基于VR的學(xué)前教育課件《火的形成》設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫秋紅，李丹丹

(湖北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，湖北 黃石 435002)

1 VR課件的應(yīng)用優(yōu)勢分析

(1)不受時(shí)間和空間限制。VR課件在打破課堂時(shí)間和教室空間的限制方面有顯著的作用。VR課件突破傳統(tǒng)PPT課件和網(wǎng)絡(luò)授課的局限，利用仿真技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)接口技術(shù)等多種技術(shù)，學(xué)前兒童只需帶上VR頭戴顯示器設(shè)備即可進(jìn)行跨時(shí)空的科學(xué)學(xué)習(xí)。

(2)不存在安全隱患。發(fā)展學(xué)前教育的基礎(chǔ)和前提是保證兒童的人身安全。學(xué)前兒童對外界的抵抗能力較弱，自我保護(hù)意識幾乎為零，在現(xiàn)實(shí)生活中讓學(xué)前兒童接觸具有一定危害性和危險(xiǎn)性的火焰是不可能的，而在VR課件的虛擬世界中，兒童可以近距離接觸和感知模擬火焰，安全可靠。

(3)實(shí)時(shí)交互，及時(shí)反饋，信息雙向流動。VR課件最顯著的兩個(gè)特點(diǎn)就是沉浸性和交互性，它有別于單向化、工具化、固定化的傳統(tǒng)教學(xué)課件。VR課件允許學(xué)前兒童與虛擬教學(xué)場景中的物體進(jìn)行互動，為學(xué)前兒童提供探索新事物的機(jī)會。

(4)多感知情景化學(xué)習(xí)。VR課件兼有視覺感知功能、聽覺感知功能和運(yùn)動感知功能，此外，物理接觸將教學(xué)主體最大化，促進(jìn)學(xué)前兒童的學(xué)習(xí)和有效記憶。

2 學(xué)前兒童特征分析

《火的形成》是針對學(xué)前兒童的VR教學(xué)課件，學(xué)齡前兒童是指即將進(jìn)入小學(xué)學(xué)習(xí)的幼兒，年齡范圍一般是五歲到六歲。根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論，學(xué)前兒童正處于前運(yùn)算階段，這一階段兒童的知識很大程度上取決于可直觀感受的事物[1]。他們的邏輯思維仍具有依賴性，學(xué)習(xí)的動機(jī)與持續(xù)性源于對外界事物的好奇，以上為學(xué)前兒童的需求分析提供依據(jù)。

學(xué)前兒童的現(xiàn)實(shí)需求其實(shí)是心理特征的顯性映射，“火的形成”主要針對對真實(shí)生動的自然火焰有強(qiáng)烈好奇和興趣，但對火的知識仍處于模糊認(rèn)知的學(xué)前兒童?！痘鸬男纬伞氛n件將VR的情景性、具象性、明確性、交互性四大特性融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)前兒童的獵奇心理，帶領(lǐng)學(xué)前兒童了解大自然火的奧秘。

3 教學(xué)目標(biāo)闡明

火的知識屬于自然科學(xué)范疇的教學(xué)內(nèi)容，是化學(xué)、物理和歷史等學(xué)科知識的結(jié)合?！痘鸬男纬伞稸R課件的總目標(biāo)就是借交互式寓教，來實(shí)現(xiàn)學(xué)前兒童科學(xué)的啟蒙學(xué)習(xí)，讓學(xué)前兒童對火形成清晰明確的知識結(jié)構(gòu)框架。根據(jù)兒童認(rèn)知發(fā)展、動作技能發(fā)展和教育發(fā)展制定的教學(xué)目標(biāo)，具體內(nèi)容如下：①明確火的發(fā)展歷程，了解火的歷史文化(包括火的起源及應(yīng)用)；②通過觀察，明確記憶火焰各組成部分及對應(yīng)顏色；③了解4種獲取火焰的方法；④理解火的正面作用，同時(shí)認(rèn)識火的負(fù)面危害。通過學(xué)前兒童與情景化的教學(xué)實(shí)例交互，引導(dǎo)深度參與學(xué)習(xí)，培養(yǎng)獨(dú)立學(xué)習(xí)能力，最終形成完整的火的知識體系。

4 教學(xué)內(nèi)容分析

學(xué)習(xí)內(nèi)容就是為了完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，火的知識內(nèi)容主要包括火的歷史文化、作用、顏色、組成層次、人類應(yīng)用及獲取方法6個(gè)部分。由于這6個(gè)部分的知識過于抽象化、復(fù)雜化和碎片化，為方便學(xué)前兒童理解和記憶，按照從直觀具象到深層表象，從古到今的時(shí)間順序，將教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)為火的顏色及組成、火的由來及獲取、火的發(fā)展及作用三部分，具體教學(xué)內(nèi)容安排如圖1所示。

圖1 層級教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)

5 VR課件教學(xué)策略的選擇與運(yùn)用

《火的形成》VR課件主要是學(xué)習(xí)新的科學(xué)性的知識，可以根據(jù)學(xué)前兒童的心理特征和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)教學(xué)場景，并選擇觸覺反饋交互、實(shí)例模仿法和任務(wù)驅(qū)動法引導(dǎo)學(xué)習(xí)。

(1)交互方式選擇。在了解學(xué)前兒童的特征基礎(chǔ)上，考慮學(xué)前兒童的接受程度，設(shè)計(jì)觸覺反饋的交互方式，以確保受教兒童可實(shí)行性。“觸覺反饋”是通過帶有按鈕和震動反饋的操控手柄設(shè)備和虛擬世界中的物體互動。其中按鈕用來獲取學(xué)前兒童輸入的操作信息，手柄震動主要起傳遞反饋信息作用。實(shí)現(xiàn)觸覺反饋交互功能的代碼如下：

//按鈕識別：

device.Get Touch Down(Steam VR_Controller.Button Mask.Trigger);//按下按鈕

//手柄震動：

public void Trigger Haptic Pulse(ushort duration MicroSec = 500,EVR ButtonId buttonId = EVR ButtonId.k_EButton_Steam VR_Touchpad)

{

Var VR = Steam VR.instance;

Var axisId = (uint)buttonId - (uint)EVRButtonId.k_EButton_Axis0;

VR.hmd.Trigger Haptic Pulse(index ,axisId, (char)duration Micro Sec);

}//調(diào)用代碼

device.Trigger Haptic Pulse(500);//震動力反饋

(2)教學(xué)場景設(shè)計(jì)?！痘鸬男纬伞诽摂M教學(xué)場景使用者是年齡在5～6歲的學(xué)前兒童，學(xué)前兒童對顏色的喜好為探求知識提供了主觀能動性和維量信息，根據(jù)李文馥[2]對幼兒顏色愛好特點(diǎn)研究可知，亮度高的黃綠色和醒目的橙黃等暖色對幼兒有強(qiáng)烈的吸引作用，設(shè)計(jì)了虛擬教學(xué)場景的色調(diào)搭配與布局結(jié)構(gòu)。

(3)教學(xué)過程設(shè)計(jì)?！痘鸬男纬伞方换ナ浇虒W(xué)流程設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分：①觸覺交互。將理論知識和操作性知識的內(nèi)容相互融合，采用任務(wù)驅(qū)動法與觸覺交互反饋引導(dǎo)深度參與；②講解?？紤]學(xué)前兒童的文字認(rèn)知能力和理解能力有限，在教學(xué)過程使用模擬火實(shí)例教具和音頻媒體講解代替文字的使用，具體的教學(xué)流程如表2所示。

表1 《火的形成》交互式教學(xué)流程

(4)學(xué)習(xí)評價(jià)設(shè)計(jì)。評價(jià)學(xué)習(xí)的方法主要有：觀察記錄、談話法、檔案檢查、測量檢驗(yàn)等幾種方法，《火的形成》VR教學(xué)側(cè)重交互操作，在課程學(xué)習(xí)過程中可以采用觀察法進(jìn)行評價(jià)，觀察學(xué)前兒童的操作反饋行為，評價(jià)學(xué)前兒童的接受信息能力和掌握程度，及時(shí)調(diào)節(jié)教學(xué)速度并引導(dǎo)其參與學(xué)習(xí)。根據(jù)火的顏色及組成、火的由來及獲取、火的發(fā)展及作用三部分教學(xué)內(nèi)容，制定《火的形成》VR課件的教學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

表2 《火的形成》VR課件的教學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在作品考察時(shí)，評價(jià)有助于引導(dǎo)學(xué)習(xí)和發(fā)展啟蒙教育，教育者可以根據(jù)學(xué)前兒童的表現(xiàn)結(jié)合評價(jià)指標(biāo)，有針對性地制定學(xué)前兒童的培養(yǎng)計(jì)劃。

6 結(jié)語

通過對《火的形成》VR教學(xué)課件進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，明確了情景式、互動式、沉浸式、安全探究式的VR課件學(xué)習(xí)符合兒童多元智能教育[3]要求。分析學(xué)前兒童的心理特征，在此基礎(chǔ)上闡明教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定學(xué)習(xí)內(nèi)容及交互設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)交互式教學(xué)流程及學(xué)習(xí)評價(jià)，借以豐富學(xué)前兒童教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)學(xué)前兒童數(shù)字化啟蒙教育。