孫同濱 王敏 李詩(shī) 王夢(mèng)霞

摘 要：教育，是人類社會(huì)前進(jìn)與發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，隨著我國(guó)教育水平的不斷提高，越來(lái)越多的高科技產(chǎn)品進(jìn)入教育行業(yè)，然而對(duì)于兒童的安全教育來(lái)說(shuō)，兒童缺乏基本的安全救護(hù)逃生意識(shí)，傳統(tǒng)的教育方式又缺乏交互性和生動(dòng)性，因此在兒童教育中引入較為新穎的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開(kāi)拓新的教學(xué)方法與方式，對(duì)于兒童更高效、更主動(dòng)地掌握各類技能至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：兒童教育;虛擬現(xiàn)實(shí);交互性;體驗(yàn)式

一、引言

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使人產(chǎn)生一種身臨其境的真實(shí)感覺(jué)，能夠使人與虛擬環(huán)境之間進(jìn)行多維信息的交互，孩子們完全沉浸在一個(gè)全立體覆蓋所有視野的立體空間內(nèi)，在虛擬的空間內(nèi)體驗(yàn)學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)、判斷、回避危險(xiǎn)，在玩樂(lè)中自己去體會(huì)什么是安全，形成安全意識(shí)，并培養(yǎng)他們處理各種意外災(zāi)害的能力和處理意外災(zāi)難的有效方法。從根本上上提高兒童對(duì)知識(shí)的興趣，推動(dòng)兒童安全教育全面發(fā)展。二、應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代的美國(guó)，最近10年，隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展而在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用，其出現(xiàn)更使得互聯(lián)網(wǎng)的平面世界出現(xiàn)了三維場(chǎng)景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)由于能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)社會(huì)類似的環(huán)境，解決學(xué)習(xí)媒體的情景化及自然交互性的要求，因此較早被歐美一些主要國(guó)家應(yīng)用于教育與教學(xué)領(lǐng)域。

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用還存在差距，但這種差距已引起有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視，并根據(jù)我國(guó)國(guó)情制定了開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究。清華大學(xué)利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng);華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室將其虛擬實(shí)驗(yàn)室成果在網(wǎng)上公開(kāi)展示，供遠(yuǎn)程教育使用。由上可知，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然在國(guó)內(nèi)外的教育教學(xué)中有所應(yīng)用，但在我國(guó)教育中的使用僅局限于高校的研究性和探索性教學(xué)當(dāng)中，而對(duì)廣大普通大、中、小學(xué)生的普及則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

隨著教育體制的改革發(fā)展，兒童教育已經(jīng)較為成熟，在傳統(tǒng)領(lǐng)域中形成了繪本、讀物、游戲、玩具、動(dòng)畫等媒體產(chǎn)品，兒童教育的市場(chǎng)需求會(huì)不斷擴(kuò)大，對(duì)產(chǎn)品的要求也會(huì)逐漸提高，因此必須要豐富產(chǎn)業(yè)鏈，拓展產(chǎn)品形式，充分滿足消費(fèi)者需求，才能夠推動(dòng)產(chǎn)品得到全面的發(fā)展。但是，縱觀現(xiàn)階段市面上的兒童教育產(chǎn)品，教育模式較為單一、落后，對(duì)兒童的吸引力較差，沒(méi)有調(diào)動(dòng)兒童的主觀能動(dòng)性，沒(méi)有取得良好的教學(xué)效果，教學(xué)產(chǎn)品的作用也沒(méi)有得到實(shí)質(zhì)性的發(fā)揮。新時(shí)期倡導(dǎo)的是主動(dòng)學(xué)習(xí)，要讓兒童的主觀能動(dòng)性和學(xué)熱情得到充分的調(diào)動(dòng)，讓兒童教育活動(dòng)得到良好的開(kāi)展，才是最佳的教育方式。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒童安全教育中的優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)代兒童教育中能夠有效提高交互性，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，兒童可以和虛擬角色進(jìn)行互動(dòng)交流，充分的融入到了教學(xué)活動(dòng)中，體驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的樂(lè)趣。進(jìn)而對(duì)某些概念進(jìn)行深化，并建構(gòu)新的構(gòu)思和創(chuàng)意的特性。

VR技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)為人員逃生的研究提供了更準(zhǔn)確、更全面的信息，主要是因?yàn)閂R技術(shù)中的數(shù)據(jù)信息具有可讀性，兒童可在VR場(chǎng)景中體驗(yàn)多維度的視角，身臨其境的認(rèn)知到災(zāi)難帶來(lái)的巨大傷害，并且可以在VR開(kāi)發(fā)的模擬逃生方案中了解逃生方法、掌握逃生技巧、快速直接的找到最佳逃生路線到指定避難場(chǎng)所; 逼真的虛擬救援演練不但使兒童熟練地掌握自救器材的操作技術(shù)和救援技能，而且使其從心理上克服對(duì)災(zāi)難的恐懼心理，減少現(xiàn)實(shí)生活中的傷亡率。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教育領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)

（一）三維實(shí)體建模技術(shù)

三維實(shí)體就是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的物體進(jìn)行仿真，講究真實(shí)度，尤其是應(yīng)用于教育教學(xué)中的虛擬實(shí) 體，一定要保證它的客觀合理性，符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。并且，這些實(shí)體能夠?qū)崿F(xiàn)交互功能，根據(jù)物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等規(guī)律對(duì)使用者對(duì)它們的控制給予正確的響應(yīng)。

（二）實(shí)時(shí)三維圖像生成技術(shù)

目前，三維圖像的生成技術(shù)已比較成熟，而關(guān)鍵是如何滿足實(shí)時(shí)性的要求。為了達(dá)到實(shí)時(shí)的目的，至： 少要保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒，在不降低圖形質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下， 提高刷新頻率。這里，圖形生成的硬件體系結(jié)構(gòu)以及在虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感圖形生成中用于加速的各種有效技術(shù)是關(guān)鍵。

（三）數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)要想得到很大的發(fā)展，需要與Internet結(jié)合，這恐怕已是不爭(zhēng)的事實(shí)。目前，虛擬現(xiàn)實(shí) 技術(shù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)量仍然很大，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)整體速度較慢的情況下，Internet用戶必須等待較長(zhǎng)的時(shí)間，這 往往令人難以忍受。我們應(yīng)該在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中考慮數(shù)據(jù)壓縮問(wèn)題，這個(gè)向題可能現(xiàn)在還未引起人們的 重視，但是隨著應(yīng)用的深入，這是一個(gè)不可回避的問(wèn)題。

（四）跨平臺(tái)、跨應(yīng)用技術(shù)

理想的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能在多個(gè)平臺(tái)，上運(yùn)行，這也是軟件開(kāi)發(fā)必須考慮的問(wèn)題，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教 育軟件系統(tǒng)也不例外，跨平臺(tái)性也是亟待解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)如果要有更強(qiáng)的實(shí)用性，就應(yīng)該具有跨應(yīng)用技術(shù)，也就是說(shuō)建立的模型元件等可以作為 一種構(gòu)件資源有很好的重用性，能夠應(yīng)用于其他的軟件當(dāng)中。比如，某一堂課的教學(xué)中，教師使用幻燈片進(jìn)行授課，需要展示一個(gè)三維虛擬的天平模型，他希望不需要再打開(kāi)一個(gè)專門支持三維模型展示和控制的軟件，而是在幻燈片中直接插人這樣一個(gè)可以控制的天平模型進(jìn)行講解，這時(shí)就涉及到了跨應(yīng)用的技術(shù)， 其中一種解決辦法，就是將模型作為一種ActiveX控件資源，這樣就可以方便地將其插人到幻燈片， 甚至是嵌人到網(wǎng)頁(yè)當(dāng)中。

四、應(yīng)用前景

在教育理論體系中，學(xué)習(xí)理論是處于核心地位的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用也是在一定的學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下進(jìn)行的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身是對(duì)客觀對(duì)象的模擬，所構(gòu)建的學(xué)習(xí)環(huán)境與實(shí)際生活情境相關(guān)。因此，如果把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與兒童教育有機(jī)地結(jié)合，教育與社會(huì)需求之間的差距將得以縮小，這將對(duì)未來(lái)的教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。通過(guò)VR進(jìn)行學(xué)習(xí)和教育，不光可以減少現(xiàn)實(shí)空間中某些訓(xùn)練操作的困難和危險(xiǎn)，更可以使訓(xùn)練造價(jià)得到大幅度降低。因此，我們說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是繼多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后，在兒童教育領(lǐng)域內(nèi)最具有應(yīng)用前景的一項(xiàng)技術(shù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程中，可以有效彌補(bǔ)教學(xué)條件不足的限制，降低教學(xué)成本，能夠打破時(shí)空界限，避免客觀條件的影響，向?qū)W生展示逼真的教學(xué)情景，提供形象的教學(xué)素材。它是傳統(tǒng)教學(xué)的強(qiáng)有力的輔助手段，能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量。相信虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，將對(duì)兒童教育事業(yè)帶來(lái)長(zhǎng)足的利益。

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作者簡(jiǎn)介：

孫同濱（1998-），男，山東協(xié)和學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)2017級(jí)學(xué)生。

王敏（1999-），女，山東協(xié)和學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)2017級(jí)學(xué)生。

李詩(shī)（1998-），女，山東協(xié)和學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)2017級(jí)學(xué)生。

指導(dǎo)教師：王夢(mèng)霞（1978-），女，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)檐浖こ?、?shù)據(jù)挖掘

基金項(xiàng)目：山東省高等學(xué)校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201913324001）