郝雷

摘要：体感交互技术是人机交互历史上的一次革命。在教育应用方面，体感交互学习开始进入课堂，取得了较好的影响。本文对国内外体感交互学习资源建设进行了分析，并介绍了南京市体感交互学习资源的研发背景、研发思路、建设目标、技术支撑及研究成果等，以期能够充分发挥体感交互技术在教育中的应用。

关键词：体感交互技术；体感交互学习；资源研发

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）21-0096-03

国内外体感交互学习资源建设现状述评

体感交互技术是当前教育信息化研究应用的十大关注技术领域之一。在教学中，体感交互学习具有多媒体视听性和人机交互便利性等特点，它能够高效构建学习情境，融合信息感知，提供一种寓教于乐的信息化教学方法，并有助于支撑创新教学模式的实践探索。

近几年，国内外各科研及教学单位的技术开发者都在积极地研究拓展体感交互学习的应用，并取得了一定的进展。目前，体感交互学习研究主要集中在儿童体感游戏、孤独症儿童康复训练等方面的技术可行性和零散案例建设，其中微软公司开发的各种游戏体感软件已进入家庭。这些产品和研究均表明体感交互学习具有实际使用价值及广阔的应用前景。然而，对其在各教学应用场景、各学段、各学科中应用的研究，却尚未进入一定深度和广度的资源体系建设阶段。下面，笔者对南京市展开的体感交互学习资源的研究与开发进行分析与总结，以期能够充分发挥体感交互技术在教育中的应用。

体感交互学习资源的研究与开发

1.研发背景

2014年，南京市电化教育馆制订了《〈南京市教育信息化两年行动计划（2014—2015年）〉行动方案》，方案中的六大行动工程之一“基于网的教育”行动工程明确指出南京市要大力开展新技术、新媒体的研究与实验，并围绕中小学部分学科课程，在全市建设新技术教育应用体验中心（基地），逐步形成探索和推广的机制。

在此背景下，南京市电化教育馆开始了新技术在教育教学中的应用研究，体感技术被纳入研究之列。南京市第五幼儿园、南京市光华东街小学、南京市摄山中学、南京华之聚信息科技有限公司开展了体感交互学习资源在幼儿园、小学、中学中的开发与建设。笔者作为团队成员之一参与了体感交互学习资源的研究与开发。

2.研发思路

本项目的总体研发思路是针对不同学段及不同学科，有侧重地进行体感交互学习资源的开发建设。首先，从资源体系架构层面，综合考虑应用场景、学科、学段等因素。其次，体感交互学习资源建设紧扣学习指导纲要，发挥体感交互和测评两大技术特色，瞄准实际需求点，明确教学目标，选定适切题材，以游戏互动为形式，强调学生自主探究、参与度和趣味性。最后，通过“试用—反馈—论证”，提炼体感交互学习的不可替代的应用规律，总结其教育价值和使用效益，从而为体感交互学习资源建设路线图提供必要的案例和理论支撑。

研究表明，在学前教育领域，体感游戏不仅能够为幼儿提供视听与动作的多维度综合刺激，符合儿童学习感知和生理心理特点，潜移默化地培养走、跑、钻、爬、跳等动作技巧、音律舞蹈训练、常识认知、观察表达能力及其他适龄教学目标，而且能够促进儿童探索环境、理解世界、游戏与交流、表达自我、解决问题。

在基础教育领域，体感交互技术在创设情境及行为测评方面拥有显著优势，能够弥补常规教学手段的某些局限性。教学者可以围绕特定的教学目标（如安全自护和感统训练等），采用“情境引导+自主行为+智能测评融合”的智能交互功能，实现教学流程和效果测评，从而更好地激发学生的自主学习兴趣，养成自我管理意识及良好的认知思维习惯。此外，针对高年级小学生和初中生身心发育阶段特点，教育者可以弱化体感交互学习的低龄游戏化形式，强调学习辅助及效果测评工具属性。同时，体感技术还可用于体育或类似的教学场景，提供学生动作姿态的定量捕捉和测评数据，以信息化手段和数据来驱动教学方法创新。

3.建设目标

体感交互学习的研究推广需要丰富和持续的资源体系支撑。首先，需要针对场景、学科和学段的若干维度，归纳总结案例经验，建立体感交互学习资源建设的创新性、可行性、适切度、不可替代性、性价比等标准。其次，通过内容开发、案例建设、效果评估、标准论证的螺旋上升式的、循序渐进的研究过程，构建科学均衡的资源体系架构，提供资源建设路线图和内容开发指导，并加速实现其规模推广态势。

根据体感交互学习自身的特点，研究团队从架构和内容两方面构建体感交互学习资源体系，其内容为：①确定幼儿园、小学和初中学段体感互动学习适切开发的题材；②制作系列体感交互学习软件；③研究体感交互学习应用开发流程和使用环境参数；④建设应用案例，形成使用辅导材料和视频资源；⑤通过案例回顾、效果测评、文献调研、专家论证，建立资源建设路线图。

4.技术支撑

体感交互学习需要技术的支撑及硬件的保障。笔者所在的研究团队联合专业技术团队，采用了国际领先的Kinect体感开发软硬件平台、Unity3d跨平台游戏引擎、数字媒体动画创意制作、OpenCV计算机视觉开源平台及若干自研图形、图像和信号处理算法等手段来开发体感交互学习软件、课件和游戏等资源。

当然，仅仅依靠这些技术手段还是远远不够的，还必须具有界面的艺术设计和接受学习内容策划方面的专家指导，才能够为资源开发提供全面高效的技术支撑。

5.阶段性成果

项目执行两年来，笔者所在的项目团队针对体感人机交互技术手段在若干学习场景下的可行性及适用性进行了研究探索，从体感安全自护模拟训练、幼儿情境扮演游戏、体能技能训练游戏、感统交互训练和体育测评等五个系列构建了体感交互学习资源体系，并开发了配套的软件和课件资源。经过试用和迭代改进，这些软件和课件满足了基本的使用要求，并在开展各项研究和展示的活动中获得了一定的好评。

（1）体感安全自护模拟训练

针对学生在学校、家庭和社会中可能遇到的各种险情场景，项目团队通过技术模拟，构建了安全的代入式学习环境，由学生自主探究，以对应动作驱动虚拟场景的发展及动作因果的反馈，从而实现体感交互模拟演练。展开生命教育，培养学生的生存技能，强化逃生及安全自护意识。

目前已开发的资源有：①火场逃生资源：针对虚拟的校园火警突发情况，由学生动作驱动的体感模拟逃生训练软件，具有练习和游戏模式；②交通安全资源：学生在虚拟三维街道场景内学习过马路常识的体感模拟练习软件。

上述的资源均已在试点学校取得了较好的应用效果。接下来，项目团队还将继续开发诸如逃生路线演练资源，家庭和商场等公共场所的火场和地震逃生演练游戏、防暴恐袭击训练等社会实践和安全自护系列的资源。

（2）幼儿情境扮演游戏

项目团队从幼儿发展五大领域中选取合适的题材，构建了虚拟情境，让幼儿以角色动作进行互动扮演游戏。

目前已开发的资源有：①虚拟场景角色扮演游戏（小红帽郊游记、三只小猪、雪地狂欢等）；②实景视频和虚拟道具融合的交互游戏（超级舞者、职业换装扮演、儿童实像与虚拟玩偶互动游戏等）；③实景人物抠图融合虚拟场景的交互体验游戏（海底星空、世界大观等）。

（3）体能技能训练游戏

该系列资源属于融合体质、体能和技能学习目标的体感游戏。游戏通过屏幕虚拟场景动态引导学生运动、统计动作数据，从而实现随时随地可运动的游戏化体育应用形态。

目前已经开发的资源有：龟兔赛跑、踢足球（小学版、幼儿版）、保龄球（体验、抛掷方向）、猫接蛋（侧向走停折返跑）、体感弹球（侧向折返+上肢运动）、打地鼠（手眼协调）、切水果（手眼协调）、太空Boom（体质+反应）等。

（4）感统交互训练

针对特殊儿童的特点，项目团队利用体感交互技术的优势，结合人与器械、人与计算机的多重交互，辅助脑瘫、唐氏综合症、孤独症等感统及官能康复训练，提供测评数据。

目前已经开发的资源有：沉香救母感统平衡木和8字环训练软件资源（结合小学语文教材内容），并已在开展特殊儿童随班就读的南京市光华东街小学进行了常态化的应用。

（5）体育测评系列

体育测评具有依托体感（人体位置、姿态追踪和三维空间测距）技术实现对学生的动作进行捕捉、检测、指标判定及结果反馈的定量、定标测评功能。

目前已经开发的资源有：单杠引体向上、跳绳等体质锻炼测评软件。

反思与展望

两年来，南京市的体感交互学习资源建设取得了一些成绩。项目基本达成了预期的阶段性开发目标，验证了体感技术在游戏活动、安全自护、智障个性化训练、体育测评等应用场景的技术可行性和场景适用性，也取得了诸多的应用需求点的信息和思路，并初步地应用了资源开发成果。

但与此同时，项目团队也更加具体、深刻地认识到了一些有待改进的领域和挑战，一是，资源的应用领域：以幼教为主，其他学段的应用建设也需要加强，特别是特教领域具有一定的开发前景；二是，需要充实界面美术开发队伍，加快开发速度和质量；三是，需要更多地融合其他相关技术补充体感技术的局限性；四是，需要更多地摸准体感应用场景的不可替代性；等等。

在接下来的研发周期，项目团队将进一步明确体感资源研发项目的定位，开发目标将更具体、更准确。将进一步思考如何更好地与课程相融合，并创新性地开发基于国家课程、地方课程和校本课程的辅助教学资源。同时，充分发挥体感交互技术不可替代性的特点，在安全教育、体育测评、随班就读等方面发挥积极的作用；充分与其他技术有机融合，从完整性、课题化、课程化、移动化等方面入手，开发出集二维码、APP、微课、可携带设备、可穿戴设备于一体的综合性资源。