圖像”中“畫面”元素的詳細說明；“解說文本”是對“動畫/圖像”中“解說”元素的詳細說明；“交互物”包括“熱字、熱物、按鈕、菜單、熱區(qū)、對話框”等，需要對交互物的內(nèi)容、格式、顏色、效果、位置、觸發(fā)方式和觸發(fā)提示等進行說明；“頁面元素”需要描述有哪些、如何布局、出現(xiàn)次序等；“界面交互”需要說明通過何種方式，從哪個界面進入、退出到哪個界面等；“教學策略”需要定性描述界面內(nèi)容信息的組織策略和學習方式、如何激發(fā)學生學習興趣、如何啟發(fā)學生思考；“藝術(shù)要求”需要定性描述界面的藝術(shù)特點，如整體布局、色彩搭配等。

4 總結(jié)

虛擬仿真教學資源的教學應(yīng)用，具有一定的技術(shù)門檻和學習成本，技術(shù)門檻體現(xiàn)在開發(fā)周期長、技術(shù)難度大和經(jīng)費投入高，學習成本體現(xiàn)在熟練掌握硬件設(shè)備操作較耗時，導(dǎo)致很多師生在面對教學資源時，有不好用、不想用和不能用的畏難心理。這對虛擬仿真教學資源的開發(fā)提出了很高的要求，而腳本設(shè)計是資源開發(fā)的第一步，直接影響資源的教學效果和開發(fā)效率，需要教師從系統(tǒng)整體的角度來認識腳本設(shè)計的問題，遵循一定的規(guī)則，按照正確的格式，設(shè)計出規(guī)范、可閱讀和執(zhí)行性強的腳本。