“VR+學前教育”的融合發展可行性研究

岳 瑋，周玉鋒，侯文元

（濰坊工程職業學院，山東 濰坊 261000）

隨著信息技術的迅猛發展，現代教育技術給學生提供了豐富多彩的信息資源，這對充分調動學生學習和探究的主動性和積極性都有著重要作用，大力推動了信息化教學改革的發展步伐。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》將VR 技術列入信息領域優先支持的三大前沿技術之一，這將為傳統行業帶來顛覆性的變革。“VR+產業”融合創新發展模式[1]的提出，對傳統實體經濟轉型升級起到積極的作用，為“VR+ 教育”的融合與創新性發展提供了無限可能。

一、教育技術的創新發展

（一）教育技術發展進入了VR 階段

教育技術作為重要的一環貫穿了教學改革發展的全過程。回顧教育技術發展的歷程及其所處的社會歷史背景（見表1），我們不難發現，教育的發展和改革，除了每個階段新的教育理論的促進作用以外，更是教育技術發展到一定階段的必然要求。因此，目前開發空間潛力巨大的VR 虛擬現實技術，將作為新一代的信息技術，與教育產業進行新一輪的創新與融合發展，為“VR+教育”創造出新技術、新模式和新機遇。

（二）VR 技術與教育產業的融合發展現狀

目前，國內外已在廣泛研究并開發VR 技術在教育領域的各項應用。比如，美國基礎教育已開始全面推行VR 教育計劃，多所K-12 院校已經開始搭建虛擬現實實驗室，有上萬的學生正式用zSpace STEAM 實驗室進行學習；日本建立了龐大規模的VR 知識庫，并將編程課程納入到小學課程體系當中，為下一代能夠順利迎接已經到來的VR/AI 時代做好準備；在我國VR+教育的開發目前主要應用于高等教育，如建筑專業學生可通過虛擬現實的交互性來對未完工的辦公大樓進行觀摩以激發靈感，醫學專業學生通過虛擬尸體進行解剖實訓等，都是利用 VR 進行人機交互的情景教學，通過體驗式的學習方式將枯燥的教育體驗形象化、具體化、趣味化，從而激發學生的學習積極性，促進學習成果的有效轉化。

表1 教育技術發展歷程表

但是信息化教育一般首先啟動于應用類學科，而學前教育是一門綜合性強、實踐性強的學科，目前VR 技術與學前教育的聯合開發還處在比較初級的水平。“VR+學前教育”無論是對于學前教育專業本身，還是早教行業市場來說，未來深度融合和開發的潛力空間都很大。隨著VR 價值在教育領域的不斷發掘，在學前教育這一細分領域，筆者總結出VR 技術所帶來的優勢更是完美匹配了這一年齡段學生群體的生理和心理發展特點。因此，二者的融合創新發展成為教學信息化技術發展的必然趨勢，必將推進教育教學改革與行業的發展，對提高教育技術水平、改善教學環境、豐富教學資源起到重要作用。

二、VR 技術與學前教育融合發展的可行性分析

（一）虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）

VR 技術是一種綜合計算機圖形技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種技術而發展起來的綜合性技術。VR 通過多傳感器和可視化設備，將畫面、聲音等作用于用戶的視覺、聽覺、觸覺，對其真實情況進行虛擬模擬，讓大腦皮層認為我們處于一個真實的環境里；同時，在虛擬場景中，使用者還可以即時的進行相關操作和互動，讓人仿佛“身臨其境”。本世紀以來VR 技術為了提高渲染質量和傳輸速度，整合了快速發展的XML、JAVA 等先進數字開發技術，應用了強大的3D 計算能力和交互式技術后，VR 進入了快速發展的嶄新時代。

（二）VR 技術優勢與學前教育需求的完美融合

《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”。因此，將虛擬現實技術運用于學前教育中能發揮出其獨特的價值和意義。筆者在了解VR 技術3I 特點[2]（Immersion,Imagination,Interaction）的基礎上，總結出其展現了傳統媒體不可替代的技術優勢。結合學前兒童的生理及心理發展特點，發現這些優勢與幼兒因成長規律引發的受教育需求又存在高度的一致性。因此，將VR 融入學前教育進行開發應用，既可以規避傳統教育模式受限的弊端，還最大限度順應了兒童的習得特性，二者融合可謂是珠聯璧合。如圖1 示：

圖1 “VR 學前教育”融合優勢

1.沉浸性化被動接受為主動探索

沉浸性（Immersion），是指通過虛擬技術和虛擬數據生成的虛擬環境，對視覺、觸覺、聽覺等感官高度模擬，讓用戶獲得身臨其境的感受。由于VR 技術的沉浸性較強，可以充分實現知識的可視化，激發學習者興趣，促使其成為主動學習者而非被動觀察者，從而更好地正確地重構、記憶和應用知識。傳統教育模式受限于教學形式與教學場景，較之則較為單一、枯燥，不能通過靈活多樣的教育手段實現最佳的教育效果。

我國學前兒童受教育年齡主要集中在2~7歲，其中幼兒園教育集中在3～6 歲，早教市場年齡范圍較之更大。這個年齡段幼兒的注意特征主要是無意注意，即引起其注意的主要為刺激物的物理特征或者是與幼兒愛好及需求相關的刺激物，認知活動主要受興趣驅使，注意力穩定性較差易分散，且維持時間較短，通常為10~20 分鐘不等。因此，新奇的刺激對引起幼兒注意并延長注意時間具有重要作用。可是，傳統教學往往因為受限于教學形式與場景導致幼兒對知識的接受能力不強，無法通過直觀手段最大程度實現教學目標。

融合后：VR 技術的沉浸性可以在虛擬環境中賦予刺激物強烈的聲音、鮮明的顏色、生動的形象等鮮明的特征，[3]甚至可以創造出真實世界中不存在的，但是能夠引發幼兒高度興奮的任何事物。強烈的沉浸性能調動兒童的全部感覺器官，營造出的真實場景不僅可以吸引長時間的關注，還可以充分啟發孩子主動地、獨立地發現問題、探索問題和解決問題。這種由體驗得來的知識并非教師間接的經驗傳授，而是由幼兒自身感知得來的，實現了杜威主張的“以學生為中心”的啟發式學習，以高度的真實感和沉浸性實現真正的自由探索與翱翔。

2.構想性助形象認知破時空限制

構想性（Imagination），指通過特殊的VR 傳感設備，多感官刺激用戶，逼真地構建甚至超越客觀世界，打破時間與空間的限制，將抽象的內容轉化為更為直觀具體的形象。用戶可以自由想象和創建，實現了個性化發展。而在傳統教學中，由于教學設備和教學場地的限制，無法打破時空限制創建靈活豐富的情景化教學。

皮亞杰的認知發展理論認為2~7 歲的幼兒的認知發展處在前運算階段，已經逐步掌握了符號、表象的概念，思維特征以形象思維為主，即理解是在直接觀察事物表象的基礎上進行的。卡爾·雅思貝爾斯在《什么是教育》中提道：“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”。建構主義同樣認為情境對于知識的建構有著重要作用，提倡以學生為中心的主動建構。而傳統學前教育中對于很多跨時空的知識不能得到很好的直觀展示與情景體驗，大大限制了孩子想象力和創新力的發展，無法實現真正的“做中學，玩中學”。

融合后：VR 技術的構想性可以實現虛擬空間中的自由構建，可以將抽象的事物形象化，跨時空的事物直觀化。兒童在虛擬的游戲和學習情境中實現自主控制并自由探索，通過主動對信息進行加工，獲取關于客觀事物的感性甚至理性認識，完成知識的建構并獲取知識。這種在逼真世界中探索體驗的過程將大大激發兒童發散思維、創新思維和研究性思維的發展。

3.交互性遷知識習得移社會能力

交互性（Interaction）指人可以利用VR 技術的交互設備在虛擬世界中與任何虛擬物體進行交流，通過動作捕捉識別和反饋實現無障礙實時互動，而傳統的人機交互只能通過鼠標、鍵盤和顯示器與計算機進行交互。VR 技術自然逼真的交互性實現了對虛擬環境的駕馭和操縱，實踐操作不僅成本低，還安全有效，很好地解決了目前線上教育和遠程教育在空間體驗以及實操訓練方面的受限的問題。

學前兒童生長發育雖然迅速，但身體各器官系統尤其是大腦的機能還沒有發育成熟，接收的信息在大腦中停留的時間相對較短，記憶方式多為具體、形象、機械的短時記憶。又受無意注意和形象思維的影響，幼兒的理解力和抽象邏輯思維能力水平不高，通過傳統的間接學習模式很難總結經驗、獲得長時記憶并形成知識遷移。戴爾的“經驗之塔”認為學習主要通過直接經驗和間接經驗兩種方式獲得。前者需要通過直接參與獲得“做的經驗”，后者需要通過以觀察者的身份見習獲取“觀察的經驗”，然后把具體的直接經驗與直觀的間接經驗結合形成一個抽象符號，從而實現遷移。桑代克的“試誤說”認為知識的習得就是刺激與反應的聯結，不僅需要間接的刺激，更需要直接的反應和反復的體驗總結。因此，趣味性較強的游戲互動教學更適合學前兒童，而傳統的教學模式仍以教師主導的間接傳授為主，游戲教學體驗的時間和空間有很大的局限，互動性也較差。

融合后：VR 技術的交互性不僅能為幼兒設計合理有趣的學習情境，使其獲得間接經驗，更能夠通過互動游戲開展情景化教學，使幼兒以濃烈的興趣參與其中，獲得直接經驗。與真實環境相比，VR 打破時空限制的同時又能最大限度保證了幼兒的安全。這種深刻逼真的互動體驗可以充分發揮和鍛煉幼兒的記憶水平，促使感性認識到理性經驗的遷移，通過知行合一獲得社會性發展。

三、VR+學前教育融合應用探索

《幼兒園教育指導綱要》中指出,學前教育教學主要涉及健康、語言、社會、科學、藝術五個領域。結合學前兒童的生理及心理發展特點，可以充分利用VR 技術的優勢，將教學內容以虛擬教室、虛擬實驗室、虛擬實訓室[1]等各種靈活多樣的數字化形式呈現在逼真的場景中進行真實教學和體驗，打破傳統的教師室內授課的種種局限，從而帶來更好的教學效果和更有價值的教學體驗。

（一）融合應用的場景模式

1.虛擬課堂

基于學前兒童形象化、情景化的認知特征，可以通過VR 技術將教學課堂可視化、符號化，并最大程度實現不同場景的自由切換。利用VR 構建的逼真的學習場景來提升教學內容的趣味性和體驗性，吸引幼兒持續關注的同時，還能引導其自主性發散思維的發展，真實場景的體驗學習會比空洞抽象的描述場景教學帶來更好的學習遷移。如在科學領域教學中，可以打破時間與空間的限制讓兒童暢游太空、深海與史前時代，教學場景的自由切換將科研資源發揮出最大的共享價值。

2.虛擬實驗室

科學的頭腦要從娃娃抓起，由于傳統實驗室受限于場地、設備、成本和安全性等問題，傳統教學方式無法給幼兒提供此類高風險、高成本的實驗操作教學體驗。但是，利用VR 幼兒可以低成本、零風險地進行實驗操作學習，并且可以反復嘗試，不斷探索科學的奧秘，達到提升兒童動眼、動腦、動手能力的目的。例如在社會領域教學中，通過虛擬實驗室的尾氣實驗真實感受大氣污染的嚴重性，讓幼兒理解提倡環保綠色出行的社會責任；在科學領域教學中，可以科普物理知識，通過將抽象的齒輪動力結構進行可視化立體呈現，幼兒可以實現自由拼插搭建，拓展其動腦動手和創新探究能力。

3.虛擬實訓基地

我國學前教育堅持“保教結合”的原則，即要促進幼兒的身心和諧發展。因此，如何做到既要教育幼兒基本的生活常識與生活技能，還要創設愉悅健康的環境來培養和激發幼兒良好的感情，成為當前學前教育的基本目標。但是，抽象空洞的說教式教學場景很難實現以形象思維為主的幼兒做到學以致用，只有主動交互才能填補被動灌輸的缺陷。VR 技術建立的虛擬實訓基地可以同時解決上述安全性和有效性這兩個問題。如在社會領域教學中，通過設置虛擬情景任務進行模擬訓練，培養幼兒的社會規則意識與交往協作能力，例如在虛擬馬路上反復進行幼兒過馬路或乘車的訓練，使其掌握基本的交通安全法規，培養幼兒的生存技能，甚至可以通過構建虛擬高風險社會生活場景，如火災、地震等，進行現場躲避或逃生等自救訓練，低成本模擬實訓幼兒自我保護意識與逃生技能。

（二）融合應用教學案例設計

通過VR 技術的自由構建可以實現主題性發散式多領域教學，滿足了學前教育5 大教學領域對不同教學場景模式的需求，場景的任意切換將學前教育的教育性、游戲性和挑戰性進行了有機的融合。下面將以學前教育主題性教學“身邊的植物”為例進行VR+學前教育的教學實施設計，并梳理出其實現模式（圖2）。

圖2 “VR+身邊的植物”主題教學實現模式

第一，在教學設計方面，依據學前五大教學領域，制定出主題教育在每個領域中需要達成甚至可以拓展實現的教學目標，并提出所需場景需求和技術支撐。例如一，在健康教育領域中，虛擬實驗室可以讓孩子們直觀感受植物在陽光下制造氧氣的過程，將葉綠素置換氧分子的微觀靜態行為構建出宏觀動態的直觀視覺效果，基本目標是讓孩子充分理解植物的存在對于人類生存的重要性，進一步實現提倡兒童愛護花草樹木的拓展目標。二在社會教育領域中，虛擬教室可以帶領孩子們認識身邊各種常見的植物，拓展學習身邊艷麗但有毒的植物，引導實現幼兒自我防護的目標。三在科學教育領域中，虛擬實訓可以在較短時間內科普植物生長周期之類的生物常識，規避了幼兒注意力時間較短的問題，孩子們從親手翻土埋下自己的種子，到澆水、施肥、驅蟲、裁剪、結果、收貨等等接地氣但又觸手不及的原始生存技能，都可以打破空間限制得到充分的嘗試與體驗，反復練習的同時又最大程度降低了糾錯成本，拓展實現了幼兒珍惜勞動果實和勤儉節約的目標。四在藝術領域中，虛擬教室可以跨時空構建出不同地域、不同時期甚至是已經滅絕的稀有植物，幼兒通過模擬親臨現場，零距離接觸千奇百態的自然物種，領略各異自然風光和所處歷史背景文化的熏陶，進行自由插花和園藝創作，實現發散性創新思維培養的拓展目標。五在語言領域中，虛擬教室可以通過將思維導圖立體化以實現各要素自由拖拽組詞造句等虛擬闖關游戲場景來訓練幼兒進行“身邊的植物”主題造句，通過模擬“沒有植物的地球將會變成什么樣子”訓練孩子的想象與演講能力，通過虛擬實訓拓展幼兒面對踐踏草坪的路人時如何主動自信上前勸誡和傳遞正能量的溝通與表達能力。

第二，在平臺數據處理方面，將以上“身邊的植物”主題教學場景構建所需基礎數據進行采集和輸入，結合專業的虛擬技術對其進行數據轉化處理，轉化后通過數據的可視化實現教學體感的沉浸性，通過虛擬數據網絡化構建實現教學場景的構想性，通過虛擬空間交互操作實現教學體驗的交互性。數據處理后可以通過專業的虛擬傳感設備導出，并呈現出“身邊的植物”教學所需的虛擬教室、虛擬實訓室和虛擬實驗室等多種教學場景，用來輔助達成以上五大教學領域中的基本教學目標和拓展目標。

四、總結

通過分析發現，VR 技術與學前教育的融合開發可行性程度較高。結合學前兒童的生理及心理發展特點，可以利用VR 技術打破傳統的教師室內授課的種種局限，平掃地域差異造成的教育不均衡[4]，實現優質教學資源的整合與共享，最終促進幼兒的可持續發展。但是，二者在融合開發初期過程中，必然會出現技術上、資源上以及效果上的種種不足。所以，如何建立完善的VR+教育生態系統來協調產業鏈上各要素，從而推動VR 與學前教育的融合發展，成為教育從業者的又一道功課，唯有堅持推進教育教學改革才能不斷探索科技引領教育發展的新篇章。