体感交互技术在幼儿教育中的应用

　【摘要】本研究以Kinect为例，梳理了体感交互技术的概念，分析了这一技术的发展和应用前景。在此基础上，初步探讨体感交互技术在幼儿教育中的应用问题，反思体感交互技术运用于幼儿教育已反映出来的问题，并对体感交互技术应用于幼儿教育的未来前景作了展望。
　　【关键词】体感交互技术；体感教育；幼儿教育
　　【中图分类号】G612 【文献标识码】A 【文章编号】1004-4604（2016）01/02-0035-04
　　近年来，体感交互技术、云计算、大数据、移动互联网等技术飞速发展，不仅推动了社会经济的巨大变革，也为教育的发展带来了重大机遇和挑战。在“互联网+”和信息技术高速发展的时代，幼儿教育如何接受这一轮技术变革浪潮的洗礼，是一个值得深入研究的课题。其中，体感交互技术在幼儿教育中的应用就是一个值得我们深入研究的问题。
　　一、体感交互技术的概念与发展：以Kinect为例
　　（一）体感交互技术的概念
　　体感交互技术（Motion Sensing Interaction Technology）是指人们能够直接运用手势、肢体动作、语音、眼球转动等方式与计算机及其相关设备进行互动的新型自然交互技术。体感交互技术强调创造性地运用手势、肢体动作、语音等方式与计算机进行交互，无需为实现人机互动而额外学习，从而减轻了人们学习鼠标、键盘等非自然操控方式的负担，使用户关注于任务本身。〔1〕体感交互技术的出现在人机交互（Human-computer Interaction，HCI）技术发展进程中具有里程碑意义。继键盘、鼠标和多点触摸人机交互方式之后，体感交互被称为“第三次人机交互革命”。
　　在体感交互技术发展过程中，Kinect的出现具有十分重要的意义。Kinect是微软公司开发的一款姿态传感输入设备。从词源上看，Kinect一词是Kinectics（动力学）和Connect（连接）的合成。〔2〕Kinect主要由一个彩色摄像头、一对深度传感器、一组麦克风及一个马达构成，作为XBOX360外接的3D体感摄影机和新一代体感设备，它具有即时动态捕捉、影像辨别、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能，能够捕捉使用者的动作、面部表情、语音等，从而让用户摆脱传统输入设备的束缚，实现直接通过自己的身体控制终端的目的。
　　Kinect体感交互技术是人机自然交互技术的重大发展， Kinect实现的“手势、深度和骨骼追踪”是人机自然交互技术最基础、最实用的内容。“手势、深度和骨骼追踪”的组合，对人体基本姿势进行了定义和匹配，从而实现了通过身体的自然交互控制计算机的目的。〔3〕与传统输入设备如键盘、鼠标等不同，Kinect直接通过用户的身体来控制终端，用一种最自然、最自由也是最柔软的方式与装置和环境产生交互，有效减少了硬件设备对用户的束缚，进而降低了用户的认知负荷，提高了用户的参与度，加深了用户的情感体验等。因此，Kinect具有巨大的应用潜力。〔4〕
　　基于Kinect体感交互技术的教育产品是一种情境化的、自然交互的学习工具，可以为学习者提供与现实世界相似的虚拟或仿真情境，让学习者 “身临其境”地获得拟真实的、鲜活的学习体验，真正实现寓教于乐、寓教于动。
　　（二）体感交互技术的发展和应用前景
　　2008年，在美国举行的国际消费电子展（CES）上，比尔·盖茨提出了自然用户界面（Natural User Interface，NUI）的概念，并预言人机交互将在未来几年内有很大的发展，键盘和鼠标将逐步被更自然的触摸式、视觉型以及语音控制等技术所代替。与此同时，“有机用户界面”（Organic User Interface）也悄然兴起，主要包括生物识别传感器、皮肤显示器等，实现大脑与计算机的直接对接。这些技术无疑会对人类生活产生重大影响。从比尔·盖茨提出NUI概念到现在不过短短几年，一系列人机交互新技术，包括第六感设备、增强现实、多点触摸、追影技术、虚拟现实、语音识别、体感操作和脑机接口等相继诞生，从二维空间扩展到三维空间，从接触式逐渐转变为非接触式。当前，体感交互（ Gestural Interaction）从众多自然人机交互技术中脱颖而出，成为最前沿的研究领域之一。〔5〕
　　目前体感交互技术的使用已非常广泛，涉及虚拟应用（如体感试衣）、3D建模、机械控制、虚拟乐器、虚拟娱乐、虚拟实验、游戏操控、康复训练等多个领域。〔6〕Kinect已被广泛用于教育及医疗康复领域。中国台湾地区的Chiang等人运用Kinect体感交互技术训练老年人的手眼协调能力；美国明尼苏达大学儿童发展研究所的研究人员借助Kinect体感交互技术收集和跟踪儿童的语言和行为，协助开展自闭症的相关研究。美国罗彻斯特理工学院的Darren Stanley通过Kinect体感交互技术收集被试在持续性操作测验中肢体和头部的姿势以及动作来测试其注意力水平。体感交互技术在教育上的应用是一个特别值得关注的问题。
　　二、体感教育：体感交互技术在幼儿教育中的应用
　　（一）体感教育的概念
　　体感教育目前还没有统一的定义，本文尝试将其界定为：以体验式学习理论、情境化学习理论和具身认知理论为基础，将体感交互技术以及其他多媒体技术、3D技术和AR增强现实技术等应用于教育的过程。其中，幼儿教育中体感教育通常是指让幼儿通过各种身体动作，如挥手、伸展、奔跑、跳跃等操控三维场景中的人和物，并与三维场景中的人和物进行互动，将学习、体验、探索、运动和游戏融为一体。体感教育有一个特别的优势，它可以通过体感交互技术将幼儿原本无法直接体验的内容，如海底探索、太空旅行、火灾地震防范等，以接近真实的三维场景呈现给幼儿，让幼儿获得拟真实的体验。
　　体感交互技术给人们带来了全新的体验：拟真实的情境、身体的直接参与等。它有助于学习者（包括幼儿）获得更为丰富的认知和情感体验，帮助学习者开展深度浸入式的学习以及角色扮演式学习等，从而弥补学习者无法在真实情境中体验学习的缺憾。体感教育出现不过短短几年，已经引起了广泛关注。2011年美国弗罗里达科技教育峰会上，来自佐治亚州社区学校的教育学家Janice Sinclair分享了他将AR技术应用于幼儿教育的心得。他认为，在幼儿教育中运用3D产品颇受幼儿的欢迎。幼儿非常喜欢和拟真实的虚拟环境中的动物们交流、玩耍，乐此不疲，原本枯燥的学习变得非常有趣。卡内基梅隆大学人机交互研究所最新的一项研究显示， Kinect游戏是比手机游戏或平板电脑游戏更有效的学习方式。幼儿通过Kinect搭建积木比通过移动平台游戏的效果更好。他们在测试中分别给两组幼儿发放了平板电脑或笔记本电脑以及Kinect体感交互技术装置和专用的投影大屏幕，结果发现，使用Kinect体感交互技术装置的幼儿学习效率更高，搭建的作品更稳固，而且幼儿非常喜欢Kinect游戏。由此可以看到，游戏和拟真实情境的结合对提高幼儿的学习能力具有积极的作用。　　（二）体感教育的特点
　　1.沉浸性
　　体感交互技术创造的拟真实情境，打破了幼儿和学习对象之间的隔阂，幼儿被“嵌入”到游戏场景中，“身临其境”地获得真实体验。游戏过程中，幼儿所有的感觉器官和注意力被调动，通过特定的角色扮演，完全投入到学习活动中，从而进入心理学家米哈里·齐克森米哈里（Mihaly Csikszentmihalyi）所说的“心流”状态。
　　2.交互性
　　体感交互技术条件下的人机互动，是使用者（幼儿）与计算机产生的3D虚拟环境的实时互动。此外，还包括虚拟环境中多人游戏时自发出现的同伴互动、师幼互动和亲子互动。
　　3.娱乐性
　　游戏是体感教育的主要途径，因此，体感教育具有较强的娱乐性和游戏性，对幼儿具有极强的吸引力，可以充分激发幼儿的兴趣并保持幼儿的注意力。
　　（三）体感教育的作用
　　首先，体感教育可以拓展幼儿体验和操作的范围。《3～6岁儿童学习与发展指南》指出，幼儿的学习以直接经验为基础，在游戏和日常生活中进行。成人应理解幼儿的学习方式和特点，珍视游戏和生活的独特价值，为幼儿创设丰富的教育环境，最大限度地支持和满足幼儿通过直接感知、实际操作和亲身体验获取经验的需要。然而，现实生活中，特别是在现代化城市生活条件下，幼儿能够直接感知体验的对象十分有限，而海底世界、航空航天、天文现象、水下探险、史前文明、恐龙时代等更不可能直接感知。体感教育可以创造出接近真实的三维场景，让幼儿化身宇航员遨游浩瀚的宇宙，穿上潜水服畅游神奇的海底世界，还可以用肢体动作操控猎豹在非洲大草原上捕猎。这种情景式、沉浸式的学习方式，打破了时间和空间的限制，能充分满足幼儿的好奇心和求知欲，培养他们的想象力、冒险精神和探索精神。
　　其次，体感教育可以成为幼儿开展运动、锻炼身体的有效途径。与电脑游戏、手机游戏相比，体感交互技术与运动高度关联。体感教育活动的设计也多将动作和运动嵌入到整个教育活动中。美国田纳西大学的一项研究表明，体感游戏将成为幼儿锻炼身体的绝佳途径。该大学健康饮食和体育实验室的哈利雷纳（Hollie Raynor）博士表示，体感游戏比缺乏科学指导的户外活动的锻炼强度大，锻炼效果也更佳。2010年10月，美国心脏协会对购买体感游戏设备的玩家进行调查后发现，体感游戏不但可以让玩家在游戏的同时进行运动，还能在无意中改变玩家非游戏时间的运动习惯。参加调查的2284名玩家中，有58%表示，他们现在不仅在游戏中运动，在平时生活中也增加了户外运动，例如慢跑、散步或打网球等；68%的玩家认为，他们每天应该进行更多的体力活动。〔7〕此外，体感教育也将改善由传统网络游戏带来的诸多问题，如网瘾、长期保持不变的坐姿和盯着屏幕看可能对躯体和眼睛带来的伤害等。
　　再次，体感教育可以使幼儿的科学教育“活”起来。体感交互设备可以使幼儿园的科学活动室真正“动”起来。一直以来，科学教育都令幼儿园教师头疼，因为缺乏相应的科学知识、科学教育资源以及专门的培训，幼儿园科学教育活动往往很难有效开展。许多幼儿园的科学活动室装修豪华，却几乎沦为摆设。体感交互设备的引入可以帮助幼儿园教师有效开展科学教育活动，例如，幼儿可以“穿上”潜水服在神奇的海底世界，与海豚、海龟、鲸鱼互动，也可以直观地了解地震、火灾等自然灾害，等等。体感交互设备能够大大提高幼儿园科学活动室的利用率，使幼儿园的科学教育落到实处。
　　最后，体感教育有助于幼儿园安全教育的有效开展。引入体感交互设备，幼儿园的安全教育不再仅仅停留在书面，教师可以让幼儿在虚拟的真实场景中体验特定的安全情境，自然地形成安全意识。如，“消防安全”体感课程就可以帮助幼儿学习如何灭火及逃离火场，“地震逃生”课程则可以帮助幼儿了解地震时正确的应对方法。
　　三、体感交互技术应用于幼儿教育的问题与展望
　　毫无疑问，和任何新生事物一样，体感交互技术应用于幼儿教育面临诸多质疑和挑战。“我们之所以需要人工物，是因为自然物不能满足我们的需要，人工情感的制造也是基于同样的理由。由此我们可以持这样一种态度，即人工情感如果实在对我们有用，能用它来解决我们的困难，产生出真实的人性的效果，其真假问题也就退居其次了。”〔8〕体感教育也同样如此。
　　体感交互技术不仅可以应用于幼儿教育，还可以广泛用于基础教育、特殊教育、职业教育以及康复训练等诸多领域。值得注意的是，体感交互技术仍处于发展初期，存在诸多有待解决的问题，如动作错误识别、过度识别、输入延迟等，这些都严重影响着人机交互的流畅性。〔9〕同时，现有的体感交互技术平台普遍缺乏触觉反馈体验，这是一个比较大的体验黑洞。〔10〕此外，现有的体感交互设备缺乏生理疲劳监测与反馈，〔11〕教师和家长无法有效监控幼儿的运动量。如何增强体感交互设备对幼儿动作敏感性的促进作用，如何让幼儿在利用体感交互设备游戏时实现钻、爬等复杂动作，如何增强体感教育活动的粘性，如何在同一时间增加更多玩家或满足多人操作需求等等，都是需要进一步探索的问题。体感教育活动的设计也面临实际困难和伦理风险，特别是在如何将教育、游戏和运动加以有机整合等方面仍面临诸多困难和挑战。
　　总之，体感交互技术以及体感教育还是刚刚出现的新生事物，它不是要取代幼儿在真实情境中的体验和操作，而是起到拓展、丰富和补充作用。我们相信，随着体感交互技术的进一步发展，体感教育将呈现出更大的活力和更为广阔的发展前景。
　　参考文献：
　　〔1〕〔10〕李青，王青.体感交互技术在教育中的应用现状述评〔J〕.远程教育研究，2015，（1）：48-56.
　　〔2〕余涛.Kinect应用开发实战：用最自然的方式与机器对话〔M〕.北京：机械工业出版社，2012. [本文由WWw. dYlW.nEt提供，第一论文网专业代写教学论文，欢迎光临dYLW.neT]
　　〔3〕张诗潮，钱冬明.体感技术现状和发展研究〔J〕.华东师范大学学报：自然科学版，2014，（2）：40-49.
　　〔4〕赵洋帆，杜娜，等.用户运动信息反馈形式对体感操作用户体验的影响：一项基于Kinect的可用性研究〔J〕.应用心理学，2014，20（4）：367-374.
　　〔5〕〔9〕〔11〕庞小月，等.体感交互人因学研究回顾与展望〔J〕.应用心理学，2014，20（3）：243-251.
　　〔6〕李卉，王蔚.基于Kinect体感交互的儿童注意力测评系统〔J〕.现代教育技术，2014，24（7）：120-126.