基于虛擬現實的科普類教學平臺的設計與實施

李倩 鄭秋萍

摘要：隨著網絡的發展，線上教育愈發地受到人們的青睞，兒童啟蒙教育更是重中之重。在疫情期間，人們居家隔離，學生們都紛紛上起了網課。學生們上課的同時也不能忽略掉學前和小學低年齡段的教育。基于Angular框架的科普類教育平臺是一款能夠在線上線下混合式使用的教育類平臺，平臺包括移動端和網站，通過使用平臺，可以拓展學前兒童的知識面、使小學低年齡段的學生掌握易混淆的知識點，它能夠為小朋友們提供有趣并且更有效的學習方式與方法。

關鍵詞：虛擬現實;科普教學;Maya

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0118-02

Abstract： With the development of the network， online education is more and more popular， children's enlightenment education is the most important. During the outbreak， people were isolated from their homes， and students took online classes. Students should not neglect pre-school and primary school education at the same time. Based on the Angela framework， Ai Meng Education is an educational platform that can be used mixed online and offline， including mobile and websites， by using the platform to expand the knowledge of pre-school children， so that students of the lower ages of primary school can master confusing knowledge points， it can provide children with interesting and more effective ways and means of learning.

Key words： virtual reality; science teaching; angular

1 引言

隨著生活水平、生活質量的提高，兒童也逐漸步入低頭族的行列，生硬刻板的書本對于學齡前以及小學生來說都有些過于單調且沒有吸引力，而將書本中的知識融合在游戲動畫中，設計多個場景，在操縱人物行進中以完成任務的方式掌握知識，寓教于樂，提高幼兒學習的興趣，夯實基礎。

傳統平面媒體的科普教育效果不佳，無法滿足互聯網+時代年輕用戶的視聽需求。虛擬現實的優勢在于：可幫助用戶快速構建對虛擬環境的認知，是獲取知識的快速途徑。在考慮虛擬環境的真實程度以及兒童的接受度，基于虛擬現實的科普類的視頻、音頻和游戲成為科普類教育平臺的首選，這樣可以有效的連接用戶行動與知覺。

在科普類視頻和游戲中，通過簡潔明了、生動有趣的視頻以及游戲的天然優勢，快速集中并保持使用者的注意力，通過設計趣味性的對白和游戲任務保持用戶參與動機的持續性， 同時在任務中設置與能力相平衡的挑戰以促進行動與意識的融合，引導用戶進入沉浸從而激發學習的興趣，提高學習的效率。

2 移動端的設計與實施

2.1 虛擬環境的設計與實現

在移動端主要通過搭建虛擬環境，將知識進行展示，采用游戲的方式為載體。因此，虛擬場景的建立是項目開發實現的前提，場景中模型的精度和與人的互動，決定了用戶對科普類教學平臺的直觀感受以及持續性。在設計虛擬環境時，不但要考慮環境的真實性，還要考慮兒童的心理接受程度，一般在設計場景時應以兒童比較熟悉的場景為參考模型，類似幼兒園、學校或者展館等地方，筆者選擇的場景為科學展館如圖1所示。

在展館中創建多種展示場館，如有專門播放教育類視頻的展館，講解各種節氣的場館如圖2所示，學習拼音的場館、有學習古文知識的展館如圖3所示等，在場館中設置NPC人物碰撞，在碰撞時出現彈框，講解相關的知識內容，讓孩子在趣味性的游戲中掌握知識。并且在游戲中模擬一些日常生活中的場景以及在緊急情況下的急救手段、逃生手段，讓孩子在游戲中學習生活技能，在控制NPC的過程中，能讓學生的學習過程更加生動形象、幫助記憶。

2.2 虛擬漫游的設計與實現

虛擬漫游功能是主要研究的功能之一，也是實現虛擬教學的前提和載體。在場景建模完成后，將模型導入Unity 3d中，盡量還原現實中的真實場景，創建一些小擺件讓整個空間更加豐富。在游戲中設置碰撞彈框，講解一些知識以及正確的做法，并且將生僻文字進行注音，讓孩子在學習知識與技能的同時，增加文字與詞匯的儲備。

其具體步驟如下：

1）首先使用MAYA建造出場景的內外模型，并使用Photoshop制作材質貼圖，附著給模型;

2）模型全部設計完成之后，將模型導出為.fbx格式，然后將其導入到Unity 3d軟件中;

3）導入.fbx文件到場景中之后，從項目中用鼠標拖動到場景中進行設置和位置擺放;

4）如果有貼圖丟失情況需要重新指認貼圖;

5）在Unity 3d中添加NPC人物，可以通過鍵盤和鼠標控制其前進;

6）在場景中設置發射器和碰撞效果，讓游戲更加逼真并且具有趣味性，如下圖4所示。

2.3 交互系統的設計與實現

科普類教育平臺主要是要做到寓教于樂，在樂中學，為了鞏固所學知識，還需要設計的測試環節，完成交互設計，比如在古代知識展館中，平臺會設計一些類似于闖關游戲;在節氣博展館中，模擬出關于節氣的植物與天氣，讓使用者根據植物與天氣的變換選擇單詞或者描寫該節氣的詩詞等關卡;比如在場景外的街道上將會設置一些街道、車輛，讓孩子在控制NPC行走的過程中遇到一些關于過馬路的紅綠燈等場景，同時給予獎懲機制，例如闖紅燈會面臨懲罰;遵守交通規則則可以得到相應的獎勵。也可以同時幾個人可以在線上進行比賽，搶答相關知識、得分高者可以得到獎勵。

在建設虛擬場館的過程中進行不斷的測試，讓整個游戲操作變得簡單易懂，讓孩子將多數的注意力放在場景的彈框講解而不是游戲操作中，讓豐富的場館講解知識吸引孩子，進行更多元化、更加有效的學習。

3 應用前景

隨著“互聯網+”的發展，網絡教育將成為幼兒教育新的增長點，應用前景十分廣泛。傳統的教學方法并不適用于所有兒童，尤其是那些長期不能集中注意力學習的孩子，這導致學習成績差，如此以往，會產生厭學的情緒，但使用線上教學方法，寓教于樂，學中玩，玩中學，不僅可以激發孩子的學習熱情，而且能提高學習效率，讓孩子對學習有信心、有耐心、有熱情，因此，基于線上的科普類教育平臺應用前景廣泛，將非常受歡迎。

【通聯編輯：梁書】