智慧校园背景下培智学校VR教室的环境建设与应用

蓝琰　申承林　郑伟平

【摘要】 智慧校园背景下，VR技术（虚拟现实技术）得到广泛应用。培智教育领域可将VR技术融入其中，通过VR教室提供多情境教学环境和工具支持。结合广东省佛山市顺德区启智学校VR教室的构建案例，分析其应用现状及效果，以期为培智学校的智慧校园虚拟现实教学环境建设提供参考。

【关键词】 培智学校；VR教室；虚拟现实技术

【中图分类号】 G764

【作者简介】 蓝琰，广东省佛山市顺德区启智学校（佛山，528300）；申承林，特殊教育正高级教师，陕西师范大学教育学部（西安，710062），广东省佛山市顺德区启智学校（佛山，528300），493300137@qq.com；郑伟平，博士，副教授，华南师范大学计算机学院（广州，510631）。

VR技术（虚拟现实技术）作为多源信息融合的交互式仿真技术，应用于培智教育领域，可创建大量的学习场景，增强学生的学习体验，使学生提高学习认知度、实现知识内化、掌握生活技能。智慧校园背景下，建设VR教室，能为培智学校依托VR技术开展教学提供主要场所。本文将就智慧校园背景下培智学校VR教室的环境建设与应用进行分析探讨。

一、建设背景

2023年全国教育工作会议强调“统筹推进”“纵深推进”教育数字化，明确了教育数字化未来发展的行动纲领；《“十四五”特殊教育发展提升行动计划》提出鼓励有条件的地方充分应用互联网、云计算、大数据、虚拟现实和人工智能等新技术，推进特殊教育智慧校园、智慧课堂建设。智慧校园将学习环境场景化、学习过程数字化，使任何人在任何时间、任何地点都能便捷地获取资源和服务。智慧校园建设与应用可借助VR技术、AR技术（增强现实技术）实现物理校园与虚拟校园的有机融合，可视化呈现抽象内容和重难点内容，从而有效提高教学效率［1］。实施教育数字化战略行动，推动实现教育数字化转型，推动5G、大数据、VR技术、人工智能等新一代信息技术在特殊教育领域的应用，是提高特殊教育质量的必然举措，也是特殊教育发展的必然方向。

培智学校教育对象多数存在智力障碍、情绪障碍等，其对知识的掌握和理解能力相对较弱，因此培智学校教学主要采用体验式教学、场景式教学，但在传统教室中，教师需要耗费大量时间和精力创设情境。国外有研究者发现VR技术能促进智力障碍、重度脑瘫者等日常生活技能的提高，增强其认知能力、感统能力、学习兴趣和社会技能［2］；国内有学者将VR技术应用于孤独症儿童的治疗和干预，也取得了一定的成果［3］。因此，建设VR教室是培智学校开展智慧教学，助力学生更好学习、提高迁移运用能力的有益方向。

广东省佛山市顺德区启智学校VR教室的建设和应用依托教育部重点课题，与华南师范大学计算机学院团队合作，基于前期的教学需求调研和技术支持，购置了大量的虚拟现实设备，开发了一套创新的VR教学资源，以期满足培智学校新课标课程教学辅助要求，确保VR教室的稳定运行和教学效果的提升。该校VR教室主要用于中重度智力障碍、孤独症等特需学生进行VR课程学习，学生可头戴VR设备进行沉浸式体验。

二、空间布局

VR教室的功能布局需求包括：教室可容纳学生10人左右，在有限的教室空间中，预留足够的学生活动空间；配备至少一台大屏幕显示器，用于展示虚拟现实内容；考虑到教学效果和学生安全，教室中需配备监控设备，以便教师能监督学生的行为和进度；给每个学生配备一个VR头显和手柄，确保学生都能参与到虚拟现实体验中。此外，避免设备之间的干扰和碰撞，提供适当的光线和音效。整体来说，空间布局要求舒适、安全并具备良好的教学环境，以满足学生使用VR技术进行学习的需求。

VR教室分为教师授课区、学生学习区两大功能区域。在教师授课区，配备交互式一体机，不仅能显示教师的讲解内容，还可以实时展示学生在虚拟世界的操作情况，提供个性化的学习指导。此外，配备专门的音响设备，使教师的声音能清晰地传达给每个学生。在学生学习区，每个学生有自己独立的操作空间，配备舒适的折叠座椅，学生可根据自己的需求站立或坐下。每个学生之间保持安全距离，在操作VR设备时佩戴安全带，以防止在虚拟现实环境中发生碰撞等意外。同时，学生可以通过手持遥控器在虚拟世界中自由移动，增强学习的交互性和参与感。学生座位之间没有间隔，鼓励学生之间互动交流，促进彼此的学习进步。学生学习区的设备可以与教师授课区的投影设备进行互动，实现教师与学生的互动教学。在这样的教学环境中，学生可以更加积极主动地参与到课堂学习中，提升学习兴趣和效果。

三、软硬件配备

在硬件上，考虑资源获取、情境感知和即时互动等功能要素，主要包括中央控制系统、扩音系统、视频显示系统、录播系统、教室电脑/自带电脑、高清媒体矩阵、VR 教学系统和教学管理平台。其中，中央控制系统是系统中枢，通过其附带的智慧课堂中控平板电脑实现对教室环境内所有信息化设备或子系统的控制和管理；扩声系统由无线话筒、音频处理主机和扬声器组成；视频显示系统包含教学一体机等显示终端；录播系统包含录播主机、录播摄像机和拾音麦克风，并通过校园网与中央控制系统连接；来自教室电脑/自带电脑和录播系统的视频通过高清媒体矩阵，输出给视频显示系统；通过VR教学系统开展现场VR教学。

在软件上，开发了80套虚拟教学资源，搭建了1个教学管理平台和1个教师巡堂App。其中教学资源的开发分两期。第一期开发了40套虚拟教学资源，教学内容选自新课标及校本化课程中的4门课程，包括图形认知、方位认知、安全和综合4大方面，所搭建的虚拟场景包括乘坐公交车、乘坐电梯、坐过山车等；第二期基于发展心理学和孤独症教育的研究成果开发了40套虚拟教学资源，选取10个对个体发展具有“节点”作用的关键能力，包括深度知觉、感觉统合、注意力、记忆力、客体永久性、心理表征、分类能力、联合注意、守恒能力和自我概念，搭建了攀巖、开飞机、摘果子、打击乐等场景。教学管理平台为教师提供课程管理、学生评价和教学反馈等功能，能有效提升教学效果。教师巡堂App则使教师能实时监控学生学习情况，随时与学生互动交流。教师巡堂App还可记录学生考勤情况，方便学校管理，减少不必要的人力资源投入。

四、教学应用场景

下面对VR教室在教学中的几个主要应用领域进行详细探讨。

其一，虚拟实践：模拟真实场景，提升适应能力。VR教室通过模拟各种实际场景，如购物、交通工具使用、社交互动等，为培智学校学生提供安全且可控的实践环境。这些模拟场景可以帮助学生提前熟悉和适应真实世界中的各种情况，增强他们的生活技能。例如，对于某些具有社交恐惧症的学生，通过模拟社交场合，可以帮助他们逐渐克服心理障碍，提高社交能力。

其二，情感调节：缓解心理压力，提高情绪管理能力。培智学校学生常常面临情绪问题，而VR教室则为他们提供了一种新颖的情感调节方式。通过参与放松和冥想的活动，如沉浸在自然风景中、观赏艺术作品等，学生可以暂时忘却现实生活中的压力，缓解紧张情绪。这种虚拟现实的情感调节方式不仅具有趣味性，还能有效提高学生的情绪管理能力。

其三，社交技能训练：营造安全环境，培养交流合作能力。虚拟现实环境为培智学校学生提供了一个安全的社交互动场景，使他们可以在其中练习与他人交流、合作和解决问题的技能。例如，通过模拟看病、乘车等日常活动，学生可以逐渐学会如何与他人进行有效的沟通和合作。

其四，认知能力培养：激发学习兴趣，提升思维能力。VR教室在认知能力培养方面也展现出了其独特的优势。在生活语文教学中，通过模拟情境，让学生进行实际的对话练习，可以有效提升学生的口语表达能力。在生活数学教学中，借助互动的数学游戏和实际问题，可以激发学生的学习兴趣，提高其思维能力。此外，在安全防范教学中，利用虚拟实验室展示过程和结果，可以加深学生对生活中各种防范措施的理解。在情绪分化教学中，通过演奏乐器和合唱等形式，可以培养学生的音乐审美能力和表演技巧。

综上所述，VR教室在教学中的应用场景非常多样化，可以满足不同学科和不同学生的需求。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，相信VR教室在未来的教育教学中将发挥更加重要的作用。

然而，VR技术在培智学校的应用也面临一些挑战。首先，设备可访问性是一个亟待解决的问题。为了确保特需学生都能使用VR设备，学校需要投入很多的资金购买设备，并为学生提供相应的设备练习课程。其次，教师培训也是一个关键环节。为了让教师更好地掌握VR技术并应用于教学中，学校需要组织定期的培训活动，提高教师的技术水平和教学能力。

【参考文献】

［1］谢幼如，黎佳，邱艺，等.教育信息化2.0时代智慧校园建设与研究新发展［J］.中国电化教育，2019（5）：63-69.

［2］Attree E A，Brooks B M，Rose F D.Guest Editorial：Use of Virtual Environment in Training and Rehabilitation： International Perspectives［J］.Cyber-Psychology＆Behavior，2005（3）：185-186．

［3］张倩.虚拟现实技术在自闭症患者干预中的应用［J］.中国特殊教育，2010（5）：27-31.

（责任编辑：赵华丽）

【基金项目】 本文为全国教育科学“十三五”規划2019年度教育部重点课题“面向智障儿童的新课标教材本土化建构及其虚拟现实教学应用研究”（DHA190440）的阶段性研究成果。