呂袁媛 葛瀛澤

課題項目：該文系大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“VDC虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)”的階段性成果。項目編號：X202110166439

摘要：虛擬環(huán)境交互系統(tǒng)是開發(fā)在幼兒園環(huán)境創(chuàng)設(shè)方面的虛擬仿真項目，通過構(gòu)建軟件系統(tǒng)，可以分為二個模塊，幼兒園全景模塊和區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)模塊，主要應(yīng)用基于3D技術(shù)構(gòu)建仿真幼兒園的情景、角色和材料，由用戶在龐大的環(huán)境創(chuàng)設(shè)模塊庫中，按照規(guī)定的主題或自己設(shè)定的主題，進(jìn)行創(chuàng)意和設(shè)計，具有易操作性，教育性等特點(diǎn)。該系統(tǒng)不僅為幼兒園教師在工作上提供便利，還彌補(bǔ)了學(xué)前教育專業(yè)實踐教學(xué)中不能親臨現(xiàn)場的短板，切實提高用戶的創(chuàng)設(shè)能力。

關(guān)鍵詞：虛擬 環(huán)境創(chuàng)設(shè) 交互系統(tǒng) 內(nèi)容構(gòu)建

現(xiàn)在，我們正處于一個對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在產(chǎn)生重大變化的“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，國務(wù)院在十二屆全國人大三次會議上做的政府工作報告中第一次明確提出"互聯(lián)網(wǎng)+"的國家發(fā)展計劃;2020年中央網(wǎng)信辦等五部門印發(fā)《國家新一代人工智能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》提到鼓勵科技成果和行業(yè)的深度融合，增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)等應(yīng)用場景。近年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高速發(fā)展使消費(fèi)者規(guī)模逐漸擴(kuò)大，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展對“互聯(lián)網(wǎng)+”家庭環(huán)境布置產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的實際影響，“互聯(lián)網(wǎng)+”家庭環(huán)境布置行業(yè)發(fā)展蓬勃，2020年線上家庭環(huán)境布置行業(yè)規(guī)模占據(jù)家庭環(huán)境布置市場規(guī)模的50%。然而就目前調(diào)研來看，虛擬設(shè)計系統(tǒng)與幼兒園環(huán)創(chuàng)設(shè)計領(lǐng)域的融合還是空白。幼兒園環(huán)境創(chuàng)設(shè)包括幼兒園室外環(huán)境創(chuàng)設(shè)、幼兒園室內(nèi)環(huán)境布置、五大領(lǐng)域主題環(huán)境的創(chuàng)意設(shè)計等方面。五大領(lǐng)域主題環(huán)境的創(chuàng)意設(shè)計等方面。目前有幾個關(guān)于家庭環(huán)境布置的軟件，但是關(guān)于幼兒園環(huán)境設(shè)計的軟件卻是一片空白，尤其是能夠讓一線幼兒教師進(jìn)行可視操作的軟件幾乎沒有得到開發(fā)。

學(xué)前教育專業(yè)作為對學(xué)生實際技術(shù)需求很大的學(xué)科，相應(yīng)的環(huán)境創(chuàng)設(shè)遠(yuǎn)程實訓(xùn)也很少涉足，目前的遠(yuǎn)程技術(shù)使用途徑大多是利用QQ、微信等搭建網(wǎng)上教學(xué)共同體，并利用網(wǎng)絡(luò)資源庫、主題性網(wǎng)頁等幫助教師學(xué)科發(fā)揮。[1]

虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)互動系統(tǒng)的建立，其一方面是透過創(chuàng)建三維空間立體的幼兒園虛擬現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境，使用戶群體在與虛擬幼兒園中的教學(xué)環(huán)境、角色、材質(zhì)等的交流與操作過程中獲取教育經(jīng)驗和感受，另一方面是通過建立網(wǎng)上交流平臺，幫助用戶群體在相互借鑒與互動的過程中有針對性的提高教育技術(shù)。因此，虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)的內(nèi)容，既面對教學(xué)經(jīng)驗相對較少的學(xué)校實習(xí)老師、農(nóng)村地區(qū)轉(zhuǎn)崗老師，為其創(chuàng)造具有情景化的教學(xué)經(jīng)驗，又面對具有一定經(jīng)歷而理論知識基礎(chǔ)相對單薄的在職老師，協(xié)助其更有效內(nèi)化教育理念，從而提高了環(huán)境創(chuàng)設(shè)的效率。

一、虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)的主要功能模塊

虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)主要分為兩個功能模塊，即幼兒園全景模塊、區(qū)角創(chuàng)設(shè)模塊。其中，區(qū)角創(chuàng)設(shè)模塊又分為參考方案、模型庫、編輯場景、效果預(yù)覽等模塊，系統(tǒng)能夠按照所提供的設(shè)計素材和功能進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃設(shè)計和物品展示，從而避免了環(huán)境布局時由于事先規(guī)劃不周所形成的錯漏，也符合了現(xiàn)代幼兒教育的發(fā)展需要，有效提升了幼兒園的整體環(huán)境。

二、虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)的設(shè)計理念

（一）場景與環(huán)境創(chuàng)設(shè)：體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實可視化

虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)注意提供可視乎、情景化的場景，讓學(xué)前教師回到虛擬幼兒園現(xiàn)場。[2]虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)在運(yùn)用Unity3D引擎的基礎(chǔ)上，通過revit軟件進(jìn)行幼兒園環(huán)境創(chuàng)設(shè)物品的建模，結(jié)合C++腳本語言來實現(xiàn)區(qū)域設(shè)計、環(huán)境創(chuàng)設(shè)物品的布置、人機(jī)互動等操作。重點(diǎn)是利用借鑒SL的虛擬現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境特性，建立了三維幼兒園教學(xué)環(huán)境、材質(zhì)和角色等更為真實的情景、道具和人物形象，在此基礎(chǔ)上，更強(qiáng)化了用戶、虛擬現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境和專業(yè)對話，并強(qiáng)化了教師在虛擬現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境中對各種材料的有效運(yùn)用，納入了學(xué)前教師所掌握的專業(yè)知識，并進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)評價與過程設(shè)計，讓學(xué)生可以通過和虛擬現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境的交流，建立經(jīng)驗。

（二）虛擬角色對話與內(nèi)容建設(shè)：結(jié)合新形勢下的幼兒教師專業(yè)化特點(diǎn)

近年來，政府與教師主管都頒布了不少重大的指導(dǎo)性文件精神，《3—6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南》《幼兒園教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （試行） 》《幼兒園教職工配備標(biāo)準(zhǔn) （暫行） 》及新的《幼兒園工作規(guī)程》等，而虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)把這些教學(xué)內(nèi)容也融入到了教師的虛擬實習(xí)教學(xué)內(nèi)容中。如用戶需要選擇虛擬情境模塊里的老師、保育員等，則談話的具體內(nèi)容中就會包括最新的《幼兒園工作規(guī)程》所規(guī)定的各個類型員工所應(yīng)履行的工作職能，選擇各年齡段班虛擬兒童，談話具體內(nèi)容會包括《3—6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南》中對各個年齡段孩子的發(fā)展特點(diǎn)和教學(xué)意見。

（三）系統(tǒng)內(nèi)容及使用方法：強(qiáng)調(diào)交互和趣味性

興趣是引發(fā)用戶自主性學(xué)習(xí)的關(guān)鍵原因，虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)除實現(xiàn)了充滿樂趣的幼兒園虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)之外，還為用戶創(chuàng)造了各種游戲式的作業(yè)和考核模式，如用戶在完成幼兒園全景模塊設(shè)計后，系統(tǒng)會以拼圖、連線、配合游戲活動等形式檢查用戶能否了解幼兒園環(huán)境，并掌握在各種區(qū)角設(shè)置的學(xué)習(xí)材料配置與使用，尤其是一些理論性的教學(xué)內(nèi)容，如依據(jù)《3—6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南》中的兒童在各個年齡段要求和教學(xué)理念，將這部分教學(xué)內(nèi)容結(jié)合成生動有趣的虛擬角色與對話，通過游戲化的操作模式，將更便于幼兒教師消化掌握。

（四）系統(tǒng)自動評估為主：契合龐大用戶群體的需求

本系統(tǒng)還設(shè)計了教師評價板塊，基于網(wǎng)絡(luò)用戶面向?qū)ο笠?guī)模很大，在國內(nèi)面向教師的遠(yuǎn)程培訓(xùn)中， 較早的引領(lǐng)式在線教師培訓(xùn)平臺， 4年培訓(xùn)教師近30萬名。[3]北京大學(xué)開設(shè)的基于慕課的“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法”教師培訓(xùn)課程， 單門課程注冊人數(shù)為25452人。[4]教師遠(yuǎn)程師資培養(yǎng)中存在著更加繁瑣的成果評估問題，其評分結(jié)果通常也會影響教師學(xué)習(xí)效果的有效性。為此，對虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)的評估方法將采取以系統(tǒng)自動評估功能為主，用戶互動評估和系統(tǒng)主持教師評估功能為輔的綜合評估方法，3個模塊均涉及系統(tǒng)自主評估功能的設(shè)定，系統(tǒng)將可以自主地對用戶的學(xué)習(xí)成果做出客觀評估，并以此提高評估效率與有效性。

三、虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)各模塊具體內(nèi)容及功能設(shè)計

（一）幼兒園虛擬全景模塊

1.主要虛擬場景

虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)主要為用戶構(gòu)建一個基于現(xiàn)實的3D虛擬幼兒園情境， 這個情境中包括幼兒園的功能區(qū)域、相關(guān)的玩具材料和幼兒園中的主要工作、學(xué)習(xí)的人物等， 用戶進(jìn)入模塊， 可以瀏覽觀看幼兒園的教室、戶外場地、食堂、盥洗室、保健室等主要功能室的3D全景畫面， 有助于用戶更加全方位的了解幼兒園。

2.虛擬人物角色

在全景虛擬各場景中所設(shè)定的與幼兒園相關(guān)三維角色人物，大多為幼兒園員工，而這些角色則按職能不同分布于幼兒園的各個場地中，通過用戶單擊相應(yīng)角色就可以彈出對話框。在對話框中系統(tǒng)會提交信息給用戶，內(nèi)容主要包括有關(guān)幼兒園教學(xué)課程以及與幼兒園有關(guān)崗位管理方面的主要內(nèi)容，用戶可以點(diǎn)擊問題，而虛擬人物角色則將通過彈出對話框的形式，為用戶給出有關(guān)問題的回答信息。

3.游戲化評價設(shè)計

幼兒園全景模塊的內(nèi)容設(shè)定強(qiáng)調(diào)趣味化和游戲化，同時也可以更有效觀察用戶模塊瀏覽完成后的學(xué)習(xí)效果，因此主要采取板塊式拼圖評價方法，由用戶獨(dú)立完成，系統(tǒng)自主進(jìn)行評估。

情景板塊拼圖則是指用戶在對幼兒園的全景模塊參觀完成之后，在評價板上將給出一幅用戶所參觀過的幼兒園的二維或平面版圖。地圖中包含了幼兒園的課堂、戶外區(qū)域、餐廳、盥洗間、午睡房等重要建筑物與結(jié)構(gòu)功能板塊，各板塊中都有圖形但無名字，用戶需要在系統(tǒng)規(guī)定時限內(nèi)將相關(guān)主題板塊名字填寫在相應(yīng)的能力主題板塊中，類似于填圖游戲，而虛擬交互系統(tǒng)也將自動計數(shù)，對用戶的作業(yè)結(jié)果反饋正誤并進(jìn)行評估，以檢查用戶是否對幼兒園的重要構(gòu)造與功用有認(rèn)識。

（二）幼兒園區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)模塊

1.主要虛擬場景

幼兒園區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)模塊，主要為用戶提供了幼兒園中較為常用的區(qū)角場景和相應(yīng)的虛擬活動材料，目的是通過提供虛擬的區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)材料，為用戶提供了區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)的合理借鑒和參考，使用戶通過運(yùn)用虛擬材料，逐步了解并認(rèn)知幼兒園的區(qū)角設(shè)定環(huán)境，并通過運(yùn)用虛擬的幼兒園區(qū)角設(shè)定材料開展環(huán)境創(chuàng)設(shè)，從而訓(xùn)練其認(rèn)識并運(yùn)用適宜材料進(jìn)行區(qū)角設(shè)定活動，以及在此基礎(chǔ)上合理創(chuàng)建與布局幼兒園區(qū)角環(huán)境的基本能力。

2.區(qū)角虛擬材料設(shè)計

幼兒園的虛擬區(qū)角環(huán)境設(shè)計分為建構(gòu)區(qū)、兒童閱讀區(qū)、人物區(qū)、科學(xué)區(qū)域等模塊。通過虛構(gòu)區(qū)角環(huán)境設(shè)置物料的供給，將有助于用戶理解并熟悉在幼兒園不同區(qū)域角活動中需投放的主要物料種類和特性。如建構(gòu)區(qū)重點(diǎn)供給較為經(jīng)典的兒童建構(gòu)游戲材料，如積木、積塑等，尤其是兒童結(jié)構(gòu)游戲中使用最為普遍的積木材質(zhì)，區(qū)重點(diǎn)供給三維立體的單元積木，材質(zhì)形式涵蓋了各種規(guī)則和不規(guī)則造型的積木，如半單位積木、全單位積木、Y字形的彎道積木等。而人物區(qū)重點(diǎn)以在幼兒園人物區(qū)角中較為普遍的"娃娃家"搭建虛擬現(xiàn)實場地，并供應(yīng)支撐兒童角色扮演的玩具、服飾和家私等虛擬材料。

3.操作與評價設(shè)計

用戶可以選擇特殊的虛擬區(qū)角設(shè)置活動情景模塊，在模塊中有物料清單，用戶可從清單中選取所有區(qū)角所包含的各種區(qū)角設(shè)定物料，并以圖標(biāo)的形象展現(xiàn)，當(dāng)用戶選擇圖標(biāo)后，虛擬的三維區(qū)角設(shè)定物料就將展現(xiàn)在教學(xué)活動場景中，用戶可以從多視點(diǎn)觀看以全面了解區(qū)角設(shè)定物料。物料在區(qū)角設(shè)置場景中也可以進(jìn)行拖動放置，系統(tǒng)支持用戶自己創(chuàng)建的區(qū)角環(huán)境。比如，當(dāng)用戶選擇了科學(xué)區(qū)域，在加入之后就會出現(xiàn)材質(zhì)列表頁面，材質(zhì)列表頁面中即有科學(xué)區(qū)域的材質(zhì)，也有角色區(qū)域、美工區(qū)等區(qū)域角的材質(zhì)，用戶按照需要選取最適合于科技區(qū)域角的材質(zhì)并進(jìn)行放置，當(dāng)全部材質(zhì)放置完畢之后，系統(tǒng)生成了用戶自己創(chuàng)建的區(qū)角環(huán)境虛擬場景，用戶可以選擇確認(rèn)并進(jìn)行。

當(dāng)用戶進(jìn)行作業(yè)之后，虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)將存儲了用戶的虛擬區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)作品，并同步給出相關(guān)區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)的模版，供用戶借鑒與對比。虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)將針對設(shè)置在科學(xué)區(qū)角自然環(huán)境的建筑材料運(yùn)用是否恰當(dāng)給出反饋，并在此基礎(chǔ)上對用戶的科學(xué)區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)材料運(yùn)用情況進(jìn)行評估。如用戶建構(gòu)區(qū)的單元積木放在了科學(xué)區(qū)，證明其對區(qū)角環(huán)境創(chuàng)設(shè)缺乏基本認(rèn)識，操作系統(tǒng)將指出有誤，并扣減一定的分值。

四、結(jié)語

幼兒園環(huán)境創(chuàng)設(shè)基本由一線幼兒教師負(fù)責(zé)，一方面幼兒園班級環(huán)境要遵照園本活動及主題，進(jìn)行定期更換;另一方面，班級環(huán)境創(chuàng)設(shè)材料多以紙、布等軟裝飾材料為主，在日常生活中及容易遭到損壞，需要不斷更新。幼兒教師平時教學(xué)工作繁重，環(huán)境創(chuàng)設(shè)的制作、更新無疑給幼兒教師增加工作負(fù)擔(dān)。虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)系統(tǒng)的出現(xiàn)意味著教師可以通過數(shù)字化的系統(tǒng)以最直觀的方式自主搭建出一套個性化環(huán)境創(chuàng)設(shè)計方案。擴(kuò)展了設(shè)計思維，提高了環(huán)境創(chuàng)設(shè)制作效率。

目前，學(xué)前教育專業(yè)學(xué)生不斷增加，部分實踐類課程，如幼兒園環(huán)境創(chuàng)設(shè)課程，無法親臨現(xiàn)場，進(jìn)行實地操作。虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)將信息技術(shù)與環(huán)境創(chuàng)設(shè)進(jìn)行深度融合，并融入各種材料的相關(guān)知識、性能，實現(xiàn)教學(xué)資源的整合，切實提高了學(xué)生對幼兒園環(huán)境創(chuàng)設(shè)的能力。通過虛擬場景的再現(xiàn)，讓用戶能夠身臨其境，提高環(huán)境創(chuàng)設(shè)的設(shè)計水平與能力。所以，基于虛擬環(huán)境創(chuàng)設(shè)交互系統(tǒng)，在具體的實際運(yùn)用中，應(yīng)將傳統(tǒng)的教師實習(xí)與培訓(xùn)過程優(yōu)化整合，成為一個教育創(chuàng)新的重要手段，以提高教師實習(xí)的有效性。

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