VR/AR技術(shù)在STEAM教育中的應(yīng)用研究

梁趙娣

摘 要 本文從STEAM教育的理念，VR/AR技術(shù)的發(fā)展前景和幼兒創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，介紹STEAM教育的基本概念，教育模式，VR/AR技術(shù)的概念、特點(diǎn)，提出將VR/AR技術(shù)融合STEAM教育應(yīng)用到學(xué)前教育領(lǐng)域，列舉出目前已有的VR/AR教玩玩具及其特點(diǎn)，結(jié)合STEAM教育的課程活動(dòng)，總結(jié)出 VR/AR技術(shù)在STEAM教育中應(yīng)用的好處及未來展望。

關(guān)鍵詞 VR/AR技術(shù);STEAM教育;VR/AR教玩具

集邏輯思維能力、創(chuàng)新思維能力、出色的語言表達(dá)能力以及對社會、科學(xué)、文化、藝術(shù)等領(lǐng)域有一定的了解的綜合型人才一直都是備受追捧的人才。而要成為綜合性人才，需要從小開始培養(yǎng)。在幼兒教育工作中運(yùn)用STEAM教育理念，將有助于學(xué)齡前兒童得到多方面的啟迪和發(fā)展。而將VR/AR技術(shù)融合STEAM教育應(yīng)用到學(xué)前教育領(lǐng)域，寓教于樂，對人才培養(yǎng)具有重大意義，也具有廣闊的發(fā)展前景。

1STEAM教育的基本概念和特點(diǎn)

1.1 STEAM教育的概念

STEAM最初由美國提出，是一種跨學(xué)科，重實(shí)踐，綜合解決問題的教育理念。STEAM教育通過跨學(xué)科教育方式培養(yǎng)和提升幼兒的邏輯思維、創(chuàng)新思維及問題解決能力等，是一種在國內(nèi)新興的教育方式。所謂STEAM，是Science（科學(xué)），Technology（技術(shù)），Engineering（工程），Art（藝術(shù)），Mathematics（數(shù)學(xué)）這五個(gè)單詞的縮寫[1]。

1.2 STEAM教育特點(diǎn)

STEAM具有跨學(xué)科、趣味性、情境性、藝術(shù)性、技術(shù)增強(qiáng)性等特點(diǎn)，其中跨學(xué)科性最重要的核心特征[2]。其強(qiáng)調(diào)利用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)或數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識解決問題。

STEAM教育在實(shí)施過程中，把多學(xué)科知識融于具有挑戰(zhàn)性、趣味性、藝術(shù)性且與現(xiàn)實(shí)生活息息相關(guān)的問題中，并靈活設(shè)置相對應(yīng)的生活情境，讓學(xué)生能夠理解和辨識不同情境的知識表現(xiàn)，以此激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力和解決問題的成就感和分享成果的快樂感。

2VR/AR技術(shù)的概念及其在教育領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 VR/AR技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)又稱為“靈境技術(shù)”，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，交叉融合多學(xué)科的現(xiàn)代高科技手段，模擬生成一種三維逼真的視、聽、觸、嗅、味覺等一體化的虛擬環(huán)境，用戶通過戴上虛擬現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)、感知和跟蹤設(shè)備，通過自然的方式與虛擬世界中的對象進(jìn)行交互，在視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方面得到刺激，從而產(chǎn)生身臨其境的感受與體驗(yàn)[3]。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR）技術(shù)，是一種能實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，把含有字母、數(shù)字、符號或圖形的信息疊加或融合到用戶看到的真實(shí)世界中，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)[4]。

2.2 VR/AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來的工信部，發(fā)改委，教育部文件中，VR已被列入教育重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃之內(nèi)，這為AR/VR加速落地提供了政策支持[5]。目前主流的顯示設(shè)備或VR一體機(jī)已經(jīng)應(yīng)用到VR課堂中，且VR教學(xué)內(nèi)容資源日益豐富。培養(yǎng)特定實(shí)踐型技能組合是VR/AR系統(tǒng)在教育領(lǐng)域最早期也最成功的應(yīng)用。最具代表性的是zSpace VR技術(shù)。zSpace VR技術(shù)無縫的融合了虛擬數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界，將學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從2D時(shí)代提升到3D時(shí)代，在空間認(rèn)知方面起到了大大的促進(jìn)作用。zSpace 教育在美國應(yīng)用廣泛，超過90%的學(xué)區(qū)已經(jīng)使用zSpace[6]。

如今VR/AR技術(shù)漸趨成熟，廣泛運(yùn)用于教育領(lǐng)域。對于幼兒教育領(lǐng)域，最直觀的表現(xiàn)是各種AR教玩玩具的出現(xiàn)。AR教玩玩具是將“AR技術(shù)”運(yùn)用于玩具開發(fā)而生產(chǎn)的兼具教育與玩樂功能的玩具。借助AR教玩玩具有助于激發(fā)幼兒的學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)投入[7]。

3VR/AR技術(shù)在STEAM教育中的作用

3.1 VR/AR技術(shù)讓STEAM教育更加方便直觀

STEAM教育特別強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力，借助VR/AR技術(shù)能夠在保護(hù)兒童安全的前提下將虛擬物品形象展示到現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行三維展示并實(shí)現(xiàn)交互，使教學(xué)更加方便和直觀。這有助于大大增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際體會和動(dòng)手能力，令教學(xué)不再抽象和枯燥，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。

3.2 VR/AR技術(shù)影響STEAM教育中的教學(xué)模式和手段

運(yùn)用VR/AR技術(shù)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)人性化的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，提供良好的人機(jī)交互體驗(yàn)，以解決問題為中心，讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中進(jìn)入有針對性地建構(gòu)的虛擬情境，可以實(shí)現(xiàn)讓不同空間中的孩子共同協(xié)作，設(shè)計(jì)并完成項(xiàng)目。通過身臨其境、自主控制的人機(jī)交互，由視覺、聽覺、觸覺獲取，提供生動(dòng)、有趣的直觀形象思維素材及知識探究線索，讓學(xué)生從思維、情感和行為等多方面參與教學(xué)活動(dòng)，全面提升學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)。

3.3 VR/AR技術(shù)讓圖書更加有趣，更益智。

VR/AR技術(shù)提供了一種新的交互式的教育模式，使枯燥的讀書與學(xué)習(xí)變得生動(dòng)有趣。目前已經(jīng)成型的應(yīng)用有AR魔法學(xué)校和AR神奇語言卡APP、“麥斯絲數(shù)學(xué)”APP、編程類AR玩具等。通過VR/AR技術(shù)賦予文字形象和數(shù)字具象化的可愛生動(dòng)的形象，并通過動(dòng)畫的形式演示，鼓勵(lì)孩子們進(jìn)行探索與分析，從而激發(fā)孩子們的閱讀與學(xué)習(xí)興趣[8]。

3.4 VR/AR技術(shù)提高創(chuàng)新創(chuàng)造、空間想象和合作互動(dòng)能力

為了挖掘孩子們的天賦，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，一些公司基于VR/AR技術(shù)開發(fā)了相關(guān)的游戲如：如虛擬橡皮泥和AR積木游戲等，讓孩子在玩樂中可以發(fā)揮想象創(chuàng)造各種靈活領(lǐng)先的虛擬形象，增強(qiáng)了游戲過程中的趣味性，同時(shí)使孩子在游戲中突破地域空間的局限，實(shí)時(shí)和其他小伙伴進(jìn)行互動(dòng)合作，讓孩子們在游戲之中培養(yǎng)鍛煉溝通交流能力和統(tǒng)籌全局的能力。同時(shí)達(dá)到理解空間、理解世界，不斷提升想象力與創(chuàng)造力的效果。