基于虛擬現實技術（VR）在學前教育中的應用研究

陳貴平，唐婉貞

（貴州師范大學教育科學學院，貴州貴陽550025）

基于虛擬現實技術（VR）在學前教育中的應用研究

陳貴平，唐婉貞

（貴州師范大學教育科學學院，貴州貴陽550025）

本研究從虛擬現實技術的發展前景和學前教育的重要性出發，介紹虛擬現實技術的概念、特點及類型，提出將虛擬現實技術帶入學前教育領域中，能發揮出彌補傳統教學條件的不足、打破教學時間空間的限制、促進幼兒主動學習的意識提高的作用，進而結合學前教育教學五大領域課程活動，就虛擬現實技術在學前教育中的應用提出了虛擬教學、虛擬學習環境、虛擬實驗室的方案.并從虛擬現實技術、幼兒教師和幼兒三方面總結提出了虛擬現實技術在學前教育應用中存在的不足及對策.

虛擬現實技術；學前教育；應用研究

隨著科學技術的火速發展，互聯網大數據的興起，虛擬現實技術在越來越多的領域中影響著我們的生活，投身于虛擬現實技術的產業項目日益增加，也逐漸有虛擬現實技術服務于教育領域中.然而，在學前教育領域中，虛擬現實技術的應用卻遠遠滯后于產業技術的發展.學前教育是受教育者的基礎教育，對其一生的影響十分深遠，《中國兒童發展綱要（2011-2020）》中明確指出：“要加快發展3-6歲兒童學前教育，優化教育資源，拓展數字化學習的空間，全面推進教育現代化和信息化”.①進一步提升學前教育的質量，把虛擬現實技術運用到學前教育中便成為必然.因此，本研究適應了教育信息化的方向和潮流，具有一定的研究價值與意義.

1 虛擬現實技術的概念、特點及類型

1.1 虛擬現實技術的概念

虛擬現實技術(Virtual Reality,簡稱VR)，是20世紀90年代興起的一門新興的信息技術，它是許多學科交叉、集成的產物，融合了計算機網絡、多媒體技術、數字圖像處理、傳感器技術、微電子技術、人機交互等多個信息技術，通過計算機技術和設備生成一種三維的虛擬環境，用戶通過戴上特殊的頭盔、3D眼鏡、數據手套等傳感設備，在視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方面得到刺激，從而身臨其境，進而實現使用者與該環境進行自然的逼真交互.它是對真實世界的模擬，能夠逼真地再現并超越客觀世界，用戶不僅能融合其中，并且還能夠駕馭和操縱這個虛擬環境.②

1.2 虛擬現實技術的特點

1.2.1 多感知性.由于虛擬現實的系統里包含了視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種傳感裝置，采用頭盔屏幕顯示器、3D眼鏡、三維顯示器等，給用戶以立體的視覺效果、三維音效的聽覺效果.同時，具有虛擬現實跟蹤傳感設備，獲得人在虛擬環境中的動作、感知等信息.因此，用戶在虛擬現實的環境中可獲取多種感知.

1.2.2 沉浸性.它是指根據人類的生理心理的特點，進行虛擬現實反應裝置的設置，讓用戶不是在單一地瀏覽了解，而是虛擬環境中的參與者，感受到作為其中一員存在并融入虛擬現實的環境中，與虛擬環境中的各對象的交互作用，體驗到自然世界中的各種感知.

1.2.3 交互性.它是指用戶可以通過使用3D眼鏡、頭盔、數據手套等傳感設備與該環境中的人物、事物進行交互，可操作程度如同在真實的環境中一樣，并對虛擬環境內的物體得到反饋.

1.3 虛擬現實技術的類型

1.3.1 桌面式.它是一套基于PC平臺的小型桌面虛擬現實系統，用戶運用計算機觀看、感受、領會虛擬世界，并通過鼠標、鍵盤等設備與之進行交互，感受虛擬環境.由于會受到周邊外部環境的影響，用戶的沉浸感較低，是一種初級的虛擬狀態.

1.3.2 沉浸式.它是一套較為復雜的系統，用戶通過頭盔、數據手套、VR眼鏡等傳感器，在聽覺、視覺、觸覺等方面與現實世界完全分離，排除了外界的干擾，全身心與虛擬世界進行交互，感受到一個逼真、全封閉的虛擬現實環境.

1.3.3 增強現實式.它是將虛擬世界與的現實世界融合在一起，對用戶產生交互，用戶在一個半真半假的環境中，可通過在該環境中的操作，對實驗等進行演示、練習，從而提高在現實世界的準確度，以及增加對客觀世界的感知能力.

1.3.4 分布式.它是指通過虛擬現實技術，把多個相互獨立的用戶連接在一起，共享一個虛擬的空間，并共同進行體驗虛擬經歷，從中獲得交互，相互進行交流練習，這也能夠達到更高的虛擬效果和協同工作目的.

2 虛擬現實技術在學前教育中的作用

2.1 學前教育的特點

在學前教育階段，幼兒的認知水平開始逐步發展，應注重其認知水平的提高，及時正確把握幼兒成長各個敏感期.若幼兒的敏感期的內在需求受到抵制因而不能夠發展時，就將喪失學習的最佳時期.學前教育階段的幼兒認知活動主要受到興趣的驅使，而認知過程是以形象思維為主，其效果有賴于其認知事物的現象，③例如聲響、顏色、圖像、動畫、現象等.然而幼兒具有身心發展水平不高、注意力不能較長時間集中、對知識的接受能力不強等特點，傳統教學在很多時候無法在直觀上很好地實現教學目標、達到教學效果.卡爾·雅思貝爾斯在《什么是教育》一書中也提道：“對于兒童來說，最重要的不是掌握科學，而是以直觀的圖片和形象來充實他們的精神世界”.④同時，學前教育是一門綜合性強、實踐性強的學科，將虛擬現實技術運用于學前教育中，則能發揮出其獨特的價值和意義.

2.2 虛擬現實技術彌補傳統教學條件的不足

學前教學的最主要的形式是游戲，然而傳統教學無法隨時保持教學活動的趣味性.根據虛擬現實技術多感知性、沉浸性、交互性的特點，可以在教學中設計互動式游戲，營造趣味氛圍，開展情景化教學，使幼兒以濃烈的興趣參與其中，以“被動”接受轉化為“主動”參與，以期達到更好地教學效果.同時，在傳統幼兒園教學的科學活動中，涉及演示實驗的內容時，往往需要教師提前做好相關的物質材料準備，費時費力.利用虛擬現實技術，可以將實驗演示設計于其中，在逼真的場景中，幼兒更能夠全身心投入學習環境中，更好地了解和學習.

2.3 虛擬現實技術能夠打破教學時間空間的限制

運用虛擬現實技術，能夠突破教學時間上的限制.如：開展學前教育語言領域活動，介紹其他年代發生的事或者講述特殊的節日時，口述的言語不易理解和掌握，可以讓幼兒戴上3D交互設備，置身于桌面式的虛擬環境之中，更加全面、花更少時間了解內容，掌握知識.同時，運用虛擬現實技術，能夠打破教學空間上的限制.如：開展幼兒園科學領域活動，介紹太空時，幼兒可以通過沉浸式的虛擬現實技術，身臨其境，并在教師的講解下，進一步了解各大星系、宇宙天體等，這是傳統的信息技術所無法實現的.

2.4 虛擬現實技術促進幼兒主動學習的意識提高

虛擬現實是一個交互性極高的多媒體環境，通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方面的交互，使幼兒在其中參與感、沉浸感極強.由于其三維立體感強、逼真度高，會增強幼兒的學習積極性.如：語言領域活動，教師在講繪本故事《誰偷了我的大餅》時，利用增強現實式的虛擬現實技術，情境中出現香噴噴的大餅、可愛的小豬、歡樂的小鳥、有大嘴巴的鱷魚等，幼兒可以與事物面對面對話，融入故事情節中，幼兒之間相互進行交流，增強了學習體驗，提高了主動學習的意識，達到了顯著的教學效果.

3 虛擬現實技術在學前教育中的應用

3.1 虛擬教學

幼兒園課程應走向多元化發展，能夠根據實際情況自己構建課程模式，應該以開放的態度認識課程模式.虛擬教學區別于傳統的教學形式，它更有利于教師開展高質量教學活動.比如：開展健康領域《健康刷牙》活動，傳統的教學中，幼兒不易掌握操作方法，而通過桌面式虛擬現實技術，讓幼兒了解牙齒的構成情況和重要性，再讓幼兒置身于沉浸式虛擬環境之中，分步驟除去牙齒上的細菌，進行刷牙.又如：在社會領域《火災逃生》中，空講、圖片或PPT演示都不夠生動，幼兒在實際生活中可能不知如何應對，而利用虛擬現實技術的增強現實式，將虛擬世界與的現實世界融合在一起，幼兒置身于火災的場景中，并通過教師進行一邊講解，幼兒進行一邊演練，從而實現教學目的.

健康領域《健康刷牙》活動流程圖：

社會領域《火災逃生》活動流程圖：

3.2 虛擬學習環境

虛擬學習環境是學前教育的重要資源，通過對于環境的創設和利用，有效地促進幼兒的發展.虛擬現實技術可以使幼兒置身于充滿游戲性、逼真感，且易掌握教學活動內容的環境之中.如：語言領域繪本《缺失的一角》，幼兒通過虛擬現實技術了解繪本故事情節，感知“缺失的一角”，并與其互動，從而明白缺失一角的意義，懂得沒有完美的人和事，樹立正確的世界觀、人生觀.再如健康領域《小手洗干凈》活動中，將幼兒置身于增強現實式虛擬環境中，以玩游戲的方式進行“闖關”,達成學會洗手的教學目的.又如：虛擬現實技術可以營造超市、商場、理發店、森林等不同的逼真場景，可以通過虛擬現實分布式，將多個幼兒連接在一起，共享一個虛擬空間，進行角色扮演，充分發揮其創造性，并推動其社會性的發展.

語言領域繪本《缺失的一角》活動流程圖：

健康領域《小手洗干凈》活動流程圖：

3.3 虛擬實驗室

在學前教育課程活動中，教具等教學材料發揮著重要的作用.虛擬現實技術可以簡便學前教育活動的教具準備，更好地開展實驗，并讓幼兒容易理解.如：科學領域《浮力與沉力》活動，通過實驗、視頻等方式都不夠直觀，且材料準備較煩瑣，而可以讓幼兒在虛擬環境中感受并操作物品在浮力和沉力情況下的狀態，探索科學的奧秘，并將科學的知識運用于生活之中.又如：科學領域《有趣的植物》活動，可以設計幼兒與植物互動的交互式游戲，通過游戲和觀察，在短時間內了解到植物從萌芽到枯萎的過程及特點.

科學領域《浮力與沉力》活動流程圖：

4 虛擬現實技術在學前教育應用中存在的不足及建議

4.1 虛擬現實技術在學前教育應用中存在的不足

4.1.1 虛擬現實所呈現的虛擬空間具有很高的逼真度，然而與自然的真實環境相比仍然存在一定差距，且目前所開發的VR設備分辨率不夠高，會影響沉浸式VR的體驗.同時，虛擬現實技術便于實現知識目標、能力目標，對于情感目標卻很難實現.此外，增強現實式VR設備的價格過高，較難被大市場應用和推廣.

4.1.2 虛擬現實技術的應用，將會導致幼兒教師在幼兒園課程活動中的參與度降低，在一定程度上削弱了幼兒教師原本的教學地位.此外，幼兒教師是虛擬現實技術應用于學前教育教學中的主導者和引導者，然而目前他們對于“VR+學前教育”這一領域了解尚少，且不易把握VR和傳統教學相結合的最佳方式，這對教師的教學能力提出了更高的要求.

4.2 虛擬現實在學前教育中應用的建議

4.2.1 加強虛擬現實技術的開發，與學前教育進行交互調試，結合逼真度、分辨率、健康隱患等問題，進行改良VR設備.同時，開發普惠性VR產品，在一定范圍內降低價格，加強市場推廣，提高市場占有率.

4.2.2 對幼兒教師進行“VR+學前教育”相關培訓，增強其操作運用VR設備的能力，更有效地使用虛擬現實技術進行教學.同時對虛擬現實技術與學前教育進行融合，通過優勢互補，更合理地結合現代教育技術與傳統教育方式，發揮出幼兒教師的主導地位，體現出幼兒的主體地位，從而更好地實現教學目標，達成教學效果.

本文基于對虛擬現實特點、類型及學前教育特點的分析，提出了該技術在學前教育的教學、學習環境、實驗中的應用，并運用學前教育教學活動舉例說明其實用性，并結合虛擬現實技術在學前教育中應用的不足，提出了相應的對策.隨著虛擬現實技術的完善和推廣，以及虛擬硬件設備價格的降低，該技術將對學前教育領域中提高教學水平、提升教學效果、提高幼兒的學習興趣、培養幼兒的邏輯思維和發散性思維等產生深遠的影響，它作為新型的教學工具和手段，會得到越來越多學前教育工作者的重視和青睞.

注釋：

①中國兒童發展綱要（2011-2020）.http://wenku.baidu.com/link?url=ca6p_B4LTpcRaJemhJMbK1eQ 0jr2EJnbI4cDpN 3 BZ4cMEH 9d4FVD4c1u02IID fxMU lxP7nXW 2y52PUCK27 q8br1FBY4zw JT0FSXwo72cDYm.

②李寧.基于虛擬現實的心理治療系統研究與設計[D].大連理工大學,2008.

③蔣在強.學前教育專業計算機課程的現狀與對策研究[D].四川師范大學,2010.

④卡爾·雅思貝爾斯，什么是教育[M].北京：生活·讀書·新知，1991.

〔1〕史鐵君.虛擬現實在教育中的應用[D].東北師范大學,2008.

〔2〕劉鳳田,劉玉蘭.虛擬現實技術及其在教育領域中的應用研究[J].河北農業大學學報(農林教育版),2005(3).

〔3〕Burdea G C，Coiffet P．(1992)．Virtual reality technology[J].Presence Teleoperators＆Virtual Environments，2012(6):663-664．

〔4〕劉德建,劉曉琳,張琰,陸奧帆,黃榮懷.虛擬現實技術教育應用的潛力、進展與挑戰[J].開放教育研究,2016(8).

〔5〕姜鋒霞.基于Moodle的學前教育教學系統及應用研究[D].河南大學,2014.

〔6〕況揚,汪欣.虛擬現實技術在教育教學中的應用[J].中國成人教育,2016(10).

G612

A

1673-260X（2017）11-0192-03

2017-08-09

貴州省基金項目：貴州高校師范類畢業生教師專業發展狀況研究(13GH052)