沉浸式虚拟野外实习（iVFT）在地球科学教育中的应用：学生视角与拓宽参与度的启示

这篇综述探讨了沉浸式虚拟野外实习（iVFT）作为传统实地考察（TIPFT）的替代方案，如何通过技术手段（如VR头显、3D建模）提升地球科学教育的包容性。研究基于半结构化访谈，发现iVFT在技术可用性、沉浸感和学习效果上获学生积极反馈，尤其为残疾学生、经济困难群体及需兼顾工作的学习者提供了无障碍参与途径。文章强调iVFT符合通用学习设计（UDL）原则，能缓解TIPFT的物理、经济和时间壁垒，但需优化社交互动与多感官体验以弥补与传统模式的差距。

　　

研究背景与问题

传统地球科学野外实习（TIPFT）长期面临参与壁垒：高成本（如差旅、装备）、体力要求（徒步、露营）及时间投入对残疾学生、低收入群体和需承担照料责任者构成障碍。尽管TIPFT能促进地质思维和身份认同，其排他性可能加剧学科多样性问题。

研究方法与设计

研究团队开发了“增强版”iVFT试点项目，采用HTC Vive^?头显和Unity3d^?平台构建弗吉尼亚州Elk Garden Ridge地质点的3D模型，整合360°全景、高清照片及薄片显微图像。8名地质学本科生（含2名未参与TIPFT者）完成iVFT后接受半结构化访谈，问题涵盖TIPFT与iVFT的认知/情感体验差异。

核心发现

技术接受度与沉浸感

参与者普遍认为iVFT超出预期，虚拟锤击岩石、拾取标本等交互设计高度还原实地操作。学生提到“仿佛置身实地”，动态视角和伪航拍视图（如Google Earth^?导览）显著提升空间理解。

与传统实习的互补性

TIPFT的不可替代性体现在：1）师生/同伴即时互动促进知识共建；2）物理样本的触觉反馈（如硬度测试）深化学习；3）环境随机性（如天气变化）塑造真实挑战。而iVFT优势在于：1）标注薄片（平面偏振光/正交偏光）即时链接宏观-微观特征；2）结构化内容降低新手认知负荷；3）规避野外风险（如野生动物、陡坡）。

包容性价值

残疾学生通过轮椅适配模式参与，经济受限者避免额外开支，工作者可灵活安排时间。一名学生直言：“地质学位不应要求人人能爬山——iVFT证明非野外岗位同样需要地质学家。”

改进方向

学生建议：1）增加多用户协同功能以减少“孤独感”；2）强制笔记环节强化记忆；3）引入环境音效（如风声、昆虫鸣叫）提升沉浸感；4）优化控制器灵敏度（如防误触导缆）。

理论与教育意义

研究以通用设计（UD）为框架，主张iVFT可作为TIPFT的“预演”或补充，尤其适合：1）预习关键露头；2）伤后/孕期恢复期学习；3）国际学生远程参与。案例显示，iVFT能挑战“地质学家必擅野外”的刻板印象，推动学科文化变革。

技术局限与发展

当前iVFT尚无法完全模拟TIPFT的社交建构学习（如围坐讨论标本），且硬件限制（如头显舒适度）可能影响残障用户体验。未来需探索混合现实（MR）方案，平衡真实感与可及性。

结论

iVFT并非取代而是拓展了地球科学教育的可能性。通过UDL框架整合虚拟与实地经验，既能保留TIPFT的核心价值，又能为多元背景学生铺平职业道路，最终促进学科包容性创新。