VR/AR在兒童教育中的應用研究綜述

雷晴晴　王梓希

關鍵詞：虛擬現實技術；增強現實技術；兒童教育

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）20-0141-03

0 引言

近年來，隨著科技進步和信息網絡的飛速發展，越來越多的傳統行業得到升級和進步，兒童教育行業也迎來了新的挑戰和機遇。新的科技手段和教學模式的出現，正在深刻地改變著兒童教育行業的面貌。VR和AR技術是信息時代下衍生的重要產物，已經對我們的生活、學習方式產生了重要影響。在教育產業中，其多樣的互動性及真實的感官體驗讓學習者更加深入地了解各種概念和主題，在虛擬交互的學習中充分理解所學內容。目前，VR/AR技術在推動兒童教育信息化發展中發揮了重要作用，教育者將媒介技術貼近兒童實際需要，構建逼真立體的虛擬世界，使兒童能夠在開放式的環境中自由學習、探索、互動和創造，從而培養他們的興趣、好奇心和探索精神[1]。本文擬通過梳理過去二十年間國內外VR/AR技術應用于兒童教育的相關研究文獻，了解VR/AR兒童教育研究現狀及其發展趨勢，總結當下VR/AR技術應用于兒童教育的優勢與不足之處，為今后虛擬現實和增強現實在兒童教育中應用的研究提供參考和借鑒。

1 VR/AR 技術

1.1 VR 技術

VR技術（虛擬現實技術）是從計算機技術出發，通過數字信息建構一個具有高度仿真的虛擬環境，能調動人在其中的視、聽、觸多感官系統[2]。虛擬現實技術一般包括以下幾個方面的技術支持。

計算機圖形學：用于創建逼真的虛擬環境，包括地形、建筑、物體等的建模和渲染。

交互設備和算法：用于實現用戶與虛擬環境的交互，包括手勢識別、語音識別、觸覺反饋等。

虛擬現實引擎：用于開發虛擬現實應用程序，提供場景搭建、物理引擎、渲染和聲音等功能。

1.2 AR 技術

AR技術（增強現實技術）是在虛擬現實基礎上發展起來的新技術，通過計算機系統提供的信息增加用戶對現實世界感知。它通過在實際場景上疊加計算機生成的虛擬物體或實際物體的非幾何特征來達到對實際場景的增強。與此同時，虛擬現實與現實的連接并沒有中斷，因此互動的模式也變得更為自然。

2 VR/AR 在兒童教育領域應用特點

2.1 生動直觀性

可以通過模擬真實場景，讓兒童身臨其境，從而更直觀、生動地了解所學的知識。

2.2 互動性

可以讓兒童在虛擬環境中互動參與，比如通過手勢、語音等方式進行交互，激發兒童學習的興趣和積極性。

2.3 安全性

可以提供一個安全、無風險的學習環境，讓兒童在虛擬環境中進行實驗、體驗，而不必擔心受到傷害或造成損失。

2.4 多樣性

可以提供豐富多樣的學習資源，比如動畫、游戲、模擬實驗等，滿足不同兒童的學習需求和興趣。

2.5 個性化

可以根據兒童的學習興趣和能力，提供更深入、個性化的學習體驗，幫助兒童更好地掌握知識和技能。

3 VR/AR 在兒童教育中的應用

VR/AR技術的出現為兒童教育領域注入了新力量，在一定程度上滿足了兒童成長中探索世界的需求。依據兒童發展心理學界定，兒童為3-15歲的孩子，主要為幼兒與小學生[3]。兒童的認知發展包括思維能力、信息處理和問題解決等方面的成長，認知發展水平會影響他們對學習任務的理解和處理能力。在其認知發展初期可能更注重感官和運動經驗，隨著認知能力的提升，他們逐漸能夠理解抽象概念、邏輯推理和符號表示等學習內容。使用VR/AR技術可以最大限度地模擬出一個內容豐富、易于體驗的教育環境和背景。教育者采用VR/AR技術開展教學，呈現知識信息，輔助教學活動，兒童與虛擬環境互動，可以獲得身臨其境的視覺、聽覺和觸覺體驗，從而激發學習興趣，增強直觀認知，促進思維步步深入地發展，有助于他們主動參與學習、積極探索和構建知識結構。目前， VR/AR在兒童教育領域中已有較多的應用實踐。

3.1 VR/AR 兒童教育游戲

寓教于樂，以樂促學是教育游戲的設計理念，教育游戲廣泛用于兒童的能力鍛煉和知識探索中，具有極高的實際應用價值。VR/AR 兒童教育游戲是以VR/AR技術為支撐，通過模擬學習情境構建虛擬學習環境，基于學習內容設計游戲情節，兒童通過扮演游戲中的角色與游戲人物等進行互動交流，在完成游戲任務的過程中實現體驗式學習。舒雯在 HIVEPOT、Steam VR等虛擬現實應用平臺搜索發現，虛擬現實兒童教育游戲內容相對較豐富，涵蓋了學科教育類、科普知識類、生活技能類等多種類型游戲[4]。Ori Inbar 開發了一款適合4～7歲兒童的AR拼寫游戲，這款拼寫游戲的教學內容與孩子的身心發展及感知能力相適應，目的是讓兒童在任何時候都可以進行拼寫訓練。田元等人分析了AR技術支持下的教育游戲特征，開發了一款針對學齡前兒童的移動增強現實教育游戲，對提高教育游戲水平提出了新戰略[5]。何聚厚等人開發了一款全沉浸式VR英語學習游戲，在實踐中發現將VR教育游戲應用于教學活動對兒童的學習動機產生積極影響[6]。

3.2 VR/AR 應用于兒童學科教育

VR/AR技術可以提供更生動的學習材料和工具，以培養兒童在各個學科領域的技能和認知能力，有很多研究者采用VR/AR技術進行兒童學科教育的嘗試。Chien將AR內容制作成“ 魔法之書”用于兒童的計數相關知識學習，用情境化的故事教學模式和AR技術充分調動學生的積極性，證明AR技術可在學前教育中發揮良好作用[7]。Hye Sun Lee將韓國游戲的豐富經驗融合進數學教學過程中，借助 AR 手段大大增強了小學階段兒童學習數學知識過程中的趣味性[8]。Edo? ardo等人研究證明移動VR技術與傳統教學方法協同使用可以使兒童在音樂課上主動聆聽、注意力更集中[9]。梁博使用扎根理論的方法研究VR技術在小學教育中的應用，提出在小學科學、小學語文教學中，可以使用VR技術讓兒童跨越時空身臨其境地感受課文中的景象，克服科學實驗實際條件的限制，遠離實驗過程中可能產生的危險，使兒童產生濃厚的學習興趣，從而更好地進行接下來的課堂學習。謝穎基于情境認知理論、沉浸學習理論等，設計開發了基于 AR 的小學英語案例教學資源“Lets eat”。通過實驗得出將 AR技術應用于小學英語課堂能夠激發學生的英語學習興趣和提升學生的英語學習效果的研究結論。

3.3 VR/AR 應用于兒童安全教育

兒童的心智尚未成熟，易受傷害，安全意識比較薄弱，普遍缺乏防范與處理事故能力。傳統安全教育通常采用口頭訓誡、圖文故事、動畫視頻等方式，缺乏互動和體驗，效率低下。安全演習基于情境，容易取得效果，但組織工作量巨大，不宜作為常規訓練手段。采用VR/AR技術能夠讓兒童安全地體驗一些火災、地震、溺水、交通事故等場景，并且能夠在其中找到安全逃生和預防的方法。張雪等人以城市、城郊和農村地區三所小學的 79 名兒童為研究對象，通過準實驗研究驗證了VR技術在識別和改善兒童危險交通行為方面的有效性[10]。任楠楠構建了沉浸式 VR 在小學安全教育中的課堂應用新模式，選取“地震VR體驗”資源進行教學分析與VR 環境創設，實踐研究證明VR技術與安全教育相結合，并實施合適的教學模式，能夠讓教學過程變得更加有趣，提高學習效果。胡越基于交互敘事，研究設計了AR 游戲《不可思議的大冒險》，兒童利用移動設備上的應用程序，通過攝像頭識別并掃描具有安全教育知識的游戲卡片，進行交互式學習。解決了傳統安全教育存在的方式單調、枯燥、內容吸收差等問題。還有學者將VR技術應用于農村留守兒童防性侵安全教育，解決留守兒童的家庭和學校有關性知識傳授的難題。

3.4 VR/AR 應用于兒童特殊教育

VR/AR技術應用于兒童特殊教育主要在孤獨癥兒童、智力障礙兒童的早期干預等方面，為特殊兒童提供沉浸式、個性化和互動式的學習體驗，幫助他們克服認知和行為障礙，提高學習能力和生活技能。VR技術所創設的虛擬環境主要分為單用戶環境和多用戶環境，其中多用戶環境可以為個體提供更多社會交往和角色扮演的機會，更真實地模擬現實生活中的互動情境[11]。Kijima的研究顯示特殊兒童可以在模擬的環境中運用并適應一些簡單的互動[12]。Wuang 等人采用基于虛擬現實的體感裝置 Wii，對唐氏綜合征患兒進行了運動功能訓練，發現VR-Wii的療效明顯優于傳統的作業療法，并可明顯提高患兒的粗肌肉活動量。Strickland對兩名孤獨癥兒童進行過馬路的訓練，結果表明，兒童能在虛擬環境中辨認出日常生活中常見的物體，并完成過馬路的任務。北京師范大學“VR/AR+教育”實驗室進行了基于手勢識別設備的自然交互系列游戲對孤獨癥兒童的干預研究，證明VR/ AR技術的使用能夠有效提高孤獨癥兒童精細動作水平和認知水平。

3.5 VR/AR 應用于兒童德育

VR/AR應用于兒童德育主要是通過模擬情境和互動體驗，幫助兒童進行道德決策、共情與人際關系、責任感和公民意識以及價值觀教育的培養。紅色文化是思想政治教育、思想品德教育的珍貴資源，陳佳佳等人認為將VR/AR技術與紅色文化的宣傳與學習相結合，進行多樣化的宣傳紅色文化，可以加強兒童對紅色文化的學習認知， 樹立良好的三觀。并且他們設計了結合VR、AR與H5的虛擬現實技術平臺用于兒童的紅色文化學習[13]。李宣霖等人提到要帶給學齡前兒童真正的學習地點“無界”，以重慶渣滓洞集中營為例，利用AR技術重現烈士牢房、拷問室，真實再現景區歷史遺物獨特性，增強兒童對歷史學習及紅色文化的培養。Shim Jaekwoun以韓國162名小學生為調查對象，研究基于虛擬現實（VR） 的品德教育項目在培養小學生品德方面是否有效，結果表明兒童在道德敏感性上有顯著提高[14]。

4 VR/AR 應用于兒童教育領域的優勢

4.1 提高學習動機和興趣

VR和AR技術能夠為兒童創造身臨其境的學習體驗，激發他們的學習興趣和主動性。通過互動和沉浸式的學習環境，兒童更加投入，并對學習內容產生濃厚的興趣。

4.2 提升學習效果和記憶力

研究表明，與傳統的教學方法相比，VR和AR技術能夠提高學習效果和記憶力。由于兒童可以親身體驗和操作學習內容，他們更容易理解和記住所學知識。

4.3 促進多感官學習

VR和AR技術能夠刺激兒童的多種感官，如視覺、聽覺和觸覺等，從而促進多感官學習。這種多感官的學習方式可以幫助兒童更全面地理解和吸收知識。

4.4 提供自主學習和探索機會

VR和AR技術提供了兒童進行自主學習和探索的機會。他們可以根據自己的興趣和節奏，自由地選擇學習內容和進行實踐操作，從而培養主動學習的能力。

4.5 支持特殊教育和個性化學習

VR和AR技術可以根據兒童的學習特點和需求提供個性化的學習體驗。對于有學習障礙或特殊教育需求的兒童，這些技術能夠提供更具適應性和差異化的學習支持。

4.6 培養實踐技能和創造力

通過與虛擬世界中的對象和情境互動，兒童可以培養實踐技能和創造力。他們可以進行模擬實驗、藝術創作、設計構建等活動，從而發展實際應用能力和創造性思維。

5 結束語

隨著VR/AR技術的不斷成熟和普及，越來越多的學校、教育機構和教育工作者認識到它應用于兒童教育的優勢。開始采用VR/AR技術來豐富教學內容和提升學習體驗，VR/AR技術在兒童教育領域的應用正呈現出顯著的上升趨勢。VR/AR技術的快速發展和廣泛應用不僅助力了兒童教育的信息化進程，而且為兒童教育開啟了數字化時代的新篇章。但任何技術都具有雙面性，我們需要積極正視VR/AR技術在兒童教育中的不足之處和面臨的挑戰。

VR/AR技術的過度使用和錯誤應用可能會在一定程度上阻礙兒童的深層認知發展，對其認知能力產生不利影響。如果兒童過度沉迷于技術設備和虛擬世界，可能會導致對真實世界的體驗和交互的缺乏，限制他們的社交技能和情感發展。此外，一些兒童可能過度依賴技術工具來解決問題，缺乏獨立思考和解決問題的能力，還會產生注意力分散和學習效果下降的問題[3]。VR/AR教育產品開發者應考慮的是如何根據兒童的身心發展規律設計適宜兒童使用的產品，將教育價值納入設計和開發過程確保其產品符合教育標準，并能夠實現預期的教育效果。教育者需要思考如何合理地將VR/AR技術融入課堂活動設計，以及活動時間長短等，既實現教育目的，又防止兒童沉迷其中。

技術的可持續性和普及性也是一個挑戰。VR/ AR設備的成本較高，限制了其在許多學校和家庭中的普及程度。此外，技術的維護和更新也需要持續投入和專業知識。解決這些問題需要政府、教育機構和行業合作，共同努力降低成本并提供可持續的技術支持。

在教育研究和政策制定方面也存在挑戰，雖然VR/AR技術在兒童教育效果中呈現出許多優勢，但我們仍需要更多的研究和評估來深入了解其對兒童學習和發展的具體影響。同時，制定相關政策和法規以規范兒童教育中的VR/AR應用，確保內容的合法性、安全性和教育性。VR/AR技術涉及個人數據的收集和處理，特別是在兒童教育中，保護兒童的隱私成為重要問題。政策制定者需要制定隱私保護措施和數據安全規定，以確保VR/AR技術在兒童教育中的合理、安全和有效使用。