基于虚拟现实技术（VR）在学前教育中的应用研究

陈贵平，唐婉贞

（贵州师范大学教育科学学院，贵州贵阳550025）

基于虚拟现实技术（VR）在学前教育中的应用研究

陈贵平，唐婉贞

（贵州师范大学教育科学学院，贵州贵阳550025）

本研究从虚拟现实技术的发展前景和学前教育的重要性出发，介绍虚拟现实技术的概念、特点及类型，提出将虚拟现实技术带入学前教育领域中，能发挥出弥补传统教学条件的不足、打破教学时间空间的限制、促进幼儿主动学习的意识提高的作用，进而结合学前教育教学五大领域课程活动，就虚拟现实技术在学前教育中的应用提出了虚拟教学、虚拟学习环境、虚拟实验室的方案.并从虚拟现实技术、幼儿教师和幼儿三方面总结提出了虚拟现实技术在学前教育应用中存在的不足及对策.

虚拟现实技术；学前教育；应用研究

随着科学技术的火速发展，互联网大数据的兴起，虚拟现实技术在越来越多的领域中影响着我们的生活，投身于虚拟现实技术的产业项目日益增加，也逐渐有虚拟现实技术服务于教育领域中.然而，在学前教育领域中，虚拟现实技术的应用却远远滞后于产业技术的发展.学前教育是受教育者的基础教育，对其一生的影响十分深远，《中国儿童发展纲要（2011-2020）》中明确指出：“要加快发展3-6岁儿童学前教育，优化教育资源，拓展数字化学习的空间，全面推进教育现代化和信息化”.①进一步提升学前教育的质量，把虚拟现实技术运用到学前教育中便成为必然.因此，本研究适应了教育信息化的方向和潮流，具有一定的研究价值与意义.

1 虚拟现实技术的概念、特点及类型

1.1 虚拟现实技术的概念

虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)，是20世纪90年代兴起的一门新兴的信息技术，它是许多学科交叉、集成的产物，融合了计算机网络、多媒体技术、数字图像处理、传感器技术、微电子技术、人机交互等多个信息技术，通过计算机技术和设备生成一种三维的虚拟环境，用户通过戴上特殊的头盔、3D眼镜、数据手套等传感设备，在视觉、听觉、触觉、嗅觉等方面得到刺激，从而身临其境，进而实现使用者与该环境进行自然的逼真交互.它是对真实世界的模拟，能够逼真地再现并超越客观世界，用户不仅能融合其中，并且还能够驾驭和操纵这个虚拟环境.②

1.2 虚拟现实技术的特点

1.2.1 多感知性.由于虚拟现实的系统里包含了视觉、听觉、触觉、动觉等多种传感装置，采用头盔屏幕显示器、3D眼镜、三维显示器等，给用户以立体的视觉效果、三维音效的听觉效果.同时，具有虚拟现实跟踪传感设备，获得人在虚拟环境中的动作、感知等信息.因此，用户在虚拟现实的环境中可获取多种感知.

1.2.2 沉浸性.它是指根据人类的生理心理的特点，进行虚拟现实反应装置的设置，让用户不是在单一地浏览了解，而是虚拟环境中的参与者，感受到作为其中一员存在并融入虚拟现实的环境中，与虚拟环境中的各对象的交互作用，体验到自然世界中的各种感知.

1.2.3 交互性.它是指用户可以通过使用3D眼镜、头盔、数据手套等传感设备与该环境中的人物、事物进行交互，可操作程度如同在真实的环境中一样，并对虚拟环境内的物体得到反馈.

1.3 虚拟现实技术的类型

1.3.1 桌面式.它是一套基于PC平台的小型桌面虚拟现实系统，用户运用计算机观看、感受、领会虚拟世界，并通过鼠标、键盘等设备与之进行交互，感受虚拟环境.由于会受到周边外部环境的影响，用户的沉浸感较低，是一种初级的虚拟状态.

1.3.2 沉浸式.它是一套较为复杂的系统，用户通过头盔、数据手套、VR眼镜等传感器，在听觉、视觉、触觉等方面与现实世界完全分离，排除了外界的干扰，全身心与虚拟世界进行交互，感受到一个逼真、全封闭的虚拟现实环境.

1.3.3 增强现实式.它是将虚拟世界与的现实世界融合在一起，对用户产生交互，用户在一个半真半假的环境中，可通过在该环境中的操作，对实验等进行演示、练习，从而提高在现实世界的准确度，以及增加对客观世界的感知能力.

1.3.4 分布式.它是指通过虚拟现实技术，把多个相互独立的用户连接在一起，共享一个虚拟的空间，并共同进行体验虚拟经历，从中获得交互，相互进行交流练习，这也能够达到更高的虚拟效果和协同工作目的.

2 虚拟现实技术在学前教育中的作用

2.1 学前教育的特点

在学前教育阶段，幼儿的认知水平开始逐步发展，应注重其认知水平的提高，及时正确把握幼儿成长各个敏感期.若幼儿的敏感期的内在需求受到抵制因而不能够发展时，就将丧失学习的最佳时期.学前教育阶段的幼儿认知活动主要受到兴趣的驱使，而认知过程是以形象思维为主，其效果有赖于其认知事物的现象，③例如声响、颜色、图像、动画、现象等.然而幼儿具有身心发展水平不高、注意力不能较长时间集中、对知识的接受能力不强等特点，传统教学在很多时候无法在直观上很好地实现教学目标、达到教学效果.卡尔·雅思贝尔斯在《什么是教育》一书中也提道：“对于儿童来说，最重要的不是掌握科学，而是以直观的图片和形象来充实他们的精神世界”.④同时，学前教育是一门综合性强、实践性强的学科，将虚拟现实技术运用于学前教育中，则能发挥出其独特的价值和意义.

2.2 虚拟现实技术弥补传统教学条件的不足

学前教学的最主要的形式是游戏，然而传统教学无法随时保持教学活动的趣味性.根据虚拟现实技术多感知性、沉浸性、交互性的特点，可以在教学中设计互动式游戏，营造趣味氛围，开展情景化教学，使幼儿以浓烈的兴趣参与其中，以“被动”接受转化为“主动”参与，以期达到更好地教学效果.同时，在传统幼儿园教学的科学活动中，涉及演示实验的内容时，往往需要教师提前做好相关的物质材料准备，费时费力.利用虚拟现实技术，可以将实验演示设计于其中，在逼真的场景中，幼儿更能够全身心投入学习环境中，更好地了解和学习.

2.3 虚拟现实技术能够打破教学时间空间的限制

运用虚拟现实技术，能够突破教学时间上的限制.如：开展学前教育语言领域活动，介绍其他年代发生的事或者讲述特殊的节日时，口述的言语不易理解和掌握，可以让幼儿戴上3D交互设备，置身于桌面式的虚拟环境之中，更加全面、花更少时间了解内容，掌握知识.同时，运用虚拟现实技术，能够打破教学空间上的限制.如：开展幼儿园科学领域活动，介绍太空时，幼儿可以通过沉浸式的虚拟现实技术，身临其境，并在教师的讲解下，进一步了解各大星系、宇宙天体等，这是传统的信息技术所无法实现的.

2.4 虚拟现实技术促进幼儿主动学习的意识提高

虚拟现实是一个交互性极高的多媒体环境，通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等方面的交互，使幼儿在其中参与感、沉浸感极强.由于其三维立体感强、逼真度高，会增强幼儿的学习积极性.如：语言领域活动，教师在讲绘本故事《谁偷了我的大饼》时，利用增强现实式的虚拟现实技术，情境中出现香喷喷的大饼、可爱的小猪、欢乐的小鸟、有大嘴巴的鳄鱼等，幼儿可以与事物面对面对话，融入故事情节中，幼儿之间相互进行交流，增强了学习体验，提高了主动学习的意识，达到了显著的教学效果.

3 虚拟现实技术在学前教育中的应用

3.1 虚拟教学

幼儿园课程应走向多元化发展，能够根据实际情况自己构建课程模式，应该以开放的态度认识课程模式.虚拟教学区别于传统的教学形式，它更有利于教师开展高质量教学活动.比如：开展健康领域《健康刷牙》活动，传统的教学中，幼儿不易掌握操作方法，而通过桌面式虚拟现实技术，让幼儿了解牙齿的构成情况和重要性，再让幼儿置身于沉浸式虚拟环境之中，分步骤除去牙齿上的细菌，进行刷牙.又如：在社会领域《火灾逃生》中，空讲、图片或PPT演示都不够生动，幼儿在实际生活中可能不知如何应对，而利用虚拟现实技术的增强现实式，将虚拟世界与的现实世界融合在一起，幼儿置身于火灾的场景中，并通过教师进行一边讲解，幼儿进行一边演练，从而实现教学目的.

健康领域《健康刷牙》活动流程图：

社会领域《火灾逃生》活动流程图：

3.2 虚拟学习环境

虚拟学习环境是学前教育的重要资源，通过对于环境的创设和利用，有效地促进幼儿的发展.虚拟现实技术可以使幼儿置身于充满游戏性、逼真感，且易掌握教学活动内容的环境之中.如：语言领域绘本《缺失的一角》，幼儿通过虚拟现实技术了解绘本故事情节，感知“缺失的一角”，并与其互动，从而明白缺失一角的意义，懂得没有完美的人和事，树立正确的世界观、人生观.再如健康领域《小手洗干净》活动中，将幼儿置身于增强现实式虚拟环境中，以玩游戏的方式进行“闯关”,达成学会洗手的教学目的.又如：虚拟现实技术可以营造超市、商场、理发店、森林等不同的逼真场景，可以通过虚拟现实分布式，将多个幼儿连接在一起，共享一个虚拟空间，进行角色扮演，充分发挥其创造性，并推动其社会性的发展.

语言领域绘本《缺失的一角》活动流程图：

健康领域《小手洗干净》活动流程图：

3.3 虚拟实验室

在学前教育课程活动中，教具等教学材料发挥着重要的作用.虚拟现实技术可以简便学前教育活动的教具准备，更好地开展实验，并让幼儿容易理解.如：科学领域《浮力与沉力》活动，通过实验、视频等方式都不够直观，且材料准备较烦琐，而可以让幼儿在虚拟环境中感受并操作物品在浮力和沉力情况下的状态，探索科学的奥秘，并将科学的知识运用于生活之中.又如：科学领域《有趣的植物》活动，可以设计幼儿与植物互动的交互式游戏，通过游戏和观察，在短时间内了解到植物从萌芽到枯萎的过程及特点.

科学领域《浮力与沉力》活动流程图：

4 虚拟现实技术在学前教育应用中存在的不足及建议

4.1 虚拟现实技术在学前教育应用中存在的不足

4.1.1 虚拟现实所呈现的虚拟空间具有很高的逼真度，然而与自然的真实环境相比仍然存在一定差距，且目前所开发的VR设备分辨率不够高，会影响沉浸式VR的体验.同时，虚拟现实技术便于实现知识目标、能力目标，对于情感目标却很难实现.此外，增强现实式VR设备的价格过高，较难被大市场应用和推广.

4.1.2 虚拟现实技术的应用，将会导致幼儿教师在幼儿园课程活动中的参与度降低，在一定程度上削弱了幼儿教师原本的教学地位.此外，幼儿教师是虚拟现实技术应用于学前教育教学中的主导者和引导者，然而目前他们对于“VR+学前教育”这一领域了解尚少，且不易把握VR和传统教学相结合的最佳方式，这对教师的教学能力提出了更高的要求.

4.2 虚拟现实在学前教育中应用的建议

4.2.1 加强虚拟现实技术的开发，与学前教育进行交互调试，结合逼真度、分辨率、健康隐患等问题，进行改良VR设备.同时，开发普惠性VR产品，在一定范围内降低价格，加强市场推广，提高市场占有率.

4.2.2 对幼儿教师进行“VR+学前教育”相关培训，增强其操作运用VR设备的能力，更有效地使用虚拟现实技术进行教学.同时对虚拟现实技术与学前教育进行融合，通过优势互补，更合理地结合现代教育技术与传统教育方式，发挥出幼儿教师的主导地位，体现出幼儿的主体地位，从而更好地实现教学目标，达成教学效果.

本文基于对虚拟现实特点、类型及学前教育特点的分析，提出了该技术在学前教育的教学、学习环境、实验中的应用，并运用学前教育教学活动举例说明其实用性，并结合虚拟现实技术在学前教育中应用的不足，提出了相应的对策.随着虚拟现实技术的完善和推广，以及虚拟硬件设备价格的降低，该技术将对学前教育领域中提高教学水平、提升教学效果、提高幼儿的学习兴趣、培养幼儿的逻辑思维和发散性思维等产生深远的影响，它作为新型的教学工具和手段，会得到越来越多学前教育工作者的重视和青睐.

注释：

①中国儿童发展纲要（2011-2020）.http://wenku.baidu.com/link?url=ca6p_B4LTpcRaJemhJMbK1eQ 0jr2EJnbI4cDpN 3 BZ4cMEH 9d4FVD4c1u02IID fxMU lxP7nXW 2y52PUCK27 q8br1FBY4zw JT0FSXwo72cDYm.

②李宁.基于虚拟现实的心理治疗系统研究与设计[D].大连理工大学,2008.

③蒋在强.学前教育专业计算机课程的现状与对策研究[D].四川师范大学,2010.

④卡尔·雅思贝尔斯，什么是教育[M].北京：生活·读书·新知，1991.

〔1〕史铁君.虚拟现实在教育中的应用[D].东北师范大学,2008.

〔2〕刘凤田,刘玉兰.虚拟现实技术及其在教育领域中的应用研究[J].河北农业大学学报(农林教育版),2005(3).

〔3〕Burdea G C，Coiffet P．(1992)．Virtual reality technology[J].Presence Teleoperators＆Virtual Environments，2012(6):663-664．

〔4〕刘德建,刘晓琳,张琰,陆奥帆,黄荣怀.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究,2016(8).

〔5〕姜锋霞.基于Moodle的学前教育教学系统及应用研究[D].河南大学,2014.

〔6〕况扬,汪欣.虚拟现实技术在教育教学中的应用[J].中国成人教育,2016(10).

G612

A

1673-260X（2017）11-0192-03

2017-08-09

贵州省基金项目：贵州高校师范类毕业生教师专业发展状况研究(13GH052)