郝雷

摘要：體感交互技術(shù)是人機交互歷史上的一次革命。在教育應(yīng)用方面，體感交互學習開始進入課堂，取得了較好的影響。本文對國內(nèi)外體感交互學習資源建設(shè)進行了分析，并介紹了南京市體感交互學習資源的研發(fā)背景、研發(fā)思路、建設(shè)目標、技術(shù)支撐及研究成果等，以期能夠充分發(fā)揮體感交互技術(shù)在教育中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：體感交互技術(shù)；體感交互學習；資源研發(fā)

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）21-0096-03

國內(nèi)外體感交互學習資源建設(shè)現(xiàn)狀述評

體感交互技術(shù)是當前教育信息化研究應(yīng)用的十大關(guān)注技術(shù)領(lǐng)域之一。在教學中，體感交互學習具有多媒體視聽性和人機交互便利性等特點，它能夠高效構(gòu)建學習情境，融合信息感知，提供一種寓教于樂的信息化教學方法，并有助于支撐創(chuàng)新教學模式的實踐探索。

近幾年，國內(nèi)外各科研及教學單位的技術(shù)開發(fā)者都在積極地研究拓展體感交互學習的應(yīng)用，并取得了一定的進展。目前，體感交互學習研究主要集中在兒童體感游戲、孤獨癥兒童康復訓練等方面的技術(shù)可行性和零散案例建設(shè)，其中微軟公司開發(fā)的各種游戲體感軟件已進入家庭。這些產(chǎn)品和研究均表明體感交互學習具有實際使用價值及廣闊的應(yīng)用前景。然而，對其在各教學應(yīng)用場景、各學段、各學科中應(yīng)用的研究，卻尚未進入一定深度和廣度的資源體系建設(shè)階段。下面，筆者對南京市展開的體感交互學習資源的研究與開發(fā)進行分析與總結(jié)，以期能夠充分發(fā)揮體感交互技術(shù)在教育中的應(yīng)用。

體感交互學習資源的研究與開發(fā)

1.研發(fā)背景

2014年，南京市電化教育館制訂了《〈南京市教育信息化兩年行動計劃（2014—2015年）〉行動方案》，方案中的六大行動工程之一“基于網(wǎng)的教育”行動工程明確指出南京市要大力開展新技術(shù)、新媒體的研究與實驗，并圍繞中小學部分學科課程，在全市建設(shè)新技術(shù)教育應(yīng)用體驗中心（基地），逐步形成探索和推廣的機制。

在此背景下，南京市電化教育館開始了新技術(shù)在教育教學中的應(yīng)用研究，體感技術(shù)被納入研究之列。南京市第五幼兒園、南京市光華東街小學、南京市攝山中學、南京華之聚信息科技有限公司開展了體感交互學習資源在幼兒園、小學、中學中的開發(fā)與建設(shè)。筆者作為團隊成員之一參與了體感交互學習資源的研究與開發(fā)。

2.研發(fā)思路

本項目的總體研發(fā)思路是針對不同學段及不同學科，有側(cè)重地進行體感交互學習資源的開發(fā)建設(shè)。首先，從資源體系架構(gòu)層面，綜合考慮應(yīng)用場景、學科、學段等因素。其次，體感交互學習資源建設(shè)緊扣學習指導綱要，發(fā)揮體感交互和測評兩大技術(shù)特色，瞄準實際需求點，明確教學目標，選定適切題材，以游戲互動為形式，強調(diào)學生自主探究、參與度和趣味性。最后，通過“試用—反饋—論證”，提煉體感交互學習的不可替代的應(yīng)用規(guī)律，總結(jié)其教育價值和使用效益，從而為體感交互學習資源建設(shè)路線圖提供必要的案例和理論支撐。

研究表明，在學前教育領(lǐng)域，體感游戲不僅能夠為幼兒提供視聽與動作的多維度綜合刺激，符合兒童學習感知和生理心理特點，潛移默化地培養(yǎng)走、跑、鉆、爬、跳等動作技巧、音律舞蹈訓練、常識認知、觀察表達能力及其他適齡教學目標，而且能夠促進兒童探索環(huán)境、理解世界、游戲與交流、表達自我、解決問題。

在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，體感交互技術(shù)在創(chuàng)設(shè)情境及行為測評方面擁有顯著優(yōu)勢，能夠彌補常規(guī)教學手段的某些局限性。教學者可以圍繞特定的教學目標（如安全自護和感統(tǒng)訓練等），采用“情境引導+自主行為+智能測評融合”的智能交互功能，實現(xiàn)教學流程和效果測評，從而更好地激發(fā)學生的自主學習興趣，養(yǎng)成自我管理意識及良好的認知思維習慣。此外，針對高年級小學生和初中生身心發(fā)育階段特點，教育者可以弱化體感交互學習的低齡游戲化形式，強調(diào)學習輔助及效果測評工具屬性。同時，體感技術(shù)還可用于體育或類似的教學場景，提供學生動作姿態(tài)的定量捕捉和測評數(shù)據(jù)，以信息化手段和數(shù)據(jù)來驅(qū)動教學方法創(chuàng)新。

3.建設(shè)目標

體感交互學習的研究推廣需要豐富和持續(xù)的資源體系支撐。首先，需要針對場景、學科和學段的若干維度，歸納總結(jié)案例經(jīng)驗，建立體感交互學習資源建設(shè)的創(chuàng)新性、可行性、適切度、不可替代性、性價比等標準。其次，通過內(nèi)容開發(fā)、案例建設(shè)、效果評估、標準論證的螺旋上升式的、循序漸進的研究過程，構(gòu)建科學均衡的資源體系架構(gòu)，提供資源建設(shè)路線圖和內(nèi)容開發(fā)指導，并加速實現(xiàn)其規(guī)模推廣態(tài)勢。

根據(jù)體感交互學習自身的特點，研究團隊從架構(gòu)和內(nèi)容兩方面構(gòu)建體感交互學習資源體系，其內(nèi)容為：①確定幼兒園、小學和初中學段體感互動學習適切開發(fā)的題材；②制作系列體感交互學習軟件；③研究體感交互學習應(yīng)用開發(fā)流程和使用環(huán)境參數(shù)；④建設(shè)應(yīng)用案例，形成使用輔導材料和視頻資源；⑤通過案例回顧、效果測評、文獻調(diào)研、專家論證，建立資源建設(shè)路線圖。

4.技術(shù)支撐

體感交互學習需要技術(shù)的支撐及硬件的保障。筆者所在的研究團隊聯(lián)合專業(yè)技術(shù)團隊，采用了國際領(lǐng)先的Kinect體感開發(fā)軟硬件平臺、Unity3d跨平臺游戲引擎、數(shù)字媒體動畫創(chuàng)意制作、OpenCV計算機視覺開源平臺及若干自研圖形、圖像和信號處理算法等手段來開發(fā)體感交互學習軟件、課件和游戲等資源。

當然，僅僅依靠這些技術(shù)手段還是遠遠不夠的，還必須具有界面的藝術(shù)設(shè)計和接受學習內(nèi)容策劃方面的專家指導，才能夠為資源開發(fā)提供全面高效的技術(shù)支撐。

5.階段性成果

項目執(zhí)行兩年來，筆者所在的項目團隊針對體感人機交互技術(shù)手段在若干學習場景下的可行性及適用性進行了研究探索，從體感安全自護模擬訓練、幼兒情境扮演游戲、體能技能訓練游戲、感統(tǒng)交互訓練和體育測評等五個系列構(gòu)建了體感交互學習資源體系，并開發(fā)了配套的軟件和課件資源。經(jīng)過試用和迭代改進，這些軟件和課件滿足了基本的使用要求，并在開展各項研究和展示的活動中獲得了一定的好評。

（1）體感安全自護模擬訓練

針對學生在學校、家庭和社會中可能遇到的各種險情場景，項目團隊通過技術(shù)模擬，構(gòu)建了安全的代入式學習環(huán)境，由學生自主探究，以對應(yīng)動作驅(qū)動虛擬場景的發(fā)展及動作因果的反饋，從而實現(xiàn)體感交互模擬演練。展開生命教育，培養(yǎng)學生的生存技能，強化逃生及安全自護意識。

目前已開發(fā)的資源有：①火場逃生資源：針對虛擬的校園火警突發(fā)情況，由學生動作驅(qū)動的體感模擬逃生訓練軟件，具有練習和游戲模式；②交通安全資源：學生在虛擬三維街道場景內(nèi)學習過馬路常識的體感模擬練習軟件。

上述的資源均已在試點學校取得了較好的應(yīng)用效果。接下來，項目團隊還將繼續(xù)開發(fā)諸如逃生路線演練資源，家庭和商場等公共場所的火場和地震逃生演練游戲、防暴恐襲擊訓練等社會實踐和安全自護系列的資源。

（2）幼兒情境扮演游戲

項目團隊從幼兒發(fā)展五大領(lǐng)域中選取合適的題材，構(gòu)建了虛擬情境，讓幼兒以角色動作進行互動扮演游戲。

目前已開發(fā)的資源有：①虛擬場景角色扮演游戲（小紅帽郊游記、三只小豬、雪地狂歡等）；②實景視頻和虛擬道具融合的交互游戲（超級舞者、職業(yè)換裝扮演、兒童實像與虛擬玩偶互動游戲等）；③實景人物摳圖融合虛擬場景的交互體驗游戲（海底星空、世界大觀等）。

（3）體能技能訓練游戲

該系列資源屬于融合體質(zhì)、體能和技能學習目標的體感游戲。游戲通過屏幕虛擬場景動態(tài)引導學生運動、統(tǒng)計動作數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)隨時隨地可運動的游戲化體育應(yīng)用形態(tài)。

目前已經(jīng)開發(fā)的資源有：龜兔賽跑、踢足球（小學版、幼兒版）、保齡球（體驗、拋擲方向）、貓接蛋（側(cè)向走停折返跑）、體感彈球（側(cè)向折返+上肢運動）、打地鼠（手眼協(xié)調(diào)）、切水果（手眼協(xié)調(diào)）、太空Boom（體質(zhì)+反應(yīng)）等。

（4）感統(tǒng)交互訓練

針對特殊兒童的特點，項目團隊利用體感交互技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)合人與器械、人與計算機的多重交互，輔助腦癱、唐氏綜合癥、孤獨癥等感統(tǒng)及官能康復訓練，提供測評數(shù)據(jù)。

目前已經(jīng)開發(fā)的資源有：沉香救母感統(tǒng)平衡木和8字環(huán)訓練軟件資源（結(jié)合小學語文教材內(nèi)容），并已在開展特殊兒童隨班就讀的南京市光華東街小學進行了常態(tài)化的應(yīng)用。

（5）體育測評系列

體育測評具有依托體感（人體位置、姿態(tài)追蹤和三維空間測距）技術(shù)實現(xiàn)對學生的動作進行捕捉、檢測、指標判定及結(jié)果反饋的定量、定標測評功能。

目前已經(jīng)開發(fā)的資源有：單杠引體向上、跳繩等體質(zhì)鍛煉測評軟件。

反思與展望

兩年來，南京市的體感交互學習資源建設(shè)取得了一些成績。項目基本達成了預期的階段性開發(fā)目標，驗證了體感技術(shù)在游戲活動、安全自護、智障個性化訓練、體育測評等應(yīng)用場景的技術(shù)可行性和場景適用性，也取得了諸多的應(yīng)用需求點的信息和思路，并初步地應(yīng)用了資源開發(fā)成果。

但與此同時，項目團隊也更加具體、深刻地認識到了一些有待改進的領(lǐng)域和挑戰(zhàn)，一是，資源的應(yīng)用領(lǐng)域：以幼教為主，其他學段的應(yīng)用建設(shè)也需要加強，特別是特教領(lǐng)域具有一定的開發(fā)前景；二是，需要充實界面美術(shù)開發(fā)隊伍，加快開發(fā)速度和質(zhì)量；三是，需要更多地融合其他相關(guān)技術(shù)補充體感技術(shù)的局限性；四是，需要更多地摸準體感應(yīng)用場景的不可替代性；等等。

在接下來的研發(fā)周期，項目團隊將進一步明確體感資源研發(fā)項目的定位，開發(fā)目標將更具體、更準確。將進一步思考如何更好地與課程相融合，并創(chuàng)新性地開發(fā)基于國家課程、地方課程和校本課程的輔助教學資源。同時，充分發(fā)揮體感交互技術(shù)不可替代性的特點，在安全教育、體育測評、隨班就讀等方面發(fā)揮積極的作用；充分與其他技術(shù)有機融合，從完整性、課題化、課程化、移動化等方面入手，開發(fā)出集二維碼、APP、微課、可攜帶設(shè)備、可穿戴設(shè)備于一體的綜合性資源。