智慧校園背景下培智學(xué)校VR教室的環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用

藍(lán)琰　申承林　鄭偉平

【摘要】 智慧校園背景下，VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）得到廣泛應(yīng)用。培智教育領(lǐng)域可將VR技術(shù)融入其中，通過VR教室提供多情境教學(xué)環(huán)境和工具支持。結(jié)合廣東省佛山市順德區(qū)啟智學(xué)校VR教室的構(gòu)建案例，分析其應(yīng)用現(xiàn)狀及效果，以期為培智學(xué)校的智慧校園虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】 培智學(xué)校；VR教室；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

【中圖分類號(hào)】 G764

【作者簡(jiǎn)介】 藍(lán)琰，廣東省佛山市順德區(qū)啟智學(xué)校（佛山，528300）；申承林，特殊教育正高級(jí)教師，陜西師范大學(xué)教育學(xué)部（西安，710062），廣東省佛山市順德區(qū)啟智學(xué)校（佛山，528300），493300137@qq.com；鄭偉平，博士，副教授，華南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院（廣州，510631）。

VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）作為多源信息融合的交互式仿真技術(shù)，應(yīng)用于培智教育領(lǐng)域，可創(chuàng)建大量的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使學(xué)生提高學(xué)習(xí)認(rèn)知度、實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化、掌握生活技能。智慧校園背景下，建設(shè)VR教室，能為培智學(xué)校依托VR技術(shù)開展教學(xué)提供主要場(chǎng)所。本文將就智慧校園背景下培智學(xué)校VR教室的環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

一、建設(shè)背景

2023年全國(guó)教育工作會(huì)議強(qiáng)調(diào)“統(tǒng)籌推進(jìn)”“縱深推進(jìn)”教育數(shù)字化，明確了教育數(shù)字化未來(lái)發(fā)展的行動(dòng)綱領(lǐng)；《“十四五”特殊教育發(fā)展提升行動(dòng)計(jì)劃》提出鼓勵(lì)有條件的地方充分應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能等新技術(shù)，推進(jìn)特殊教育智慧校園、智慧課堂建設(shè)。智慧校園將學(xué)習(xí)環(huán)境場(chǎng)景化、學(xué)習(xí)過程數(shù)字化，使任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能便捷地獲取資源和服務(wù)。智慧校園建設(shè)與應(yīng)用可借助VR技術(shù)、AR技術(shù)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）實(shí)現(xiàn)物理校園與虛擬校園的有機(jī)融合，可視化呈現(xiàn)抽象內(nèi)容和重難點(diǎn)內(nèi)容，從而有效提高教學(xué)效率［1］。實(shí)施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)5G、大數(shù)據(jù)、VR技術(shù)、人工智能等新一代信息技術(shù)在特殊教育領(lǐng)域的應(yīng)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(xué)校教育對(duì)象多數(shù)存在智力障礙、情緒障礙等，其對(duì)知識(shí)的掌握和理解能力相對(duì)較弱，因此培智學(xué)校教學(xué)主要采用體驗(yàn)式教學(xué)、場(chǎng)景式教學(xué)，但在傳統(tǒng)教室中，教師需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力創(chuàng)設(shè)情境。國(guó)外有研究者發(fā)現(xiàn)VR技術(shù)能促進(jìn)智力障礙、重度腦癱者等日常生活技能的提高，增強(qiáng)其認(rèn)知能力、感統(tǒng)能力、學(xué)習(xí)興趣和社會(huì)技能［2］；國(guó)內(nèi)有學(xué)者將VR技術(shù)應(yīng)用于孤獨(dú)癥兒童的治療和干預(yù)，也取得了一定的成果［3］。因此，建設(shè)VR教室是培智學(xué)校開展智慧教學(xué)，助力學(xué)生更好學(xué)習(xí)、提高遷移運(yùn)用能力的有益方向。

廣東省佛山市順德區(qū)啟智學(xué)校VR教室的建設(shè)和應(yīng)用依托教育部重點(diǎn)課題，與華南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)合作，基于前期的教學(xué)需求調(diào)研和技術(shù)支持，購(gòu)置了大量的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，開發(fā)了一套創(chuàng)新的VR教學(xué)資源，以期滿足培智學(xué)校新課標(biāo)課程教學(xué)輔助要求，確保VR教室的穩(wěn)定運(yùn)行和教學(xué)效果的提升。該校VR教室主要用于中重度智力障礙、孤獨(dú)癥等特需學(xué)生進(jìn)行VR課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可頭戴VR設(shè)備進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)。

二、空間布局

VR教室的功能布局需求包括：教室可容納學(xué)生10人左右，在有限的教室空間中，預(yù)留足夠的學(xué)生活動(dòng)空間；配備至少一臺(tái)大屏幕顯示器，用于展示虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容；考慮到教學(xué)效果和學(xué)生安全，教室中需配備監(jiān)控設(shè)備，以便教師能監(jiān)督學(xué)生的行為和進(jìn)度；給每個(gè)學(xué)生配備一個(gè)VR頭顯和手柄，確保學(xué)生都能參與到虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中。此外，避免設(shè)備之間的干擾和碰撞，提供適當(dāng)?shù)墓饩€和音效。整體來(lái)說(shuō)，空間布局要求舒適、安全并具備良好的教學(xué)環(huán)境，以滿足學(xué)生使用VR技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的需求。

VR教室分為教師授課區(qū)、學(xué)生學(xué)習(xí)區(qū)兩大功能區(qū)域。在教師授課區(qū)，配備交互式一體機(jī)，不僅能顯示教師的講解內(nèi)容，還可以實(shí)時(shí)展示學(xué)生在虛擬世界的操作情況，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。此外，配備專門的音響設(shè)備，使教師的聲音能清晰地傳達(dá)給每個(gè)學(xué)生。在學(xué)生學(xué)習(xí)區(qū)，每個(gè)學(xué)生有自己獨(dú)立的操作空間，配備舒適的折疊座椅，學(xué)生可根據(jù)自己的需求站立或坐下。每個(gè)學(xué)生之間保持安全距離，在操作VR設(shè)備時(shí)佩戴安全帶，以防止在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中發(fā)生碰撞等意外。同時(shí)，學(xué)生可以通過手持遙控器在虛擬世界中自由移動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的交互性和參與感。學(xué)生座位之間沒有間隔，鼓勵(lì)學(xué)生之間互動(dòng)交流，促進(jìn)彼此的學(xué)習(xí)進(jìn)步。學(xué)生學(xué)習(xí)區(qū)的設(shè)備可以與教師授課區(qū)的投影設(shè)備進(jìn)行互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的互動(dòng)教學(xué)。在這樣的教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生可以更加積極主動(dòng)地參與到課堂學(xué)習(xí)中，提升學(xué)習(xí)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(shí)互動(dòng)等功能要素，主要包括中央控制系統(tǒng)、擴(kuò)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(xué)系統(tǒng)和教學(xué)管理平臺(tái)。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(shí)現(xiàn)對(duì)教室環(huán)境內(nèi)所有信息化設(shè)備或子系統(tǒng)的控制和管理；擴(kuò)聲系統(tǒng)由無(wú)線話筒、音頻處理主機(jī)和揚(yáng)聲器組成；視頻顯示系統(tǒng)包含教學(xué)一體機(jī)等顯示終端；錄播系統(tǒng)包含錄播主機(jī)、錄播攝像機(jī)和拾音麥克風(fēng)，并通過校園網(wǎng)與中央控制系統(tǒng)連接；來(lái)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(xué)系統(tǒng)開展現(xiàn)場(chǎng)VR教學(xué)。

在軟件上，開發(fā)了80套虛擬教學(xué)資源，搭建了1個(gè)教學(xué)管理平臺(tái)和1個(gè)教師巡堂App。其中教學(xué)資源的開發(fā)分兩期。第一期開發(fā)了40套虛擬教學(xué)資源，教學(xué)內(nèi)容選自新課標(biāo)及校本化課程中的4門課程，包括圖形認(rèn)知、方位認(rèn)知、安全和綜合4大方面，所搭建的虛擬場(chǎng)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(xué)和孤獨(dú)癥教育的研究成果開發(fā)了40套虛擬教學(xué)資源，選取10個(gè)對(duì)個(gè)體發(fā)展具有“節(jié)點(diǎn)”作用的關(guān)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(jī)、摘果子、打擊樂等場(chǎng)景。教學(xué)管理平臺(tái)為教師提供課程管理、學(xué)生評(píng)價(jià)和教學(xué)反饋等功能，能有效提升教學(xué)效果。教師巡堂App則使教師能實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)情況，隨時(shí)與學(xué)生互動(dòng)交流。教師巡堂App還可記錄學(xué)生考勤情況，方便學(xué)校管理，減少不必要的人力資源投入。

四、教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景

下面對(duì)VR教室在教學(xué)中的幾個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行詳細(xì)探討。

其一，虛擬實(shí)踐：模擬真實(shí)場(chǎng)景，提升適應(yīng)能力。VR教室通過模擬各種實(shí)際場(chǎng)景，如購(gòu)物、交通工具使用、社交互動(dòng)等，為培智學(xué)校學(xué)生提供安全且可控的實(shí)踐環(huán)境。這些模擬場(chǎng)景可以幫助學(xué)生提前熟悉和適應(yīng)真實(shí)世界中的各種情況，增強(qiáng)他們的生活技能。例如，對(duì)于某些具有社交恐懼癥的學(xué)生，通過模擬社交場(chǎng)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(xué)校學(xué)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(dòng)，如沉浸在自然風(fēng)景中、觀賞藝術(shù)作品等，學(xué)生可以暫時(shí)忘卻現(xiàn)實(shí)生活中的壓力，緩解緊張情緒。這種虛擬現(xiàn)實(shí)的情感調(diào)節(jié)方式不僅具有趣味性，還能有效提高學(xué)生的情緒管理能力。

其三，社交技能訓(xùn)練：營(yíng)造安全環(huán)境，培養(yǎng)交流合作能力。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境為培智學(xué)校學(xué)生提供了一個(gè)安全的社交互動(dòng)場(chǎng)景，使他們可以在其中練習(xí)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?；顒?dòng)，學(xué)生可以逐漸學(xué)會(huì)如何與他人進(jìn)行有效的溝通和合作。

其四，認(rèn)知能力培養(yǎng)：激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升思維能力。VR教室在認(rèn)知能力培養(yǎng)方面也展現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在生活語(yǔ)文教學(xué)中，通過模擬情境，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際的對(duì)話練習(xí)，可以有效提升學(xué)生的口語(yǔ)表達(dá)能力。在生活數(shù)學(xué)教學(xué)中，借助互動(dòng)的數(shù)學(xué)游戲和實(shí)際問題，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其思維能力。此外，在安全防范教學(xué)中，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室展示過程和結(jié)果，可以加深學(xué)生對(duì)生活中各種防范措施的理解。在情緒分化教學(xué)中，通過演奏樂器和合唱等形式，可以培養(yǎng)學(xué)生的音樂審美能力和表演技巧。

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

然而，VR技術(shù)在培智學(xué)校的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。首先，設(shè)備可訪問性是一個(gè)亟待解決的問題。為了確保特需學(xué)生都能使用VR設(shè)備，學(xué)校需要投入很多的資金購(gòu)買設(shè)備，并為學(xué)生提供相應(yīng)的設(shè)備練習(xí)課程。其次，教師培訓(xùn)也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了讓教師更好地掌握VR技術(shù)并應(yīng)用于教學(xué)中，學(xué)校需要組織定期的培訓(xùn)活動(dòng)，提高教師的技術(shù)水平和教學(xué)能力。

【參考文獻(xiàn)】

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

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［3］張倩.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在自閉癥患者干預(yù)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)特殊教育，2010（5）：27-31.

（責(zé)任編輯：趙華麗）

【基金項(xiàng)目】 本文為全國(guó)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度教育部重點(diǎn)課題“面向智障兒童的新課標(biāo)教材本土化建構(gòu)及其虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)應(yīng)用研究”（DHA190440）的階段性研究成果。