虚拟仿真技术在高职学前专业实验教学中的应用研究

于 聪

（长春师范大学教育学院，吉林 长春 130032）

近年来，随着计算机技术、网络技术的发展，虚拟仿真技术的出现打破了人们对传统教育教学理念及教学方法的理解，加速了教学模式和课堂教学的变革。根据教育部发布的《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中促进信息技术和专业课程的融合，虚拟仿真技术已然成为信息技术在教育研究领域的热点之一。虚拟仿真技术在一些理工及医学类等实验教学中得到应用，但在高职学前教育领域中的研究较少。而虚拟仿真技术能为学习者提供尽量真实的学习情境，从而解决了传统实验教学中场地有限、设备匮乏、实验成本高等问题，将虚拟仿真技术融入高职学前教育的实验教学过程中是发展的应然选择。

一、学前教育专业虚拟仿真实验教学的必要性分析

（一）虚拟仿真技术特征分析

虚拟仿真技术应用于教育领域始于1989年，弗吉尼亚大学的William Wrulf教授提出“虚拟实验室”的概念。虚拟仿真应用于高职学前教育教学领域，具有的特征为：（1）沉浸式学习。传统的实验教学无法满足学生随时随地进入幼儿园进行训练，虚拟仿真技术的应用改变了学生以往缺少真实场景进行实践操作的弊端，通过对幼儿园3D场景的重建，使学生能够产生身临其境的感受。这种沉浸式的学习方式解决了学生实验教学过程中实验教学不足的问题。（2）实习空间多维度。虚拟仿真系统及平台的建设，突破了教育的时间及场域限制，学生可以随时随地进入系统中进行实验。（3）实习成本低。通过前期的虚拟实验系统的投入，解决了幼儿园见、实习费用，后期的实验教学费用几乎为零。

（二）虚拟仿真实验教学需求分析

高职学前教育专业致力于培养具有较强实践能力的幼儿园应用型师资，依托传统的书本授课、现场观摩等教学方式，学生很难在短时间内掌握实验教学的所有训练内容。若转向幼儿园实景教学会存在以下问题：

1.受实践环境及设备的限制

从方案设计到幼儿实体环境创设，全程需要耗时约5-7天的时间。这种“幼儿园实景式”教学，存在耗时长、成本高、学生自主性及创造性受限等问题。

2.受实践环境及观察对象特性的限制

学生无法随时随地进入幼儿园现场，对幼儿的问题行为进行观察指导，使幼儿园区域活动，在教学中存在幼儿问题行为随机性强、不易采样的现象，导致这方面的优质教学资源不足，造成教育教学与幼教行业需求不一致等问题。

3.虚拟仿真实验教学效果影响

（1）激发了学生自主学习的动机

虚拟仿真实验教学改变了以往单一的教学模式，教师通过“翻转教学”为学生提供丰富的学习内容。寓教于乐，激发学生积极利用课中及课后时间进行虚拟仿真实验训练，提升了学生的综合实践能力和素质。

（2）提高了学生实验教学的效率

由传统的实验教学的5-7天时间缩短至虚拟仿真实验教学的2-4个小时，同时实验人数由原来的几十人上升至在线的数百乃至上千人。

（3）突破了时空限制并降低成本

首先，学生无法随时随地进入幼儿园进行学习；其次传统的“幼儿园实景式”实验教学，需要耗费大量的人力及物力成本。幼儿园虚拟仿真实验教学可以使学生anytime、anywhere，进行自主学习，大大降低了实验教学成本。

二、学前教育专业虚拟仿真实验教学系统的构建

在虚拟仿真实验平台上，设置了学习、操作及评价三个系统，帮助学生在三维仿真模拟环境中进行幼儿园区域环境创设的实验过程，从而提升了学生的自主创新与创造能力。

（一）学习系统

学生在进行虚拟实验前，可以先登录学习系统进行理论知识的学习。本系统为线上微课程，课程内容包括理论知识、巩固练习及拓展提高三部分。“巩固练习”主要是针对知识点的巩固学习，分为主客观两种题型，目的是加深学生的专业知识，提高解决问题的综合能力，“拓展提高”则主要是对课程内容的补充和延伸，有助于学生进一步深入探究式学习。

（二）操作系统

本系统是一款针对幼儿园区域环境创设的系统，采用了交互式的系统设计，使用Unity3D引擎和C#语言进行编译。用户通过对幼儿园区域环境创设以及活动干预进行三维仿真模拟。具体内容如下：

1.原理与功能

通过虚拟仿真实验，可以全面理解幼儿园区域环境创设中如何进行区域空间布局、区域环境划分及材料投放。可通过玩具柜、书架等材料的拖放进行区域的划分，并在“区域标识”栏里选择相应的标识进行区域的命名，使学生掌握幼儿园活动室中常见区域类型及创设原则。并根据各年龄段幼儿特点及不同区域要求进行材料投放，使学生理解材料投放的具体要求。

2.操作流程

（1）使用者可通过登录虚拟实验管理平台的精品虚拟实验课程进入该系统。

（2）进入系统后，选择区域创建入口，选择班级目标：大、中、小，并选择教室面积。

（3）进行教室区域划分，学生进入所选教室面积的三维场景的顶视图进行区域划分，通过界面右边的选框，选择相应的区域进行标记区域。并按住鼠标左键不放，拖拽到房间中。

（4）编辑区域，标记完成区域后，对于区域大小、位置可以进行相应调整，并且进行区域主题的选定，以及根据相应主题进行区域内容介绍。

（5）进入三维空间中，进行具体区域编辑，根据每个区域的主题，学生进行区域创建，通过右边选项框，每次选择一个对应区域，位移到选定区域进行操作。选择选项框中的物体，拖拽到场景中进行位置摆放、缩放、旋转等，同时可以对物体进行分组操作。

（6）当学生编辑完成选定区域之后，可进行保存操作，并通过网页端进行上传。对于已完成区域，系统会进行记录，形成已完成作品。

（7）对于已经保存后的教室，系统根据学生设计的区域中，固定区域物品和区域主题的匹配度进行打分。并且整个房间的信息保存到数据库，生成配置文件，存在已完成作品当中。如果没有选择保存，而是选择直接关闭窗口，会弹出页面，让用户选择是否保存信息；如果选择保存，则保存信息，存入数据库，生成未完成作品，当用户下次登录，进入可以选择未完成作品，对于之前未完成的作品继续编辑。

（8）学生登录之后选择已完成作品，可以进入已完成作品入口查看自己之前创建的教室和区域作品。

（三）评价系统

虚拟仿真系统内建的题库系统，提供在线自测自评功能。系统内设的考评包括学生互评、教师互评、校外在职幼教名师专家对于学生作品的评论。

1.校内生生、师生评价

系统提供在线交互式的区域展示模块，对学生创建的区域进行全方位360度访问，教师及学生登录后进入区域作品，可以看到以时间为排序的区域作品展示。以及查看学生输入的关于相应的设计思路和目的，可以全面评价学生区域设计，并且给出合理评价。

2.校外幼教名师评价

系统设有精品案例留存功能，对于精品设计，我们采用推送的方式给一线幼教专家进行线下实验评价，并提供线下实验成果展示平台，通过全景视频、照片、文字等多种方式进行线下实验展示。

三、学前教育专业虚拟仿真实验教学的应用策略

（一）转变实验教学定位，构建“虚实结合”的虚拟仿真实验教学理念

本实验教学秉持“虚实结合，以虚补实，方法与技术相融合，思维与实践相促进”的教学理念。本着以学生为中心，通过转变教学手段，大力提高实验教学量，在巩固学生基本理论知识的基础上，结合虚拟实验教学，通过反复实践操作，提升学生的自主创新与创造能力，从而培养高素质应用型高职学前教育人才为目标。

（二）变革实验教学方式，建立“线上+线下”的翻转教学模式

本实验运用线上虚拟实验教学+线上MOOC学习+线下课堂教学的翻转教学方法。以问题为引导、任务为驱动、自主探究为活动、自主体验为过程，从而促进生生、师生的有效互动，最终掌握幼儿园区域活动环境创设及介入指导的流程及方法。

（三）融合校—研—园合力，共建虚拟仿真实验教学平台

本实验形成高等学校、科研机构、幼教机构共建、共享、共管的虚拟仿真实践教学平台，形成优质资源整合、科研成果转化、模块系统设计、典型案例开发、校企联合攻关等资源建设的方式，构建覆盖学前教育活动全过程、全方位的实验教学体系，实现高职学前教育优质资源的多学科专业、多地区和学校共享。有效地服务从学生到老师，甚至在职幼师进修培养。

学前教育专业虚拟仿真实验教学是以培养高素质应用型高职学前教育人才为宗旨，借助虚拟仿真、数字化实训等技术，开发全方位的虚拟仿真实验教学资源并实现共享。本实验现已应用到高职学前教育专业专科及本科生的实验教学中，以及各幼儿园新进教师的培训当中，虚拟仿真实验教学在促进高职学前教育专业人才培养、科技成果研发及推广转化方面起到了重要作用。