基于虛擬現(xiàn)實技術（VR）在學前教育中的應用研究

陳貴平，唐婉貞

（貴州師范大學教育科學學院，貴州貴陽550025）

基于虛擬現(xiàn)實技術（VR）在學前教育中的應用研究

陳貴平，唐婉貞

（貴州師范大學教育科學學院，貴州貴陽550025）

本研究從虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展前景和學前教育的重要性出發(fā)，介紹虛擬現(xiàn)實技術的概念、特點及類型，提出將虛擬現(xiàn)實技術帶入學前教育領域中，能發(fā)揮出彌補傳統(tǒng)教學條件的不足、打破教學時間空間的限制、促進幼兒主動學習的意識提高的作用，進而結(jié)合學前教育教學五大領域課程活動，就虛擬現(xiàn)實技術在學前教育中的應用提出了虛擬教學、虛擬學習環(huán)境、虛擬實驗室的方案.并從虛擬現(xiàn)實技術、幼兒教師和幼兒三方面總結(jié)提出了虛擬現(xiàn)實技術在學前教育應用中存在的不足及對策.

虛擬現(xiàn)實技術；學前教育；應用研究

隨著科學技術的火速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的興起，虛擬現(xiàn)實技術在越來越多的領域中影響著我們的生活，投身于虛擬現(xiàn)實技術的產(chǎn)業(yè)項目日益增加，也逐漸有虛擬現(xiàn)實技術服務于教育領域中.然而，在學前教育領域中，虛擬現(xiàn)實技術的應用卻遠遠滯后于產(chǎn)業(yè)技術的發(fā)展.學前教育是受教育者的基礎教育，對其一生的影響十分深遠，《中國兒童發(fā)展綱要（2011-2020）》中明確指出：“要加快發(fā)展3-6歲兒童學前教育，優(yōu)化教育資源，拓展數(shù)字化學習的空間，全面推進教育現(xiàn)代化和信息化”.①進一步提升學前教育的質(zhì)量，把虛擬現(xiàn)實技術運用到學前教育中便成為必然.因此，本研究適應了教育信息化的方向和潮流，具有一定的研究價值與意義.

1 虛擬現(xiàn)實技術的概念、特點及類型

1.1 虛擬現(xiàn)實技術的概念

虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality,簡稱VR)，是20世紀90年代興起的一門新興的信息技術，它是許多學科交叉、集成的產(chǎn)物，融合了計算機網(wǎng)絡、多媒體技術、數(shù)字圖像處理、傳感器技術、微電子技術、人機交互等多個信息技術，通過計算機技術和設備生成一種三維的虛擬環(huán)境，用戶通過戴上特殊的頭盔、3D眼鏡、數(shù)據(jù)手套等傳感設備，在視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方面得到刺激，從而身臨其境，進而實現(xiàn)使用者與該環(huán)境進行自然的逼真交互.它是對真實世界的模擬，能夠逼真地再現(xiàn)并超越客觀世界，用戶不僅能融合其中，并且還能夠駕馭和操縱這個虛擬環(huán)境.②

1.2 虛擬現(xiàn)實技術的特點

1.2.1 多感知性.由于虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)里包含了視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種傳感裝置，采用頭盔屏幕顯示器、3D眼鏡、三維顯示器等，給用戶以立體的視覺效果、三維音效的聽覺效果.同時，具有虛擬現(xiàn)實跟蹤傳感設備，獲得人在虛擬環(huán)境中的動作、感知等信息.因此，用戶在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中可獲取多種感知.

1.2.2 沉浸性.它是指根據(jù)人類的生理心理的特點，進行虛擬現(xiàn)實反應裝置的設置，讓用戶不是在單一地瀏覽了解，而是虛擬環(huán)境中的參與者，感受到作為其中一員存在并融入虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中，與虛擬環(huán)境中的各對象的交互作用，體驗到自然世界中的各種感知.

1.2.3 交互性.它是指用戶可以通過使用3D眼鏡、頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備與該環(huán)境中的人物、事物進行交互，可操作程度如同在真實的環(huán)境中一樣，并對虛擬環(huán)境內(nèi)的物體得到反饋.

1.3 虛擬現(xiàn)實技術的類型

1.3.1 桌面式.它是一套基于PC平臺的小型桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，用戶運用計算機觀看、感受、領會虛擬世界，并通過鼠標、鍵盤等設備與之進行交互，感受虛擬環(huán)境.由于會受到周邊外部環(huán)境的影響，用戶的沉浸感較低，是一種初級的虛擬狀態(tài).

1.3.2 沉浸式.它是一套較為復雜的系統(tǒng)，用戶通過頭盔、數(shù)據(jù)手套、VR眼鏡等傳感器，在聽覺、視覺、觸覺等方面與現(xiàn)實世界完全分離，排除了外界的干擾，全身心與虛擬世界進行交互，感受到一個逼真、全封閉的虛擬現(xiàn)實環(huán)境.

1.3.3 增強現(xiàn)實式.它是將虛擬世界與的現(xiàn)實世界融合在一起，對用戶產(chǎn)生交互，用戶在一個半真半假的環(huán)境中，可通過在該環(huán)境中的操作，對實驗等進行演示、練習，從而提高在現(xiàn)實世界的準確度，以及增加對客觀世界的感知能力.

1.3.4 分布式.它是指通過虛擬現(xiàn)實技術，把多個相互獨立的用戶連接在一起，共享一個虛擬的空間，并共同進行體驗虛擬經(jīng)歷，從中獲得交互，相互進行交流練習，這也能夠達到更高的虛擬效果和協(xié)同工作目的.

2 虛擬現(xiàn)實技術在學前教育中的作用

2.1 學前教育的特點

在學前教育階段，幼兒的認知水平開始逐步發(fā)展，應注重其認知水平的提高，及時正確把握幼兒成長各個敏感期.若幼兒的敏感期的內(nèi)在需求受到抵制因而不能夠發(fā)展時，就將喪失學習的最佳時期.學前教育階段的幼兒認知活動主要受到興趣的驅(qū)使，而認知過程是以形象思維為主，其效果有賴于其認知事物的現(xiàn)象，③例如聲響、顏色、圖像、動畫、現(xiàn)象等.然而幼兒具有身心發(fā)展水平不高、注意力不能較長時間集中、對知識的接受能力不強等特點，傳統(tǒng)教學在很多時候無法在直觀上很好地實現(xiàn)教學目標、達到教學效果.卡爾·雅思貝爾斯在《什么是教育》一書中也提道：“對于兒童來說，最重要的不是掌握科學，而是以直觀的圖片和形象來充實他們的精神世界”.④同時，學前教育是一門綜合性強、實踐性強的學科，將虛擬現(xiàn)實技術運用于學前教育中，則能發(fā)揮出其獨特的價值和意義.

2.2 虛擬現(xiàn)實技術彌補傳統(tǒng)教學條件的不足

學前教學的最主要的形式是游戲，然而傳統(tǒng)教學無法隨時保持教學活動的趣味性.根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術多感知性、沉浸性、交互性的特點，可以在教學中設計互動式游戲，營造趣味氛圍，開展情景化教學，使幼兒以濃烈的興趣參與其中，以“被動”接受轉(zhuǎn)化為“主動”參與，以期達到更好地教學效果.同時，在傳統(tǒng)幼兒園教學的科學活動中，涉及演示實驗的內(nèi)容時，往往需要教師提前做好相關的物質(zhì)材料準備，費時費力.利用虛擬現(xiàn)實技術，可以將實驗演示設計于其中，在逼真的場景中，幼兒更能夠全身心投入學習環(huán)境中，更好地了解和學習.

2.3 虛擬現(xiàn)實技術能夠打破教學時間空間的限制

運用虛擬現(xiàn)實技術，能夠突破教學時間上的限制.如：開展學前教育語言領域活動，介紹其他年代發(fā)生的事或者講述特殊的節(jié)日時，口述的言語不易理解和掌握，可以讓幼兒戴上3D交互設備，置身于桌面式的虛擬環(huán)境之中，更加全面、花更少時間了解內(nèi)容，掌握知識.同時，運用虛擬現(xiàn)實技術，能夠打破教學空間上的限制.如：開展幼兒園科學領域活動，介紹太空時，幼兒可以通過沉浸式的虛擬現(xiàn)實技術，身臨其境，并在教師的講解下，進一步了解各大星系、宇宙天體等，這是傳統(tǒng)的信息技術所無法實現(xiàn)的.

2.4 虛擬現(xiàn)實技術促進幼兒主動學習的意識提高

虛擬現(xiàn)實是一個交互性極高的多媒體環(huán)境，通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方面的交互，使幼兒在其中參與感、沉浸感極強.由于其三維立體感強、逼真度高，會增強幼兒的學習積極性.如：語言領域活動，教師在講繪本故事《誰偷了我的大餅》時，利用增強現(xiàn)實式的虛擬現(xiàn)實技術，情境中出現(xiàn)香噴噴的大餅、可愛的小豬、歡樂的小鳥、有大嘴巴的鱷魚等，幼兒可以與事物面對面對話，融入故事情節(jié)中，幼兒之間相互進行交流，增強了學習體驗，提高了主動學習的意識，達到了顯著的教學效果.

3 虛擬現(xiàn)實技術在學前教育中的應用

3.1 虛擬教學

幼兒園課程應走向多元化發(fā)展，能夠根據(jù)實際情況自己構(gòu)建課程模式，應該以開放的態(tài)度認識課程模式.虛擬教學區(qū)別于傳統(tǒng)的教學形式，它更有利于教師開展高質(zhì)量教學活動.比如：開展健康領域《健康刷牙》活動，傳統(tǒng)的教學中，幼兒不易掌握操作方法，而通過桌面式虛擬現(xiàn)實技術，讓幼兒了解牙齒的構(gòu)成情況和重要性，再讓幼兒置身于沉浸式虛擬環(huán)境之中，分步驟除去牙齒上的細菌，進行刷牙.又如：在社會領域《火災逃生》中，空講、圖片或PPT演示都不夠生動，幼兒在實際生活中可能不知如何應對，而利用虛擬現(xiàn)實技術的增強現(xiàn)實式，將虛擬世界與的現(xiàn)實世界融合在一起，幼兒置身于火災的場景中，并通過教師進行一邊講解，幼兒進行一邊演練，從而實現(xiàn)教學目的.

健康領域《健康刷牙》活動流程圖：

社會領域《火災逃生》活動流程圖：

3.2 虛擬學習環(huán)境

虛擬學習環(huán)境是學前教育的重要資源，通過對于環(huán)境的創(chuàng)設和利用，有效地促進幼兒的發(fā)展.虛擬現(xiàn)實技術可以使幼兒置身于充滿游戲性、逼真感，且易掌握教學活動內(nèi)容的環(huán)境之中.如：語言領域繪本《缺失的一角》，幼兒通過虛擬現(xiàn)實技術了解繪本故事情節(jié)，感知“缺失的一角”，并與其互動，從而明白缺失一角的意義，懂得沒有完美的人和事，樹立正確的世界觀、人生觀.再如健康領域《小手洗干凈》活動中，將幼兒置身于增強現(xiàn)實式虛擬環(huán)境中，以玩游戲的方式進行“闖關”,達成學會洗手的教學目的.又如：虛擬現(xiàn)實技術可以營造超市、商場、理發(fā)店、森林等不同的逼真場景，可以通過虛擬現(xiàn)實分布式，將多個幼兒連接在一起，共享一個虛擬空間，進行角色扮演，充分發(fā)揮其創(chuàng)造性，并推動其社會性的發(fā)展.

語言領域繪本《缺失的一角》活動流程圖：

健康領域《小手洗干凈》活動流程圖：

3.3 虛擬實驗室

在學前教育課程活動中，教具等教學材料發(fā)揮著重要的作用.虛擬現(xiàn)實技術可以簡便學前教育活動的教具準備，更好地開展實驗，并讓幼兒容易理解.如：科學領域《浮力與沉力》活動，通過實驗、視頻等方式都不夠直觀，且材料準備較煩瑣，而可以讓幼兒在虛擬環(huán)境中感受并操作物品在浮力和沉力情況下的狀態(tài)，探索科學的奧秘，并將科學的知識運用于生活之中.又如：科學領域《有趣的植物》活動，可以設計幼兒與植物互動的交互式游戲，通過游戲和觀察，在短時間內(nèi)了解到植物從萌芽到枯萎的過程及特點.

科學領域《浮力與沉力》活動流程圖：

4 虛擬現(xiàn)實技術在學前教育應用中存在的不足及建議

4.1 虛擬現(xiàn)實技術在學前教育應用中存在的不足

4.1.1 虛擬現(xiàn)實所呈現(xiàn)的虛擬空間具有很高的逼真度，然而與自然的真實環(huán)境相比仍然存在一定差距，且目前所開發(fā)的VR設備分辨率不夠高，會影響沉浸式VR的體驗.同時，虛擬現(xiàn)實技術便于實現(xiàn)知識目標、能力目標，對于情感目標卻很難實現(xiàn).此外，增強現(xiàn)實式VR設備的價格過高，較難被大市場應用和推廣.

4.1.2 虛擬現(xiàn)實技術的應用，將會導致幼兒教師在幼兒園課程活動中的參與度降低，在一定程度上削弱了幼兒教師原本的教學地位.此外，幼兒教師是虛擬現(xiàn)實技術應用于學前教育教學中的主導者和引導者，然而目前他們對于“VR+學前教育”這一領域了解尚少，且不易把握VR和傳統(tǒng)教學相結(jié)合的最佳方式，這對教師的教學能力提出了更高的要求.

4.2 虛擬現(xiàn)實在學前教育中應用的建議

4.2.1 加強虛擬現(xiàn)實技術的開發(fā)，與學前教育進行交互調(diào)試，結(jié)合逼真度、分辨率、健康隱患等問題，進行改良VR設備.同時，開發(fā)普惠性VR產(chǎn)品，在一定范圍內(nèi)降低價格，加強市場推廣，提高市場占有率.

4.2.2 對幼兒教師進行“VR+學前教育”相關培訓，增強其操作運用VR設備的能力，更有效地使用虛擬現(xiàn)實技術進行教學.同時對虛擬現(xiàn)實技術與學前教育進行融合，通過優(yōu)勢互補，更合理地結(jié)合現(xiàn)代教育技術與傳統(tǒng)教育方式，發(fā)揮出幼兒教師的主導地位，體現(xiàn)出幼兒的主體地位，從而更好地實現(xiàn)教學目標，達成教學效果.

本文基于對虛擬現(xiàn)實特點、類型及學前教育特點的分析，提出了該技術在學前教育的教學、學習環(huán)境、實驗中的應用，并運用學前教育教學活動舉例說明其實用性，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術在學前教育中應用的不足，提出了相應的對策.隨著虛擬現(xiàn)實技術的完善和推廣，以及虛擬硬件設備價格的降低，該技術將對學前教育領域中提高教學水平、提升教學效果、提高幼兒的學習興趣、培養(yǎng)幼兒的邏輯思維和發(fā)散性思維等產(chǎn)生深遠的影響，它作為新型的教學工具和手段，會得到越來越多學前教育工作者的重視和青睞.

注釋：

①中國兒童發(fā)展綱要（2011-2020）.http://wenku.baidu.com/link?url=ca6p_B4LTpcRaJemhJMbK1eQ 0jr2EJnbI4cDpN 3 BZ4cMEH 9d4FVD4c1u02IID fxMU lxP7nXW 2y52PUCK27 q8br1FBY4zw JT0FSXwo72cDYm.

②李寧.基于虛擬現(xiàn)實的心理治療系統(tǒng)研究與設計[D].大連理工大學,2008.

③蔣在強.學前教育專業(yè)計算機課程的現(xiàn)狀與對策研究[D].四川師范大學,2010.

④卡爾·雅思貝爾斯，什么是教育[M].北京：生活·讀書·新知，1991.

〔1〕史鐵君.虛擬現(xiàn)實在教育中的應用[D].東北師范大學,2008.

〔2〕劉鳳田,劉玉蘭.虛擬現(xiàn)實技術及其在教育領域中的應用研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報(農(nóng)林教育版),2005(3).

〔3〕Burdea G C，Coiffet P．(1992)．Virtual reality technology[J].Presence Teleoperators＆Virtual Environments，2012(6):663-664．

〔4〕劉德建,劉曉琳,張琰,陸奧帆,黃榮懷.虛擬現(xiàn)實技術教育應用的潛力、進展與挑戰(zhàn)[J].開放教育研究,2016(8).

〔5〕姜鋒霞.基于Moodle的學前教育教學系統(tǒng)及應用研究[D].河南大學,2014.

〔6〕況揚,汪欣.虛擬現(xiàn)實技術在教育教學中的應用[J].中國成人教育,2016(10).

G612

A

1673-260X（2017）11-0192-03

2017-08-09

貴州省基金項目：貴州高校師范類畢業(yè)生教師專業(yè)發(fā)展狀況研究(13GH052)