虚拟现实技术及其在培智学校课程开发中的应用

汪晗 党凯琳

（陕西师范大学教育学院 陕西西安 710062）

虚拟现实技术及其在培智学校课程开发中的应用

汪晗 党凯琳

（陕西师范大学教育学院 陕西西安 710062）

虚拟现实技术因其具有沉浸性、交互性、想象性、仿真性及感觉反馈的特点，被认为是理想的教育技术手段。本文结合虚拟现实技术的特点以及其应用于特殊儿童教育与康复中的进展，阐明了将虚拟现实技术应用于培智学校课程开发的优势与原则。

虚拟现实；培智学校；课程开发

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，国内有人译为“灵境”），1989年由美国的拉尼尔（J．Lanier）提出，指用立体眼镜、传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实，人们通过这些设施向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到逼真的视觉、听觉及触觉等感觉，这些感觉也随着人们不同的动作而改变。用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界中的客体进行浏览和交互性考察。[1]根据使用者对虚拟环境和沉浸程度的不同要求，虚拟现实系统可分为四种类型：桌面式虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统和增强式虚拟现实系统。[2]

作为一种新型的教学媒介，自上世纪80年代诞生起，虚拟现实技术就表现出独特的优越性，在教育教学中已得到较为广泛的推广和应用。基于VR（虚拟现实）的虚拟教学系统有利于学习者在系统所设置的虚拟场景中，直观、立体地了解知识，通过反复操作练习加强对意会知识的理解和掌握，有助于提高教学的效率和效果。[3]

目前国外虚拟现实技术在教育教学领域的应用主要有以下几种成果：虚拟实验、虚拟教学（包括虚拟过程演示，虚拟漫游，虚拟实体展示，虚拟角色扮演）、虚拟仿真校园、虚拟游戏（这里指的是有一定教育意义的虚拟现实游戏软件，蕴含丰富的学习资源，兼具娱乐功能与学习功能）。但在国内，这些成果的研究与应用往往集中在高校，虚拟现实技术在中小学教育中的运用相对较少。如果将虚拟现实技术引入到基础教育领域，尤其是针对于智力障碍与自闭症学生占多数的培智学校的课程开发而言，可以帮助培智教育教师进行有效教学并且对智力障碍儿童和自闭症儿童的发展起到一定的促进作用。

虚拟现实技术具有以下几点特征：①沉浸性。当佩戴头盔显示器、数据手套等交互传感设备时，使用者便可成为虚拟环境中的一部分，其在虚拟现实所创设的虚拟环境中看到、听到、闻到和触摸到的完全与真实环境中感受到的一样。②交互性。在虚拟现实系统中，使用者可以通过数据手套、头盔、数据衣等各种传感设备与计算机进行近乎于自然的人机交互，而计算机可以根据传感设备反馈信息适当调整系统呈现新的虚拟环境，给使用者一种及时的反馈，为进一步的人机交互做准备。③想象性。使用者在运用虚拟现实技术的过程中，可以结合自身行为与各类其他信息，随意构想客观现实中不存在或者不可能发生的情境，包括想象、联想、构思、推理及逻辑判断等思维，以此来激活更多的知识与信息。④仿真性。虚拟现实是仿照真实或想象世界设计的三维虚拟环境，无论是对媒体信息的多感知性，还是沉浸感和自主性，虚拟现实系统都是为了仿真“现实世界”或“想象世界”。⑤感觉反馈。虚拟现实技术之所以能够使使用者获得一种身体或精神的沉浸，主要是其能够针对使用者的不同反应适时做出相应的反馈。虚拟现实技术不仅能使使用者获得视觉、听觉的感受和反馈，而且还能获得嗅觉、味觉、触觉等多种感知，让使用者通过身体的多种体验获得一个犹如真实世界的感受。

一、虚拟现实技术在特殊儿童教育与康复领域的应用

虚拟现实技术在各个领域散发着它的独特“魅力”，除了军事、商业领域的应用外，在特殊儿童教育及医学康复领域也取得了很多探索性进展。

美国的尼可莱塔（Nicoletta）等人开发了适用于幼儿园聋童数学教学的虚拟现实游戏。此游戏包含两个交互式虚拟环境(钟表店和面包店)，包括一系列基于小学数学课程标准的思维活动训练，聋童可以自主选择商店里的物品，并与虚拟售货员进行手语交流，以此来提高其数学能力。在学习结束之后，还有任务发展评估、专家组评估和形成性评估等一系列评估方法来评价聋童的表现及学习成果。[4]

英国学者曾在自闭症儿童对虚拟人物表情的理解方面进行过实验，结果表明，虚拟情景对自闭症的干预有着特殊的促进作用。朱华萍等人从信息处理与医学领域出发，设计了一种基于虚拟现实技术的BCI（双目注视）系统，该系统主要面向自闭症儿童，试图改善促进其镜像神经元功能。[5]由此可以看出，让自闭症儿童在虚拟的环境中体验、学习社交技能，将会成为新的干预途径与康复手段。雅伦与韦斯（S．Yalon－Chamovitz&P.L.Weiss)进行了一种智力障碍儿童的比较研究，对象是33名中度智力障碍儿童或重度脑瘫儿童，给他们进行了为期3个月，共计30次的虚拟游戏活动，实验显示，智力障碍儿童可从顺利地融入虚拟现实游戏，并且能长时间保持学习的兴趣。[6]安图恩等人(E.A.Attree，C.sychol，B.M. rooks)使用VR技术对五组智力障碍儿童进行研究，发现VR（虚拟现实）技术可以促进弱智儿童的日常生活技能的提高，增强其认知能力和社会技能。[7]以上研究表明虚拟现实技术有利于智力障儿童的教育与康复。

二、虚拟现实技术应用于培智学校课程开发的优势

培智教育不同于传统教育，因其教育对象存在智力、心理等方面的缺陷和困扰，且个体差异明显。虚拟现实技术在培智教育课程开发中的应用，可以提供全新的教学手段与感受。具体的开发过程中应当考虑到教育对象的个体差异性。

（一）虚拟现实技术可以增加课程的趣味性。利用虚拟显示系统可以激发智力障碍学生的学习兴趣，强化学习动机。虚拟现实技术可以再现现实生活中无法观察到的自然现象及事物的变化过程，为智力障碍学生提供逼真、生动的学习材料及学习体验。[8]例如，在学习天气变化这一部分内容时，可以利用虚拟现实技术再现晴天、雨天、下雪、大风等天气，供学生体验。由于虚拟现实技术可以提供多感官的刺激，智力障碍学生可以佩戴立体眼镜，接收听觉、视觉等方面的刺激，达到真实的体验。与传统的教学方式相比，虚拟现实技术可以将教学内容更直观形象地展示给学生，也可以将教学内容与学生的生活经验联系起来，给学生创造机会，鼓励他们发言、表演，从而激发他们的课程学习兴趣。

（二）虚拟现实技术可以避免真实情境中的危险因素。对于需要走出教室，走进真实情境的课程内容，例如交通安全，智力障碍学生在认识了交通工具与交通标志后，还需要培养学生的交通安全意识，传统情况下，考虑到安全问题，教师无法将学生带出学校进行教学。利用虚拟现实技术，模拟真实的场景，让学生独自体验如何识别交通信号，如何过马路，如何遵守交通规则，就可以消除这种顾虑。利用虚拟现实技术进行教学实践或训练，可以有效降低训练风险，并且提升训练的效果。

（三）虚拟现实技术可以打破时空限制。利用虚拟现实技术可以打破时空限制，学生可以进入虚拟环境中观察、体验。例如学生可以在虚拟海底世界中观察各种海底生物，并且利用虚拟现实技术的交互性，与海底生物互动，这是传统教学方法无法比拟的。虚拟现实技术还可以将一些历时长久的变化在短时间内呈现给学生，例如，植物从种子到大树的生长过程等。虚拟现实技术可以在一堂课内呈现现实中需要几十年或几百年才能观察到的现象。

三、虚拟现实技术应用于培智学校课程开发的原则

（一）目标性原则。教学过程必须有着明确的目标，在培智学校课程开发中运用虚拟现实技术也应该考虑到教学目标的要求。虚拟现实技术在培养学生的实践操作能力方面有效，但对于基础知识的学习而言效果平平。因此，在培智学校课程开发中应该将虚拟现实技术作为重要的学习资源，根据教学目标合理运用。

（二）科学性原则。在培智学校课程开发过程中运用虚拟现实技术，必须考虑到智力障碍儿童和自闭症儿童的认知特点，如，感知范围窄，感知过程缓慢，学习迁移能力不足等，在构建课程体系时，需要将课程内容、虚拟现实技术植入以及智力障碍儿童和自闭症儿童的认识特点进行科学的组合，知识结构尽可能清晰完整，循序渐进，知识点的引入要与智力障碍儿童及自闭症儿童的学习特点相符。

（三）真实性原则。智力障碍儿童信息输入分析与综合能力不足，与生活实际相结合的信息更容易被其感知和接受，因此，培智教学要贴近生活。虚拟现实课程能够将视音频与真实场景设置完美结合，还原真实的生活情境，让学生获得真实的体验。根据学生的心理特征和现有水平，设计贴近儿童生活的情境，便于学生理解和记忆学习内容，还可以促进知识的迁移。以《开心购物》为例，课程开发过程中应该引入“商店”这一情景，让学生在虚拟场景中走入商店，在教师的辅助下识别商品，进行购物决断，遵守购物规则（如排队付款等）。在类似真实的场景中进行教学训练，有助于调动学生的积极性。

（四）交互性原则。交互性和及时反馈是虚拟现实技术的显著特征，也是虚拟现实课程的趣味性来源。基于虚拟现实的培智课程需设计出丰富多彩、简单可控的人机交互。智力障碍儿童学习动机水平低，缺乏主动性和求知欲。人机交互对实施教学具有重要意义，能够有效激发学生的学习兴趣，使学生产生强烈的学习欲望，从而形成学习动机。利用虚拟现实技术的交互性可以创设欢快的游戏学习氛围，综合运用卡通形象、游戏任务等形式，调动学生的兴趣和注意力，并且能在第一时间对儿童的动作行为进行反馈，使学生充分体验到学习的乐趣。

四、结语

综上所述，虚拟现实技术作为一种新兴的教学媒介，突破了以往教学媒介的局限性，具有沉浸性、交互性等特点，在培智学校的课程开发中利用虚拟现实技术具有较强的仿真性及趣味性，同时具有很强的安全性。已有许多研究证明，虚拟现实技术用于特殊儿童的康复与教育效果甚佳。结合目前培智教育的现状，开发利用虚拟现实技术的培智课程，将培智学校硬件设备与软件技术相结合，使智力障碍学生的学习变得更具趣味性且直观化，使培智教育的模式与方法跟紧时代的步伐。

[1]张朝华，赵呈领，张朝晖.虚拟现实技术及其在网络教育中的应用[J].现代远程教育研究，2006(8):25-29.

[2]宋达.虚拟现实技术在教育领域中的应用与设计[D].长春:东北师范大学，2005.

[3]王庭照，许琦，赵微.虚拟现实技术在特殊儿童教学与训练中的应用研究[J].东师范大学学报(教育科学版)，2013(9): 33-40.

[4]D．Passig，and S．Eden，“Improving Flexible Thinking in Deafand Hard ofHearingChildrenwith VirtualRealityTechnology”[J].AmericanAnnalsoftheDeaf，2000(3):286－291．

[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．

[6]S.Yalon－Chamovitz，P.L.Weiss，Virtual Reality as a Leisure Activity for Young Adultswith Physicaland Intellectual Disabilities[J].Research in DevelopmentalDisabilities，2008(3): 273－287．

[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]杨宁宁.虚拟现实技术及其在特殊教育中的应用[J].软件导刊(教育技术)，2014(2):39-40.

[责任编辑 王占峰]

G764

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2095-0438（2017）01-0061-03

2016-10-23

汪晗（1991-），女，陕西宝鸡人，陕西师范大学教育学院硕士研究生，研究方向：特殊教育儿童诊断与评估。