基于VR的学前教育课件《火的形成》设计与实现

孙秋红，李丹丹

(湖北师范大学 计算机与信息工程学院，湖北 黄石 435002)

1 VR课件的应用优势分析

(1)不受时间和空间限制。VR课件在打破课堂时间和教室空间的限制方面有显著的作用。VR课件突破传统PPT课件和网络授课的局限，利用仿真技术、传感技术和计算机图形学人机接口技术等多种技术，学前儿童只需带上VR头戴显示器设备即可进行跨时空的科学学习。

(2)不存在安全隐患。发展学前教育的基础和前提是保证儿童的人身安全。学前儿童对外界的抵抗能力较弱，自我保护意识几乎为零，在现实生活中让学前儿童接触具有一定危害性和危险性的火焰是不可能的，而在VR课件的虚拟世界中，儿童可以近距离接触和感知模拟火焰，安全可靠。

(3)实时交互，及时反馈，信息双向流动。VR课件最显著的两个特点就是沉浸性和交互性，它有别于单向化、工具化、固定化的传统教学课件。VR课件允许学前儿童与虚拟教学场景中的物体进行互动，为学前儿童提供探索新事物的机会。

(4)多感知情景化学习。VR课件兼有视觉感知功能、听觉感知功能和运动感知功能，此外，物理接触将教学主体最大化，促进学前儿童的学习和有效记忆。

2 学前儿童特征分析

《火的形成》是针对学前儿童的VR教学课件，学龄前儿童是指即将进入小学学习的幼儿，年龄范围一般是五岁到六岁。根据皮亚杰的认知发展阶段理论，学前儿童正处于前运算阶段，这一阶段儿童的知识很大程度上取决于可直观感受的事物[1]。他们的逻辑思维仍具有依赖性，学习的动机与持续性源于对外界事物的好奇，以上为学前儿童的需求分析提供依据。

学前儿童的现实需求其实是心理特征的显性映射，“火的形成”主要针对对真实生动的自然火焰有强烈好奇和兴趣，但对火的知识仍处于模糊认知的学前儿童。《火的形成》课件将VR的情景性、具象性、明确性、交互性四大特性融入教学，激发学前儿童的猎奇心理，带领学前儿童了解大自然火的奥秘。

3 教学目标阐明

火的知识属于自然科学范畴的教学内容，是化学、物理和历史等学科知识的结合。《火的形成》VR课件的总目标就是借交互式寓教，来实现学前儿童科学的启蒙学习，让学前儿童对火形成清晰明确的知识结构框架。根据儿童认知发展、动作技能发展和教育发展制定的教学目标，具体内容如下：①明确火的发展历程，了解火的历史文化(包括火的起源及应用)；②通过观察，明确记忆火焰各组成部分及对应颜色；③了解4种获取火焰的方法；④理解火的正面作用，同时认识火的负面危害。通过学前儿童与情景化的教学实例交互，引导深度参与学习，培养独立学习能力，最终形成完整的火的知识体系。

4 教学内容分析

学习内容就是为了完成学习目标，火的知识内容主要包括火的历史文化、作用、颜色、组成层次、人类应用及获取方法6个部分。由于这6个部分的知识过于抽象化、复杂化和碎片化，为方便学前儿童理解和记忆，按照从直观具象到深层表象，从古到今的时间顺序，将教学内容重构为火的颜色及组成、火的由来及获取、火的发展及作用三部分，具体教学内容安排如图1所示。

图1 层级教学内容结构

5 VR课件教学策略的选择与运用

《火的形成》VR课件主要是学习新的科学性的知识，可以根据学前儿童的心理特征和教学内容设计教学场景，并选择触觉反馈交互、实例模仿法和任务驱动法引导学习。

(1)交互方式选择。在了解学前儿童的特征基础上，考虑学前儿童的接受程度，设计触觉反馈的交互方式，以确保受教儿童可实行性。“触觉反馈”是通过带有按钮和震动反馈的操控手柄设备和虚拟世界中的物体互动。其中按钮用来获取学前儿童输入的操作信息，手柄震动主要起传递反馈信息作用。实现触觉反馈交互功能的代码如下：

//按钮识别：

device.Get Touch Down(Steam VR_Controller.Button Mask.Trigger);//按下按钮

//手柄震动：

public void Trigger Haptic Pulse(ushort duration MicroSec = 500,EVR ButtonId buttonId = EVR ButtonId.k_EButton_Steam VR_Touchpad)

{

Var VR = Steam VR.instance;

Var axisId = (uint)buttonId - (uint)EVRButtonId.k_EButton_Axis0;

VR.hmd.Trigger Haptic Pulse(index ,axisId, (char)duration Micro Sec);

}//调用代码

device.Trigger Haptic Pulse(500);//震动力反馈

(2)教学场景设计。《火的形成》虚拟教学场景使用者是年龄在5～6岁的学前儿童，学前儿童对颜色的喜好为探求知识提供了主观能动性和维量信息，根据李文馥[2]对幼儿颜色爱好特点研究可知，亮度高的黄绿色和醒目的橙黄等暖色对幼儿有强烈的吸引作用，设计了虚拟教学场景的色调搭配与布局结构。

(3)教学过程设计。《火的形成》交互式教学流程设计主要分为两个部分：①触觉交互。将理论知识和操作性知识的内容相互融合，采用任务驱动法与触觉交互反馈引导深度参与；②讲解。考虑学前儿童的文字认知能力和理解能力有限，在教学过程使用模拟火实例教具和音频媒体讲解代替文字的使用，具体的教学流程如表2所示。

表1 《火的形成》交互式教学流程

(4)学习评价设计。评价学习的方法主要有：观察记录、谈话法、档案检查、测量检验等几种方法，《火的形成》VR教学侧重交互操作，在课程学习过程中可以采用观察法进行评价，观察学前儿童的操作反馈行为，评价学前儿童的接受信息能力和掌握程度，及时调节教学速度并引导其参与学习。根据火的颜色及组成、火的由来及获取、火的发展及作用三部分教学内容，制定《火的形成》VR课件的教学评价标准，如表2所示。

表2 《火的形成》VR课件的教学评价标准

在作品考察时，评价有助于引导学习和发展启蒙教育，教育者可以根据学前儿童的表现结合评价指标，有针对性地制定学前儿童的培养计划。

6 结语

通过对《火的形成》VR教学课件进行教学设计，明确了情景式、互动式、沉浸式、安全探究式的VR课件学习符合儿童多元智能教育[3]要求。分析学前儿童的心理特征，在此基础上阐明教学目标，根据教学目标确定学习内容及交互设计，设计交互式教学流程及学习评价，借以丰富学前儿童教学资源，培养学习兴趣，实现学前儿童数字化启蒙教育。