虛擬環境創設交互系統的設計理念與內容構建

呂袁媛 葛瀛澤

課題項目：該文系大學生創新創業項目“VDC虛擬環境創設交互系統”的階段性成果。項目編號：X202110166439

摘要：虛擬環境交互系統是開發在幼兒園環境創設方面的虛擬仿真項目，通過構建軟件系統，可以分為二個模塊，幼兒園全景模塊和區角環境創設模塊，主要應用基于3D技術構建仿真幼兒園的情景、角色和材料，由用戶在龐大的環境創設模塊庫中，按照規定的主題或自己設定的主題，進行創意和設計，具有易操作性，教育性等特點。該系統不僅為幼兒園教師在工作上提供便利，還彌補了學前教育專業實踐教學中不能親臨現場的短板，切實提高用戶的創設能力。

關鍵詞：虛擬 環境創設 交互系統 內容構建

現在，我們正處于一個對傳統產業發展正在產生重大變化的“互聯網+”時代，國務院在十二屆全國人大三次會議上做的政府工作報告中第一次明確提出"互聯網+"的國家發展計劃;2020年中央網信辦等五部門印發《國家新一代人工智能標準體系建設指南》提到鼓勵科技成果和行業的深度融合，增強虛擬現實技術等應用場景。近年來虛擬現實技術的高速發展使消費者規模逐漸擴大，而虛擬現實技術的發展對“互聯網+”家庭環境布置產生了極其深遠的實際影響，“互聯網+”家庭環境布置行業發展蓬勃，2020年線上家庭環境布置行業規模占據家庭環境布置市場規模的50%。然而就目前調研來看，虛擬設計系統與幼兒園環創設計領域的融合還是空白。幼兒園環境創設包括幼兒園室外環境創設、幼兒園室內環境布置、五大領域主題環境的創意設計等方面。五大領域主題環境的創意設計等方面。目前有幾個關于家庭環境布置的軟件，但是關于幼兒園環境設計的軟件卻是一片空白，尤其是能夠讓一線幼兒教師進行可視操作的軟件幾乎沒有得到開發。

學前教育專業作為對學生實際技術需求很大的學科，相應的環境創設遠程實訓也很少涉足，目前的遠程技術使用途徑大多是利用QQ、微信等搭建網上教學共同體，并利用網絡資源庫、主題性網頁等幫助教師學科發揮。[1]

虛擬環境創設互動系統的建立，其一方面是透過創建三維空間立體的幼兒園虛擬現實教學環境，使用戶群體在與虛擬幼兒園中的教學環境、角色、材質等的交流與操作過程中獲取教育經驗和感受，另一方面是通過建立網上交流平臺，幫助用戶群體在相互借鑒與互動的過程中有針對性的提高教育技術。因此，虛擬環境創設交互系統的內容，既面對教學經驗相對較少的學校實習老師、農村地區轉崗老師，為其創造具有情景化的教學經驗，又面對具有一定經歷而理論知識基礎相對單薄的在職老師，協助其更有效內化教育理念，從而提高了環境創設的效率。

一、虛擬環境創設交互系統的主要功能模塊

虛擬環境創設交互系統主要分為兩個功能模塊，即幼兒園全景模塊、區角創設模塊。其中，區角創設模塊又分為參考方案、模型庫、編輯場景、效果預覽等模塊，系統能夠按照所提供的設計素材和功能進行區域規劃設計和物品展示，從而避免了環境布局時由于事先規劃不周所形成的錯漏，也符合了現代幼兒教育的發展需要，有效提升了幼兒園的整體環境。

二、虛擬環境創設交互系統的設計理念

（一）場景與環境創設：體現虛擬現實可視化

虛擬環境創設交互系統注意提供可視乎、情景化的場景，讓學前教師回到虛擬幼兒園現場。[2]虛擬環境創設交互系統在運用Unity3D引擎的基礎上，通過revit軟件進行幼兒園環境創設物品的建模，結合C++腳本語言來實現區域設計、環境創設物品的布置、人機互動等操作。重點是利用借鑒SL的虛擬現實教學環境特性，建立了三維幼兒園教學環境、材質和角色等更為真實的情景、道具和人物形象，在此基礎上，更強化了用戶、虛擬現實教學環境和專業對話，并強化了教師在虛擬現實教學環境中對各種材料的有效運用，納入了學前教師所掌握的專業知識，并進行了相應的教學評價與過程設計，讓學生可以通過和虛擬現實教學環境的交流，建立經驗。

（二）虛擬角色對話與內容建設：結合新形勢下的幼兒教師專業化特點

近年來，政府與教師主管都頒布了不少重大的指導性文件精神，《3—6歲兒童學習與發展指南》《幼兒園教師專業標準 （試行） 》《幼兒園教職工配備標準 （暫行） 》及新的《幼兒園工作規程》等，而虛擬環境創設交互系統把這些教學內容也融入到了教師的虛擬實習教學內容中。如用戶需要選擇虛擬情境模塊里的老師、保育員等，則談話的具體內容中就會包括最新的《幼兒園工作規程》所規定的各個類型員工所應履行的工作職能，選擇各年齡段班虛擬兒童，談話具體內容會包括《3—6歲兒童學習與發展指南》中對各個年齡段孩子的發展特點和教學意見。

（三）系統內容及使用方法：強調交互和趣味性

興趣是引發用戶自主性學習的關鍵原因，虛擬環境創設交互系統除實現了充滿樂趣的幼兒園虛擬環境創設之外，還為用戶創造了各種游戲式的作業和考核模式，如用戶在完成幼兒園全景模塊設計后，系統會以拼圖、連線、配合游戲活動等形式檢查用戶能否了解幼兒園環境，并掌握在各種區角設置的學習材料配置與使用，尤其是一些理論性的教學內容，如依據《3—6歲兒童學習與發展指南》中的兒童在各個年齡段要求和教學理念，將這部分教學內容結合成生動有趣的虛擬角色與對話，通過游戲化的操作模式，將更便于幼兒教師消化掌握。

（四）系統自動評估為主：契合龐大用戶群體的需求

本系統還設計了教師評價板塊，基于網絡用戶面向對象規模很大，在國內面向教師的遠程培訓中， 較早的引領式在線教師培訓平臺， 4年培訓教師近30萬名。[3]北京大學開設的基于慕課的“翻轉課堂教學法”教師培訓課程， 單門課程注冊人數為25452人。[4]教師遠程師資培養中存在著更加繁瑣的成果評估問題，其評分結果通常也會影響教師學習效果的有效性。為此，對虛擬環境創設交互系統的評估方法將采取以系統自動評估功能為主，用戶互動評估和系統主持教師評估功能為輔的綜合評估方法，3個模塊均涉及系統自主評估功能的設定，系統將可以自主地對用戶的學習成果做出客觀評估，并以此提高評估效率與有效性。

三、虛擬環境創設交互系統各模塊具體內容及功能設計

（一）幼兒園虛擬全景模塊

1.主要虛擬場景

虛擬環境創設交互系統主要為用戶構建一個基于現實的3D虛擬幼兒園情境， 這個情境中包括幼兒園的功能區域、相關的玩具材料和幼兒園中的主要工作、學習的人物等， 用戶進入模塊， 可以瀏覽觀看幼兒園的教室、戶外場地、食堂、盥洗室、保健室等主要功能室的3D全景畫面， 有助于用戶更加全方位的了解幼兒園。

2.虛擬人物角色

在全景虛擬各場景中所設定的與幼兒園相關三維角色人物，大多為幼兒園員工，而這些角色則按職能不同分布于幼兒園的各個場地中，通過用戶單擊相應角色就可以彈出對話框。在對話框中系統會提交信息給用戶，內容主要包括有關幼兒園教學課程以及與幼兒園有關崗位管理方面的主要內容，用戶可以點擊問題，而虛擬人物角色則將通過彈出對話框的形式，為用戶給出有關問題的回答信息。

3.游戲化評價設計

幼兒園全景模塊的內容設定強調趣味化和游戲化，同時也可以更有效觀察用戶模塊瀏覽完成后的學習效果，因此主要采取板塊式拼圖評價方法，由用戶獨立完成，系統自主進行評估。

情景板塊拼圖則是指用戶在對幼兒園的全景模塊參觀完成之后，在評價板上將給出一幅用戶所參觀過的幼兒園的二維或平面版圖。地圖中包含了幼兒園的課堂、戶外區域、餐廳、盥洗間、午睡房等重要建筑物與結構功能板塊，各板塊中都有圖形但無名字，用戶需要在系統規定時限內將相關主題板塊名字填寫在相應的能力主題板塊中，類似于填圖游戲，而虛擬交互系統也將自動計數，對用戶的作業結果反饋正誤并進行評估，以檢查用戶是否對幼兒園的重要構造與功用有認識。

（二）幼兒園區角環境創設模塊

1.主要虛擬場景

幼兒園區角環境創設模塊，主要為用戶提供了幼兒園中較為常用的區角場景和相應的虛擬活動材料，目的是通過提供虛擬的區角環境創設材料，為用戶提供了區角環境創設的合理借鑒和參考，使用戶通過運用虛擬材料，逐步了解并認知幼兒園的區角設定環境，并通過運用虛擬的幼兒園區角設定材料開展環境創設，從而訓練其認識并運用適宜材料進行區角設定活動，以及在此基礎上合理創建與布局幼兒園區角環境的基本能力。

2.區角虛擬材料設計

幼兒園的虛擬區角環境設計分為建構區、兒童閱讀區、人物區、科學區域等模塊。通過虛構區角環境設置物料的供給，將有助于用戶理解并熟悉在幼兒園不同區域角活動中需投放的主要物料種類和特性。如建構區重點供給較為經典的兒童建構游戲材料，如積木、積塑等，尤其是兒童結構游戲中使用最為普遍的積木材質，區重點供給三維立體的單元積木，材質形式涵蓋了各種規則和不規則造型的積木，如半單位積木、全單位積木、Y字形的彎道積木等。而人物區重點以在幼兒園人物區角中較為普遍的"娃娃家"搭建虛擬現實場地，并供應支撐兒童角色扮演的玩具、服飾和家私等虛擬材料。

3.操作與評價設計

用戶可以選擇特殊的虛擬區角設置活動情景模塊，在模塊中有物料清單，用戶可從清單中選取所有區角所包含的各種區角設定物料，并以圖標的形象展現，當用戶選擇圖標后，虛擬的三維區角設定物料就將展現在教學活動場景中，用戶可以從多視點觀看以全面了解區角設定物料。物料在區角設置場景中也可以進行拖動放置，系統支持用戶自己創建的區角環境。比如，當用戶選擇了科學區域，在加入之后就會出現材質列表頁面，材質列表頁面中即有科學區域的材質，也有角色區域、美工區等區域角的材質，用戶按照需要選取最適合于科技區域角的材質并進行放置，當全部材質放置完畢之后，系統生成了用戶自己創建的區角環境虛擬場景，用戶可以選擇確認并進行。

當用戶進行作業之后，虛擬環境創設交互系統將存儲了用戶的虛擬區角環境創設作品，并同步給出相關區角環境創設的模版，供用戶借鑒與對比。虛擬環境創設交互系統將針對設置在科學區角自然環境的建筑材料運用是否恰當給出反饋，并在此基礎上對用戶的科學區角環境創設材料運用情況進行評估。如用戶建構區的單元積木放在了科學區，證明其對區角環境創設缺乏基本認識，操作系統將指出有誤，并扣減一定的分值。

四、結語

幼兒園環境創設基本由一線幼兒教師負責，一方面幼兒園班級環境要遵照園本活動及主題，進行定期更換;另一方面，班級環境創設材料多以紙、布等軟裝飾材料為主，在日常生活中及容易遭到損壞，需要不斷更新。幼兒教師平時教學工作繁重，環境創設的制作、更新無疑給幼兒教師增加工作負擔。虛擬環境創設系統的出現意味著教師可以通過數字化的系統以最直觀的方式自主搭建出一套個性化環境創設計方案。擴展了設計思維，提高了環境創設制作效率。

目前，學前教育專業學生不斷增加，部分實踐類課程，如幼兒園環境創設課程，無法親臨現場，進行實地操作。虛擬環境創設交互系統將信息技術與環境創設進行深度融合，并融入各種材料的相關知識、性能，實現教學資源的整合，切實提高了學生對幼兒園環境創設的能力。通過虛擬場景的再現，讓用戶能夠身臨其境，提高環境創設的設計水平與能力。所以，基于虛擬環境創設交互系統，在具體的實際運用中，應將傳統的教師實習與培訓過程優化整合，成為一個教育創新的重要手段，以提高教師實習的有效性。

參考文獻：

[1]郭力平， 秦臻.早期教育應用信息技術的專題研究[M].蘇州：古吳軒出版社， 2013：160-162.

[2]郭文革， 沈旭東.MPOC：大規模私有在線課程的設計與運營[J].現代遠程教育研究， 2015 （1） ：22-32.

[3]張麗， 伍正翔.引領式在線教師培訓模式與理論創新[J].中國電化教育， 2010 （1） ：61-65.

[4]汪瓊.MOOC用于教師培訓：翻轉課堂教學法MOOC課程實踐[J].中國教育信息化， 2015 （1） ：9-11.