VR/AR在儿童教育中的应用研究综述

雷晴晴　王梓希

关键词：虚拟现实技术；增强现实技术；儿童教育

中图分类号：TP37 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）20-0141-03

0 引言

近年来，随着科技进步和信息网络的飞速发展，越来越多的传统行业得到升级和进步，儿童教育行业也迎来了新的挑战和机遇。新的科技手段和教学模式的出现，正在深刻地改变着儿童教育行业的面貌。VR和AR技术是信息时代下衍生的重要产物，已经对我们的生活、学习方式产生了重要影响。在教育产业中，其多样的互动性及真实的感官体验让学习者更加深入地了解各种概念和主题，在虚拟交互的学习中充分理解所学内容。目前，VR/AR技术在推动儿童教育信息化发展中发挥了重要作用，教育者将媒介技术贴近儿童实际需要，构建逼真立体的虚拟世界，使儿童能够在开放式的环境中自由学习、探索、互动和创造，从而培养他们的兴趣、好奇心和探索精神[1]。本文拟通过梳理过去二十年间国内外VR/AR技术应用于儿童教育的相关研究文献，了解VR/AR儿童教育研究现状及其发展趋势，总结当下VR/AR技术应用于儿童教育的优势与不足之处，为今后虚拟现实和增强现实在儿童教育中应用的研究提供参考和借鉴。

1 VR/AR 技术

1.1 VR 技术

VR技术（虚拟现实技术）是从计算机技术出发，通过数字信息建构一个具有高度仿真的虚拟环境，能调动人在其中的视、听、触多感官系统[2]。虚拟现实技术一般包括以下几个方面的技术支持。

计算机图形学：用于创建逼真的虚拟环境，包括地形、建筑、物体等的建模和渲染。

交互设备和算法：用于实现用户与虚拟环境的交互，包括手势识别、语音识别、触觉反馈等。

虚拟现实引擎：用于开发虚拟现实应用程序，提供场景搭建、物理引擎、渲染和声音等功能。

1.2 AR 技术

AR技术（增强现实技术）是在虚拟现实基础上发展起来的新技术，通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知。它通过在实际场景上叠加计算机生成的虚拟物体或实际物体的非几何特征来达到对实际场景的增强。与此同时，虚拟现实与现实的连接并没有中断，因此互动的模式也变得更为自然。

2 VR/AR 在儿童教育领域应用特点

2.1 生动直观性

可以通過模拟真实场景，让儿童身临其境，从而更直观、生动地了解所学的知识。

2.2 互动性

可以让儿童在虚拟环境中互动参与，比如通过手势、语音等方式进行交互，激发儿童学习的兴趣和积极性。

2.3 安全性

可以提供一个安全、无风险的学习环境，让儿童在虚拟环境中进行实验、体验，而不必担心受到伤害或造成损失。

2.4 多样性

可以提供丰富多样的学习资源，比如动画、游戏、模拟实验等，满足不同儿童的学习需求和兴趣。

2.5 个性化

可以根据儿童的学习兴趣和能力，提供更深入、个性化的学习体验，帮助儿童更好地掌握知识和技能。

3 VR/AR 在儿童教育中的应用

VR/AR技术的出现为儿童教育领域注入了新力量，在一定程度上满足了儿童成长中探索世界的需求。依据儿童发展心理学界定，儿童为3-15岁的孩子，主要为幼儿与小学生[3]。儿童的认知发展包括思维能力、信息处理和问题解决等方面的成长，认知发展水平会影响他们对学习任务的理解和处理能力。在其认知发展初期可能更注重感官和运动经验，随着认知能力的提升，他们逐渐能够理解抽象概念、逻辑推理和符号表示等学习内容。使用VR/AR技术可以最大限度地模拟出一个内容丰富、易于体验的教育环境和背景。教育者采用VR/AR技术开展教学，呈现知识信息，辅助教学活动，儿童与虚拟环境互动，可以获得身临其境的视觉、听觉和触觉体验，从而激发学习兴趣，增强直观认知，促进思维步步深入地发展，有助于他们主动参与学习、积极探索和构建知识结构。目前， VR/AR在儿童教育领域中已有较多的应用实践。

3.1 VR/AR 儿童教育游戏

寓教于乐，以乐促学是教育游戏的设计理念，教育游戏广泛用于儿童的能力锻炼和知识探索中，具有极高的实际应用价值。VR/AR 儿童教育游戏是以VR/AR技术为支撑，通过模拟学习情境构建虚拟学习环境，基于学习内容设计游戏情节，儿童通过扮演游戏中的角色与游戏人物等进行互动交流，在完成游戏任务的过程中实现体验式学习。舒雯在 HIVEPOT、Steam VR等虚拟现实应用平台搜索发现，虚拟现实儿童教育游戏内容相对较丰富，涵盖了学科教育类、科普知识类、生活技能类等多种类型游戏[4]。Ori Inbar 开发了一款适合4～7岁儿童的AR拼写游戏，这款拼写游戏的教学内容与孩子的身心发展及感知能力相适应，目的是让儿童在任何时候都可以进行拼写训练。田元等人分析了AR技术支持下的教育游戏特征，开发了一款针对学龄前儿童的移动增强现实教育游戏，对提高教育游戏水平提出了新战略[5]。何聚厚等人开发了一款全沉浸式VR英语学习游戏，在实践中发现将VR教育游戏应用于教学活动对儿童的学习动机产生积极影响[6]。

3.2 VR/AR 应用于儿童学科教育

VR/AR技术可以提供更生动的学习材料和工具，以培养儿童在各个学科领域的技能和认知能力，有很多研究者采用VR/AR技术进行儿童学科教育的尝试。Chien将AR内容制作成“ 魔法之书”用于儿童的计数相关知识学习，用情境化的故事教学模式和AR技术充分调动学生的积极性，证明AR技术可在学前教育中发挥良好作用[7]。Hye Sun Lee将韩国游戏的丰富经验融合进数学教学过程中，借助 AR 手段大大增强了小学阶段儿童学习数学知识过程中的趣味性[8]。Edo? ardo等人研究证明移动VR技术与传统教学方法协同使用可以使儿童在音乐课上主动聆听、注意力更集中[9]。梁博使用扎根理论的方法研究VR技术在小学教育中的应用，提出在小学科学、小学语文教学中，可以使用VR技术让儿童跨越时空身临其境地感受课文中的景象，克服科学实验实际条件的限制，远离实验过程中可能产生的危险，使儿童产生浓厚的学习兴趣，从而更好地进行接下来的课堂学习。谢颖基于情境认知理论、沉浸学习理论等，设计开发了基于 AR 的小学英语案例教学资源“Lets eat”。通过实验得出将 AR技术应用于小学英语课堂能够激发学生的英语学习兴趣和提升学生的英语学习效果的研究结论。

3.3 VR/AR 应用于儿童安全教育

兒童的心智尚未成熟，易受伤害，安全意识比较薄弱，普遍缺乏防范与处理事故能力。传统安全教育通常采用口头训诫、图文故事、动画视频等方式，缺乏互动和体验，效率低下。安全演习基于情境，容易取得效果，但组织工作量巨大，不宜作为常规训练手段。采用VR/AR技术能够让儿童安全地体验一些火灾、地震、溺水、交通事故等场景，并且能够在其中找到安全逃生和预防的方法。张雪等人以城市、城郊和农村地区三所小学的 79 名儿童为研究对象，通过准实验研究验证了VR技术在识别和改善儿童危险交通行为方面的有效性[10]。任楠楠构建了沉浸式 VR 在小学安全教育中的课堂应用新模式，选取“地震VR体验”资源进行教学分析与VR 环境创设，实践研究证明VR技术与安全教育相结合，并实施合适的教学模式，能够让教学过程变得更加有趣，提高学习效果。胡越基于交互叙事，研究设计了AR 游戏《不可思议的大冒险》，儿童利用移动设备上的应用程序，通过摄像头识别并扫描具有安全教育知识的游戏卡片，进行交互式学习。解决了传统安全教育存在的方式单调、枯燥、内容吸收差等问题。还有学者将VR技术应用于农村留守儿童防性侵安全教育，解决留守儿童的家庭和学校有关性知识传授的难题。

3.4 VR/AR 应用于儿童特殊教育

VR/AR技术应用于儿童特殊教育主要在孤独症儿童、智力障碍儿童的早期干预等方面，为特殊儿童提供沉浸式、个性化和互动式的学习体验，帮助他们克服认知和行为障碍，提高学习能力和生活技能。VR技术所创设的虚拟环境主要分为单用户环境和多用户环境，其中多用户环境可以为个体提供更多社会交往和角色扮演的机会，更真实地模拟现实生活中的互动情境[11]。Kijima的研究显示特殊儿童可以在模拟的环境中运用并适应一些简单的互动[12]。Wuang 等人采用基于虚拟现实的体感装置 Wii，对唐氏综合征患儿进行了运动功能训练，发现VR-Wii的疗效明显优于传统的作业疗法，并可明显提高患儿的粗肌肉活动量。Strickland对两名孤独症儿童进行过马路的训练，结果表明，儿童能在虚拟环境中辨认出日常生活中常见的物体，并完成过马路的任务。北京师范大学“VR/AR+教育”实验室进行了基于手势识别设备的自然交互系列游戏对孤独症儿童的干预研究，证明VR/ AR技术的使用能够有效提高孤独症儿童精细动作水平和认知水平。

3.5 VR/AR 应用于儿童德育

VR/AR应用于儿童德育主要是通过模拟情境和互动体验，帮助儿童进行道德决策、共情与人际关系、责任感和公民意识以及价值观教育的培养。红色文化是思想政治教育、思想品德教育的珍贵资源，陈佳佳等人认为将VR/AR技术与红色文化的宣传与学习相结合，进行多样化的宣传红色文化，可以加强儿童对红色文化的学习认知， 树立良好的三观。并且他们设计了结合VR、AR与H5的虚拟现实技术平台用于儿童的红色文化学习[13]。李宣霖等人提到要带给学龄前儿童真正的学习地点“无界”，以重庆渣滓洞集中营为例，利用AR技术重现烈士牢房、拷问室，真实再现景区历史遗物独特性，增强儿童对历史学习及红色文化的培养。Shim Jaekwoun以韩国162名小学生为调查对象，研究基于虚拟现实（VR） 的品德教育项目在培养小学生品德方面是否有效，结果表明儿童在道德敏感性上有显著提高[14]。

4 VR/AR 应用于儿童教育领域的优势

4.1 提高学习动机和兴趣

VR和AR技术能够为儿童创造身临其境的学习体验，激发他们的学习兴趣和主动性。通过互动和沉浸式的学习环境，儿童更加投入，并对学习内容产生浓厚的兴趣。

4.2 提升学习效果和记忆力

研究表明，与传统的教学方法相比，VR和AR技术能够提高学习效果和记忆力。由于儿童可以亲身体验和操作学习内容，他们更容易理解和记住所学知识。

4.3 促进多感官学习

VR和AR技术能够刺激儿童的多种感官，如视觉、听觉和触觉等，从而促进多感官学习。这种多感官的学习方式可以帮助儿童更全面地理解和吸收知识。

4.4 提供自主学习和探索机会

VR和AR技术提供了儿童进行自主学习和探索的机会。他们可以根据自己的兴趣和节奏，自由地选择学习内容和进行实践操作，从而培养主动学习的能力。

4.5 支持特殊教育和个性化学习

VR和AR技术可以根据儿童的学习特点和需求提供个性化的学习体验。对于有学习障碍或特殊教育需求的儿童，这些技术能够提供更具适应性和差异化的学习支持。

4.6 培养实践技能和创造力

通过与虚拟世界中的对象和情境互动，儿童可以培养实践技能和创造力。他们可以进行模拟实验、艺术创作、设计构建等活动，从而发展实际应用能力和创造性思维。

5 结束语

随着VR/AR技术的不断成熟和普及，越来越多的学校、教育机构和教育工作者认识到它应用于儿童教育的优势。开始采用VR/AR技术来丰富教学内容和提升学习体验，VR/AR技术在儿童教育领域的应用正呈现出显著的上升趋势。VR/AR技术的快速发展和广泛应用不仅助力了儿童教育的信息化进程，而且为儿童教育开启了数字化时代的新篇章。但任何技术都具有双面性，我们需要积极正视VR/AR技术在儿童教育中的不足之处和面临的挑战。

VR/AR技术的过度使用和错误应用可能会在一定程度上阻碍儿童的深层认知发展，对其认知能力产生不利影响。如果儿童过度沉迷于技术设备和虚拟世界，可能会导致对真实世界的体验和交互的缺乏，限制他们的社交技能和情感发展。此外，一些儿童可能过度依赖技术工具来解决问题，缺乏独立思考和解决问题的能力，还会产生注意力分散和学习效果下降的问题[3]。VR/AR教育产品开发者应考虑的是如何根据儿童的身心发展规律设计适宜儿童使用的产品，将教育价值纳入设计和开发过程确保其产品符合教育标准，并能够实现预期的教育效果。教育者需要思考如何合理地将VR/AR技术融入课堂活动设计，以及活动时间长短等，既实现教育目的，又防止儿童沉迷其中。

技术的可持续性和普及性也是一个挑战。VR/ AR设备的成本较高，限制了其在许多学校和家庭中的普及程度。此外，技术的维护和更新也需要持续投入和专业知识。解决这些问题需要政府、教育机构和行业合作，共同努力降低成本并提供可持续的技术支持。

在教育研究和政策制定方面也存在挑战，虽然VR/AR技术在儿童教育效果中呈现出许多优势，但我们仍需要更多的研究和评估来深入了解其对儿童学习和发展的具体影响。同时，制定相关政策和法规以规范儿童教育中的VR/AR应用，确保内容的合法性、安全性和教育性。VR/AR技术涉及个人数据的收集和处理，特别是在儿童教育中，保护儿童的隐私成为重要问题。政策制定者需要制定隐私保护措施和数据安全规定，以确保VR/AR技术在儿童教育中的合理、安全和有效使用。