結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)兒童園藝整體認(rèn)知

任曉晶 申鎵豪 錢皓月 李伍清

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是通過構(gòu)建一種虛擬的環(huán)境，讓用戶可以參與到完全的沉浸式體驗(yàn)中去并實(shí)現(xiàn)人和虛擬環(huán)境的互動(dòng)。本文主要討論將虛擬技術(shù)與兒童園藝教育相結(jié)合，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)指導(dǎo)兒童的園藝活動(dòng)，增加兒童的興趣并提高兒童對(duì)園藝的整體認(rèn)知。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；兒童認(rèn)知；園藝

引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到模擬的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到工業(yè)、醫(yī)學(xué)、航天、娛樂等眾多領(lǐng)域，該技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟但仍有許多創(chuàng)新空間。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)同教育相結(jié)合是對(duì)傳統(tǒng)教育的一種挑戰(zhàn)，也是未來教育發(fā)展的重要途徑。它使我們可以積極主動(dòng)的參與到學(xué)習(xí)中，由傳統(tǒng)的說教式教育代之為使用者自身與虛擬環(huán)境交互來獲得知識(shí)技能[1]。目前，在兒童的園藝教育方面的產(chǎn)品設(shè)計(jì)還僅僅停留在現(xiàn)實(shí)教授種植過程的階段。通常都是老師帶領(lǐng)著學(xué)生在一小片土地上進(jìn)行種植，觀察和記錄植株的變化過程?，F(xiàn)實(shí)種植有兩個(gè)特點(diǎn)：一方面，園藝種植是一個(gè)較長(zhǎng)期才能顯示種植結(jié)果的過程，這種漫長(zhǎng)的等待勢(shì)必會(huì)消磨兒童的興趣；另一方面，園藝是一個(gè)不可逆的線性過程，這就意味著一次園藝種植過程只能為兒童帶來一次學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，并且這個(gè)機(jī)會(huì)稍縱即逝。并且目前的園藝教育多注重于動(dòng)手能力和觀察能力的培養(yǎng)，而忽略了兒童對(duì)于園藝的整體認(rèn)知，是一種被動(dòng)的而非主動(dòng)的學(xué)習(xí)。這就大大降低了園藝教育的效能，往往付出很多的時(shí)間和精力，但收獲的知識(shí)和能力卻很有局限性。而在園藝種植過程中如果對(duì)其過程有一個(gè)全局的了解將有助于兒童對(duì)園藝活動(dòng)的整體認(rèn)知。

一、整體認(rèn)知

“Culture”在英文中既是栽培（生物）的意思，同時(shí)又是培養(yǎng)（人）的意思。這說明了園藝與培養(yǎng)人的能力的本源聯(lián)系：通過植物栽培活動(dòng)可以培養(yǎng)主體的各方面的能力。最早提出園藝治療的《英國(guó)庭園》一書中指出我們可以在閑暇時(shí)到院子里坐一會(huì)，除除草，澆澆花，聆聽鳥鳴，這可以使我們身心愉悅，促進(jìn)身體健康[2]。這更是說明了園藝活動(dòng)對(duì)人的心性的修養(yǎng)。由此可見，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱@藝教育是必要的而且是重要的。本文以為，毫無疑問，親近大自然是兒童學(xué)習(xí)和認(rèn)知的重要方式之一。讓兒童置身于大自然中，親密接觸大自然，更容易認(rèn)識(shí)到事物的本質(zhì)。但將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與園藝教育相結(jié)合，通過提供虛擬體驗(yàn)，可以加速并鞏固兒童探索未知領(lǐng)域的進(jìn)程。這種近似于“身臨其境”的虛擬體驗(yàn)，比空洞的說教更具有說服力，更能提高兒童的興趣，使兒童更愿意主動(dòng)地去進(jìn)行交互、去接受新事物。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與園藝教育結(jié)合主要有利于解決現(xiàn)實(shí)種植的兩個(gè)不足之處：

（一）園藝種植結(jié)果顯示的漫長(zhǎng)性

園藝植物的生長(zhǎng)周期可以分為一年生、二年生和多年生。在生活中雖然我們主要種植的是一年生植物，但一年生植物的生長(zhǎng)周期也包含發(fā)芽期、幼苗期、成株期和開花結(jié)果期[3]，是一個(gè)漫長(zhǎng)的成長(zhǎng)過程。如圖一總結(jié)了生活中經(jīng)常種植的園藝花卉的發(fā)芽期和成長(zhǎng)周期。

可以看到，花卉的發(fā)芽期基本都要一個(gè)禮拜以上，而完整的成長(zhǎng)周期則至少需要兩個(gè)月以上。這就說明了植物的生長(zhǎng)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。不僅如此，在植物生長(zhǎng)的過程中，植物的形態(tài)的變化并不是每天都有顯著的變化，只有在不同生長(zhǎng)階段變化時(shí)才會(huì)有明顯的形態(tài)變化，這就使兒童等待園藝植物生長(zhǎng)的過程變得十分無趣，也因此漸漸失去種植的樂趣。而將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合到園藝種植中就可以利用模擬的形態(tài)將植物每一個(gè)階段的生長(zhǎng)過程生動(dòng)地表現(xiàn)出來。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓兒童觀察植物成長(zhǎng)各階段的周期縮短，更好地對(duì)植物成長(zhǎng)的整個(gè)周期進(jìn)行整體認(rèn)知。并且結(jié)合多模態(tài)的輸入輸出設(shè)計(jì)，比如：?jiǎn)屋斎?，同時(shí)輸入，順序輸入等輸入模式增加虛擬現(xiàn)實(shí)的樂趣性。具體而言則包括手勢(shì)輸入，語(yǔ)音輸入，動(dòng)作輸入以及觸摸輸入等。研究者JasonJerald認(rèn)為通過多種輸入模式的運(yùn)用可以使用戶完全沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)中，提高使用者的注意力，以此提高產(chǎn)品的可用性[4]。

（二）園藝種植過程的不可逆性

植物的成長(zhǎng)過程實(shí)際上就是細(xì)胞體積增大和數(shù)量增多的過程，這一過程是不可逆轉(zhuǎn)的。由于對(duì)植物認(rèn)知程度不同，兒童種植的結(jié)果也會(huì)不同。如果對(duì)植物生長(zhǎng)環(huán)境不是很了解，就很容易導(dǎo)致植物死亡。經(jīng)過漫長(zhǎng)等待卻得不到認(rèn)知植物的機(jī)會(huì)，不僅不能增進(jìn)兒童認(rèn)知而且還會(huì)導(dǎo)致兒童種植樂趣的喪失。并且，現(xiàn)實(shí)種植中，兒童對(duì)植物的觀察僅僅停留在表面形態(tài)，比如對(duì)植物的高度，葉片的數(shù)量，或開花結(jié)果的數(shù)量進(jìn)行觀察，這就使兒童在園藝活動(dòng)中對(duì)植物的認(rèn)知非常局限，達(dá)不到對(duì)兒童進(jìn)行全面園藝教育的效果。而結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行園藝教育，可以將植物的生長(zhǎng)過程利用虛擬形態(tài)表現(xiàn)出來，不僅僅是外部形態(tài)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以將植物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析；不僅僅可以進(jìn)行物理形態(tài)的解讀，還可以進(jìn)行植物內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的解讀。根據(jù)使用者的需求進(jìn)行不同層次的講解，使兒童更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)植物的整體認(rèn)知。

二、結(jié)論

本文認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過解決以上兩個(gè)傳統(tǒng)種植包含的問題從而實(shí)現(xiàn)對(duì)植物更持續(xù)、反復(fù)和細(xì)致的研究學(xué)習(xí)。不僅如此，虛擬現(xiàn)實(shí)還可以指導(dǎo)兒童實(shí)地操作，包括控制水量，階段施肥等。從而增加兒童對(duì)園藝與四季、花期、色彩等形態(tài)以外的其他方面關(guān)聯(lián)的綜合認(rèn)知。讓兒童參與到種植的活動(dòng)中，可以讓其對(duì)種植產(chǎn)生“真實(shí)的”感受。本文認(rèn)為基于虛擬情境開展認(rèn)知學(xué)習(xí)可以使兒童獲得對(duì)事物的直觀體驗(yàn)和感受，從而獲得對(duì)事物特點(diǎn)、形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及過程的更加深入、全面的理解。通常情況下，只有聽到的20%的信息被我們記住，看到的30%的信息被我們記住。但是，如果我們通過個(gè)人體驗(yàn)來理解這些信息，我們就會(huì)記住其中的90%。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造的一種沉浸式體驗(yàn)，可以幫助兒童更高效的形成對(duì)種植的整體認(rèn)知。并且在實(shí)際的自然園藝前。介入虛擬現(xiàn)實(shí)提高綜合認(rèn)知的前置過程，也將提升兒童的探索實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]周忠，周頤，肖江劍.虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)綜述[J].中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2015，45（02）：157-180.

[2]李那托·麥加.英國(guó)庭園[M].英國(guó).

[3]程智慧.園藝學(xué)概論.[M].中國(guó).中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社.2011.

[4]JasonJerald.Human-CenteredVRDesign：FiveEssentialsEveryEngineerNeedstoKnow[J].ComputerGraphicsandApplicationsIEEE，2018，38（2）：15-21.