具身認(rèn)知視域下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)研究

摘要：在現(xiàn)代化信息技術(shù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)環(huán)境當(dāng)中，互聯(lián)網(wǎng)+教育成為了新興的教育模式，而在這一過(guò)程當(dāng)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的形成對(duì)于教育發(fā)展來(lái)講具有重要促進(jìn)作用，為了能夠更好的應(yīng)用到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)展教學(xué)，應(yīng)用到能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者積極性的具身認(rèn)知理論，以人為本創(chuàng)造出更加適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)需求的仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而促進(jìn)教育改革。

關(guān)鍵詞：具身認(rèn)知;模擬仿真實(shí)驗(yàn);探究學(xué)習(xí)

引言：我國(guó)針對(duì)于教育的現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程提出了關(guān)于教育信息化的十年規(guī)劃，在其中明確指出了關(guān)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，在創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，促使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得了顯著效果，而為了能夠?qū)崿F(xiàn)更加多元化的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，結(jié)合具身認(rèn)知理念，強(qiáng)調(diào)建立在人的動(dòng)能的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)力與意圖，保障學(xué)習(xí)效果，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代化教育目標(biāo)的達(dá)成。

1具身認(rèn)知以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的界定

1.1具身認(rèn)知

具身認(rèn)知理念源于英文當(dāng)中的embodied cognition，同樣也是關(guān)于涉身認(rèn)知的表達(dá)，關(guān)于具身認(rèn)知通常分為廣義上的含義與狹義上的含義，但二者的核心都是基于不同生命體的身體活動(dòng)以及其他影響到認(rèn)知的行為方式下所產(chǎn)生的心智思維。在該理念當(dāng)中著重強(qiáng)調(diào)關(guān)于本體、認(rèn)知與環(huán)境三者的動(dòng)態(tài)構(gòu)造，但是區(qū)分與狹義與廣義，仍舊存在著一定的差異性[1]。其中狹義理念下的具身認(rèn)知主要是基于認(rèn)定人的心智主要是由于各種動(dòng)作行為的影響而形成的，因此在認(rèn)知心智的發(fā)展當(dāng)中，身體的參與程度較高，并強(qiáng)調(diào)身體行為對(duì)于認(rèn)知的重要作用。簡(jiǎn)單來(lái)講，在狹義理念當(dāng)中，將具身認(rèn)知認(rèn)定為基于生理主義產(chǎn)生的觀(guān)念思維。而廣義上的具身認(rèn)知?jiǎng)t主要是闡述了本體與情境的交融作用，強(qiáng)調(diào)人身在社會(huì)環(huán)境當(dāng)中的行為對(duì)于認(rèn)知產(chǎn)生的影響，廣義理念認(rèn)為在認(rèn)知發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中必不可少環(huán)境的存在。換句話(huà)說(shuō)就是將具身認(rèn)知定義為人體在社會(huì)特定情境當(dāng)中產(chǎn)生的行為，并基于行為從而形成的認(rèn)知，強(qiáng)調(diào)的是關(guān)于三者的結(jié)合，而不僅僅是單一的身體參與，同樣需要人身適應(yīng)在社會(huì)環(huán)境當(dāng)中的存在。

1.2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

而虛擬仿真則是利用現(xiàn)代化的先進(jìn)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，應(yīng)用到更為精妙的技術(shù)衍生出集中視聽(tīng)觸覺(jué)一體的逼真虛擬環(huán)境，而其本質(zhì)卻是虛擬數(shù)字技術(shù)的建設(shè)。需要應(yīng)用到更為先進(jìn)的設(shè)備構(gòu)建，例如常見(jiàn)的VR眼鏡、數(shù)據(jù)手套、手柄等，促使體驗(yàn)者能夠在虛擬環(huán)境當(dāng)中熟練應(yīng)用設(shè)備，形成基于自主意識(shí)下的虛擬空間，獲得與真實(shí)生活相差無(wú)幾的體驗(yàn)感受。

在此基礎(chǔ)上衍生出的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要是在現(xiàn)代化教育事業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中借助于更為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊、多媒體以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的人機(jī)交互的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬化以及數(shù)字化的教學(xué)體驗(yàn)。通過(guò)對(duì)于文本技術(shù)以及視頻動(dòng)畫(huà)等信息進(jìn)行綜合處理后，結(jié)合新媒體的技術(shù)模型構(gòu)建可視化的三維虛擬場(chǎng)景，借助于虛擬場(chǎng)景，應(yīng)用到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與人工智能等新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)用戶(hù)的實(shí)時(shí)交互體驗(yàn)場(chǎng)景。借助于多模態(tài)的表象特征為學(xué)生構(gòu)建教學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)而促使學(xué)生在生動(dòng)真實(shí)的虛擬情境當(dāng)中實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)，是教育發(fā)展的全新形式，促使學(xué)生能夠在類(lèi)似真實(shí)的情境當(dāng)中體驗(yàn)問(wèn)題的解決過(guò)程。

2具身認(rèn)知視域下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意義

2.1.1必要性

基于我國(guó)現(xiàn)階段的高校教育現(xiàn)狀進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的學(xué)校存在著實(shí)驗(yàn)教學(xué)匱乏的問(wèn)題，難以為學(xué)生構(gòu)建較好的教學(xué)環(huán)境，究其根源主要是在高校當(dāng)中缺失充足的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、設(shè)備，或是學(xué)校的資金投入相對(duì)較少，影響到教學(xué)資源的分配等等[2]。進(jìn)而導(dǎo)致在教學(xué)當(dāng)中的實(shí)驗(yàn)主要是以基礎(chǔ)演示或是驗(yàn)證教學(xué)為主，過(guò)于依賴(lài)教師的講授，影響到學(xué)生的綜合性發(fā)展思維?；诖?，重新審視高校當(dāng)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，應(yīng)用到具身視域下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，在強(qiáng)調(diào)學(xué)生身體與認(rèn)知相結(jié)合的環(huán)境當(dāng)中現(xiàn)實(shí)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中的切身參與感與情感認(rèn)知，解放學(xué)生的身體，能夠極大程度的提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了教育的高質(zhì)量與新潮發(fā)展。

2.1.2可行性

在高校當(dāng)中構(gòu)建的具身視域下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要考慮的可行性需要結(jié)合于高校自身的經(jīng)濟(jì)條件。但是基于實(shí)際來(lái)講，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建所需的經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較低，因此，硬件設(shè)備條件只需要構(gòu)建在電腦連接網(wǎng)絡(luò)的HTC硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上。并且涉及到的開(kāi)發(fā)工具等諸如3Dmax、SQL等軟件都能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的官方網(wǎng)站進(jìn)行下載，應(yīng)用到C#語(yǔ)言編程以及SteamVR和VRTK等工具能夠?qū)崿F(xiàn)在Unity編輯器當(dāng)中對(duì)整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的編寫(xiě)。在自然的交互設(shè)置當(dāng)中實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的順利完成，基于我國(guó)現(xiàn)階段大多數(shù)得到高校當(dāng)中存在著VR+教育的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，已經(jīng)初步形成了技術(shù)雛形基礎(chǔ)，具身視域下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建更加便捷。

2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型

2.2.1原則

由于該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型的構(gòu)建主要是結(jié)合具身認(rèn)知的理念，基于學(xué)生身體視角的開(kāi)發(fā)背景，其目的是為了能夠保障學(xué)生在充分解放的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)真實(shí)的思維認(rèn)知回歸。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要能夠符合學(xué)生的主體性原則，堅(jiān)持以人為本，保障在促進(jìn)學(xué)生適當(dāng)身體自由的環(huán)境當(dāng)中通過(guò)多感官刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛擬空間與學(xué)習(xí)空間的實(shí)時(shí)交互，能夠保障學(xué)生更具意義的學(xué)習(xí)。同時(shí)也需要建立更加多元化的情境條件，保障學(xué)生在多渠道整合的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生感官的多樣化刺激，包括聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等多種不同的感官系統(tǒng)，提升學(xué)生的沉浸感，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中能夠以更高的興趣加深對(duì)于知識(shí)的理解與整合。

2.2.2構(gòu)建

基于具身認(rèn)知理論的關(guān)鍵要點(diǎn)，在其中需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)切身感受的相關(guān)要點(diǎn)，在其中深刻構(gòu)造關(guān)于學(xué)生、學(xué)習(xí)資源以及教師之間的動(dòng)態(tài)交互體現(xiàn)，同樣也是在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的關(guān)鍵所在[3]。在明確基礎(chǔ)要素構(gòu)建的情況下，構(gòu)建的具身認(rèn)知視域下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ托枰譃榻處煂?、信息管理層以及學(xué)習(xí)層三大模塊。將三者融合的模塊中間部分精細(xì)化處理，保障在提升學(xué)生切身體驗(yàn)的基礎(chǔ)上促使學(xué)生通過(guò)身體的感受形成具體的體驗(yàn)，反饋到身體當(dāng)中進(jìn)行反思，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)思考后，形成抽象化的概念，促使這一概念的形成能夠促使學(xué)生更加積極的再次投入到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。進(jìn)而在這一過(guò)程當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于相關(guān)知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建，在同化過(guò)程當(dāng)中形成學(xué)習(xí)資源的可視化操作，進(jìn)而在自然交互界面當(dāng)中能夠促進(jìn)學(xué)生逐漸內(nèi)化知識(shí)。

2.3功能結(jié)構(gòu)模型

在充分保障明確目標(biāo)、分明的結(jié)構(gòu)層次以及各個(gè)模塊之間的有效關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用到利用Unity引擎、C#編程、VRTK等技術(shù)，充分保障自然交互，實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)功能的良好體驗(yàn)。促使學(xué)生在高仿真的實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中能夠自主掌握虛擬學(xué)習(xí)空間，并能夠借助與VR技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)關(guān)于復(fù)雜知識(shí)內(nèi)容可視化的應(yīng)用效果。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ彤?dāng)中的教師層、學(xué)習(xí)層與信息管理層等實(shí)現(xiàn)更加綜合的細(xì)化，相應(yīng)的增加學(xué)生信息管理、教師指導(dǎo)、交互輔助以及實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)等不同的功能模塊，實(shí)現(xiàn)下一層級(jí)的豐富學(xué)習(xí)功能。

結(jié)束語(yǔ)：基于現(xiàn)代化越來(lái)越發(fā)達(dá)的信息技術(shù)應(yīng)用，對(duì)于教育事業(yè)的發(fā)展來(lái)講，能夠產(chǎn)生更加明顯的影響，為了保障為現(xiàn)代化的社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的人才，需要結(jié)合到具身認(rèn)知視域下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)，為學(xué)生創(chuàng)造集中身體感官多角度的學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)而才能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生高效學(xué)習(xí)發(fā)展，為教育事業(yè)增加新興力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]張春慧，宗哲英，洪寶棣.基于MATLAB GUI的機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)咨詢(xún)（科技·管理），2021（10）：68-69.

[2]盛艷微.具身認(rèn)知視角下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[D].江西科技師范大學(xué)，2021.

[3]李展.具身認(rèn)知視域下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[D].山東師范大學(xué)，2019.

作者簡(jiǎn)介：倪天予，1981.6，男，漢族，遼寧沈陽(yáng)，工程師，碩士研究生，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，研究方向：虛擬仿真、計(jì)算機(jī)軟件。