虛擬仿真技術在高職學前專業(yè)實驗教學中的應用研究

于 聰

（長春師范大學教育學院，吉林 長春 130032）

近年來，隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術的發(fā)展，虛擬仿真技術的出現(xiàn)打破了人們對傳統(tǒng)教育教學理念及教學方法的理解，加速了教學模式和課堂教學的變革。根據(jù)教育部發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》中促進信息技術和專業(yè)課程的融合，虛擬仿真技術已然成為信息技術在教育研究領域的熱點之一。虛擬仿真技術在一些理工及醫(yī)學類等實驗教學中得到應用，但在高職學前教育領域中的研究較少。而虛擬仿真技術能為學習者提供盡量真實的學習情境，從而解決了傳統(tǒng)實驗教學中場地有限、設備匱乏、實驗成本高等問題，將虛擬仿真技術融入高職學前教育的實驗教學過程中是發(fā)展的應然選擇。

一、學前教育專業(yè)虛擬仿真實驗教學的必要性分析

（一）虛擬仿真技術特征分析

虛擬仿真技術應用于教育領域始于1989年，弗吉尼亞大學的William Wrulf教授提出“虛擬實驗室”的概念。虛擬仿真應用于高職學前教育教學領域，具有的特征為：（1）沉浸式學習。傳統(tǒng)的實驗教學無法滿足學生隨時隨地進入幼兒園進行訓練，虛擬仿真技術的應用改變了學生以往缺少真實場景進行實踐操作的弊端，通過對幼兒園3D場景的重建，使學生能夠產(chǎn)生身臨其境的感受。這種沉浸式的學習方式解決了學生實驗教學過程中實驗教學不足的問題。（2）實習空間多維度。虛擬仿真系統(tǒng)及平臺的建設，突破了教育的時間及場域限制，學生可以隨時隨地進入系統(tǒng)中進行實驗。（3）實習成本低。通過前期的虛擬實驗系統(tǒng)的投入，解決了幼兒園見、實習費用，后期的實驗教學費用幾乎為零。

（二）虛擬仿真實驗教學需求分析

高職學前教育專業(yè)致力于培養(yǎng)具有較強實踐能力的幼兒園應用型師資，依托傳統(tǒng)的書本授課、現(xiàn)場觀摩等教學方式，學生很難在短時間內(nèi)掌握實驗教學的所有訓練內(nèi)容。若轉(zhuǎn)向幼兒園實景教學會存在以下問題：

1.受實踐環(huán)境及設備的限制

從方案設計到幼兒實體環(huán)境創(chuàng)設，全程需要耗時約5-7天的時間。這種“幼兒園實景式”教學，存在耗時長、成本高、學生自主性及創(chuàng)造性受限等問題。

2.受實踐環(huán)境及觀察對象特性的限制

學生無法隨時隨地進入幼兒園現(xiàn)場，對幼兒的問題行為進行觀察指導，使幼兒園區(qū)域活動，在教學中存在幼兒問題行為隨機性強、不易采樣的現(xiàn)象，導致這方面的優(yōu)質(zhì)教學資源不足，造成教育教學與幼教行業(yè)需求不一致等問題。

3.虛擬仿真實驗教學效果影響

（1）激發(fā)了學生自主學習的動機

虛擬仿真實驗教學改變了以往單一的教學模式，教師通過“翻轉(zhuǎn)教學”為學生提供豐富的學習內(nèi)容。寓教于樂，激發(fā)學生積極利用課中及課后時間進行虛擬仿真實驗訓練，提升了學生的綜合實踐能力和素質(zhì)。

（2）提高了學生實驗教學的效率

由傳統(tǒng)的實驗教學的5-7天時間縮短至虛擬仿真實驗教學的2-4個小時，同時實驗人數(shù)由原來的幾十人上升至在線的數(shù)百乃至上千人。

（3）突破了時空限制并降低成本

首先，學生無法隨時隨地進入幼兒園進行學習；其次傳統(tǒng)的“幼兒園實景式”實驗教學，需要耗費大量的人力及物力成本。幼兒園虛擬仿真實驗教學可以使學生anytime、anywhere，進行自主學習，大大降低了實驗教學成本。

二、學前教育專業(yè)虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)的構(gòu)建

在虛擬仿真實驗平臺上，設置了學習、操作及評價三個系統(tǒng)，幫助學生在三維仿真模擬環(huán)境中進行幼兒園區(qū)域環(huán)境創(chuàng)設的實驗過程，從而提升了學生的自主創(chuàng)新與創(chuàng)造能力。

（一）學習系統(tǒng)

學生在進行虛擬實驗前，可以先登錄學習系統(tǒng)進行理論知識的學習。本系統(tǒng)為線上微課程，課程內(nèi)容包括理論知識、鞏固練習及拓展提高三部分?！办柟叹毩暋敝饕轻槍χR點的鞏固學習，分為主客觀兩種題型，目的是加深學生的專業(yè)知識，提高解決問題的綜合能力，“拓展提高”則主要是對課程內(nèi)容的補充和延伸，有助于學生進一步深入探究式學習。

（二）操作系統(tǒng)

本系統(tǒng)是一款針對幼兒園區(qū)域環(huán)境創(chuàng)設的系統(tǒng)，采用了交互式的系統(tǒng)設計，使用Unity3D引擎和C#語言進行編譯。用戶通過對幼兒園區(qū)域環(huán)境創(chuàng)設以及活動干預進行三維仿真模擬。具體內(nèi)容如下：

1.原理與功能

通過虛擬仿真實驗，可以全面理解幼兒園區(qū)域環(huán)境創(chuàng)設中如何進行區(qū)域空間布局、區(qū)域環(huán)境劃分及材料投放?？赏ㄟ^玩具柜、書架等材料的拖放進行區(qū)域的劃分，并在“區(qū)域標識”欄里選擇相應的標識進行區(qū)域的命名，使學生掌握幼兒園活動室中常見區(qū)域類型及創(chuàng)設原則。并根據(jù)各年齡段幼兒特點及不同區(qū)域要求進行材料投放，使學生理解材料投放的具體要求。

2.操作流程

（1）使用者可通過登錄虛擬實驗管理平臺的精品虛擬實驗課程進入該系統(tǒng)。

（2）進入系統(tǒng)后，選擇區(qū)域創(chuàng)建入口，選擇班級目標：大、中、小，并選擇教室面積。

（3）進行教室區(qū)域劃分，學生進入所選教室面積的三維場景的頂視圖進行區(qū)域劃分，通過界面右邊的選框，選擇相應的區(qū)域進行標記區(qū)域。并按住鼠標左鍵不放，拖拽到房間中。

（4）編輯區(qū)域，標記完成區(qū)域后，對于區(qū)域大小、位置可以進行相應調(diào)整，并且進行區(qū)域主題的選定，以及根據(jù)相應主題進行區(qū)域內(nèi)容介紹。

（5）進入三維空間中，進行具體區(qū)域編輯，根據(jù)每個區(qū)域的主題，學生進行區(qū)域創(chuàng)建，通過右邊選項框，每次選擇一個對應區(qū)域，位移到選定區(qū)域進行操作。選擇選項框中的物體，拖拽到場景中進行位置擺放、縮放、旋轉(zhuǎn)等，同時可以對物體進行分組操作。

（6）當學生編輯完成選定區(qū)域之后，可進行保存操作，并通過網(wǎng)頁端進行上傳。對于已完成區(qū)域，系統(tǒng)會進行記錄，形成已完成作品。

（7）對于已經(jīng)保存后的教室，系統(tǒng)根據(jù)學生設計的區(qū)域中，固定區(qū)域物品和區(qū)域主題的匹配度進行打分。并且整個房間的信息保存到數(shù)據(jù)庫，生成配置文件，存在已完成作品當中。如果沒有選擇保存，而是選擇直接關閉窗口，會彈出頁面，讓用戶選擇是否保存信息；如果選擇保存，則保存信息，存入數(shù)據(jù)庫，生成未完成作品，當用戶下次登錄，進入可以選擇未完成作品，對于之前未完成的作品繼續(xù)編輯。

（8）學生登錄之后選擇已完成作品，可以進入已完成作品入口查看自己之前創(chuàng)建的教室和區(qū)域作品。

（三）評價系統(tǒng)

虛擬仿真系統(tǒng)內(nèi)建的題庫系統(tǒng)，提供在線自測自評功能。系統(tǒng)內(nèi)設的考評包括學生互評、教師互評、校外在職幼教名師專家對于學生作品的評論。

1.校內(nèi)生生、師生評價

系統(tǒng)提供在線交互式的區(qū)域展示模塊，對學生創(chuàng)建的區(qū)域進行全方位360度訪問，教師及學生登錄后進入?yún)^(qū)域作品，可以看到以時間為排序的區(qū)域作品展示。以及查看學生輸入的關于相應的設計思路和目的，可以全面評價學生區(qū)域設計，并且給出合理評價。

2.校外幼教名師評價

系統(tǒng)設有精品案例留存功能，對于精品設計，我們采用推送的方式給一線幼教專家進行線下實驗評價，并提供線下實驗成果展示平臺，通過全景視頻、照片、文字等多種方式進行線下實驗展示。

三、學前教育專業(yè)虛擬仿真實驗教學的應用策略

（一）轉(zhuǎn)變實驗教學定位，構(gòu)建“虛實結(jié)合”的虛擬仿真實驗教學理念

本實驗教學秉持“虛實結(jié)合，以虛補實，方法與技術相融合，思維與實踐相促進”的教學理念。本著以學生為中心，通過轉(zhuǎn)變教學手段，大力提高實驗教學量，在鞏固學生基本理論知識的基礎上，結(jié)合虛擬實驗教學，通過反復實踐操作，提升學生的自主創(chuàng)新與創(chuàng)造能力，從而培養(yǎng)高素質(zhì)應用型高職學前教育人才為目標。

（二）變革實驗教學方式，建立“線上+線下”的翻轉(zhuǎn)教學模式

本實驗運用線上虛擬實驗教學+線上MOOC學習+線下課堂教學的翻轉(zhuǎn)教學方法。以問題為引導、任務為驅(qū)動、自主探究為活動、自主體驗為過程，從而促進生生、師生的有效互動，最終掌握幼兒園區(qū)域活動環(huán)境創(chuàng)設及介入指導的流程及方法。

（三）融合校—研—園合力，共建虛擬仿真實驗教學平臺

本實驗形成高等學校、科研機構(gòu)、幼教機構(gòu)共建、共享、共管的虛擬仿真實踐教學平臺，形成優(yōu)質(zhì)資源整合、科研成果轉(zhuǎn)化、模塊系統(tǒng)設計、典型案例開發(fā)、校企聯(lián)合攻關等資源建設的方式，構(gòu)建覆蓋學前教育活動全過程、全方位的實驗教學體系，實現(xiàn)高職學前教育優(yōu)質(zhì)資源的多學科專業(yè)、多地區(qū)和學校共享。有效地服務從學生到老師，甚至在職幼師進修培養(yǎng)。

學前教育專業(yè)虛擬仿真實驗教學是以培養(yǎng)高素質(zhì)應用型高職學前教育人才為宗旨，借助虛擬仿真、數(shù)字化實訓等技術，開發(fā)全方位的虛擬仿真實驗教學資源并實現(xiàn)共享。本實驗現(xiàn)已應用到高職學前教育專業(yè)?？萍氨究粕膶嶒灲虒W中，以及各幼兒園新進教師的培訓當中，虛擬仿真實驗教學在促進高職學前教育專業(yè)人才培養(yǎng)、科技成果研發(fā)及推廣轉(zhuǎn)化方面起到了重要作用。