陌生情境虚拟仿真实验系统的探索与实践

邹笑

摘要：虚拟现实作为一种高新技术，在开放教育中起着重要作用。针对学前儿童发展心理学课程的教学现状开发陌生情境虚拟仿真实验系统，设计教学思路，制定教学目标和教学过程并应用于教学实践。最后得到有效的教学反馈，主要包括激发学生学习热情;帮助理解抽象问题;丰富网络学习资源;提升学生实训技能。

关键词：虚拟现实技术;陌生情境实验;学前儿童发展心理学;开放教育;教学实践

中图分类号：TP393        文獻标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）07-0246-03

随着我国科技与经济的不断发展，虚拟现实受到广泛关注。国务院于2006年颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，将虚拟现实技术列为信息领域优先发展的前沿技术之一[1]。2016年，中国电子技术标准化研究院组织编写了《虚拟现实产业发展白皮书》，指出中国VR产业具有巨大潜力，并针对未来发展给出了相应的政策建议。如今，虚拟现实技术蓬勃发展，在社会生活的各大领域中占据着重要地位。

1 虚拟现实技术概述

1.1虚拟现实的内涵与特点

虚拟现实技术（Virtual Reality）是能够生成一个模拟真实世界的虚拟环境的计算机领域前沿技术[2]。利用计算机仿真技术与多种多媒体技术构建一个逼真的虚拟场景，用户在计算机软件及各种传感器的支持下，能通过人的视觉、听觉、触觉等各种感官形成人与机器的交互，在这个具有沉浸感的环境中进行各种交互式体验。其中，虚拟仿真技术中的传感器包括数据手套、三维空间交互球、头盔显示器、操作手柄等传感设备。虚拟现实技术为人与计算机提供了新的互动运作模式，其特点主要体现在：

1）沉浸性（Immersion）。沉浸性又称临场性，指用户感受到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，被认为是VR系统的性能尺度。虚拟现实技术根据人类视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，用户在戴上数据手套、头盔显示器、操作手柄等传感设备后，便可将自己置身于虚拟环境中，产生身临其境的感觉[3]。

2）交互性（Interactivity）。虚拟现实中，用户使用传感设备对虚拟环境中的对象进行触摸或操作，计算机便会及时更新三维视图，并将新的视觉等效果呈现给用户，具有极强的交互性。

3）构想性（Imagination）。设计者根据一定的目标，通过想象而进行虚拟环境的创设。用户则可以进入虚拟空间，凭借自己的感知觉与认知对系统运行的状态和过程进行逻辑思维和联想创造，以此来获取新的知识。

1.2虚拟现实技术在教育中的优势

2012年教育部通过了《教育信息化十年发展规划（2010-2020）》，将虚拟仿真实验教学作为高等教育信息化建设的重要内容。随着虚拟现实技术越来越广泛地被应用于教育中，其优势也日益显现：

1）虚拟仿真技术可以为学生展现出比传统教学手段更真实的场景。传统的课堂多以教师讲授学生被动接受知识的方式展开教学;而在虚拟的情境中，学生的临场感大大增强，能够在逼真的场景中加深对知识的理解，逐渐由被动的接受者成为主动的学习者。

2）虚拟仿真技术可以帮助教师更有效地建立正面积极的课堂教学情境。在教室教学设计过程中，教师可以通过虚拟现实技术用类似“微课”的素材集中解决一个问题;也可以用“翻转课堂”的素材让学生在课堂上进行深度学习和讨论，增加师生互动[4]。

3）虚拟仿真技术能够避免真实实验可能带来的危险[5]。生物、医学、化学、机械等实验存在着一定的危险性，让学生在虚拟情境中进行操作，能够避免意外事故的发生，减少潜在的实验风险。

4）虚拟仿真技术可以改善实训教学环境。在实践教学中，实训实验室的投入建设是许多教师面临的困难，利用虚拟现实技术能够解决实训设备的不足问题，从而有效改善实训教学环境，也大大节约了实训成本。

2 开放教育中儿童发展心理学的教学现状

2.1学情分析

学前儿童发展心理学是国家开放大学学前教育专业专科的一门必修课。该课程主要论述了学前儿童心理发展理论，以及不同年龄阶段的心理特点和儿童心理发展的趋势，并阐述了国内外儿童心理学学科研究的现状和展望等。旨在为学生形成正确的儿童观、教育观奠定坚实的理论基础，使学生理解儿童心理学的基本概念，掌握学前儿童心理发展的特点和规律，并通过课程实践，形成初步的了解和研究儿童心理的能力。本课程通常是学生又爱又怕的学科，修习本课程的学生中，年龄多数集中在20-30岁左右，部分从事幼教工作，对儿童心理学有着一定的学习兴趣;但从业年限短，所具备的儿童心理学理论知识不够扎实，且较难灵活运用理论知识解决工作实践中的具体问题;文化基础知识较为薄弱，面对大量复杂难懂的心理学理论望而生畏。因此在教学过程中需要密切结合教学案例，开展情境化教学，帮助学生加深对抽象理论的理解。

2.2学习资源分析

目前本专业课程文字教材、录像教材、IP课件、网上资源、其他辅助教学资料等课程资源比较齐全。但存在的突出问题有：第一，资源的时效性差。专业必修课学习资源的时效性较弱，学前儿童发展的新思想、新观点没能及时地在课程资源中体现;第二，随着“互联网+大学”理念的不断深化，本课程的资源已不能满足学生网上教学的需要。如微课、网络课程等课程资源较少，不能满足微学习、网上有效互动、网上教、学、评、测一体化的需要等。第三，概念具体化及理论形象化的学习资源较为匮乏。学前儿童发展心理学是一门理论居多且概念抽象的课程，部分所学内容远离学生的生活和已有经验，而他们又无法亲身经历或观察到一些心理学实验，导致对某些知识难点的掌握存在困难。

因此，在开放教育学前儿童发展心理学的实践教学中，运用虚拟现实技术创建虚拟仿真平台，构建一个完善、开放的教学资源体系，能够缓解学习难度，提高学生的学习主动性，帮助他们在工作岗位中能有效地根据科学规律对婴幼儿进行保育和教育。

3 陌生情境虚拟仿真实验系统的教学应用

陌生情境虚拟仿真实验的运行依托于浙江电大远程开放实验平台的支撑，二者通过数据接口无缝对接及平台提供的面向用户的智能指导、自动批改服务功能，尽可能帮助用户实现自主的实验，加强实验项目的开放服务能力，提升开放服务效果。本实验系统采用虚拟仿真的形式再现了由美国心理学家Mary Ainsworth等人设计的陌生情境的完整流程，使学生可以反复观察并体验婴儿在陌生的环境中并与母亲分离后的行为和情绪表现。

3.1教学思路

该实验向婴儿提供了三种潜在的难以适应的情境，分别为陌生情境、与亲人分离情境和与陌生人相处情境，通过测验来研究婴儿在这几种不同的情境下所表现出的探索行为、分离焦虑反应和依恋行为等。在儿童心理学中，依恋指的是婴儿与成人（父母或其他主要照料者）所形成的持久的情感联结。由于这种情感联结，婴儿在不高兴时会趋近主要照料者，在陌生人引起焦虑时，婴儿喜欢得到这个成人的照料;而如果强迫同这个人分离，婴儿会引起不满。陌生情境虚拟仿真实验系统运用观察与沉浸式体验的教学手法，从学生的需求和认知发展出发，构建了学习模式和考核模式两大模块，从而全面了解安全型依恋、矛盾型依恋和回避型依恋三种依恋类型儿童的行为特点和情绪反应。

3.2教学目标

1）知识目标：了解陌生情境实验的内容与步骤，掌握不同依恋类型的婴儿在陌生情境下所展现的不同反应。

2）技能目标：熟悉陌生情境虚拟仿真实验的操作步骤，提升实践操作的能力和运用理论知识分析问题的能力。

3）情感目标：树立科学的学前儿童教育观，形成良好的儿童心理健康促进意识。

3.3教学实施

陌生情境虚拟仿真实验将教学过程分为三个环节：

1）介绍实验，明确任务

通过文字材料，使学生熟悉陌生情境实验的背景，明确实验目的，从而对亲子依恋有一定的了解。本实验依托虚拟仿真软件系统，模拟在一个房间中婴儿所面对的陌生情境。陌生情境实验分为七个片段，如表1所示，以此观察不同情境中婴儿的表现，从而分析其与母亲的依恋关系。

2）观察学习，记录行为

依次选择安全型依恋、回避型依恋、矛盾型依恋的实验动画进行观察和学习，并分别记录不同依恋类型的婴儿在七个陌生情境片段中的不同行为反应（如对玩具的摆弄、情绪反应、与陌生人的交往倾向等），以此来了解儿童和母亲之间依恋的强度。

3）沉浸体验，深入探究

此环节中，学生的身份从“局外人”转变为“境中人”，即以心理实验者——“陌生人”的角色进入实验情境中，进行沉浸式学习体验。当以实验者的身份置身于陌生情境中，学生可以通过人机交互与婴儿进行互动，例如陪同婴儿玩玩具、当婴儿哭泣时安抚情绪等，从而深入探究不同婴儿所反映出不同依恋类型的特点。

4）判断类型，操作答题

此环节是进入考核模式，旨在针对上述实验学习进行阶段性的检测，以检验学习效果。学生根据观看到的婴儿行为表现来判断其依恋类型，并具体评价分析其表现行为。

3.4教学反馈

3.4.1鼓励自主探究，激发学生学习热情

将虚拟仿真技术引入学前儿童发展心理学的课堂，能够充分调动学生的学习兴趣。以任务驱动法为主线，围绕陌生情境实验任务展开学习，改变学生原有的被动学习状态，使学生积极地投入到学习活动中来，主动建构探究、实践、思考、运用、解决和高智慧一体的学习体系。

3.4.2降低学科难度，帮助理解抽象理论

陌生情境虚拟仿真实验的设计主要是为了帮助学生理解婴儿三种依恋的类型，包括“安全型”“矛盾型”和“回避型”三大模块，通过自由选择可以查看三种依恋类型的理论知识。在实验实施过程中有七个复杂的情境片段，而这些不同的情境中每一类型的婴儿所表现出不同的情绪反应，则可以通过虚拟现实系统向学生生动地展示陌生情境实验的完整流程，使依恋这个抽象的概念直观化和形象化，以便于学生在学习过程中更好地理解亲子依恋的类型及其对婴幼儿成长的重要性，有效地掌握知识重点，解决知识难点。

3.4.3优化学习环境，丰富网络学习资源

学习环境指的是学习者学习发生的“时间”和“空间”及为学习者学习活动提供的各种支持条件[6]。学習环境的优化对学生的学习效果有着重要影响。虚拟现实技术打破了以往单一的传统学习模式，为学生构建了一个完善、开放的教学资源体系，实现了网上教、学、评、测一体化的功能，极大优化了开放教育学习环境。同时，沉浸式体验为学生的自主学习提供了逼真又感性的学习材料，将学前儿童发展心理学课程陌生情境实验制作成相应的配套资源，能够辅助学生更好更快地理论联系实际，也有利于探索多元的开放教育教学模式，从而更好地实现远程实践教学的长远目标。

3.4.4理论结合实践，提升学生实训技能

虚拟现实技术的加入使专业实践教学的实训内容、实训手段、实训模式都发生了深刻的变革，为开放教育发展中面临的实践教学难题提供了高效的解决方案。在陌生情境虚拟仿真实验中，学生有更多的机会对婴幼儿依恋类型和行为进行分析和处理，以提高其相关的教育教学技能。虚拟现实技术将学生所学的学前儿童心理学内容充分与学前教育实践相结合，与学前教育工作中的典型工作任务相结合，突出了课程的实践性，避免了理论与实践的分离。

4结语

将虚拟仿真技术应用于学前儿童发展心理学的课程教学中，有利于来自不同区域的学生增强学习体验，提高学习效率。也有助于丰富虚拟现实应用于学前教育的理论研究成果，促进电大学前教育研究水平的提高，具有丰富的理论意义。目前，陌生情境虚拟仿真实验已取得初步成效，如何构建完整的学前儿童发展心理学虚拟仿真实验体系，仍需要持续的关注和探究。

参考文献：

[1] 张志祯.虚拟现实教育应用：追求身心一体的教育--从北京师范大学"智慧学习与VR教育应用学术周"说起[J].中国远程教育，2016（6）：5-15.

[2] 迈克尔·海姆.从界面到网络空间——虚拟实在的形而上学[M].上海：上海科技教育出版社，2000：120.

[3] 徐楠.虚拟现实和仿真在现代远程开放教育中的应用[J].大众科技，2008（12）：162-163.

[4] 杜颖.VR+教育：可视化学习的未来[M].北京：清华大学出版社，2017：46-52.

[5] 赵向前.实践与创新——虚拟技术在开放教育中的应用[J].中国市场，2016（19）：67，81.

[6] 杨立力.论虚拟现实技术与远程教育的结合[J].现代远距离教育， 2005（3）：62-64.

【通联编辑：王力】