體感交互技術在幼兒教育中的應用

楊寧

【摘要】本研究以Kinect為例，梳理了體感交互技術的概念，分析了這一技術的發展和應用前景。在此基礎上，初步探討體感交互技術在幼兒教育中的應用問題，反思體感交互技術運用于幼兒教育已反映出來的問題，并對體感交互技術應用于幼兒教育的未來前景作了展望。

【關鍵詞】體感交互技術；體感教育；幼兒教育

【中圖分類號】G612 【文獻標識碼】A 【文章編號】1004-4604（2016）01/02-0035-04

近年來，體感交互技術、云計算、大數據、移動互聯網等技術飛速發展，不僅推動了社會經濟的巨大變革，也為教育的發展帶來了重大機遇和挑戰。在“互聯網+”和信息技術高速發展的時代，幼兒教育如何接受這一輪技術變革浪潮的洗禮，是一個值得深入研究的課題。其中，體感交互技術在幼兒教育中的應用就是一個值得我們深入研究的問題。

一、體感交互技術的概念與發展：以Kinect為例

（一）體感交互技術的概念

體感交互技術（Motion Sensing Interaction Technology）是指人們能夠直接運用手勢、肢體動作、語音、眼球轉動等方式與計算機及其相關設備進行互動的新型自然交互技術。體感交互技術強調創造性地運用手勢、肢體動作、語音等方式與計算機進行交互，無需為實現人機互動而額外學習，從而減輕了人們學習鼠標、鍵盤等非自然操控方式的負擔，使用戶關注于任務本身。〔1〕體感交互技術的出現在人機交互（Human-computer Interaction，HCI）技術發展進程中具有里程碑意義。繼鍵盤、鼠標和多點觸摸人機交互方式之后，體感交互被稱為“第三次人機交互革命”。

在體感交互技術發展過程中，Kinect的出現具有十分重要的意義。Kinect是微軟公司開發的一款姿態傳感輸入設備。從詞源上看，Kinect一詞是Kinectics（動力學）和Connect（連接）的合成。〔2〕Kinect主要由一個彩色攝像頭、一對深度傳感器、一組麥克風及一個馬達構成，作為XBOX360外接的3D體感攝影機和新一代體感設備，它具有即時動態捕捉、影像辨別、麥克風輸入、語音辨識、社群互動等功能，能夠捕捉使用者的動作、面部表情、語音等，從而讓用戶擺脫傳統輸入設備的束縛，實現直接通過自己的身體控制終端的目的。

Kinect體感交互技術是人機自然交互技術的重大發展， Kinect實現的“手勢、深度和骨骼追蹤”是人機自然交互技術最基礎、最實用的內容。“手勢、深度和骨骼追蹤”的組合，對人體基本姿勢進行了定義和匹配，從而實現了通過身體的自然交互控制計算機的目的。〔3〕與傳統輸入設備如鍵盤、鼠標等不同，Kinect直接通過用戶的身體來控制終端，用一種最自然、最自由也是最柔軟的方式與裝置和環境產生交互，有效減少了硬件設備對用戶的束縛，進而降低了用戶的認知負荷，提高了用戶的參與度，加深了用戶的情感體驗等。因此，Kinect具有巨大的應用潛力。〔4〕

基于Kinect體感交互技術的教育產品是一種情境化的、自然交互的學習工具，可以為學習者提供與現實世界相似的虛擬或仿真情境，讓學習者 “身臨其境”地獲得擬真實的、鮮活的學習體驗，真正實現寓教于樂、寓教于動。

（二）體感交互技術的發展和應用前景

2008年，在美國舉行的國際消費電子展（CES）上，比爾·蓋茨提出了自然用戶界面（Natural User Interface，NUI）的概念，并預言人機交互將在未來幾年內有很大的發展，鍵盤和鼠標將逐步被更自然的觸摸式、視覺型以及語音控制等技術所代替。與此同時，“有機用戶界面”（Organic User Interface）也悄然興起，主要包括生物識別傳感器、皮膚顯示器等，實現大腦與計算機的直接對接。這些技術無疑會對人類生活產生重大影響。從比爾·蓋茨提出NUI概念到現在不過短短幾年，一系列人機交互新技術，包括第六感設備、增強現實、多點觸摸、追影技術、虛擬現實、語音識別、體感操作和腦機接口等相繼誕生，從二維空間擴展到三維空間，從接觸式逐漸轉變為非接觸式。當前，體感交互（ Gestural Interaction）從眾多自然人機交互技術中脫穎而出，成為最前沿的研究領域之一。〔5〕

目前體感交互技術的使用已非常廣泛，涉及虛擬應用（如體感試衣）、3D建模、機械控制、虛擬樂器、虛擬娛樂、虛擬實驗、游戲操控、康復訓練等多個領域。〔6〕Kinect已被廣泛用于教育及醫療康復領域。中國臺灣地區的Chiang等人運用Kinect體感交互技術訓練老年人的手眼協調能力；美國明尼蘇達大學兒童發展研究所的研究人員借助Kinect體感交互技術收集和跟蹤兒童的語言和行為，協助開展自閉癥的相關研究。美國羅徹斯特理工學院的Darren Stanley通過Kinect體感交互技術收集被試在持續性操作測驗中肢體和頭部的姿勢以及動作來測試其注意力水平。體感交互技術在教育上的應用是一個特別值得關注的問題。

二、體感教育：體感交互技術在幼兒教育中的應用

（一）體感教育的概念

體感教育目前還沒有統一的定義，本文嘗試將其界定為：以體驗式學習理論、情境化學習理論和具身認知理論為基礎，將體感交互技術以及其他多媒體技術、3D技術和AR增強現實技術等應用于教育的過程。其中，幼兒教育中體感教育通常是指讓幼兒通過各種身體動作，如揮手、伸展、奔跑、跳躍等操控三維場景中的人和物，并與三維場景中的人和物進行互動，將學習、體驗、探索、運動和游戲融為一體。體感教育有一個特別的優勢，它可以通過體感交互技術將幼兒原本無法直接體驗的內容，如海底探索、太空旅行、火災地震防范等，以接近真實的三維場景呈現給幼兒，讓幼兒獲得擬真實的體驗。

體感交互技術給人們帶來了全新的體驗：擬真實的情境、身體的直接參與等。它有助于學習者（包括幼兒）獲得更為豐富的認知和情感體驗，幫助學習者開展深度浸入式的學習以及角色扮演式學習等，從而彌補學習者無法在真實情境中體驗學習的缺憾。體感教育出現不過短短幾年，已經引起了廣泛關注。2011年美國弗羅里達科技教育峰會上，來自佐治亞州社區學校的教育學家Janice Sinclair分享了他將AR技術應用于幼兒教育的心得。他認為，在幼兒教育中運用3D產品頗受幼兒的歡迎。幼兒非常喜歡和擬真實的虛擬環境中的動物們交流、玩耍，樂此不疲，原本枯燥的學習變得非常有趣。卡內基梅隆大學人機交互研究所最新的一項研究顯示， Kinect游戲是比手機游戲或平板電腦游戲更有效的學習方式。幼兒通過Kinect搭建積木比通過移動平臺游戲的效果更好。他們在測試中分別給兩組幼兒發放了平板電腦或筆記本電腦以及Kinect體感交互技術裝置和專用的投影大屏幕，結果發現，使用Kinect體感交互技術裝置的幼兒學習效率更高，搭建的作品更穩固，而且幼兒非常喜歡Kinect游戲。由此可以看到，游戲和擬真實情境的結合對提高幼兒的學習能力具有積極的作用。

（二）體感教育的特點

1.沉浸性

體感交互技術創造的擬真實情境，打破了幼兒和學習對象之間的隔閡， 幼兒被“嵌入”到游戲場景中，“身臨其境”地獲得真實體驗。游戲過程中，幼兒所有的感覺器官和注意力被調動， 通過特定的角色扮演，完全投入到學習活動中，從而進入心理學家米哈里·齊克森米哈里 （Mihaly Csikszentmihalyi） 所說的“心流”狀態。

2.交互性

體感交互技術條件下的人機互動，是使用者（幼兒）與計算機產生的3D虛擬環境的實時互動。此外，還包括虛擬環境中多人游戲時自發出現的同伴互動、師幼互動和親子互動。

3.娛樂性

游戲是體感教育的主要途徑，因此，體感教育具有較強的娛樂性和游戲性，對幼兒具有極強的吸引力，可以充分激發幼兒的興趣并保持幼兒的注意力。

（三）體感教育的作用

首先，體感教育可以拓展幼兒體驗和操作的范圍。《3～6歲兒童學習與發展指南》指出，幼兒的學習以直接經驗為基礎，在游戲和日常生活中進行。成人應理解幼兒的學習方式和特點，珍視游戲和生活的獨特價值，為幼兒創設豐富的教育環境，最大限度地支持和滿足幼兒通過直接感知、實際操作和親身體驗獲取經驗的需要。然而，現實生活中，特別是在現代化城市生活條件下，幼兒能夠直接感知體驗的對象十分有限，而海底世界、航空航天、天文現象、水下探險、史前文明、恐龍時代等更不可能直接感知。體感教育可以創造出接近真實的三維場景，讓幼兒化身宇航員遨游浩瀚的宇宙，穿上潛水服暢游神奇的海底世界，還可以用肢體動作操控獵豹在非洲大草原上捕獵。這種情景式、沉浸式的學習方式，打破了時間和空間的限制，能充分滿足幼兒的好奇心和求知欲，培養他們的想象力、冒險精神和探索精神。

其次，體感教育可以成為幼兒開展運動、鍛煉身體的有效途徑。與電腦游戲、手機游戲相比，體感交互技術與運動高度關聯。體感教育活動的設計也多將動作和運動嵌入到整個教育活動中。美國田納西大學的一項研究表明，體感游戲將成為幼兒鍛煉身體的絕佳途徑。該大學健康飲食和體育實驗室的哈利雷納（Hollie Raynor）博士表示，體感游戲比缺乏科學指導的戶外活動的鍛煉強度大，鍛煉效果也更佳。2010年10月，美國心臟協會對購買體感游戲設備的玩家進行調查后發現，體感游戲不但可以讓玩家在游戲的同時進行運動，還能在無意中改變玩家非游戲時間的運動習慣。參加調查的2284名玩家中，有58%表示，他們現在不僅在游戲中運動，在平時生活中也增加了戶外運動，例如慢跑、散步或打網球等；68%的玩家認為，他們每天應該進行更多的體力活動。〔7〕此外，體感教育也將改善由傳統網絡游戲帶來的諸多問題，如網癮、長期保持不變的坐姿和盯著屏幕看可能對軀體和眼睛帶來的傷害等。

再次，體感教育可以使幼兒的科學教育“活”起來。體感交互設備可以使幼兒園的科學活動室真正“動”起來。一直以來，科學教育都令幼兒園教師頭疼，因為缺乏相應的科學知識、科學教育資源以及專門的培訓，幼兒園科學教育活動往往很難有效開展。許多幼兒園的科學活動室裝修豪華，卻幾乎淪為擺設。體感交互設備的引入可以幫助幼兒園教師有效開展科學教育活動，例如，幼兒可以“穿上”潛水服在神奇的海底世界，與海豚、海龜、鯨魚互動，也可以直觀地了解地震、火災等自然災害，等等。體感交互設備能夠大大提高幼兒園科學活動室的利用率，使幼兒園的科學教育落到實處。

最后，體感教育有助于幼兒園安全教育的有效開展。引入體感交互設備，幼兒園的安全教育不再僅僅停留在書面，教師可以讓幼兒在虛擬的真實場景中體驗特定的安全情境，自然地形成安全意識。如，“消防安全”體感課程就可以幫助幼兒學習如何滅火及逃離火場，“地震逃生”課程則可以幫助幼兒了解地震時正確的應對方法。

三、體感交互技術應用于幼兒教育的問題與展望

毫無疑問，和任何新生事物一樣，體感交互技術應用于幼兒教育面臨諸多質疑和挑戰。“我們之所以需要人工物，是因為自然物不能滿足我們的需要，人工情感的制造也是基于同樣的理由。由此我們可以持這樣一種態度，即人工情感如果實在對我們有用，能用它來解決我們的困難，產生出真實的人性的效果，其真假問題也就退居其次了。”〔8〕體感教育也同樣如此。

體感交互技術不僅可以應用于幼兒教育，還可以廣泛用于基礎教育、特殊教育、職業教育以及康復訓練等諸多領域。值得注意的是，體感交互技術仍處于發展初期，存在諸多有待解決的問題，如動作錯誤識別、過度識別、輸入延遲等，這些都嚴重影響著人機交互的流暢性。〔9〕同時，現有的體感交互技術平臺普遍缺乏觸覺反饋體驗，這是一個比較大的體驗黑洞。〔10〕此外，現有的體感交互設備缺乏生理疲勞監測與反饋，〔11〕教師和家長無法有效監控幼兒的運動量。如何增強體感交互設備對幼兒動作敏感性的促進作用，如何讓幼兒在利用體感交互設備游戲時實現鉆、爬等復雜動作，如何增強體感教育活動的粘性，如何在同一時間增加更多玩家或滿足多人操作需求等等，都是需要進一步探索的問題。體感教育活動的設計也面臨實際困難和倫理風險，特別是在如何將教育、游戲和運動加以有機整合等方面仍面臨諸多困難和挑戰。

總之，體感交互技術以及體感教育還是剛剛出現的新生事物，它不是要取代幼兒在真實情境中的體驗和操作，而是起到拓展、豐富和補充作用。我們相信，隨著體感交互技術的進一步發展，體感教育將呈現出更大的活力和更為廣闊的發展前景。

參考文獻：

〔1〕〔10〕李青，王青.體感交互技術在教育中的應用現狀述評〔J〕.遠程教育研究，2015，（1）：48-56.

〔2〕 余濤.Kinect應用開發實戰：用最自然的方式與機器對話〔M〕.北京：機械工業出版社，2012.

〔3〕張詩潮，錢冬明.體感技術現狀和發展研究〔J〕.華東師范大學學報：自然科學版，2014，（2）：40-49.

〔4〕趙洋帆，杜娜，等.用戶運動信息反饋形式對體感操作用戶體驗的影響：一項基于Kinect的可用性研究〔J〕.應用心理學，2014，20（4）：367-374.

〔5〕〔9〕〔11〕龐小月，等.體感交互人因學研究回顧與展望〔J〕.應用心理學，2014，20（3）：243-251.

〔6〕李卉，王蔚.基于Kinect體感交互的兒童注意力測評系統〔J〕.現代教育技術，2014，24（7）：120-126.

〔7〕車力軍，孫峰.3G時代體感游戲的發展思考〔J〕.電信技術，2011，（11）.

〔8〕肖峰.人工情感：技術與人文的新融合〔J〕.馬克思主義與現實，2012，（1）.