體感交互技術(shù)在幼兒教育中的應(yīng)用

楊寧

【摘要】本研究以Kinect為例，梳理了體感交互技術(shù)的概念，分析了這一技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，初步探討體感交互技術(shù)在幼兒教育中的應(yīng)用問題，反思體感交互技術(shù)運用于幼兒教育已反映出來的問題，并對體感交互技術(shù)應(yīng)用于幼兒教育的未來前景作了展望。

【關(guān)鍵詞】體感交互技術(shù)；體感教育；幼兒教育

【中圖分類號】G612 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1004-4604（2016）01/02-0035-04

近年來，體感交互技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)飛速發(fā)展，不僅推動了社會經(jīng)濟的巨大變革，也為教育的發(fā)展帶來了重大機遇和挑戰(zhàn)。在“互聯(lián)網(wǎng)+”和信息技術(shù)高速發(fā)展的時代，幼兒教育如何接受這一輪技術(shù)變革浪潮的洗禮，是一個值得深入研究的課題。其中，體感交互技術(shù)在幼兒教育中的應(yīng)用就是一個值得我們深入研究的問題。

一、體感交互技術(shù)的概念與發(fā)展：以Kinect為例

（一）體感交互技術(shù)的概念

體感交互技術(shù)（Motion Sensing Interaction Technology）是指人們能夠直接運用手勢、肢體動作、語音、眼球轉(zhuǎn)動等方式與計算機及其相關(guān)設(shè)備進行互動的新型自然交互技術(shù)。體感交互技術(shù)強調(diào)創(chuàng)造性地運用手勢、肢體動作、語音等方式與計算機進行交互，無需為實現(xiàn)人機互動而額外學(xué)習(xí)，從而減輕了人們學(xué)習(xí)鼠標(biāo)、鍵盤等非自然操控方式的負(fù)擔(dān)，使用戶關(guān)注于任務(wù)本身?！?〕體感交互技術(shù)的出現(xiàn)在人機交互（Human-computer Interaction，HCI）技術(shù)發(fā)展進程中具有里程碑意義。繼鍵盤、鼠標(biāo)和多點觸摸人機交互方式之后，體感交互被稱為“第三次人機交互革命”。

在體感交互技術(shù)發(fā)展過程中，Kinect的出現(xiàn)具有十分重要的意義。Kinect是微軟公司開發(fā)的一款姿態(tài)傳感輸入設(shè)備。從詞源上看，Kinect一詞是Kinectics（動力學(xué)）和Connect（連接）的合成?！?〕Kinect主要由一個彩色攝像頭、一對深度傳感器、一組麥克風(fēng)及一個馬達構(gòu)成，作為XBOX360外接的3D體感攝影機和新一代體感設(shè)備，它具有即時動態(tài)捕捉、影像辨別、麥克風(fēng)輸入、語音辨識、社群互動等功能，能夠捕捉使用者的動作、面部表情、語音等，從而讓用戶擺脫傳統(tǒng)輸入設(shè)備的束縛，實現(xiàn)直接通過自己的身體控制終端的目的。

Kinect體感交互技術(shù)是人機自然交互技術(shù)的重大發(fā)展， Kinect實現(xiàn)的“手勢、深度和骨骼追蹤”是人機自然交互技術(shù)最基礎(chǔ)、最實用的內(nèi)容?！笆謩?、深度和骨骼追蹤”的組合，對人體基本姿勢進行了定義和匹配，從而實現(xiàn)了通過身體的自然交互控制計算機的目的?！?〕與傳統(tǒng)輸入設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)等不同，Kinect直接通過用戶的身體來控制終端，用一種最自然、最自由也是最柔軟的方式與裝置和環(huán)境產(chǎn)生交互，有效減少了硬件設(shè)備對用戶的束縛，進而降低了用戶的認(rèn)知負(fù)荷，提高了用戶的參與度，加深了用戶的情感體驗等。因此，Kinect具有巨大的應(yīng)用潛力?！?〕

基于Kinect體感交互技術(shù)的教育產(chǎn)品是一種情境化的、自然交互的學(xué)習(xí)工具，可以為學(xué)習(xí)者提供與現(xiàn)實世界相似的虛擬或仿真情境，讓學(xué)習(xí)者 “身臨其境”地獲得擬真實的、鮮活的學(xué)習(xí)體驗，真正實現(xiàn)寓教于樂、寓教于動。

（二）體感交互技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景

2008年，在美國舉行的國際消費電子展（CES）上，比爾·蓋茨提出了自然用戶界面（Natural User Interface，NUI）的概念，并預(yù)言人機交互將在未來幾年內(nèi)有很大的發(fā)展，鍵盤和鼠標(biāo)將逐步被更自然的觸摸式、視覺型以及語音控制等技術(shù)所代替。與此同時，“有機用戶界面”（Organic User Interface）也悄然興起，主要包括生物識別傳感器、皮膚顯示器等，實現(xiàn)大腦與計算機的直接對接。這些技術(shù)無疑會對人類生活產(chǎn)生重大影響。從比爾·蓋茨提出NUI概念到現(xiàn)在不過短短幾年，一系列人機交互新技術(shù)，包括第六感設(shè)備、增強現(xiàn)實、多點觸摸、追影技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、語音識別、體感操作和腦機接口等相繼誕生，從二維空間擴展到三維空間，從接觸式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙佑|式。當(dāng)前，體感交互（ Gestural Interaction）從眾多自然人機交互技術(shù)中脫穎而出，成為最前沿的研究領(lǐng)域之一。〔5〕

目前體感交互技術(shù)的使用已非常廣泛，涉及虛擬應(yīng)用（如體感試衣）、3D建模、機械控制、虛擬樂器、虛擬娛樂、虛擬實驗、游戲操控、康復(fù)訓(xùn)練等多個領(lǐng)域?！?〕Kinect已被廣泛用于教育及醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域。中國臺灣地區(qū)的Chiang等人運用Kinect體感交互技術(shù)訓(xùn)練老年人的手眼協(xié)調(diào)能力；美國明尼蘇達大學(xué)兒童發(fā)展研究所的研究人員借助Kinect體感交互技術(shù)收集和跟蹤兒童的語言和行為，協(xié)助開展自閉癥的相關(guān)研究。美國羅徹斯特理工學(xué)院的Darren Stanley通過Kinect體感交互技術(shù)收集被試在持續(xù)性操作測驗中肢體和頭部的姿勢以及動作來測試其注意力水平。體感交互技術(shù)在教育上的應(yīng)用是一個特別值得關(guān)注的問題。

二、體感教育：體感交互技術(shù)在幼兒教育中的應(yīng)用

（一）體感教育的概念

體感教育目前還沒有統(tǒng)一的定義，本文嘗試將其界定為：以體驗式學(xué)習(xí)理論、情境化學(xué)習(xí)理論和具身認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，將體感交互技術(shù)以及其他多媒體技術(shù)、3D技術(shù)和AR增強現(xiàn)實技術(shù)等應(yīng)用于教育的過程。其中，幼兒教育中體感教育通常是指讓幼兒通過各種身體動作，如揮手、伸展、奔跑、跳躍等操控三維場景中的人和物，并與三維場景中的人和物進行互動，將學(xué)習(xí)、體驗、探索、運動和游戲融為一體。體感教育有一個特別的優(yōu)勢，它可以通過體感交互技術(shù)將幼兒原本無法直接體驗的內(nèi)容，如海底探索、太空旅行、火災(zāi)地震防范等，以接近真實的三維場景呈現(xiàn)給幼兒，讓幼兒獲得擬真實的體驗。

體感交互技術(shù)給人們帶來了全新的體驗：擬真實的情境、身體的直接參與等。它有助于學(xué)習(xí)者（包括幼兒）獲得更為豐富的認(rèn)知和情感體驗，幫助學(xué)習(xí)者開展深度浸入式的學(xué)習(xí)以及角色扮演式學(xué)習(xí)等，從而彌補學(xué)習(xí)者無法在真實情境中體驗學(xué)習(xí)的缺憾。體感教育出現(xiàn)不過短短幾年，已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。2011年美國弗羅里達科技教育峰會上，來自佐治亞州社區(qū)學(xué)校的教育學(xué)家Janice Sinclair分享了他將AR技術(shù)應(yīng)用于幼兒教育的心得。他認(rèn)為，在幼兒教育中運用3D產(chǎn)品頗受幼兒的歡迎。幼兒非常喜歡和擬真實的虛擬環(huán)境中的動物們交流、玩耍，樂此不疲，原本枯燥的學(xué)習(xí)變得非常有趣。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)人機交互研究所最新的一項研究顯示， Kinect游戲是比手機游戲或平板電腦游戲更有效的學(xué)習(xí)方式。幼兒通過Kinect搭建積木比通過移動平臺游戲的效果更好。他們在測試中分別給兩組幼兒發(fā)放了平板電腦或筆記本電腦以及Kinect體感交互技術(shù)裝置和專用的投影大屏幕，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用Kinect體感交互技術(shù)裝置的幼兒學(xué)習(xí)效率更高，搭建的作品更穩(wěn)固，而且幼兒非常喜歡Kinect游戲。由此可以看到，游戲和擬真實情境的結(jié)合對提高幼兒的學(xué)習(xí)能力具有積極的作用。

（二）體感教育的特點

1.沉浸性

體感交互技術(shù)創(chuàng)造的擬真實情境，打破了幼兒和學(xué)習(xí)對象之間的隔閡， 幼兒被“嵌入”到游戲場景中，“身臨其境”地獲得真實體驗。游戲過程中，幼兒所有的感覺器官和注意力被調(diào)動， 通過特定的角色扮演，完全投入到學(xué)習(xí)活動中，從而進入心理學(xué)家米哈里·齊克森米哈里 （Mihaly Csikszentmihalyi） 所說的“心流”狀態(tài)。

2.交互性

體感交互技術(shù)條件下的人機互動，是使用者（幼兒）與計算機產(chǎn)生的3D虛擬環(huán)境的實時互動。此外，還包括虛擬環(huán)境中多人游戲時自發(fā)出現(xiàn)的同伴互動、師幼互動和親子互動。

3.娛樂性

游戲是體感教育的主要途徑，因此，體感教育具有較強的娛樂性和游戲性，對幼兒具有極強的吸引力，可以充分激發(fā)幼兒的興趣并保持幼兒的注意力。

（三）體感教育的作用

首先，體感教育可以拓展幼兒體驗和操作的范圍?！?～6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南》指出，幼兒的學(xué)習(xí)以直接經(jīng)驗為基礎(chǔ)，在游戲和日常生活中進行。成人應(yīng)理解幼兒的學(xué)習(xí)方式和特點，珍視游戲和生活的獨特價值，為幼兒創(chuàng)設(shè)豐富的教育環(huán)境，最大限度地支持和滿足幼兒通過直接感知、實際操作和親身體驗獲取經(jīng)驗的需要。然而，現(xiàn)實生活中，特別是在現(xiàn)代化城市生活條件下，幼兒能夠直接感知體驗的對象十分有限，而海底世界、航空航天、天文現(xiàn)象、水下探險、史前文明、恐龍時代等更不可能直接感知。體感教育可以創(chuàng)造出接近真實的三維場景，讓幼兒化身宇航員遨游浩瀚的宇宙，穿上潛水服暢游神奇的海底世界，還可以用肢體動作操控獵豹在非洲大草原上捕獵。這種情景式、沉浸式的學(xué)習(xí)方式，打破了時間和空間的限制，能充分滿足幼兒的好奇心和求知欲，培養(yǎng)他們的想象力、冒險精神和探索精神。

其次，體感教育可以成為幼兒開展運動、鍛煉身體的有效途徑。與電腦游戲、手機游戲相比，體感交互技術(shù)與運動高度關(guān)聯(lián)。體感教育活動的設(shè)計也多將動作和運動嵌入到整個教育活動中。美國田納西大學(xué)的一項研究表明，體感游戲?qū)⒊蔀橛變哄憻捝眢w的絕佳途徑。該大學(xué)健康飲食和體育實驗室的哈利雷納（Hollie Raynor）博士表示，體感游戲比缺乏科學(xué)指導(dǎo)的戶外活動的鍛煉強度大，鍛煉效果也更佳。2010年10月，美國心臟協(xié)會對購買體感游戲設(shè)備的玩家進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，體感游戲不但可以讓玩家在游戲的同時進行運動，還能在無意中改變玩家非游戲時間的運動習(xí)慣。參加調(diào)查的2284名玩家中，有58%表示，他們現(xiàn)在不僅在游戲中運動，在平時生活中也增加了戶外運動，例如慢跑、散步或打網(wǎng)球等；68%的玩家認(rèn)為，他們每天應(yīng)該進行更多的體力活動?！?〕此外，體感教育也將改善由傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)游戲帶來的諸多問題，如網(wǎng)癮、長期保持不變的坐姿和盯著屏幕看可能對軀體和眼睛帶來的傷害等。

再次，體感教育可以使幼兒的科學(xué)教育“活”起來。體感交互設(shè)備可以使幼兒園的科學(xué)活動室真正“動”起來。一直以來，科學(xué)教育都令幼兒園教師頭疼，因為缺乏相應(yīng)的科學(xué)知識、科學(xué)教育資源以及專門的培訓(xùn)，幼兒園科學(xué)教育活動往往很難有效開展。許多幼兒園的科學(xué)活動室裝修豪華，卻幾乎淪為擺設(shè)。體感交互設(shè)備的引入可以幫助幼兒園教師有效開展科學(xué)教育活動，例如，幼兒可以“穿上”潛水服在神奇的海底世界，與海豚、海龜、鯨魚互動，也可以直觀地了解地震、火災(zāi)等自然災(zāi)害，等等。體感交互設(shè)備能夠大大提高幼兒園科學(xué)活動室的利用率，使幼兒園的科學(xué)教育落到實處。

最后，體感教育有助于幼兒園安全教育的有效開展。引入體感交互設(shè)備，幼兒園的安全教育不再僅僅停留在書面，教師可以讓幼兒在虛擬的真實場景中體驗特定的安全情境，自然地形成安全意識。如，“消防安全”體感課程就可以幫助幼兒學(xué)習(xí)如何滅火及逃離火場，“地震逃生”課程則可以幫助幼兒了解地震時正確的應(yīng)對方法。

三、體感交互技術(shù)應(yīng)用于幼兒教育的問題與展望

毫無疑問，和任何新生事物一樣，體感交互技術(shù)應(yīng)用于幼兒教育面臨諸多質(zhì)疑和挑戰(zhàn)?！拔覀冎孕枰斯の?，是因為自然物不能滿足我們的需要，人工情感的制造也是基于同樣的理由。由此我們可以持這樣一種態(tài)度，即人工情感如果實在對我們有用，能用它來解決我們的困難，產(chǎn)生出真實的人性的效果，其真假問題也就退居其次了。”〔8〕體感教育也同樣如此。

體感交互技術(shù)不僅可以應(yīng)用于幼兒教育，還可以廣泛用于基礎(chǔ)教育、特殊教育、職業(yè)教育以及康復(fù)訓(xùn)練等諸多領(lǐng)域。值得注意的是，體感交互技術(shù)仍處于發(fā)展初期，存在諸多有待解決的問題，如動作錯誤識別、過度識別、輸入延遲等，這些都嚴(yán)重影響著人機交互的流暢性?！?〕同時，現(xiàn)有的體感交互技術(shù)平臺普遍缺乏觸覺反饋體驗，這是一個比較大的體驗黑洞?！?0〕此外，現(xiàn)有的體感交互設(shè)備缺乏生理疲勞監(jiān)測與反饋，〔11〕教師和家長無法有效監(jiān)控幼兒的運動量。如何增強體感交互設(shè)備對幼兒動作敏感性的促進作用，如何讓幼兒在利用體感交互設(shè)備游戲時實現(xiàn)鉆、爬等復(fù)雜動作，如何增強體感教育活動的粘性，如何在同一時間增加更多玩家或滿足多人操作需求等等，都是需要進一步探索的問題。體感教育活動的設(shè)計也面臨實際困難和倫理風(fēng)險，特別是在如何將教育、游戲和運動加以有機整合等方面仍面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。

總之，體感交互技術(shù)以及體感教育還是剛剛出現(xiàn)的新生事物，它不是要取代幼兒在真實情境中的體驗和操作，而是起到拓展、豐富和補充作用。我們相信，隨著體感交互技術(shù)的進一步發(fā)展，體感教育將呈現(xiàn)出更大的活力和更為廣闊的發(fā)展前景。

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