智慧校園背景下培智學校VR教室的環(huán)境建設與應用

藍琰　申承林　鄭偉平

【摘要】 智慧校園背景下，VR技術（虛擬現(xiàn)實技術）得到廣泛應用。培智教育領域可將VR技術融入其中，通過VR教室提供多情境教學環(huán)境和工具支持。結合廣東省佛山市順德區(qū)啟智學校VR教室的構建案例，分析其應用現(xiàn)狀及效果，以期為培智學校的智慧校園虛擬現(xiàn)實教學環(huán)境建設提供參考。

【關鍵詞】 培智學校；VR教室；虛擬現(xiàn)實技術

【中圖分類號】 G764

【作者簡介】 藍琰，廣東省佛山市順德區(qū)啟智學校（佛山，528300）；申承林，特殊教育正高級教師，陜西師范大學教育學部（西安，710062），廣東省佛山市順德區(qū)啟智學校（佛山，528300），493300137@qq.com；鄭偉平，博士，副教授，華南師范大學計算機學院（廣州，510631）。

VR技術（虛擬現(xiàn)實技術）作為多源信息融合的交互式仿真技術，應用于培智教育領域，可創(chuàng)建大量的學習場景，增強學生的學習體驗，使學生提高學習認知度、實現(xiàn)知識內(nèi)化、掌握生活技能。智慧校園背景下，建設VR教室，能為培智學校依托VR技術開展教學提供主要場所。本文將就智慧校園背景下培智學校VR教室的環(huán)境建設與應用進行分析探討。

一、建設背景

2023年全國教育工作會議強調(diào)“統(tǒng)籌推進”“縱深推進”教育數(shù)字化，明確了教育數(shù)字化未來發(fā)展的行動綱領；《“十四五”特殊教育發(fā)展提升行動計劃》提出鼓勵有條件的地方充分應用互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實和人工智能等新技術，推進特殊教育智慧校園、智慧課堂建設。智慧校園將學習環(huán)境場景化、學習過程數(shù)字化，使任何人在任何時間、任何地點都能便捷地獲取資源和服務。智慧校園建設與應用可借助VR技術、AR技術（增強現(xiàn)實技術）實現(xiàn)物理校園與虛擬校園的有機融合，可視化呈現(xiàn)抽象內(nèi)容和重難點內(nèi)容，從而有效提高教學效率［1］。實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，推動實現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動5G、大數(shù)據(jù)、VR技術、人工智能等新一代信息技術在特殊教育領域的應用，是提高特殊教育質(zhì)量的必然舉措，也是特殊教育發(fā)展的必然方向。

培智學校教育對象多數(shù)存在智力障礙、情緒障礙等，其對知識的掌握和理解能力相對較弱，因此培智學校教學主要采用體驗式教學、場景式教學，但在傳統(tǒng)教室中，教師需要耗費大量時間和精力創(chuàng)設情境。國外有研究者發(fā)現(xiàn)VR技術能促進智力障礙、重度腦癱者等日常生活技能的提高，增強其認知能力、感統(tǒng)能力、學習興趣和社會技能［2］；國內(nèi)有學者將VR技術應用于孤獨癥兒童的治療和干預，也取得了一定的成果［3］。因此，建設VR教室是培智學校開展智慧教學，助力學生更好學習、提高遷移運用能力的有益方向。

廣東省佛山市順德區(qū)啟智學校VR教室的建設和應用依托教育部重點課題，與華南師范大學計算機學院團隊合作，基于前期的教學需求調(diào)研和技術支持，購置了大量的虛擬現(xiàn)實設備，開發(fā)了一套創(chuàng)新的VR教學資源，以期滿足培智學校新課標課程教學輔助要求，確保VR教室的穩(wěn)定運行和教學效果的提升。該校VR教室主要用于中重度智力障礙、孤獨癥等特需學生進行VR課程學習，學生可頭戴VR設備進行沉浸式體驗。

二、空間布局

VR教室的功能布局需求包括：教室可容納學生10人左右，在有限的教室空間中，預留足夠的學生活動空間；配備至少一臺大屏幕顯示器，用于展示虛擬現(xiàn)實內(nèi)容；考慮到教學效果和學生安全，教室中需配備監(jiān)控設備，以便教師能監(jiān)督學生的行為和進度；給每個學生配備一個VR頭顯和手柄，確保學生都能參與到虛擬現(xiàn)實體驗中。此外，避免設備之間的干擾和碰撞，提供適當?shù)墓饩€和音效。整體來說，空間布局要求舒適、安全并具備良好的教學環(huán)境，以滿足學生使用VR技術進行學習的需求。

VR教室分為教師授課區(qū)、學生學習區(qū)兩大功能區(qū)域。在教師授課區(qū)，配備交互式一體機，不僅能顯示教師的講解內(nèi)容，還可以實時展示學生在虛擬世界的操作情況，提供個性化的學習指導。此外，配備專門的音響設備，使教師的聲音能清晰地傳達給每個學生。在學生學習區(qū)，每個學生有自己獨立的操作空間，配備舒適的折疊座椅，學生可根據(jù)自己的需求站立或坐下。每個學生之間保持安全距離，在操作VR設備時佩戴安全帶，以防止在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中發(fā)生碰撞等意外。同時，學生可以通過手持遙控器在虛擬世界中自由移動，增強學習的交互性和參與感。學生座位之間沒有間隔，鼓勵學生之間互動交流，促進彼此的學習進步。學生學習區(qū)的設備可以與教師授課區(qū)的投影設備進行互動，實現(xiàn)教師與學生的互動教學。在這樣的教學環(huán)境中，學生可以更加積極主動地參與到課堂學習中，提升學習興趣和效果。

三、軟硬件配備

在硬件上，考慮資源獲取、情境感知和即時互動等功能要素，主要包括中央控制系統(tǒng)、擴音系統(tǒng)、視頻顯示系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)、教室電腦/自帶電腦、高清媒體矩陣、VR 教學系統(tǒng)和教學管理平臺。其中，中央控制系統(tǒng)是系統(tǒng)中樞，通過其附帶的智慧課堂中控平板電腦實現(xiàn)對教室環(huán)境內(nèi)所有信息化設備或子系統(tǒng)的控制和管理；擴聲系統(tǒng)由無線話筒、音頻處理主機和揚聲器組成；視頻顯示系統(tǒng)包含教學一體機等顯示終端；錄播系統(tǒng)包含錄播主機、錄播攝像機和拾音麥克風，并通過校園網(wǎng)與中央控制系統(tǒng)連接；來自教室電腦/自帶電腦和錄播系統(tǒng)的視頻通過高清媒體矩陣，輸出給視頻顯示系統(tǒng)；通過VR教學系統(tǒng)開展現(xiàn)場VR教學。

在軟件上，開發(fā)了80套虛擬教學資源，搭建了1個教學管理平臺和1個教師巡堂App。其中教學資源的開發(fā)分兩期。第一期開發(fā)了40套虛擬教學資源，教學內(nèi)容選自新課標及校本化課程中的4門課程，包括圖形認知、方位認知、安全和綜合4大方面，所搭建的虛擬場景包括乘坐公交車、乘坐電梯、坐過山車等；第二期基于發(fā)展心理學和孤獨癥教育的研究成果開發(fā)了40套虛擬教學資源，選取10個對個體發(fā)展具有“節(jié)點”作用的關鍵能力，包括深度知覺、感覺統(tǒng)合、注意力、記憶力、客體永久性、心理表征、分類能力、聯(lián)合注意、守恒能力和自我概念，搭建了攀巖、開飛機、摘果子、打擊樂等場景。教學管理平臺為教師提供課程管理、學生評價和教學反饋等功能，能有效提升教學效果。教師巡堂App則使教師能實時監(jiān)控學生學習情況，隨時與學生互動交流。教師巡堂App還可記錄學生考勤情況，方便學校管理，減少不必要的人力資源投入。

四、教學應用場景

下面對VR教室在教學中的幾個主要應用領域進行詳細探討。

其一，虛擬實踐：模擬真實場景，提升適應能力。VR教室通過模擬各種實際場景，如購物、交通工具使用、社交互動等，為培智學校學生提供安全且可控的實踐環(huán)境。這些模擬場景可以幫助學生提前熟悉和適應真實世界中的各種情況，增強他們的生活技能。例如，對于某些具有社交恐懼癥的學生，通過模擬社交場合，可以幫助他們逐漸克服心理障礙，提高社交能力。

其二，情感調(diào)節(jié)：緩解心理壓力，提高情緒管理能力。培智學校學生常常面臨情緒問題，而VR教室則為他們提供了一種新穎的情感調(diào)節(jié)方式。通過參與放松和冥想的活動，如沉浸在自然風景中、觀賞藝術作品等，學生可以暫時忘卻現(xiàn)實生活中的壓力，緩解緊張情緒。這種虛擬現(xiàn)實的情感調(diào)節(jié)方式不僅具有趣味性，還能有效提高學生的情緒管理能力。

其三，社交技能訓練：營造安全環(huán)境，培養(yǎng)交流合作能力。虛擬現(xiàn)實環(huán)境為培智學校學生提供了一個安全的社交互動場景，使他們可以在其中練習與他人交流、合作和解決問題的技能。例如，通過模擬看病、乘車等日常活動，學生可以逐漸學會如何與他人進行有效的溝通和合作。

其四，認知能力培養(yǎng)：激發(fā)學習興趣，提升思維能力。VR教室在認知能力培養(yǎng)方面也展現(xiàn)出了其獨特的優(yōu)勢。在生活語文教學中，通過模擬情境，讓學生進行實際的對話練習，可以有效提升學生的口語表達能力。在生活數(shù)學教學中，借助互動的數(shù)學游戲和實際問題，可以激發(fā)學生的學習興趣，提高其思維能力。此外，在安全防范教學中，利用虛擬實驗室展示過程和結果，可以加深學生對生活中各種防范措施的理解。在情緒分化教學中，通過演奏樂器和合唱等形式，可以培養(yǎng)學生的音樂審美能力和表演技巧。

綜上所述，VR教室在教學中的應用場景非常多樣化，可以滿足不同學科和不同學生的需求。隨著技術的不斷進步和應用場景的不斷拓展，相信VR教室在未來的教育教學中將發(fā)揮更加重要的作用。

然而，VR技術在培智學校的應用也面臨一些挑戰(zhàn)。首先，設備可訪問性是一個亟待解決的問題。為了確保特需學生都能使用VR設備，學校需要投入很多的資金購買設備，并為學生提供相應的設備練習課程。其次，教師培訓也是一個關鍵環(huán)節(jié)。為了讓教師更好地掌握VR技術并應用于教學中，學校需要組織定期的培訓活動，提高教師的技術水平和教學能力。

【參考文獻】

［1］謝幼如，黎佳，邱藝，等.教育信息化2.0時代智慧校園建設與研究新發(fā)展［J］.中國電化教育，2019（5）：63-69.

［2］Attree E A，Brooks B M，Rose F D.Guest Editorial：Use of Virtual Environment in Training and Rehabilitation： International Perspectives［J］.Cyber-Psychology＆Behavior，2005（3）：185-186．

［3］張倩.虛擬現(xiàn)實技術在自閉癥患者干預中的應用［J］.中國特殊教育，2010（5）：27-31.

（責任編輯：趙華麗）

【基金項目】 本文為全國教育科學“十三五”規(guī)劃2019年度教育部重點課題“面向智障兒童的新課標教材本土化建構及其虛擬現(xiàn)實教學應用研究”（DHA190440）的階段性研究成果。