Web 2.0 與新興學習技術/虛擬現實

第四部分：環境和工具：虛擬現實

簡介

虛擬現實的令人驚歎的樂趣：以及它將如何改變世界。這是《時代》雜誌 2015 年 8 月 17 日的封面故事標題。可以說，虛擬現實已經改變了世界。被認為是“虛擬現實”一詞的發明者（Lanier，n.d.）Jaron Lanier 在 2013 年表示，他最喜歡的未來虛擬現實應用之一是將其用於外科手術培訓（Firth，2013 年 6 月 19 日）。這除了該技術已經在外科醫生培訓方面取得的令人印象深刻的改進之外。虛擬現實無疑改變了 IBM。使用 3D 虛擬世界培訓員工使該公司能夠降低成本，同時擴充套件培訓的員工數量，開發全球團隊的程式碼，在與客戶會面之前提高銷售技能，甚至註冊員工福利（IBM 企業傳播部，2006 年）。隨著更多以學習者為中心和探究式方法的興起，這種新興學習技術提供了清晰的機會和優勢。

不同型別的虛擬現實

以 10 到 20 美元的價格購買 Google Cardboard；將其與智慧手機配對；下載一些免費應用程式。現在，您有了便宜的沉浸式虛擬現實。

LearnBrite 是一家將虛擬現實納入其學習體驗的線上學習公司，將虛擬現實歸類為沉浸式或非沉浸式（LearnBrite，2014 年）。

沉浸式虛擬現實

一位戴著 Oculus Rift 頭顯的男子。該硬體支援沉浸式虛擬現實。

沉浸式虛擬現實讓人感覺自己身臨其境地處於虛擬世界中。這是透過將使用者包圍在視覺環境中（通常使用物理裝置，如 Google Cardboard 觀看器中的智慧手機或 Oculus Rift 頭顯）並可能新增聲音或其他刺激來實現的。一些硬體可以跟蹤使用者的運動、頭部運動和手勢（Stein，2015 年 8 月 6 日）。

沉浸式虛擬現實的一種形式是洞穴自動虛擬環境（也稱為 CAVE 首字母縮略詞）。在這種形式中，投影儀在房間大小的立方體中的三到六面牆上建立影像。這個名字指的是柏拉圖《理想國》中的洞穴寓言，其中一位哲學家思考著現實、幻覺和感知的本質。

芝加哥伊利諾伊大學的一套非沉浸式虛擬現實 CAVE 安裝。

非沉浸式虛擬現實

非沉浸式虛擬現實更像傳統的網路瀏覽，允許使用者透過螢幕和投影儀、電腦顯示器、平板電腦、智慧手機或任何其他類似裝置檢視虛擬環境。

涉及虛擬現實的學習體驗示例

設計、建造和賽車

底特律科迪技術學院的學生使用 Oculus Rift 透過沉浸式虛擬現實參觀了組裝線並建造了一輛輕型汽車。然後，他們將汽車帶到虛擬賽道上進行競速。(Smith，2015 年 10 月 9 日)

培訓加拿大邊境警衛

加拿大多倫多附近的洛亞爾學院過去曾對加拿大-美國邊境的警衛進行為期三週的現場培訓，但 9·11 恐怖襲擊後，國家安全法的改變使這變得不可能。在學生士氣和學習成果下降後，學院轉向 Second Life，並在那裡建立了邊境及其安全哨所的虛擬複製品。，並進行了非沉浸式虛擬現實培訓。學生進入一個非沉浸式虛擬現實環境，控制化身並熟悉現實環境。除了讓學生了解他們無法訪問的地方外，3D 世界還賦予了學生參與角色扮演的能力。在推出虛擬現實培訓元件後，學院的學習成功率提高了 30%。據洛亞爾學院虛擬世界設計中心總經理肯·哈德森所說，“沒有任何一項技術增量能像這樣對學院的成績產生如此積極的影響。” (Linden，2009 年 7 月 10 日)

練習外科手術

1989 年，人們擔心微創手術的益處帶來了明顯更高的患者併發症率，尤其是在外科醫生沒有經驗的情況下。Jaron Lanier 的公司 VPL 率先推出了用於手術的第一個虛擬現實培訓解決方案，學習者開始使用計算機螢幕周圍的“3D 盒子”進行練習。外科醫生和未來的外科醫生會在盒子中實際操作手術工具。2002 年發表了一項隨機雙盲研究的結果，表明虛擬現實 (VR) 培訓在學習成果方面取得了巨大的成功。據作者稱

VR 培訓在培訓手術技能方面的驗證標誌著外科教育的轉折點。在允許住院醫師對患者進行手術之前，有可能將其培訓到客觀衡量的技能水平。VR 培訓師和模擬器提供允許儘可能多地進行培訓以實現培訓目標的優勢。(Seymour 等人，2002 年)

應對災難

一些 Second Life 成員建立了專門的角色扮演小組，配備了模擬服裝和裝置。一個子流派進行消防角色扮演，包括噴射數字水的消防水帶。

學習體驗設計師可以利用 Second Life 和其他虛擬現實世界中可用的技術來模擬各種型別的火災（消防與救援，n.d.）。每個學習者都可以控制一個個性化的化身，透過耳機和麥克風進行交流，並在角色扮演期間進行協作。在 Second Life 城市 Bodhisena，有一個名為 Second Life 消防局 (SLFD) 的角色扮演組織。組織者在餐廳、辦公大樓、下水道等地方製造火災。設計師還可以控制火災型別，因此有些火災只能用泡沫撲滅。如果在錯誤的情況下用水，火勢會蔓延。這個角色扮演小組甚至建立了一所消防學院來培訓有興趣加入的人（GoodFellow Aabye，2007 年 11 月 16 日）。

主持人主導學習體驗的技巧

Anders Gronstedt 是 Gronstedt 集團 的總裁，該集團為財富 500 強客戶開發定製的沉浸式 VR 學習專案。他建議在虛擬世界中領導培訓時應具備五種能力（Kapp，2010 年 11 月 4 日）。它們是

1. 成為“身旁的嚮導”，而不是“舞臺上的智者” 遵循以學習者為中心的方針。讓同行互相教學，並利用虛擬環境中的設計功能來促進協作。可以透過多種方式建立 breakout rooms。
2. 進行“參觀”，而不是“上課” 不要把虛擬形象放在虛擬的椅子上，並使用 PowerPoint 幻燈片；這種培訓最好透過像 WebEx 這樣的視訊會議技術來完成。如果需要像幻燈片這樣的二維影像，那麼徒步參觀是一種有效的方法。一個好處是，促進者可以透過觀察虛擬形象的行為輕鬆地看到誰在跟隨。
3. 3D 道具比 2D 影像更有效 將產品和環境視覺化成 3D。建立可操作的汽車複製品或全尺寸的石油鑽井平臺。玩轉比例，讓學習者可以在分子內部走動。
4. 關注非正式學習，而不是正式學習 透過建立學習者可以閒逛、社交和協作的區域，安排類似於在飲水機旁交談的活動。這可以是在虛擬咖啡館或虛擬海灘上，或者是在更奇特的地方。鼓勵人們早點來參加會議，然後晚點離開，這將使他們有機會擴充套件人脈並互相學習。
5. 請求寬恕，而不是許可 你的法律部門、人力資源、IT 部門和其他部門可能希望在虛擬的灰色會議室中使用不可定製的虛擬形象。Gronstedt 說，不要讓他們或任何人阻礙真正的學習機會。

學習者參與的特定活動型別

Kapp 和 O'Driscoll (2010) 列出了虛擬現實世界中可能存在的 11 種活動型別。他們稱之為原型，並將其標記如下

1. 虛擬形象角色[建立] 研究表明，人們會在他們的虛擬形象中投入情感和智力。俄亥俄大學的一項實驗表明，想象自己以第三人稱的形式更容易改變未來的行為。這對試圖培養學習者習慣並影響情感領域的學習設計者來說具有重要的意義。
2. 角色扮演

   

   一些虛擬現實環境允許參與者建立 3D 幾何形狀，然後將它們組合和修改以建立建築物、目標、工具等。

   這在各種情況下都有應用，包括在銷售培訓中，一名學員可以扮演銷售代表，另一名學員可以扮演客戶。這不僅透過學員可能的視覺效果和語音交流得到增強，而且透過學習設計者（和學員）在銷售環境中建立專門的大型、可操控的 3D 物體來代表產品或工具而得到增強。培訓師或促進者可以觀看、傾聽，然後進行總結討論。
3. 尋寶遊戲 尋寶遊戲可以用來讓學習者熟悉他們將要操作的新環境。學習者可以尋找特定的 3D 物體，並拍攝虛擬照片以驗證他們找到了這些物體。這可以在虛擬小組中進行，為參與者提供非正式的學習機會，讓他們分享資訊並互相認識。
4. 導覽遊 導覽遊不僅可以帶領學習者參觀虛擬建築物的內外，還可以參觀人體神經系統、計算機電路板或複雜的計算機路由器的複製品。學習者可以自己尋找路線，由虛擬形象導遊帶領，或使用計算機地圖作為參考。這對於教授事實、概念、位置和功能非常有用。它還有助於說明產品、位置或功能之間的關係。
5. 操作應用

   

   一名使用者戴著一隻手套，用於虛擬現實環境。

   可以要求學習者與物體進行互動和操作，以便了解它們，或者熟練地使用它們完成任務。例如，車輛模擬器，或者讓學習者在給定的空間、貨架和產品上建立吸引客戶的展示。可以透過專門的計算機手套、控制器（例如任天堂 Wii）或僅使用非沉浸式環境中的計算機滑鼠來操作物體。
6. 概念定向 顧名思義，這種活動允許學習者透過檢查示例和非示例來了解概念。一些保險代理人會進行這種型別的培訓，以瞭解不同型別的碰撞如何影響車輛。側面撞擊會造成什麼損壞，而正面撞擊又會造成什麼損壞？學習者可以從各個角度、從近處或遠處檢查汽車。概念定向也適用於歷史地點和事件、科學和工程概念等的表示。學習者可以與環境進行的互動越多越好。
7. 關鍵事件[模擬/角色扮演] 建築火災、漏油、醫療緊急情況等可以在對學習者來說很危險或無法在現實世界中接觸的環境中重建。學習者是否分析和評估正在發生的事情？他們是否認識到應該優先考慮什麼？他們是否遵循正確的協議和程式？他們是否與彼此進行良好的溝通並作為一個團隊工作？所有這些都可以由促進者和培訓領導者觀察和評估。戰略性地放置的“攝像頭”可以記錄行動，然後在總結討論期間播放。
8. 共同建立 學習者團隊可以一起建立新的物品、產品、機器、建築物，甚至景觀。時間可以根據需要加快或放慢。可以為學習者提供專門的工具，甚至可以預期他們自己“修復”或構建這些工具。一個缺點是學習如何在數字世界中建立事物可能很具有挑戰性，那些有先驗經驗的人可能會主導活動，而其他學習者則淪為旁觀者或啦啦隊。
9. 小組工作 小組可以聚在一起，透過文字或語音聊天進行交流或協作。
10. 小組論壇 幾十人或幾百人可以聚在一起收聽演講或演示。雖然這通常最好使用 WebEx 等平臺來完成，但有時在特定環境的虛擬複製品中會面是可取的。其他時候，演講緊隨其後的就是動手學習活動。
11. 社交網路 如前所述，Anders Gronstedt 等專家建議為參與者規劃自由時間，讓他們閒逛並進行非正式學習。他們可能會反思他們所學到的東西，討論工作的各個方面，交換現實世界的聯絡方式，或討論他們正在進行的專案。

教學設計原則

Kapp 和 O'Driscoll (2010) 列出了在學習中使用 3D 沉浸式環境時需要考慮的 8 個教學設計原則，幷包含一些設計師需要問的問題，以幫助確定是否遵守了這些原則。

注意：本表摘自 K. Kapp 和 T. O'Driscoll 在 2010 年出版的《3D 學習：為企業學習和協作新增新維度》，第 77-78 頁，舊金山：Wiley。

設計原則	需要考慮的關鍵問題
以教學為基礎	學習干預是否針對經過驗證的業務或教育需求？ 學習目標是否針對業務或教育需求進行了最佳化？ 3D 學習環境是傳遞學習的最有效和最有效的機制嗎？
以參與者為中心	設計是否將參與者置於體驗的中心？ 參與者是否透過實踐來學習？ 參與者在體驗中扮演什麼角色？ 參與者可以採取哪些行動和互動來體驗體驗中的可教時刻？
以情境為中心	哪些情境最適合干預措施的學習目標？ 促進者、其他參與者以及環境本身在為學習創造真實的情境方面起著什麼作用？
以發現為驅動	需要制定哪些最低限度的指南來在學習體驗中催化行動？ 可以在學習體驗中選擇性地揭示哪些資訊或激勵措施，以激勵參與和體驗中的協作行動？
以活動為導向	哪些情節活動集將讓參與者沉浸在學習體驗中？ 這些情節中的關鍵行動和互動是什麼，它們會觸發參與者的可教時刻？
以結果為體驗	參與者將如何被要求展示他們執行的能力？ 如何在學習體驗中融入迭代試錯和反饋？ 對於參與者來說，失敗的後果是什麼？
以協作為動力	設計如何鼓勵協作？ 如何激勵和獎勵團隊的協作和合作行動？獎勵是內在的還是外在的？
以反思為綜合	設計如何容納個人反思？ 設計如何容納團隊事後總結？

建立你自己的虛擬現實

像這樣的理光Theta相機可以讓你拍攝360°的照片或影片。然後，使用像谷歌紙板這樣的觀看器，你就可以建立自己的沉浸式虛擬現實體驗。

教師和學生建立自己的虛擬現實不再是遙不可及的夢想。特殊的相機可以讓您一次拍攝360°的照片和影片。然後，像ThingLink的VR課程這樣的軟體提供了工具，可以使您的影像和影片具有互動性和氛圍。您可以新增可點選的熱點、音效、音樂，甚至將多個影像和影片連結在一起。截至2016年5月2日，ThingLink VR課程在蘋果App Store上售價4.99美元。教師或學生製作的教育體驗，可能基於Kapp和O'Driscoll（2010）列出的尋寶遊戲或導覽活動，可以透過谷歌紙板進行體驗。

結論

虛擬現實中的學習體驗已經表明在學習成果方面取得了顯著的進步。有一些經過驗證的設計原則和活動，可以讓參與者擴充套件他們的網路和知識庫，並透過實踐學習。隨著技術的不斷發展，學習的潛力將會不斷提升。研究人員、從業人員和教學設計師需要繼續尋找新的方法，利用虛擬現實來吸引學習者、滿足學習和組織需求，同時為利益相關者節省時間和金錢。

參考資料

消防和救援。 (n.d.) 在Second Life航空。 檢索於2016年4月25日自 http://sl-aviation.wikia.com/wiki/Fire_and_Rescue

Firth, N. (2013, 6月19日). 虛擬現實：遇見創始人Jaron Lanier。 新科學家。 檢索於 https://www.newscientist.com/article/mg21829226-000-virtual-reality-meet-founding-father-jaron-lanier/

GoodFellow Aabye. (2007, 11月16日). 塔樓火災 - Second Life中的消防部門。 探索Second Life的世界。 檢索於 http://explore-secondlife.blogspot.kr/2007/11/most-people-will-not-choose-life-full.html

IBM企業傳播。 (2006). IBM使用網際網路的虛擬世界來培訓數千名新員工 [sic] [新聞稿]。 檢索於 http://www.hr.com/SITEFORUM?&t=/Default/gateway&i=1116423256281&application=story&active=no&ParentID=1119278002800&StoryID=1163468283729&xref=https%3A//www.google.co.kr

Kapp, Karl. (2010, 11月4日). Anders Gronstedt討論瞭如何在虛擬世界中領導學習課程。 Kapp筆記。 檢索於 http://karlkapp.com/anders-gronstedt-discusses-how-to-lead-learning-sessions-in-virtual-worlds/

Kapp, K. (2013, 12月10日). 思考遊戲化在學習和教學中的應用。 Kapp筆記。 檢索於 http://karlkapp.com/thinking-about-gamification-in-learning-and-instruction/

Kapp, K. (2015, 6月8日). 與Learnbrite的Danny Stefanic對話。 Kapp筆記。 檢索於 http://karlkapp.com/a-conversation-with-danny-stefanic-of-learnbrite/

Kapp, K.M., & O'Driscoll, T. (2010). 3D學習：為企業學習和協作增添新維度。 桑弗朗西斯科，加利福尼亞：Wiley。

Lanier, J. (n.d.). Jaron Lanier簡要傳記。 檢索於 http://jaronlanier.com/general.html

Learnbrite。 (2014). LearnBrite白皮書：LearnBrite線上學習平臺簡介 (。 菲尼克斯，亞利桑那：作者。 檢索於 http://learnbrite.com/learnbrite-platform-white-paper/

Linden, A. (2009, 7月10日). 案例研究：Loyalist學院使用Second Life大幅提升測試分數和培訓效果。 世界學習一般。 檢索於 https://community.secondlife.com/t5/Learning-Inworld-General/Case-Study-Loyalist-College-Massively-Improves-Test-Scores-and/ba-p/646438

新聞編輯。 (2015, 6月24日). LearnBrite推出VR線上學習平臺（1.3版）。 學習解決方案雜誌。 檢索於 http://www.learningsolutionsmag.com/articles/1730/learnbrite-comes-out-of-stealth-with-vr-platform-for-elearning

Seymour, N. E., Gallagher, A. G., Roman, S. A., O’Brien, M. K., Bansal, V. K., Andersen, D. K., & Satava, R. M. (2002). 虛擬現實培訓改善手術室表現：一項隨機雙盲研究的結果。 外科年鑑, 236(4), 458–464。

Smith, D. Frank. (2015, 10月15日). 虛擬現實為動手學習開闢了新的途徑。 EdTech雜誌。 檢索於 http://www.edtechmagazine.com/k12/article/2015/10/virtual-reality-opens-new-pathways-hands-learning

Stein, Joel. (2015, 8月6日). 虛擬現實的令人驚訝的快樂：以及它為何將改變世界。 時代。 檢索於 http://time.com/3987022/why-virtual-reality-is-about-to-change-the-world/

ThingLink。 360° & VR 用於教育。 檢索於 http://demo.thinglink.com/vr-edu#about

Angeli, E., Wagner, J., Lawrick, E., Moore, K., Anderson, M., Soderland, L., & Brizee, A. (2010, 5月5日). 通用格式。 檢索於 http://owl.english.purdue.edu/owl/resource/560/01/