基于虚拟现实的科普类教学平台的设计与实施

李倩 郑秋萍

摘要：随着网络的发展，线上教育愈发地受到人们的青睐，儿童启蒙教育更是重中之重。在疫情期间，人们居家隔离，学生们都纷纷上起了网课。学生们上课的同时也不能忽略掉学前和小学低年龄段的教育。基于Angular框架的科普类教育平台是一款能够在线上线下混合式使用的教育类平台，平台包括移动端和网站，通过使用平台，可以拓展学前儿童的知识面、使小学低年龄段的学生掌握易混淆的知识点，它能够为小朋友们提供有趣并且更有效的学习方式与方法。

关键词：虚拟现实;科普教学;Maya

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）08-0118-02

Abstract： With the development of the network， online education is more and more popular， children's enlightenment education is the most important. During the outbreak， people were isolated from their homes， and students took online classes. Students should not neglect pre-school and primary school education at the same time. Based on the Angela framework， Ai Meng Education is an educational platform that can be used mixed online and offline， including mobile and websites， by using the platform to expand the knowledge of pre-school children， so that students of the lower ages of primary school can master confusing knowledge points， it can provide children with interesting and more effective ways and means of learning.

Key words： virtual reality; science teaching; angular

1 引言

随着生活水平、生活质量的提高，儿童也逐渐步入低头族的行列，生硬刻板的书本对于学龄前以及小学生来说都有些过于单调且没有吸引力，而将书本中的知识融合在游戏动画中，设计多个场景，在操纵人物行进中以完成任务的方式掌握知识，寓教于乐，提高幼儿学习的兴趣，夯实基础。

传统平面媒体的科普教育效果不佳，无法满足互联网+时代年轻用户的视听需求。虚拟现实的优势在于：可帮助用户快速构建对虚拟环境的认知，是获取知识的快速途径。在考虑虚拟环境的真实程度以及儿童的接受度，基于虚拟现实的科普类的视频、音频和游戏成为科普类教育平台的首选，这样可以有效的连接用户行动与知觉。

在科普类视频和游戏中，通过简洁明了、生动有趣的视频以及游戏的天然优势，快速集中并保持使用者的注意力，通过设计趣味性的对白和游戏任务保持用户参与动机的持续性， 同时在任务中设置与能力相平衡的挑戰以促进行动与意识的融合，引导用户进入沉浸从而激发学习的兴趣，提高学习的效率。

2 移动端的设计与实施

2.1 虚拟环境的设计与实现

在移动端主要通过搭建虚拟环境，将知识进行展示，采用游戏的方式为载体。因此，虚拟场景的建立是项目开发实现的前提，场景中模型的精度和与人的互动，决定了用户对科普类教学平台的直观感受以及持续性。在设计虚拟环境时，不但要考虑环境的真实性，还要考虑儿童的心理接受程度，一般在设计场景时应以儿童比较熟悉的场景为参考模型，类似幼儿园、学校或者展馆等地方，笔者选择的场景为科学展馆如图1所示。

在展馆中创建多种展示场馆，如有专门播放教育类视频的展馆，讲解各种节气的场馆如图2所示，学习拼音的场馆、有学习古文知识的展馆如图3所示等，在场馆中设置NPC人物碰撞，在碰撞时出现弹框，讲解相关的知识内容，让孩子在趣味性的游戏中掌握知识。并且在游戏中模拟一些日常生活中的场景以及在紧急情况下的急救手段、逃生手段，让孩子在游戏中学习生活技能，在控制NPC的过程中，能让学生的学习过程更加生动形象、帮助记忆。

2.2 虚拟漫游的设计与实现

虚拟漫游功能是主要研究的功能之一，也是实现虚拟教学的前提和载体。在场景建模完成后，将模型导入Unity 3d中，尽量还原现实中的真实场景，创建一些小摆件让整个空间更加丰富。在游戏中设置碰撞弹框，讲解一些知识以及正确的做法，并且将生僻文字进行注音，让孩子在学习知识与技能的同时，增加文字与词汇的储备。

其具体步骤如下：

1）首先使用MAYA建造出场景的内外模型，并使用Photoshop制作材质贴图，附着给模型;

2）模型全部设计完成之后，将模型导出为.fbx格式，然后将其导入到Unity 3d软件中;

3）导入.fbx文件到场景中之后，从项目中用鼠标拖动到场景中进行设置和位置摆放;

4）如果有贴图丢失情况需要重新指认贴图;

5）在Unity 3d中添加NPC人物，可以通过键盘和鼠标控制其前进;

6）在场景中设置发射器和碰撞效果，让游戏更加逼真并且具有趣味性，如下图4所示。

2.3 交互系统的设计与实现

科普类教育平台主要是要做到寓教于乐，在乐中学，为了巩固所学知识，还需要设计的测试环节，完成交互设计，比如在古代知识展馆中，平台会设计一些类似于闯关游戏;在节气博展馆中，模拟出关于节气的植物与天气，让使用者根据植物与天气的变换选择单词或者描写该节气的诗词等关卡;比如在场景外的街道上将会设置一些街道、车辆，让孩子在控制NPC行走的过程中遇到一些关于过马路的红绿灯等场景，同时给予奖惩机制，例如闯红灯会面临惩罚;遵守交通规则则可以得到相应的奖励。也可以同时几个人可以在线上进行比赛，抢答相关知识、得分高者可以得到奖励。

在建设虚拟场馆的过程中进行不断的测试，让整个游戏操作变得简单易懂，让孩子将多数的注意力放在场景的弹框讲解而不是游戏操作中，让丰富的场馆讲解知识吸引孩子，进行更多元化、更加有效的学习。

3 应用前景

随着“互联网+”的发展，网络教育将成为幼儿教育新的增长点，应用前景十分广泛。传统的教学方法并不适用于所有儿童，尤其是那些长期不能集中注意力学习的孩子，这导致学习成绩差，如此以往，会产生厌学的情绪，但使用线上教学方法，寓教于乐，学中玩，玩中学，不仅可以激发孩子的学习热情，而且能提高学习效率，让孩子对学习有信心、有耐心、有热情，因此，基于线上的科普类教育平台应用前景广泛，将非常受欢迎。

【通联编辑：梁书】