虛擬現實技術及其在培智學校課程開發中的應用

汪晗 黨凱琳

（陜西師范大學教育學院 陜西西安 710062）

虛擬現實技術及其在培智學校課程開發中的應用

汪晗 黨凱琳

（陜西師范大學教育學院 陜西西安 710062）

虛擬現實技術因其具有沉浸性、交互性、想象性、仿真性及感覺反饋的特點，被認為是理想的教育技術手段。本文結合虛擬現實技術的特點以及其應用于特殊兒童教育與康復中的進展，闡明了將虛擬現實技術應用于培智學校課程開發的優勢與原則。

虛擬現實；培智學校；課程開發

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR，國內有人譯為“靈境”），1989年由美國的拉尼爾（J．Lanier）提出，指用立體眼鏡、傳感手套等一系列傳感輔助設施來實現的一種三維現實，人們通過這些設施向計算機送入各種動作信息，并且通過視覺、聽覺以及觸覺設施使人們得到逼真的視覺、聽覺及觸覺等感覺，這些感覺也隨著人們不同的動作而改變。用戶可以從自己的視點出發，利用自然的技能和某些設備對這一生成的虛擬世界中的客體進行瀏覽和交互性考察。[1]根據使用者對虛擬環境和沉浸程度的不同要求，虛擬現實系統可分為四種類型：桌面式虛擬現實系統、沉浸式虛擬現實系統、分布式虛擬現實系統和增強式虛擬現實系統。[2]

作為一種新型的教學媒介，自上世紀80年代誕生起，虛擬現實技術就表現出獨特的優越性，在教育教學中已得到較為廣泛的推廣和應用?；赩R（虛擬現實）的虛擬教學系統有利于學習者在系統所設置的虛擬場景中，直觀、立體地了解知識，通過反復操作練習加強對意會知識的理解和掌握，有助于提高教學的效率和效果。[3]

目前國外虛擬現實技術在教育教學領域的應用主要有以下幾種成果：虛擬實驗、虛擬教學（包括虛擬過程演示，虛擬漫游，虛擬實體展示，虛擬角色扮演）、虛擬仿真校園、虛擬游戲（這里指的是有一定教育意義的虛擬現實游戲軟件，蘊含豐富的學習資源，兼具娛樂功能與學習功能）。但在國內，這些成果的研究與應用往往集中在高校，虛擬現實技術在中小學教育中的運用相對較少。如果將虛擬現實技術引入到基礎教育領域，尤其是針對于智力障礙與自閉癥學生占多數的培智學校的課程開發而言，可以幫助培智教育教師進行有效教學并且對智力障礙兒童和自閉癥兒童的發展起到一定的促進作用。

虛擬現實技術具有以下幾點特征：①沉浸性。當佩戴頭盔顯示器、數據手套等交互傳感設備時，使用者便可成為虛擬環境中的一部分，其在虛擬現實所創設的虛擬環境中看到、聽到、聞到和觸摸到的完全與真實環境中感受到的一樣。②交互性。在虛擬現實系統中，使用者可以通過數據手套、頭盔、數據衣等各種傳感設備與計算機進行近乎于自然的人機交互，而計算機可以根據傳感設備反饋信息適當調整系統呈現新的虛擬環境，給使用者一種及時的反饋，為進一步的人機交互做準備。③想象性。使用者在運用虛擬現實技術的過程中，可以結合自身行為與各類其他信息，隨意構想客觀現實中不存在或者不可能發生的情境，包括想象、聯想、構思、推理及邏輯判斷等思維，以此來激活更多的知識與信息。④仿真性。虛擬現實是仿照真實或想象世界設計的三維虛擬環境，無論是對媒體信息的多感知性，還是沉浸感和自主性，虛擬現實系統都是為了仿真“現實世界”或“想象世界”。⑤感覺反饋。虛擬現實技術之所以能夠使使用者獲得一種身體或精神的沉浸，主要是其能夠針對使用者的不同反應適時做出相應的反饋。虛擬現實技術不僅能使使用者獲得視覺、聽覺的感受和反饋，而且還能獲得嗅覺、味覺、觸覺等多種感知，讓使用者通過身體的多種體驗獲得一個猶如真實世界的感受。

一、虛擬現實技術在特殊兒童教育與康復領域的應用

虛擬現實技術在各個領域散發著它的獨特“魅力”，除了軍事、商業領域的應用外，在特殊兒童教育及醫學康復領域也取得了很多探索性進展。

美國的尼可萊塔（Nicoletta）等人開發了適用于幼兒園聾童數學教學的虛擬現實游戲。此游戲包含兩個交互式虛擬環境(鐘表店和面包店)，包括一系列基于小學數學課程標準的思維活動訓練，聾童可以自主選擇商店里的物品，并與虛擬售貨員進行手語交流，以此來提高其數學能力。在學習結束之后，還有任務發展評估、專家組評估和形成性評估等一系列評估方法來評價聾童的表現及學習成果。[4]

英國學者曾在自閉癥兒童對虛擬人物表情的理解方面進行過實驗，結果表明，虛擬情景對自閉癥的干預有著特殊的促進作用。朱華萍等人從信息處理與醫學領域出發，設計了一種基于虛擬現實技術的BCI（雙目注視）系統，該系統主要面向自閉癥兒童，試圖改善促進其鏡像神經元功能。[5]由此可以看出，讓自閉癥兒童在虛擬的環境中體驗、學習社交技能，將會成為新的干預途徑與康復手段。雅倫與韋斯（S．Yalon－Chamovitz&P.L.Weiss)進行了一種智力障礙兒童的比較研究，對象是33名中度智力障礙兒童或重度腦癱兒童，給他們進行了為期3個月，共計30次的虛擬游戲活動，實驗顯示，智力障礙兒童可從順利地融入虛擬現實游戲，并且能長時間保持學習的興趣。[6]安圖恩等人(E.A.Attree，C.sychol，B.M. rooks)使用VR技術對五組智力障礙兒童進行研究，發現VR（虛擬現實）技術可以促進弱智兒童的日常生活技能的提高，增強其認知能力和社會技能。[7]以上研究表明虛擬現實技術有利于智力障兒童的教育與康復。

二、虛擬現實技術應用于培智學校課程開發的優勢

培智教育不同于傳統教育，因其教育對象存在智力、心理等方面的缺陷和困擾，且個體差異明顯。虛擬現實技術在培智教育課程開發中的應用，可以提供全新的教學手段與感受。具體的開發過程中應當考慮到教育對象的個體差異性。

（一）虛擬現實技術可以增加課程的趣味性。利用虛擬顯示系統可以激發智力障礙學生的學習興趣，強化學習動機。虛擬現實技術可以再現現實生活中無法觀察到的自然現象及事物的變化過程，為智力障礙學生提供逼真、生動的學習材料及學習體驗。[8]例如，在學習天氣變化這一部分內容時，可以利用虛擬現實技術再現晴天、雨天、下雪、大風等天氣，供學生體驗。由于虛擬現實技術可以提供多感官的刺激，智力障礙學生可以佩戴立體眼鏡，接收聽覺、視覺等方面的刺激，達到真實的體驗。與傳統的教學方式相比，虛擬現實技術可以將教學內容更直觀形象地展示給學生，也可以將教學內容與學生的生活經驗聯系起來，給學生創造機會，鼓勵他們發言、表演，從而激發他們的課程學習興趣。

（二）虛擬現實技術可以避免真實情境中的危險因素。對于需要走出教室，走進真實情境的課程內容，例如交通安全，智力障礙學生在認識了交通工具與交通標志后，還需要培養學生的交通安全意識，傳統情況下，考慮到安全問題，教師無法將學生帶出學校進行教學。利用虛擬現實技術，模擬真實的場景，讓學生獨自體驗如何識別交通信號，如何過馬路，如何遵守交通規則，就可以消除這種顧慮。利用虛擬現實技術進行教學實踐或訓練，可以有效降低訓練風險，并且提升訓練的效果。

（三）虛擬現實技術可以打破時空限制。利用虛擬現實技術可以打破時空限制，學生可以進入虛擬環境中觀察、體驗。例如學生可以在虛擬海底世界中觀察各種海底生物，并且利用虛擬現實技術的交互性，與海底生物互動，這是傳統教學方法無法比擬的。虛擬現實技術還可以將一些歷時長久的變化在短時間內呈現給學生，例如，植物從種子到大樹的生長過程等。虛擬現實技術可以在一堂課內呈現現實中需要幾十年或幾百年才能觀察到的現象。

三、虛擬現實技術應用于培智學校課程開發的原則

（一）目標性原則。教學過程必須有著明確的目標，在培智學校課程開發中運用虛擬現實技術也應該考慮到教學目標的要求。虛擬現實技術在培養學生的實踐操作能力方面有效，但對于基礎知識的學習而言效果平平。因此，在培智學校課程開發中應該將虛擬現實技術作為重要的學習資源，根據教學目標合理運用。

（二）科學性原則。在培智學校課程開發過程中運用虛擬現實技術，必須考慮到智力障礙兒童和自閉癥兒童的認知特點，如，感知范圍窄，感知過程緩慢，學習遷移能力不足等，在構建課程體系時，需要將課程內容、虛擬現實技術植入以及智力障礙兒童和自閉癥兒童的認識特點進行科學的組合，知識結構盡可能清晰完整，循序漸進，知識點的引入要與智力障礙兒童及自閉癥兒童的學習特點相符。

（三）真實性原則。智力障礙兒童信息輸入分析與綜合能力不足，與生活實際相結合的信息更容易被其感知和接受，因此，培智教學要貼近生活。虛擬現實課程能夠將視音頻與真實場景設置完美結合，還原真實的生活情境，讓學生獲得真實的體驗。根據學生的心理特征和現有水平，設計貼近兒童生活的情境，便于學生理解和記憶學習內容，還可以促進知識的遷移。以《開心購物》為例，課程開發過程中應該引入“商店”這一情景，讓學生在虛擬場景中走入商店，在教師的輔助下識別商品，進行購物決斷，遵守購物規則（如排隊付款等）。在類似真實的場景中進行教學訓練，有助于調動學生的積極性。

（四）交互性原則。交互性和及時反饋是虛擬現實技術的顯著特征，也是虛擬現實課程的趣味性來源?；谔摂M現實的培智課程需設計出豐富多彩、簡單可控的人機交互。智力障礙兒童學習動機水平低，缺乏主動性和求知欲。人機交互對實施教學具有重要意義，能夠有效激發學生的學習興趣，使學生產生強烈的學習欲望，從而形成學習動機。利用虛擬現實技術的交互性可以創設歡快的游戲學習氛圍，綜合運用卡通形象、游戲任務等形式，調動學生的興趣和注意力，并且能在第一時間對兒童的動作行為進行反饋，使學生充分體驗到學習的樂趣。

四、結語

綜上所述，虛擬現實技術作為一種新興的教學媒介，突破了以往教學媒介的局限性，具有沉浸性、交互性等特點，在培智學校的課程開發中利用虛擬現實技術具有較強的仿真性及趣味性，同時具有很強的安全性。已有許多研究證明，虛擬現實技術用于特殊兒童的康復與教育效果甚佳。結合目前培智教育的現狀，開發利用虛擬現實技術的培智課程，將培智學校硬件設備與軟件技術相結合，使智力障礙學生的學習變得更具趣味性且直觀化，使培智教育的模式與方法跟緊時代的步伐。

[1]張朝華，趙呈領，張朝暉.虛擬現實技術及其在網絡教育中的應用[J].現代遠程教育研究，2006(8):25-29.

[2]宋達.虛擬現實技術在教育領域中的應用與設計[D].長春:東北師范大學，2005.

[3]王庭照，許琦，趙微.虛擬現實技術在特殊兒童教學與訓練中的應用研究[J].東師范大學學報(教育科學版)，2013(9): 33-40.

[4]D．Passig，and S．Eden，“Improving Flexible Thinking in Deafand Hard ofHearingChildrenwith VirtualRealityTechnology”[J].AmericanAnnalsoftheDeaf，2000(3):286－291．

[5]H.Zhu,Y．Sun，J．Zeng，etal，“MirrorNeuralTrainingInduced by Virtual Reality in Brain computer Interfacesmay Provide a Promising Approach for the Autism Therapy”[J].Medical Hypotheses，2011(76):646－647．

[6]S.Yalon－Chamovitz，P.L.Weiss，Virtual Reality as a Leisure Activity for Young Adultswith Physicaland Intellectual Disabilities[J].Research in DevelopmentalDisabilities，2008(3): 273－287．

[7]E．A．Attree，C.sychol，B．M.rooks，etal，GuestEditorialUse of Virtual Environment in Trainingand Rehabilitation:International Perspectives[J].Cyber psychology＆Behavior,2005(3):185－186．

[8]楊寧寧.虛擬現實技術及其在特殊教育中的應用[J].軟件導刊(教育技術)，2014(2):39-40.

[責任編輯 王占峰]

G764

A

2095-0438（2017）01-0061-03

2016-10-23

汪晗（1991-），女，陜西寶雞人，陜西師范大學教育學院碩士研究生，研究方向：特殊教育兒童診斷與評估。