具身认知视域下虚拟仿真实验的设计研究

摘要：在现代化信息技术的爆发式增长环境当中，互联网+教育成为了新兴的教育模式，而在这一过程当中，虚拟仿真实验的形成对于教育发展来讲具有重要促进作用，为了能够更好的应用到虚拟仿真实验开展教学，应用到能够激发学习者积极性的具身认知理论，以人为本创造出更加适应现代教学需求的仿真实验，进而促进教育改革。

关键词：具身认知;模拟仿真实验;探究学习

引言：我国针对于教育的现代化发展进程提出了关于教育信息化的十年规划，在其中明确指出了关于虚拟仿真实验的应用，在创新技术应用的基础上，促使虚拟仿真实验已经取得了显著效果，而为了能够实现更加多元化的实验应用，结合具身认知理念，强调建立在人的动能的基础上，增强学生的动力与意图，保障学习效果，能够实现现代化教育目标的达成。

1具身认知以及虚拟仿真实验的界定

1.1具身认知

具身认知理念源于英文当中的embodied cognition，同样也是关于涉身认知的表达，关于具身认知通常分为广义上的含义与狭义上的含义，但二者的核心都是基于不同生命体的身体活动以及其他影响到认知的行为方式下所产生的心智思维。在该理念当中着重强调关于本体、认知与环境三者的动态构造，但是区分与狭义与广义，仍旧存在着一定的差异性[1]。其中狭义理念下的具身认知主要是基于认定人的心智主要是由于各种动作行为的影响而形成的，因此在认知心智的发展当中，身体的参与程度较高，并强调身体行为对于认知的重要作用。简单来讲，在狭义理念当中，将具身认知认定为基于生理主义产生的观念思维。而广义上的具身认知则主要是阐述了本体与情境的交融作用，强调人身在社会环境当中的行为对于认知产生的影响，广义理念认为在认知发展的过程当中必不可少环境的存在。换句话说就是将具身认知定义为人体在社会特定情境当中产生的行为，并基于行为从而形成的认知，强调的是关于三者的结合，而不仅仅是单一的身体参与，同样需要人身适应在社会环境当中的存在。

1.2虚拟仿真实验

而虚拟仿真则是利用现代化的先进计算机信息技术构建的虚拟现实技术，应用到更为精妙的技术衍生出集中视听触觉一体的逼真虚拟环境，而其本质却是虚拟数字技术的建设。需要应用到更为先进的设备构建，例如常见的VR眼镜、数据手套、手柄等，促使体验者能够在虚拟环境当中熟练应用设备，形成基于自主意识下的虚拟空间，获得与真实生活相差无几的体验感受。

在此基础上衍生出的虚拟仿真实验主要是在现代化教育事业不断发展的过程当中借助于更为先进的网络通讯、多媒体以及虚拟现实技术构建的人机交互的开放式网络教学手段，能够实现虚拟化以及数字化的教学体验。通过对于文本技术以及视频动画等信息进行综合处理后，结合新媒体的技术模型构建可视化的三维虚拟场景，借助于虚拟场景，应用到计算机网络与人工智能等新兴技术，实现学习用户的实时交互体验场景。借助于多模态的表象特征为学生构建教学实验现场，进而促使学生在生动真实的虚拟情境当中实现高效学习，是教育发展的全新形式，促使学生能够在类似真实的情境当中体验问题的解决过程。

2具身认知视域下的虚拟仿真实验结构模型设计

2.1实验设计意义

2.1.1必要性

基于我国现阶段的高校教育现状进行研究分析发现，大多数的学校存在着实验教学匮乏的问题，难以为学生构建较好的教学环境，究其根源主要是在高校当中缺失充足的实验场地、设备，或是学校的资金投入相对较少，影响到教学资源的分配等等[2]。进而导致在教学当中的实验主要是以基础演示或是验证教学为主，过于依赖教师的讲授，影响到学生的综合性发展思维。基于此，重新审视高校当中的实验教学课程，应用到具身视域下的虚拟仿真实验，在强调学生身体与认知相结合的环境当中现实学生在学习过程当中的切身参与感与情感认知，解放学生的身体，能够极大程度的提升学生的学习动能的基础上实现了教育的高质量与新潮发展。

2.1.2可行性

在高校当中构建的具身视域下的虚拟仿真实验主要考虑的可行性需要结合于高校自身的经济条件。但是基于实际来讲，虚拟仿真实验的构建所需的经济成本相对较低，因此，硬件设备条件只需要构建在电脑连接网络的HTC硬件设备的基础上。并且涉及到的开发工具等诸如3Dmax、SQL等软件都能够通过网络当中的官方网站进行下载，应用到C#语言编程以及SteamVR和VRTK等工具能够实现在Unity编辑器当中对整体实验设计的编写。在自然的交互设置当中实现虚拟仿真实验的顺利完成，基于我国现阶段大多数得到高校当中存在着VR+教育的虚拟实验教学，已经初步形成了技术雏形基础，具身视域下的虚拟仿真实验环境的构建更加便捷。

2.2实验教学模型

2.2.1原则

由于该虚拟仿真实验教学模型的构建主要是结合具身认知的理念，基于学生身体视角的开发背景，其目的是为了能够保障学生在充分解放的基础上实现真实的思维认知回归。因此，在设计过程当中需要能够符合学生的主体性原则，坚持以人为本，保障在促进学生适当身体自由的环境当中通过多感官刺激学生的学习动能，进而实现虚拟空间与学习空间的实时交互，能够保障学生更具意义的学习。同时也需要建立更加多元化的情境条件，保障学生在多渠道整合的情况下实现对学生感官的多样化刺激，包括听觉、视觉等多种不同的感官系统，提升学生的沉浸感，促使学生在学习过程当中能够以更高的兴趣加深对于知识的理解与整合。

2.2.2构建

基于具身认知理论的关键要点，在其中需要进一步强调切身感受的相关要点，在其中深刻构造关于学生、学习资源以及教师之间的动态交互体现，同样也是在虚拟仿真实验当中的关键所在[3]。在明确基础要素构建的情况下，构建的具身认知视域下的虚拟仿真实验模型需要分为教师层、信息管理层以及学习层三大模块。将三者融合的模块中间部分精细化处理，保障在提升学生切身体验的基础上促使学生通过身体的感受形成具体的体验，反馈到身体当中进行反思，经过不断的实验思考后，形成抽象化的概念，促使这一概念的形成能夠促使学生更加积极的再次投入到实验当中。进而在这一过程当中能够实现对于相关知识的主动构建，在同化过程当中形成学习资源的可视化操作，进而在自然交互界面当中能够促进学生逐渐内化知识。

2.3功能结构模型

在充分保障明确目标、分明的结构层次以及各个模块之间的有效关联的基础上，应用到利用Unity引擎、C#编程、VRTK等技术，充分保障自然交互，实现触觉功能的良好体验。促使学生在高仿真的实验过程当中能够自主掌握虚拟学习空间，并能够借助与VR技术等，实现关于复杂知识内容可视化的应用效果。将虚拟仿真实验模型当中的教师层、学习层与信息管理层等实现更加综合的细化，相应的增加学生信息管理、教师指导、交互辅助以及实验学习等不同的功能模块，实现下一层级的丰富学习功能。

结束语：基于现代化越来越发达的信息技术应用，对于教育事业的发展来讲，能够产生更加明显的影响，为了保障为现代化的社会发展贡献更加优质的人才，需要结合到具身认知视域下的虚拟仿真实验模型的设计，为学生创造集中身体感官多角度的学习环境，进而才能够实现学生高效学习发展，为教育事业增加新兴力量。

参考文献：

[1]张春慧，宗哲英，洪宝棣.基于MATLAB GUI的机械工程控制基础课程虚拟仿真实验平台设计[J].科学咨询（科技·管理），2021（10）：68-69.

[2]盛艳微.具身认知视角下虚拟仿真实验的设计与开发[D].江西科技师范大学，2021.

[3]李展.具身认知视域下虚拟仿真实验的设计与开发[D].山东师范大学，2019.

作者简介：倪天予，1981.6，男，汉族，辽宁沈阳，工程师，硕士研究生，沈阳工业大学，研究方向：虚拟仿真、计算机软件。