國內外Kinect教學應用對比研究

張戰杰　李書明　陳云紅

摘 要 簡述Kinect體感設備，采用文獻資料法分別對國內外Kinect教學應用現狀進行調查研究，對其應用和研究現狀進行論述。最后對國內外Kinect教學應用的研究差異進行分析對比，形成對Kinect教學應用研究的整體認識。

關鍵詞 Kinect；體感教室；體感游戲

中圖分類號：G652 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）08-0149-02

Comparative Study of Kinect Teaching Application at Home and

Abroad//ZHANG Zhanjie， LI Shuming， CHEN Yunhong

Abstract This paper introduces the two generations of Kinect briefly

at first. Then investigation and research on the application of Kinect in education activities with the methods of literature consultation and

summary discusses its current status. Finally， this article summarized

the difference by analysis the research of domestic and overseas and

form a general understanding on the application of Kinect in educa-tion activities.

Key words Kinect； somatosensory classroom； motion sensing game

1 引言

Kinect體感設備最初是微軟針對Xbox 360游戲推出的交互式體感游戲外設，借此設備可以實現情境的互動以及人機交互。2011年6月，微軟發布Kinect for Windows SDK

Beta資源開發包，開發者可以通過Microsoft Visual Studio

2010利用C++、C#、Visual Basic進行相關的Kinect應用程序開發[1]。Kinect強大的交互功能使人機互動的理念展現得更加徹底，隨之一場“Kinect效應”在全球范圍內蔓延，來自世界各地的研究者將Kinect引入教育等領域，并取得諸多成果。本文通過對近年來國內外研究人員對Kinect體感設備在教育教學中的應用成果進行分析研究，以探明國內外研究差異，為改進Kinect在教育教學中的應用研究提供參考。

2 國內Kinect教學應用研究

北京一家科技公司利用Kinect研發出一套針對幼兒的“3D體感互動”教育課程，讓兒童在交互式娛樂體驗中學習知識。在Kinect的支持下，孩子們可以不需要手持設備，就能通過Kinect的支持進行互動和交流、學習知識。目前，該智能教學課程已經在全國數十家幼兒園（如中國鐵道科學研究院幼兒園）得到應用實施。

臺灣微軟與臺南市海東國小協作基于Kinect建置了獨立的體感教室，將體感游戲轉換成體育課程中的跑步、跳遠、標槍等訓練項目，透過游戲的模擬動作，對學生跑步和跳遠的姿勢和技巧進行強化。

吳松、韓國柱等[2]將Kinect與虛擬維修教學相結合。在Unity3D開發環境下引入Kinect體感設備，以某裝備炮閂分解結合訓練為對象，建立了體感式分解結合維修訓練系統，操作者通過Kinect可實現控制虛擬人物在場景中行走、取用各種工具等操作。研究表明，該虛擬維修教學系統能夠有效緩解現代軍事裝備結構復雜、價格高、教學裝備數量短缺等問題。李小龍、林華等基于同樣的原理，將手勢識別技術與虛擬解剖學的教學相結合，開發出一套使用手勢控制的虛擬人體解剖教學系統，實現在虛擬解剖教學中的手勢識別和三維交互。顧容、何益明等[3]基于Kinect開發出一項智能教學系統應用案例，通過Kinect的骨骼追蹤功能，對多媒體課件進行手勢控制，把動作對應到鍵盤、鼠標的事件，完全由手勢控制多媒體課件的演示。朱明茗、景紅[4]借助Kinect體感設備，基于OpenNI&NITE平臺實現通過手勢對PPT的控制。

3 國外Kinect教學應用研究

美國華盛頓大學的Jeb Pavleas與Jack Chang合作設計一款名為體感數學的教學應用，使教師利用互動的方式講授抽象的數學概念，并通過動態的圖像幫助學生理解數學概念[5]。美國的凱內爾姆公司基于Kinect研發出一款教學類應用——“河流穿越”，旨在發展兒童的視覺與肢體協調運動能力和思維能力。

荷蘭的De Ruimte學校開啟了利用Kinect對有特殊需求的學生進行運動技能修復教育的項目[6]。在這個運動修復項目中，使用Kinect技術能夠以更加自然的方式促使學生在潛意識層面學習新動作。De Ruimte學校負責人表示，借助Kinect提高了學生的運動技能和學習動機，學生也更容易將注意力集中到對動作的學習上。

希臘比雷埃夫斯大學的揚尼斯·A與西米恩·R等人對基于Kinect開發的一款教育游戲“Uni Paca Girl”進行了研究[7]。研究人員對希臘一所特殊教育小學進行實驗，實驗結果表明，這款基于Kinect的體感游戲在提高兒童粗大運動和肢體協調運動能力方面有明顯的效果。此外，比雷埃夫斯大學實施了一項將Kinect用于針對患有輕微自閉癥的學生進行輔助教育的研究。教師借助這個游戲幫助學生改善他們的交際行為，提高他們互相幫助的能力，并得以與自閉癥兒童交流，幫助其塑造正常的社會行為和提高社會交際能力。

韓國電子技術研究所的研究員Baek Seongmin與Kim Myunggyu提出一種基于Kinect體感技術進行舞蹈學習的新模式[8]。該模式使用多個Kinect傳感設備對教師的動作進行實時捕捉，把來自多個Kinect的數據合并到骨架數據中，從而全方位地收集教師的數據，最大限度地避免出現身體某個部位跟蹤不準的現象，幫助學習者對一些比較復雜的舞蹈動作進行學習。該模式極大地提高了舞蹈姿勢學習的精確度，并具有實時的姿勢比較功能。

4 國內外Kinect教學應用研究對比

通過對近年來有關Kinect在教學中應用研究相關文獻的梳理分析，筆者分別從應用形式、研究類型、研究范圍以及研究主體等方面，對國內外研究特點進行分析總結，具體如下。

關于Kinect在教學中的應用形式 國內的研究者主要關注于將Kinect作為一種教學輔助工具，將Kinect與教學內容以及虛擬現實技術相結合，通過Kinect展現、傳遞教學內容。如將Kinect與多媒體課件控制相結合，將Kinect應用于電子白板教學，通過這種方式，教師可以通過簡單的手勢運作完成相應的操作，提高教學效率以及師生的交互性。國外的研究關注于將Kinect應用于創造教學情境和交互環境，借助Kinect構建教學體系架構，針對某一具體學科或者教學內容，用于跟蹤和指導學生的具體操作和動作規范，如醫學實驗、體育技能方面的教學等。二者的共同點是注重Kinect在教學過程中的交互意義，加強師生之間、學生之間的交互合作，改進教與學的體驗。

關于Kinect在教學中應用的研究類型 國內外的研究在此方面的差別較小，在理論研究與實踐研究方面均有所涉及。相對而言，國內外研究者進行的實踐研究較多，也比較成熟，尤其是結合Kinect進行教學實踐方面做出許多研究成果。如國外已有學校將Kinect應用于課堂教學，借助Kinect開展師生的交互活動，幫助學生營造身臨其境的感覺，提升學生的學習興趣和參與集體活動的熱情。

關于Kinect在教學中應用的研究范圍以及研究機構 國內的研究者主要集中于幼兒教育以及教學輔助工具等方面，國外的研究者主要集中于幼兒教育、特殊教育以及行為糾正強化教育等方面。國內的研究機構主要為高等院校以及研究所；國外的研究人員既有高等院校機構，還有獨立的科研機構與商業公司。相較之下，國外的研究隊伍不僅有高校的教育科研人員，還有許多其他非教育機構的研究人員，如體感設備愛好者以及私營企業研究人員等。

5 結語

通過對近年來國內外有關Kinect在課堂教學中的應用研究分析與比較，發現國內的研究尚存在一些不足之處?？梢詮囊韵聨c加以改進。

首先，加強知識共享的意識，建構知識共享的氛圍。通過高校之間、科研團隊之間、科研機構與企業公司之間的交流合作，充分發揮各方的優勢與長處，共同促進Kinect在教學中應用研究的發展進步。通過搭建技術、科研成果交流平臺，提供對Kinect研究進展與成果資源進行共享的機會。

其次，開展實施一些對教學工作有針對性的研究，將Kinect應用于教學中的研究系統化和理論化。如開展一系列針對幼兒教育或者特殊教育的應用研究，使其能夠構成一個完整的系統，并提升一套Kinect在教學中應用的理論成果。

最后，加強推廣應用。Kinect在教學中的應用研究是為了對教學工作加以改進和發展，對那些在教學中已經證明具有積極影響的研究成果，應將其用于教學實踐并進行推廣。

參考文獻

[1]Gnie. Microsoft Kinect for Windows SDK Beta[EB/OL].

[2011-06-17].http：//www.cnblogs.com/gnielee/archive/2011/

06/17/kinect-for-windows-sdk-beta-release.html.

[2]吳松，韓國柱，陳永才.基于Kinect的裝備體感維修教學系統研究[J].中國現代教育裝備，2013（11）：10-12.

[3]顧容，何益明，金麗燕.基于Kinect骨骼追蹤技術的智能教學控制系統的設計與實現[J].計算機應用與軟件，

2013（6）：276-280.

[4]朱明茗，景紅.基于Kinect的PPT控制系統研究[J].中國教育信息化，2014（9）：80-81.

[5]Johnson K， Pavleas J， Chang J. Kinecting to Mathematics

through Embodied Interactions[J].Computer，2013（10）：101-

104.

[6]Retalis S， Boloudakis M， Altanis G， Nikou N. Children with Motor Impairments Play a Kinect Learning Game：First Findings from a Pilot Case in an Authentic Classroom Environment[J].Interaction Design and Architecture（s），2013，19（19）：91-104.

[7]Boutsika E. Kinect in Education： A Proposal for Children

with Autism[J].Procedia Computer Science，2014，27（27）：

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[8]Baek S， Kim M. Dance Experience System Using Multiple Kinects[J].International Journal of Future Computer and Com-munication，2015（1）：45-49.