虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在培智學(xué)校課程開發(fā)中的應(yīng)用

汪晗 黨凱琳

（陜西師范大學(xué)教育學(xué)院 陜西西安 710062）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在培智學(xué)校課程開發(fā)中的應(yīng)用

汪晗 黨凱琳

（陜西師范大學(xué)教育學(xué)院 陜西西安 710062）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其具有沉浸性、交互性、想象性、仿真性及感覺反饋的特點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的教育技術(shù)手段。本文結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)以及其應(yīng)用于特殊兒童教育與康復(fù)中的進(jìn)展，闡明了將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于培智學(xué)校課程開發(fā)的優(yōu)勢(shì)與原則。

虛擬現(xiàn)實(shí)；培智學(xué)校；課程開發(fā)

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，國(guó)內(nèi)有人譯為“靈境”），1989年由美國(guó)的拉尼爾（J．Lanier）提出，指用立體眼鏡、傳感手套等一系列傳感輔助設(shè)施來實(shí)現(xiàn)的一種三維現(xiàn)實(shí)，人們通過這些設(shè)施向計(jì)算機(jī)送入各種動(dòng)作信息，并且通過視覺、聽覺以及觸覺設(shè)施使人們得到逼真的視覺、聽覺及觸覺等感覺，這些感覺也隨著人們不同的動(dòng)作而改變。用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界中的客體進(jìn)行瀏覽和交互性考察。[1]根據(jù)使用者對(duì)虛擬環(huán)境和沉浸程度的不同要求，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可分為四種類型：桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。[2]

作為一種新型的教學(xué)媒介，自上世紀(jì)80年代誕生起，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)越性，在教育教學(xué)中已得到較為廣泛的推廣和應(yīng)用。基于VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）的虛擬教學(xué)系統(tǒng)有利于學(xué)習(xí)者在系統(tǒng)所設(shè)置的虛擬場(chǎng)景中，直觀、立體地了解知識(shí)，通過反復(fù)操作練習(xí)加強(qiáng)對(duì)意會(huì)知識(shí)的理解和掌握，有助于提高教學(xué)的效率和效果。[3]

目前國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要有以下幾種成果：虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬教學(xué)（包括虛擬過程演示，虛擬漫游，虛擬實(shí)體展示，虛擬角色扮演）、虛擬仿真校園、虛擬游戲（這里指的是有一定教育意義的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲軟件，蘊(yùn)含豐富的學(xué)習(xí)資源，兼具娛樂功能與學(xué)習(xí)功能）。但在國(guó)內(nèi)，這些成果的研究與應(yīng)用往往集中在高校，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中小學(xué)教育中的運(yùn)用相對(duì)較少。如果將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，尤其是針對(duì)于智力障礙與自閉癥學(xué)生占多數(shù)的培智學(xué)校的課程開發(fā)而言，可以幫助培智教育教師進(jìn)行有效教學(xué)并且對(duì)智力障礙兒童和自閉癥兒童的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下幾點(diǎn)特征：①沉浸性。當(dāng)佩戴頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等交互傳感設(shè)備時(shí)，使用者便可成為虛擬環(huán)境中的一部分，其在虛擬現(xiàn)實(shí)所創(chuàng)設(shè)的虛擬環(huán)境中看到、聽到、聞到和觸摸到的完全與真實(shí)環(huán)境中感受到的一樣。②交互性。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，使用者可以通過數(shù)據(jù)手套、頭盔、數(shù)據(jù)衣等各種傳感設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行近乎于自然的人機(jī)交互，而計(jì)算機(jī)可以根據(jù)傳感設(shè)備反饋信息適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)新的虛擬環(huán)境，給使用者一種及時(shí)的反饋，為進(jìn)一步的人機(jī)交互做準(zhǔn)備。③想象性。使用者在運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的過程中，可以結(jié)合自身行為與各類其他信息，隨意構(gòu)想客觀現(xiàn)實(shí)中不存在或者不可能發(fā)生的情境，包括想象、聯(lián)想、構(gòu)思、推理及邏輯判斷等思維，以此來激活更多的知識(shí)與信息。④仿真性。虛擬現(xiàn)實(shí)是仿照真實(shí)或想象世界設(shè)計(jì)的三維虛擬環(huán)境，無論是對(duì)媒體信息的多感知性，還是沉浸感和自主性，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都是為了仿真“現(xiàn)實(shí)世界”或“想象世界”。⑤感覺反饋。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之所以能夠使使用者獲得一種身體或精神的沉浸，主要是其能夠針對(duì)使用者的不同反應(yīng)適時(shí)做出相應(yīng)的反饋。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅能使使用者獲得視覺、聽覺的感受和反饋，而且還能獲得嗅覺、味覺、觸覺等多種感知，讓使用者通過身體的多種體驗(yàn)獲得一個(gè)猶如真實(shí)世界的感受。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在特殊兒童教育與康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域散發(fā)著它的獨(dú)特“魅力”，除了軍事、商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用外，在特殊兒童教育及醫(yī)學(xué)康復(fù)領(lǐng)域也取得了很多探索性進(jìn)展。

美國(guó)的尼可萊塔（Nicoletta）等人開發(fā)了適用于幼兒園聾童數(shù)學(xué)教學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。此游戲包含兩個(gè)交互式虛擬環(huán)境(鐘表店和面包店)，包括一系列基于小學(xué)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的思維活動(dòng)訓(xùn)練，聾童可以自主選擇商店里的物品，并與虛擬售貨員進(jìn)行手語交流，以此來提高其數(shù)學(xué)能力。在學(xué)習(xí)結(jié)束之后，還有任務(wù)發(fā)展評(píng)估、專家組評(píng)估和形成性評(píng)估等一系列評(píng)估方法來評(píng)價(jià)聾童的表現(xiàn)及學(xué)習(xí)成果。[4]

英國(guó)學(xué)者曾在自閉癥兒童對(duì)虛擬人物表情的理解方面進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，虛擬情景對(duì)自閉癥的干預(yù)有著特殊的促進(jìn)作用。朱華萍等人從信息處理與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的BCI（雙目注視）系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要面向自閉癥兒童，試圖改善促進(jìn)其鏡像神經(jīng)元功能。[5]由此可以看出，讓自閉癥兒童在虛擬的環(huán)境中體驗(yàn)、學(xué)習(xí)社交技能，將會(huì)成為新的干預(yù)途徑與康復(fù)手段。雅倫與韋斯（S．Yalon－Chamovitz&P.L.Weiss)進(jìn)行了一種智力障礙兒童的比較研究，對(duì)象是33名中度智力障礙兒童或重度腦癱兒童，給他們進(jìn)行了為期3個(gè)月，共計(jì)30次的虛擬游戲活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)顯示，智力障礙兒童可從順利地融入虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，并且能長(zhǎng)時(shí)間保持學(xué)習(xí)的興趣。[6]安圖恩等人(E.A.Attree，C.sychol，B.M. rooks)使用VR技術(shù)對(duì)五組智力障礙兒童進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)可以促進(jìn)弱智兒童的日常生活技能的提高，增強(qiáng)其認(rèn)知能力和社會(huì)技能。[7]以上研究表明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有利于智力障兒童的教育與康復(fù)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于培智學(xué)校課程開發(fā)的優(yōu)勢(shì)

培智教育不同于傳統(tǒng)教育，因其教育對(duì)象存在智力、心理等方面的缺陷和困擾，且個(gè)體差異明顯。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在培智教育課程開發(fā)中的應(yīng)用，可以提供全新的教學(xué)手段與感受。具體的開發(fā)過程中應(yīng)當(dāng)考慮到教育對(duì)象的個(gè)體差異性。

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以增加課程的趣味性。利用虛擬顯示系統(tǒng)可以激發(fā)智力障礙學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象及事物的變化過程，為智力障礙學(xué)生提供逼真、生動(dòng)的學(xué)習(xí)材料及學(xué)習(xí)體驗(yàn)。[8]例如，在學(xué)習(xí)天氣變化這一部分內(nèi)容時(shí)，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)再現(xiàn)晴天、雨天、下雪、大風(fēng)等天氣，供學(xué)生體驗(yàn)。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提供多感官的刺激，智力障礙學(xué)生可以佩戴立體眼鏡，接收聽覺、視覺等方面的刺激，達(dá)到真實(shí)的體驗(yàn)。與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將教學(xué)內(nèi)容更直觀形象地展示給學(xué)生，也可以將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來，給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)他們發(fā)言、表演，從而激發(fā)他們的課程學(xué)習(xí)興趣。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以避免真實(shí)情境中的危險(xiǎn)因素。對(duì)于需要走出教室，走進(jìn)真實(shí)情境的課程內(nèi)容，例如交通安全，智力障礙學(xué)生在認(rèn)識(shí)了交通工具與交通標(biāo)志后，還需要培養(yǎng)學(xué)生的交通安全意識(shí)，傳統(tǒng)情況下，考慮到安全問題，教師無法將學(xué)生帶出學(xué)校進(jìn)行教學(xué)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬真實(shí)的場(chǎng)景，讓學(xué)生獨(dú)自體驗(yàn)如何識(shí)別交通信號(hào)，如何過馬路，如何遵守交通規(guī)則，就可以消除這種顧慮。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐或訓(xùn)練，可以有效降低訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)，并且提升訓(xùn)練的效果。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以打破時(shí)空限制。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以打破時(shí)空限制，學(xué)生可以進(jìn)入虛擬環(huán)境中觀察、體驗(yàn)。例如學(xué)生可以在虛擬海底世界中觀察各種海底生物，并且利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互性，與海底生物互動(dòng)，這是傳統(tǒng)教學(xué)方法無法比擬的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以將一些歷時(shí)長(zhǎng)久的變化在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生，例如，植物從種子到大樹的生長(zhǎng)過程等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在一堂課內(nèi)呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中需要幾十年或幾百年才能觀察到的現(xiàn)象。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于培智學(xué)校課程開發(fā)的原則

（一）目標(biāo)性原則。教學(xué)過程必須有著明確的目標(biāo)，在培智學(xué)校課程開發(fā)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也應(yīng)該考慮到教學(xué)目標(biāo)的要求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力方面有效，但對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)而言效果平平。因此，在培智學(xué)校課程開發(fā)中應(yīng)該將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為重要的學(xué)習(xí)資源，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)合理運(yùn)用。

（二）科學(xué)性原則。在培智學(xué)校課程開發(fā)過程中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，必須考慮到智力障礙兒童和自閉癥兒童的認(rèn)知特點(diǎn)，如，感知范圍窄，感知過程緩慢，學(xué)習(xí)遷移能力不足等，在構(gòu)建課程體系時(shí)，需要將課程內(nèi)容、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)植入以及智力障礙兒童和自閉癥兒童的認(rèn)識(shí)特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的組合，知識(shí)結(jié)構(gòu)盡可能清晰完整，循序漸進(jìn)，知識(shí)點(diǎn)的引入要與智力障礙兒童及自閉癥兒童的學(xué)習(xí)特點(diǎn)相符。

（三）真實(shí)性原則。智力障礙兒童信息輸入分析與綜合能力不足，與生活實(shí)際相結(jié)合的信息更容易被其感知和接受，因此，培智教學(xué)要貼近生活。虛擬現(xiàn)實(shí)課程能夠?qū)⒁曇纛l與真實(shí)場(chǎng)景設(shè)置完美結(jié)合，還原真實(shí)的生活情境，讓學(xué)生獲得真實(shí)的體驗(yàn)。根據(jù)學(xué)生的心理特征和現(xiàn)有水平，設(shè)計(jì)貼近兒童生活的情境，便于學(xué)生理解和記憶學(xué)習(xí)內(nèi)容，還可以促進(jìn)知識(shí)的遷移。以《開心購物》為例，課程開發(fā)過程中應(yīng)該引入“商店”這一情景，讓學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中走入商店，在教師的輔助下識(shí)別商品，進(jìn)行購物決斷，遵守購物規(guī)則（如排隊(duì)付款等）。在類似真實(shí)的場(chǎng)景中進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

（四）交互性原則。交互性和及時(shí)反饋是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的顯著特征，也是虛擬現(xiàn)實(shí)課程的趣味性來源。基于虛擬現(xiàn)實(shí)的培智課程需設(shè)計(jì)出豐富多彩、簡(jiǎn)單可控的人機(jī)交互。智力障礙兒童學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)水平低，缺乏主動(dòng)性和求知欲。人機(jī)交互對(duì)實(shí)施教學(xué)具有重要意義，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，從而形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互性可以創(chuàng)設(shè)歡快的游戲?qū)W習(xí)氛圍，綜合運(yùn)用卡通形象、游戲任務(wù)等形式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和注意力，并且能在第一時(shí)間對(duì)兒童的動(dòng)作行為進(jìn)行反饋，使學(xué)生充分體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的樂趣。

四、結(jié)語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的教學(xué)媒介，突破了以往教學(xué)媒介的局限性，具有沉浸性、交互性等特點(diǎn)，在培智學(xué)校的課程開發(fā)中利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有較強(qiáng)的仿真性及趣味性，同時(shí)具有很強(qiáng)的安全性。已有許多研究證明，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于特殊兒童的康復(fù)與教育效果甚佳。結(jié)合目前培智教育的現(xiàn)狀，開發(fā)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的培智課程，將培智學(xué)校硬件設(shè)備與軟件技術(shù)相結(jié)合，使智力障礙學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更具趣味性且直觀化，使培智教育的模式與方法跟緊時(shí)代的步伐。

[1]張朝華，趙呈領(lǐng)，張朝暉.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2006(8):25-29.

[2]宋達(dá).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)春:東北師范大學(xué)，2005.

[3]王庭照，許琦，趙微.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在特殊兒童教學(xué)與訓(xùn)練中的應(yīng)用研究[J].東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)版)，2013(9): 33-40.

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[5]H.Zhu,Y．Sun，J．Zeng，etal，“MirrorNeuralTrainingInduced by Virtual Reality in Brain computer Interfacesmay Provide a Promising Approach for the Autism Therapy”[J].Medical Hypotheses，2011(76):646－647．

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[7]E．A．Attree，C.sychol，B．M.rooks，etal，GuestEditorialUse of Virtual Environment in Trainingand Rehabilitation:International Perspectives[J].Cyber psychology＆Behavior,2005(3):185－186．

[8]楊寧寧.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在特殊教育中的應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊(教育技術(shù))，2014(2):39-40.

[責(zé)任編輯 王占峰]

G764

A

2095-0438（2017）01-0061-03

2016-10-23

汪晗（1991-），女，陜西寶雞人，陜西師范大學(xué)教育學(xué)院碩士研究生，研究方向：特殊教育兒童診斷與評(píng)估。