程劍 徐劍

摘要：對學(xué)前兒童的生理認(rèn)知屬于形態(tài)學(xué)實驗，對實驗室條件要求較高，學(xué)前教育實驗室難以滿足教學(xué)需求。文章利用VR技術(shù)構(gòu)建一個與現(xiàn)實全真化模擬的虛擬平臺進(jìn)行研究，所有能在現(xiàn)實實驗室中進(jìn)行的實驗步驟都可以轉(zhuǎn)移至虛擬實驗室中進(jìn)行，全方位、立體化展示學(xué)前兒童的生理結(jié)構(gòu)，并對其各部分組成進(jìn)行互動展示，學(xué)生可以自主操作，通過該虛擬平臺形象、直觀地學(xué)習(xí)學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的知識，以此來幫助學(xué)生獲得全面的認(rèn)知能力。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)；學(xué)前兒童；生理結(jié)構(gòu)

隨著科技的不斷進(jìn)步，信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，對人們的生活方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，同時也改變了人們的思維、學(xué)習(xí)方式等。因此，教育也走向了一個信息化時代，從傳統(tǒng)教學(xué)模式到網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式，從虛擬世界到模擬現(xiàn)實的轉(zhuǎn)變。正是由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，讓教育的變革又迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。

一、VR技術(shù)概述

VR技術(shù)，即虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是多媒體技術(shù)的最新應(yīng)用形式，是一種依賴于計算機(jī)軟硬件技術(shù)，包括多媒體處理技術(shù)、圖形處理技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)及仿真技術(shù)等多領(lǐng)域的計算機(jī)技術(shù)。它主要通過計算機(jī)三維實時圖形顯示、跟蹤定位的方式模擬虛擬環(huán)境，通過傳感技術(shù)等實現(xiàn)觸覺和嗅覺，從而仿真出一個具有三維虛擬環(huán)境，同時擁有觸覺、聽覺、嗅覺的模擬世界。這個模擬世界可以通過計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)信息的傳遞與交互。

VR技術(shù)能夠模擬出逼真的虛擬環(huán)境，同時通過技術(shù)實現(xiàn)交互性，從而給人帶來一定的沉浸感和相關(guān)的感知。我們稱這樣的特征為“三個I”，即Immersion（沉浸性）、Ineraction（交互性）、Imagination（構(gòu)想性）。

1.沉浸性

在虛擬環(huán)境下，人們有很好的參與感，感覺自己就參與在虛擬環(huán)境中，有種身臨其境的感受，從而可以有更好的用戶體驗。相對于被動狀態(tài)，VR技術(shù)的應(yīng)用可以提升參與者的積極性和主動性，從而真正融入虛擬現(xiàn)實中，給人以最真實的感受。

2.交互性

交互性是VR技術(shù)帶來的樂趣，可以實現(xiàn)虛擬環(huán)境下的人機(jī)交互，并且這種交互可以帶來實時的反饋。改變以往鍵盤、鼠標(biāo)的操作，通過傳感器等技術(shù)手段實現(xiàn)多元化的交互與體驗，實現(xiàn)身臨其境的真實感受。

3.構(gòu)想性

VR技術(shù)最大的特征就是通過計算機(jī)的相關(guān)技術(shù)使人感受到虛擬環(huán)境下的感知，進(jìn)而將人帶入更加逼真的情境。這也是VR技術(shù)希望實現(xiàn)的一種給人的認(rèn)知。

二、VR技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用

VR技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，可以應(yīng)用于航天工業(yè)、醫(yī)學(xué)虛擬實驗室、虛擬的3D游戲、虛擬的藝術(shù)繪畫等場景，這些應(yīng)用對于行業(yè)的發(fā)展有著重要作用。在教育中，VR技術(shù)能夠?qū)⒍嗝襟w技術(shù)再提升一個高度，通過將三維空間更加清晰地展現(xiàn)出來，從而使學(xué)習(xí)可以更加直接、自然地感受復(fù)雜和較難理解的領(lǐng)域。VR技術(shù)被廣泛應(yīng)用于學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)，從而讓學(xué)習(xí)更具形象性和趣味性。VR技術(shù)又一次給教育帶來了新發(fā)展，學(xué)生可以通過VR多維度的認(rèn)知來學(xué)習(xí)和理解復(fù)雜的內(nèi)容。將VR技術(shù)應(yīng)用于仿真實驗、虛擬教學(xué)及一些特殊的教育，具有明顯的優(yōu)勢。因此，VR技術(shù)是繼多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一項具有重要意義的教育變革。

1.仿真實驗

在一些特殊的實驗中，可能存在一些難以解決的問題，如有危險性、特殊性，實驗設(shè)備昂貴等，這時教師可以通過利用VR技術(shù)三維呈現(xiàn)虛擬現(xiàn)實，從而讓學(xué)生可以完成實驗，掌握知識。教師可以通過VR技術(shù)構(gòu)建不同學(xué)科的虛擬實驗室，虛擬實驗室可以有效節(jié)省教學(xué)開支，讓學(xué)生在虛擬實驗室里高效地學(xué)習(xí)相關(guān)知識，從而收到良好的學(xué)習(xí)效果。

2.技能培訓(xùn)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域中的技能培訓(xùn)方面有著重要的促進(jìn)作用，可以讓學(xué)生在較短時間內(nèi)獲得快速的進(jìn)步與提高。VR技術(shù)可以實現(xiàn)不同技能的培訓(xùn)環(huán)境，從而完成技能培訓(xùn)任務(wù)。由于VR技術(shù)的虛擬環(huán)境安全性極高，感受也身臨其境般的逼真，給學(xué)生創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生可以反復(fù)學(xué)習(xí)，以達(dá)到培訓(xùn)的要求和目標(biāo)。

3.學(xué)習(xí)引導(dǎo)

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，可能會涉及一些復(fù)雜的、假設(shè)的模型，這對于抽象能力差的學(xué)生理解起來比較有難度。而VR技術(shù)的應(yīng)用，可以將上述模型轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M現(xiàn)實，從而讓學(xué)生能夠更加清晰地、深刻地、形象地學(xué)習(xí)，掌握相關(guān)的模型體系，以完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如，常見的分子理論體系就可以通過VR技術(shù)來引導(dǎo)學(xué)生探究分子的奧秘，從而啟發(fā)學(xué)生對知識點(diǎn)的理解。VR技術(shù)可以讓演示更加清晰、直觀，讓學(xué)生獲得真實的體驗，從而幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。

總之，VR技術(shù)對于教育改革有著重要的推動作用，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加直接，能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。

三、VR技術(shù)在學(xué)前兒童生理認(rèn)知模塊的應(yīng)用研究

1. VR技術(shù)在學(xué)前兒童生理認(rèn)知教學(xué)過程中的優(yōu)勢

VR技術(shù)在學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)的過程中起著非常重要的作用。學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)涉及很多的知識內(nèi)容，如細(xì)胞結(jié)構(gòu)、骨骼結(jié)構(gòu)、肌肉分布及血液環(huán)境等，這些內(nèi)容在傳統(tǒng)的教學(xué)中，只能在課堂上借助教材插圖和實驗在顯微鏡下了解，或者通過視頻來了解學(xué)習(xí)。在此層面上了解的圖像，大多都是二維的，但是通過VR技術(shù)，能夠?qū)W(xué)前兒童的生理結(jié)構(gòu)構(gòu)建成三維的，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)更加形象、生動。學(xué)生可以身臨其境地看到鮮活的學(xué)前兒童的生理結(jié)構(gòu)，感受神秘的身體結(jié)構(gòu)，這種感官效果能更好地幫助學(xué)生理解抽象的知識點(diǎn)。

VR技術(shù)在學(xué)前兒童生理認(rèn)知教學(xué)過程中的應(yīng)用有以下三個優(yōu)勢。

（1）立體層次感強(qiáng)。

VR技術(shù)構(gòu)建的學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)可以給學(xué)生帶來更好的體驗，三維效果的展示，讓學(xué)生更加全面、清晰地了解結(jié)構(gòu)體系，同時VR技術(shù)能夠支持多層模型的構(gòu)建，將學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)全方位、多層次的展現(xiàn)，讓學(xué)生零距離的接觸，不受空間限制的自行學(xué)習(xí)與體驗，給學(xué)生留下更加深刻的印象，從而提高學(xué)習(xí)效率。

（2）逼真的畫面效果。

虛擬現(xiàn)實通過真實畫面的再現(xiàn)，能更加清晰地看到一些微觀的事物，同時能清晰地實現(xiàn)學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)的工作原理，這在以往的教學(xué)中是難以實現(xiàn)的。VR技術(shù)實現(xiàn)的逼真畫面比一般的視頻更有真實感，有更加逼真的體驗感，同時VR技術(shù)實現(xiàn)仿真的效果能夠給學(xué)生帶來更多的感受，從而更好地幫助學(xué)生了解知識結(jié)構(gòu)，掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（3）豐富的交互方式。

VR技術(shù)實現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實，不僅在視覺感官上有了更加逼真的效果，VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬結(jié)構(gòu)環(huán)境還可以設(shè)置更多的交互功能，如學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)的骨骼基礎(chǔ)如何構(gòu)建等情境再現(xiàn)，都增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。正是這些虛擬的構(gòu)建及操作，可以在學(xué)習(xí)過程中增加游戲環(huán)節(jié)、情境環(huán)節(jié)，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)不再枯燥，而是有趣的學(xué)習(xí)，從而最大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2. VR技術(shù)在學(xué)前兒童生理認(rèn)知模塊的構(gòu)建

VR技術(shù)能將現(xiàn)實實驗室中進(jìn)行的實驗步驟轉(zhuǎn)移至虛擬實驗室中進(jìn)行，全方位、立體化地展示學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)，并對其各部分組成進(jìn)行互動展示，學(xué)生可以自主操作。通過該虛擬平臺能夠為學(xué)生的視覺感官系統(tǒng)提供景象增強(qiáng)的功能，從而使學(xué)生在虛擬交互學(xué)習(xí)中與自身的所見所聞相結(jié)合，能更加形象、直觀地學(xué)習(xí)學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的相關(guān)知識。

構(gòu)建VR虛擬現(xiàn)實實驗室的首要任務(wù)，就是構(gòu)建虛擬實驗室的3D模型。此過程分為DVS3D，Unity3D，VRP Builder等軟件的學(xué)習(xí)；實驗室參數(shù)及設(shè)備參數(shù)的收集；虛擬實驗室3D模型的構(gòu)建三步。第一步，需要學(xué)習(xí)VR模型開發(fā)語言和相關(guān)開發(fā)軟件的使用，選擇與購進(jìn)VR硬件設(shè)備所配套的軟件開發(fā)；第二步，確定開發(fā)的實驗室類型，實地勘測獲取相關(guān)參數(shù)；第三步，根據(jù)收集到的參數(shù)研究并構(gòu)建出虛擬實驗室的VR模型。

四、對VR課程教學(xué)的反思

VR技術(shù)給教育帶來了又一次的變革。VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實可以更好地引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，VR技術(shù)帶來的逼真畫面，包括視覺、聽覺，甚至嗅覺，讓學(xué)生可以真實感受到身體結(jié)構(gòu)帶來的震撼，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效率。文章只是對于學(xué)前兒童生理結(jié)構(gòu)虛擬環(huán)境構(gòu)建的初步研究，還有很多需要改進(jìn)之處，而VR技術(shù)全面應(yīng)用于本課程的教學(xué)還是存在很多困難的。

1. VR資源不足

首先，VR技術(shù)在本課程的應(yīng)用需要VR教學(xué)資源的支持，但是目前VR資源都非常有限，免費(fèi)的更加稀缺。如果每節(jié)課都要通過VR技術(shù)虛擬現(xiàn)實完成，需要大量的VR課程的開發(fā)，但是VR課程的開發(fā)又依托于軟硬件，這些都需要投入大量的資金，也需要大量的相關(guān)人才，對于VR技術(shù)在本課程教學(xué)的全面應(yīng)用有很大的阻礙。其次，在終端方面，硬件設(shè)備仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)，如VR眼鏡，需要解決長時間佩戴不舒服的問題，這些局限性都有待解決。

2.教師關(guān)于VR技術(shù)專業(yè)化培訓(xùn)存在問題

VR技術(shù)的應(yīng)用對于專業(yè)教師的綜合素質(zhì)有了更高的要求。一般教師都沒有對VR技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)過，因此VR技術(shù)在教學(xué)上的普及還需要一個很長的過渡時期。由于VR課程制作好以后比較難修改，這就要求教師能有更好的學(xué)習(xí)能力，而很多教師的信息化能力不足，也不能積極地去掌握一門新的技術(shù)。因此，VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用還需要教師的專業(yè)化學(xué)習(xí)。

3.教師教學(xué)設(shè)計上的轉(zhuǎn)變

VR課程教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有很大的不同，教師必須真正做到“以學(xué)生為主體，以實踐為中心”的教學(xué)思路。例如，教學(xué)重、難點(diǎn)的把握對教師提出了更高的要求。在VR課程中，如何運(yùn)用，如何引導(dǎo)學(xué)生去觀察和發(fā)現(xiàn)問題，掌握新知識，從而在整體上掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。教師需要時間去轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

基金項目：江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目——基于VR技術(shù)學(xué)前兒童生理認(rèn)知模塊虛擬平臺的構(gòu)建（171237）。

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