具身認知視域下虛擬仿真實驗的設計研究

摘要：在現代化信息技術的爆發(fā)式增長環(huán)境當中，互聯網+教育成為了新興的教育模式，而在這一過程當中，虛擬仿真實驗的形成對于教育發(fā)展來講具有重要促進作用，為了能夠更好的應用到虛擬仿真實驗開展教學，應用到能夠激發(fā)學習者積極性的具身認知理論，以人為本創(chuàng)造出更加適應現代教學需求的仿真實驗，進而促進教育改革。

關鍵詞：具身認知;模擬仿真實驗;探究學習

引言：我國針對于教育的現代化發(fā)展進程提出了關于教育信息化的十年規(guī)劃，在其中明確指出了關于虛擬仿真實驗的應用，在創(chuàng)新技術應用的基礎上，促使虛擬仿真實驗已經取得了顯著效果，而為了能夠實現更加多元化的實驗應用，結合具身認知理念，強調建立在人的動能的基礎上，增強學生的動力與意圖，保障學習效果，能夠實現現代化教育目標的達成。

1具身認知以及虛擬仿真實驗的界定

1.1具身認知

具身認知理念源于英文當中的embodied cognition，同樣也是關于涉身認知的表達，關于具身認知通常分為廣義上的含義與狹義上的含義，但二者的核心都是基于不同生命體的身體活動以及其他影響到認知的行為方式下所產生的心智思維。在該理念當中著重強調關于本體、認知與環(huán)境三者的動態(tài)構造，但是區(qū)分與狹義與廣義，仍舊存在著一定的差異性[1]。其中狹義理念下的具身認知主要是基于認定人的心智主要是由于各種動作行為的影響而形成的，因此在認知心智的發(fā)展當中，身體的參與程度較高，并強調身體行為對于認知的重要作用。簡單來講，在狹義理念當中，將具身認知認定為基于生理主義產生的觀念思維。而廣義上的具身認知則主要是闡述了本體與情境的交融作用，強調人身在社會環(huán)境當中的行為對于認知產生的影響，廣義理念認為在認知發(fā)展的過程當中必不可少環(huán)境的存在。換句話說就是將具身認知定義為人體在社會特定情境當中產生的行為，并基于行為從而形成的認知，強調的是關于三者的結合，而不僅僅是單一的身體參與，同樣需要人身適應在社會環(huán)境當中的存在。

1.2虛擬仿真實驗

而虛擬仿真則是利用現代化的先進計算機信息技術構建的虛擬現實技術，應用到更為精妙的技術衍生出集中視聽觸覺一體的逼真虛擬環(huán)境，而其本質卻是虛擬數字技術的建設。需要應用到更為先進的設備構建，例如常見的VR眼鏡、數據手套、手柄等，促使體驗者能夠在虛擬環(huán)境當中熟練應用設備，形成基于自主意識下的虛擬空間，獲得與真實生活相差無幾的體驗感受。

在此基礎上衍生出的虛擬仿真實驗主要是在現代化教育事業(yè)不斷發(fā)展的過程當中借助于更為先進的網絡通訊、多媒體以及虛擬現實技術構建的人機交互的開放式網絡教學手段，能夠實現虛擬化以及數字化的教學體驗。通過對于文本技術以及視頻動畫等信息進行綜合處理后，結合新媒體的技術模型構建可視化的三維虛擬場景，借助于虛擬場景，應用到計算機網絡與人工智能等新興技術，實現學習用戶的實時交互體驗場景。借助于多模態(tài)的表象特征為學生構建教學實驗現場，進而促使學生在生動真實的虛擬情境當中實現高效學習，是教育發(fā)展的全新形式，促使學生能夠在類似真實的情境當中體驗問題的解決過程。

2具身認知視域下的虛擬仿真實驗結構模型設計

2.1實驗設計意義

2.1.1必要性

基于我國現階段的高校教育現狀進行研究分析發(fā)現，大多數的學校存在著實驗教學匱乏的問題，難以為學生構建較好的教學環(huán)境，究其根源主要是在高校當中缺失充足的實驗場地、設備，或是學校的資金投入相對較少，影響到教學資源的分配等等[2]。進而導致在教學當中的實驗主要是以基礎演示或是驗證教學為主，過于依賴教師的講授，影響到學生的綜合性發(fā)展思維。基于此，重新審視高校當中的實驗教學課程，應用到具身視域下的虛擬仿真實驗，在強調學生身體與認知相結合的環(huán)境當中現實學生在學習過程當中的切身參與感與情感認知，解放學生的身體，能夠極大程度的提升學生的學習動能的基礎上實現了教育的高質量與新潮發(fā)展。

2.1.2可行性

在高校當中構建的具身視域下的虛擬仿真實驗主要考慮的可行性需要結合于高校自身的經濟條件。但是基于實際來講，虛擬仿真實驗的構建所需的經濟成本相對較低，因此，硬件設備條件只需要構建在電腦連接網絡的HTC硬件設備的基礎上。并且涉及到的開發(fā)工具等諸如3Dmax、SQL等軟件都能夠通過網絡當中的官方網站進行下載，應用到C#語言編程以及SteamVR和VRTK等工具能夠實現在Unity編輯器當中對整體實驗設計的編寫。在自然的交互設置當中實現虛擬仿真實驗的順利完成，基于我國現階段大多數得到高校當中存在著VR+教育的虛擬實驗教學，已經初步形成了技術雛形基礎，具身視域下的虛擬仿真實驗環(huán)境的構建更加便捷。

2.2實驗教學模型

2.2.1原則

由于該虛擬仿真實驗教學模型的構建主要是結合具身認知的理念，基于學生身體視角的開發(fā)背景，其目的是為了能夠保障學生在充分解放的基礎上實現真實的思維認知回歸。因此，在設計過程當中需要能夠符合學生的主體性原則，堅持以人為本，保障在促進學生適當身體自由的環(huán)境當中通過多感官刺激學生的學習動能，進而實現虛擬空間與學習空間的實時交互，能夠保障學生更具意義的學習。同時也需要建立更加多元化的情境條件，保障學生在多渠道整合的情況下實現對學生感官的多樣化刺激，包括聽覺、視覺等多種不同的感官系統，提升學生的沉浸感，促使學生在學習過程當中能夠以更高的興趣加深對于知識的理解與整合。

2.2.2構建

基于具身認知理論的關鍵要點，在其中需要進一步強調切身感受的相關要點，在其中深刻構造關于學生、學習資源以及教師之間的動態(tài)交互體現，同樣也是在虛擬仿真實驗當中的關鍵所在[3]。在明確基礎要素構建的情況下，構建的具身認知視域下的虛擬仿真實驗模型需要分為教師層、信息管理層以及學習層三大模塊。將三者融合的模塊中間部分精細化處理，保障在提升學生切身體驗的基礎上促使學生通過身體的感受形成具體的體驗，反饋到身體當中進行反思，經過不斷的實驗思考后，形成抽象化的概念，促使這一概念的形成能夠促使學生更加積極的再次投入到實驗當中。進而在這一過程當中能夠實現對于相關知識的主動構建，在同化過程當中形成學習資源的可視化操作，進而在自然交互界面當中能夠促進學生逐漸內化知識。

2.3功能結構模型

在充分保障明確目標、分明的結構層次以及各個模塊之間的有效關聯的基礎上，應用到利用Unity引擎、C#編程、VRTK等技術，充分保障自然交互，實現觸覺功能的良好體驗。促使學生在高仿真的實驗過程當中能夠自主掌握虛擬學習空間，并能夠借助與VR技術等，實現關于復雜知識內容可視化的應用效果。將虛擬仿真實驗模型當中的教師層、學習層與信息管理層等實現更加綜合的細化，相應的增加學生信息管理、教師指導、交互輔助以及實驗學習等不同的功能模塊，實現下一層級的豐富學習功能。

結束語：基于現代化越來越發(fā)達的信息技術應用，對于教育事業(yè)的發(fā)展來講，能夠產生更加明顯的影響，為了保障為現代化的社會發(fā)展貢獻更加優(yōu)質的人才，需要結合到具身認知視域下的虛擬仿真實驗模型的設計，為學生創(chuàng)造集中身體感官多角度的學習環(huán)境，進而才能夠實現學生高效學習發(fā)展，為教育事業(yè)增加新興力量。

參考文獻：

[1]張春慧，宗哲英，洪寶棣.基于MATLAB GUI的機械工程控制基礎課程虛擬仿真實驗平臺設計[J].科學咨詢（科技·管理），2021（10）：68-69.

[2]盛艷微.具身認知視角下虛擬仿真實驗的設計與開發(fā)[D].江西科技師范大學，2021.

[3]李展.具身認知視域下虛擬仿真實驗的設計與開發(fā)[D].山東師范大學，2019.

作者簡介：倪天予，1981.6，男，漢族，遼寧沈陽，工程師，碩士研究生，沈陽工業(yè)大學，研究方向：虛擬仿真、計算機軟件。