“VR+学前教育”的融合发展可行性研究

岳 玮，周玉锋，侯文元

（潍坊工程职业学院，山东 潍坊 261000）

随着信息技术的迅猛发展，现代教育技术给学生提供了丰富多彩的信息资源，这对充分调动学生学习和探究的主动性和积极性都有着重要作用，大力推动了信息化教学改革的发展步伐。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将VR 技术列入信息领域优先支持的三大前沿技术之一，这将为传统行业带来颠覆性的变革。“VR+产业”融合创新发展模式[1]的提出，对传统实体经济转型升级起到积极的作用，为“VR+ 教育”的融合与创新性发展提供了无限可能。

一、教育技术的创新发展

（一）教育技术发展进入了VR 阶段

教育技术作为重要的一环贯穿了教学改革发展的全过程。回顾教育技术发展的历程及其所处的社会历史背景（见表1），我们不难发现，教育的发展和改革，除了每个阶段新的教育理论的促进作用以外，更是教育技术发展到一定阶段的必然要求。因此，目前开发空间潜力巨大的VR 虚拟现实技术，将作为新一代的信息技术，与教育产业进行新一轮的创新与融合发展，为“VR+教育”创造出新技术、新模式和新机遇。

（二）VR 技术与教育产业的融合发展现状

目前，国内外已在广泛研究并开发VR 技术在教育领域的各项应用。比如，美国基础教育已开始全面推行VR 教育计划，多所K-12 院校已经开始搭建虚拟现实实验室，有上万的学生正式用zSpace STEAM 实验室进行学习；日本建立了庞大规模的VR 知识库，并将编程课程纳入到小学课程体系当中，为下一代能够顺利迎接已经到来的VR/AI 时代做好准备；在我国VR+教育的开发目前主要应用于高等教育，如建筑专业学生可通过虚拟现实的交互性来对未完工的办公大楼进行观摩以激发灵感，医学专业学生通过虚拟尸体进行解剖实训等，都是利用 VR 进行人机交互的情景教学，通过体验式的学习方式将枯燥的教育体验形象化、具体化、趣味化，从而激发学生的学习积极性，促进学习成果的有效转化。

表1 教育技术发展历程表

但是信息化教育一般首先启动于应用类学科，而学前教育是一门综合性强、实践性强的学科，目前VR 技术与学前教育的联合开发还处在比较初级的水平。“VR+学前教育”无论是对于学前教育专业本身，还是早教行业市场来说，未来深度融合和开发的潜力空间都很大。随着VR 价值在教育领域的不断发掘，在学前教育这一细分领域，笔者总结出VR 技术所带来的优势更是完美匹配了这一年龄段学生群体的生理和心理发展特点。因此，二者的融合创新发展成为教学信息化技术发展的必然趋势，必将推进教育教学改革与行业的发展，对提高教育技术水平、改善教学环境、丰富教学资源起到重要作用。

二、VR 技术与学前教育融合发展的可行性分析

（一）虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）

VR 技术是一种综合计算机图形技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种技术而发展起来的综合性技术。VR 通过多传感器和可视化设备，将画面、声音等作用于用户的视觉、听觉、触觉，对其真实情况进行虚拟模拟，让大脑皮层认为我们处于一个真实的环境里；同时，在虚拟场景中，使用者还可以即时的进行相关操作和互动，让人仿佛“身临其境”。本世纪以来VR 技术为了提高渲染质量和传输速度，整合了快速发展的XML、JAVA 等先进数字开发技术，应用了强大的3D 计算能力和交互式技术后，VR 进入了快速发展的崭新时代。

（二）VR 技术优势与学前教育需求的完美融合

《中国儿童发展纲要（2011-2020）》中明确指出：“要加快发展3-6 岁儿童学前教育，优化教育资源，拓展数字化学习的空间，全面推进教育现代化和信息化”。因此，将虚拟现实技术运用于学前教育中能发挥出其独特的价值和意义。笔者在了解VR 技术3I 特点[2]（Immersion,Imagination,Interaction）的基础上，总结出其展现了传统媒体不可替代的技术优势。结合学前儿童的生理及心理发展特点，发现这些优势与幼儿因成长规律引发的受教育需求又存在高度的一致性。因此，将VR 融入学前教育进行开发应用，既可以规避传统教育模式受限的弊端，还最大限度顺应了儿童的习得特性，二者融合可谓是珠联璧合。如图1 示：

图1 “VR 学前教育”融合优势

1.沉浸性化被动接受为主动探索

沉浸性（Immersion），是指通过虚拟技术和虚拟数据生成的虚拟环境，对视觉、触觉、听觉等感官高度模拟，让用户获得身临其境的感受。由于VR 技术的沉浸性较强，可以充分实现知识的可视化，激发学习者兴趣，促使其成为主动学习者而非被动观察者，从而更好地正确地重构、记忆和应用知识。传统教育模式受限于教学形式与教学场景，较之则较为单一、枯燥，不能通过灵活多样的教育手段实现最佳的教育效果。

我国学前儿童受教育年龄主要集中在2~7岁，其中幼儿园教育集中在3～6 岁，早教市场年龄范围较之更大。这个年龄段幼儿的注意特征主要是无意注意，即引起其注意的主要为刺激物的物理特征或者是与幼儿爱好及需求相关的刺激物，认知活动主要受兴趣驱使，注意力稳定性较差易分散，且维持时间较短，通常为10~20 分钟不等。因此，新奇的刺激对引起幼儿注意并延长注意时间具有重要作用。可是，传统教学往往因为受限于教学形式与场景导致幼儿对知识的接受能力不强，无法通过直观手段最大程度实现教学目标。

融合后：VR 技术的沉浸性可以在虚拟环境中赋予刺激物强烈的声音、鲜明的颜色、生动的形象等鲜明的特征，[3]甚至可以创造出真实世界中不存在的，但是能够引发幼儿高度兴奋的任何事物。强烈的沉浸性能调动儿童的全部感觉器官，营造出的真实场景不仅可以吸引长时间的关注，还可以充分启发孩子主动地、独立地发现问题、探索问题和解决问题。这种由体验得来的知识并非教师间接的经验传授，而是由幼儿自身感知得来的，实现了杜威主张的“以学生为中心”的启发式学习，以高度的真实感和沉浸性实现真正的自由探索与翱翔。

2.构想性助形象认知破时空限制

构想性（Imagination），指通过特殊的VR 传感设备，多感官刺激用户，逼真地构建甚至超越客观世界，打破时间与空间的限制，将抽象的内容转化为更为直观具体的形象。用户可以自由想象和创建，实现了个性化发展。而在传统教学中，由于教学设备和教学场地的限制，无法打破时空限制创建灵活丰富的情景化教学。

皮亚杰的认知发展理论认为2~7 岁的幼儿的认知发展处在前运算阶段，已经逐步掌握了符号、表象的概念，思维特征以形象思维为主，即理解是在直接观察事物表象的基础上进行的。卡尔·雅思贝尔斯在《什么是教育》中提道：“对于儿童来说，最重要的不是掌握科学，而是以直观的图片和形象来充实他们的精神世界”。建构主义同样认为情境对于知识的建构有着重要作用，提倡以学生为中心的主动建构。而传统学前教育中对于很多跨时空的知识不能得到很好的直观展示与情景体验，大大限制了孩子想象力和创新力的发展，无法实现真正的“做中学，玩中学”。

融合后：VR 技术的构想性可以实现虚拟空间中的自由构建，可以将抽象的事物形象化，跨时空的事物直观化。儿童在虚拟的游戏和学习情境中实现自主控制并自由探索，通过主动对信息进行加工，获取关于客观事物的感性甚至理性认识，完成知识的建构并获取知识。这种在逼真世界中探索体验的过程将大大激发儿童发散思维、创新思维和研究性思维的发展。

3.交互性迁知识习得移社会能力

交互性（Interaction）指人可以利用VR 技术的交互设备在虚拟世界中与任何虚拟物体进行交流，通过动作捕捉识别和反馈实现无障碍实时互动，而传统的人机交互只能通过鼠标、键盘和显示器与计算机进行交互。VR 技术自然逼真的交互性实现了对虚拟环境的驾驭和操纵，实践操作不仅成本低，还安全有效，很好地解决了目前线上教育和远程教育在空间体验以及实操训练方面的受限的问题。

学前儿童生长发育虽然迅速，但身体各器官系统尤其是大脑的机能还没有发育成熟，接收的信息在大脑中停留的时间相对较短，记忆方式多为具体、形象、机械的短时记忆。又受无意注意和形象思维的影响，幼儿的理解力和抽象逻辑思维能力水平不高，通过传统的间接学习模式很难总结经验、获得长时记忆并形成知识迁移。戴尔的“经验之塔”认为学习主要通过直接经验和间接经验两种方式获得。前者需要通过直接参与获得“做的经验”，后者需要通过以观察者的身份见习获取“观察的经验”，然后把具体的直接经验与直观的间接经验结合形成一个抽象符号，从而实现迁移。桑代克的“试误说”认为知识的习得就是刺激与反应的联结，不仅需要间接的刺激，更需要直接的反应和反复的体验总结。因此，趣味性较强的游戏互动教学更适合学前儿童，而传统的教学模式仍以教师主导的间接传授为主，游戏教学体验的时间和空间有很大的局限，互动性也较差。

融合后：VR 技术的交互性不仅能为幼儿设计合理有趣的学习情境，使其获得间接经验，更能够通过互动游戏开展情景化教学，使幼儿以浓烈的兴趣参与其中，获得直接经验。与真实环境相比，VR 打破时空限制的同时又能最大限度保证了幼儿的安全。这种深刻逼真的互动体验可以充分发挥和锻炼幼儿的记忆水平，促使感性认识到理性经验的迁移，通过知行合一获得社会性发展。

三、VR+学前教育融合应用探索

《幼儿园教育指导纲要》中指出,学前教育教学主要涉及健康、语言、社会、科学、艺术五个领域。结合学前儿童的生理及心理发展特点，可以充分利用VR 技术的优势，将教学内容以虚拟教室、虚拟实验室、虚拟实训室[1]等各种灵活多样的数字化形式呈现在逼真的场景中进行真实教学和体验，打破传统的教师室内授课的种种局限，从而带来更好的教学效果和更有价值的教学体验。

（一）融合应用的场景模式

1.虚拟课堂

基于学前儿童形象化、情景化的认知特征，可以通过VR 技术将教学课堂可视化、符号化，并最大程度实现不同场景的自由切换。利用VR 构建的逼真的学习场景来提升教学内容的趣味性和体验性，吸引幼儿持续关注的同时，还能引导其自主性发散思维的发展，真实场景的体验学习会比空洞抽象的描述场景教学带来更好的学习迁移。如在科学领域教学中，可以打破时间与空间的限制让儿童畅游太空、深海与史前时代，教学场景的自由切换将科研资源发挥出最大的共享价值。

2.虚拟实验室

科学的头脑要从娃娃抓起，由于传统实验室受限于场地、设备、成本和安全性等问题，传统教学方式无法给幼儿提供此类高风险、高成本的实验操作教学体验。但是，利用VR 幼儿可以低成本、零风险地进行实验操作学习，并且可以反复尝试，不断探索科学的奥秘，达到提升儿童动眼、动脑、动手能力的目的。例如在社会领域教学中，通过虚拟实验室的尾气实验真实感受大气污染的严重性，让幼儿理解提倡环保绿色出行的社会责任；在科学领域教学中，可以科普物理知识，通过将抽象的齿轮动力结构进行可视化立体呈现，幼儿可以实现自由拼插搭建，拓展其动脑动手和创新探究能力。

3.虚拟实训基地

我国学前教育坚持“保教结合”的原则，即要促进幼儿的身心和谐发展。因此，如何做到既要教育幼儿基本的生活常识与生活技能，还要创设愉悦健康的环境来培养和激发幼儿良好的感情，成为当前学前教育的基本目标。但是，抽象空洞的说教式教学场景很难实现以形象思维为主的幼儿做到学以致用，只有主动交互才能填补被动灌输的缺陷。VR 技术建立的虚拟实训基地可以同时解决上述安全性和有效性这两个问题。如在社会领域教学中，通过设置虚拟情景任务进行模拟训练，培养幼儿的社会规则意识与交往协作能力，例如在虚拟马路上反复进行幼儿过马路或乘车的训练，使其掌握基本的交通安全法规，培养幼儿的生存技能，甚至可以通过构建虚拟高风险社会生活场景，如火灾、地震等，进行现场躲避或逃生等自救训练，低成本模拟实训幼儿自我保护意识与逃生技能。

（二）融合应用教学案例设计

通过VR 技术的自由构建可以实现主题性发散式多领域教学，满足了学前教育5 大教学领域对不同教学场景模式的需求，场景的任意切换将学前教育的教育性、游戏性和挑战性进行了有机的融合。下面将以学前教育主题性教学“身边的植物”为例进行VR+学前教育的教学实施设计，并梳理出其实现模式（图2）。

图2 “VR+身边的植物”主题教学实现模式

第一，在教学设计方面，依据学前五大教学领域，制定出主题教育在每个领域中需要达成甚至可以拓展实现的教学目标，并提出所需场景需求和技术支撑。例如一，在健康教育领域中，虚拟实验室可以让孩子们直观感受植物在阳光下制造氧气的过程，将叶绿素置换氧分子的微观静态行为构建出宏观动态的直观视觉效果，基本目标是让孩子充分理解植物的存在对于人类生存的重要性，进一步实现提倡儿童爱护花草树木的拓展目标。二在社会教育领域中，虚拟教室可以带领孩子们认识身边各种常见的植物，拓展学习身边艳丽但有毒的植物，引导实现幼儿自我防护的目标。三在科学教育领域中，虚拟实训可以在较短时间内科普植物生长周期之类的生物常识，规避了幼儿注意力时间较短的问题，孩子们从亲手翻土埋下自己的种子，到浇水、施肥、驱虫、裁剪、结果、收货等等接地气但又触手不及的原始生存技能，都可以打破空间限制得到充分的尝试与体验，反复练习的同时又最大程度降低了纠错成本，拓展实现了幼儿珍惜劳动果实和勤俭节约的目标。四在艺术领域中，虚拟教室可以跨时空构建出不同地域、不同时期甚至是已经灭绝的稀有植物，幼儿通过模拟亲临现场，零距离接触千奇百态的自然物种，领略各异自然风光和所处历史背景文化的熏陶，进行自由插花和园艺创作，实现发散性创新思维培养的拓展目标。五在语言领域中，虚拟教室可以通过将思维导图立体化以实现各要素自由拖拽组词造句等虚拟闯关游戏场景来训练幼儿进行“身边的植物”主题造句，通过模拟“没有植物的地球将会变成什么样子”训练孩子的想象与演讲能力，通过虚拟实训拓展幼儿面对践踏草坪的路人时如何主动自信上前劝诫和传递正能量的沟通与表达能力。

第二，在平台数据处理方面，将以上“身边的植物”主题教学场景构建所需基础数据进行采集和输入，结合专业的虚拟技术对其进行数据转化处理，转化后通过数据的可视化实现教学体感的沉浸性，通过虚拟数据网络化构建实现教学场景的构想性，通过虚拟空间交互操作实现教学体验的交互性。数据处理后可以通过专业的虚拟传感设备导出，并呈现出“身边的植物”教学所需的虚拟教室、虚拟实训室和虚拟实验室等多种教学场景，用来辅助达成以上五大教学领域中的基本教学目标和拓展目标。

四、总结

通过分析发现，VR 技术与学前教育的融合开发可行性程度较高。结合学前儿童的生理及心理发展特点，可以利用VR 技术打破传统的教师室内授课的种种局限，平扫地域差异造成的教育不均衡[4]，实现优质教学资源的整合与共享，最终促进幼儿的可持续发展。但是，二者在融合开发初期过程中，必然会出现技术上、资源上以及效果上的种种不足。所以，如何建立完善的VR+教育生态系统来协调产业链上各要素，从而推动VR 与学前教育的融合发展，成为教育从业者的又一道功课，唯有坚持推进教育教学改革才能不断探索科技引领教育发展的新篇章。