人工智能在特殊教育的应用汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇人工智能在特殊教育的应用范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

活动方案

 

“创客竞赛”项目设置、竞赛方式、评比指标及有关要求

“创客竞赛”是指在电脑辅助下设计和创作，体现多学科综合应用和创客文化的作品。

（一）项目设置

小学组（四年级及以上）：创意智造

中学组：创意智造

（二）竞赛方式

采用现场制作的方式。参赛学生在规定时间内按现场公布的主题，通过电脑编程、硬件搭建、造型设计等创作智能实物作品，如趣味电子装置、互动多媒体、智能机器等。鼓励学生在智能制造机器人、智能家居、智能穿戴、智能医疗等方向实现创意创新。

（三）竞赛流程：

（1）公布命题：专家评委现场公布本次竞赛的任务主题和制作要求。

（2）现场创作：参赛学生根据公布的命题，通过团队分工协作，共同创作完成一件作品。

（3）团队展示和答辩：参赛学生可以通过多种形式向专家评委和其他参赛学生展示其作品，并回答专家评委提出的问题。

（4）综合评定：由专家评委综合现场竞赛各个环节表现情况确认获奖等级。

（三）评比指标

1．思想性、规范性

（1）作品契合主题，内容健康向上

（2）设计方案完备，有作品功能、结构、相关器件使用等内容

（3）制作过程中工具和相关器材使用规范；有详细的器材清单、作品源代码注释规范

（4）各功能实现的有效程度；作品的成品化程度，包括外观、封装，及整体的牢固程度、人机交互等界面友好等

2．创新性

（1）功能、结构等具有新意，有一定的实用价值

（2）功能细节实现方法有新意；功能设计能突破原有元器件的应用习惯

3．艺术性

（1）设计具有美感，并能将美学与实用性相结合

（2）作品具有一定想象力和个性表现力，能够表达作者的设计理念

4．技术性

（1）整体结构设计合理；具有一定的功能性和复杂性

（2）使用相关元器件等实现的硬件功能具有一定的科学性、复杂性，有技术含量

（3）软件设计功能明确、结构合理、代码优化、易于调试

5．团队展示与协作

（1）能够很好的展现出作品的设计思路、制作过程和功能实现情况

（2）团队协作分工明确、合理；团队成员充分参与、协作配合

（四）有关要求

1．竞赛报名

以学校为单位统一报名，每校必报1组，最多报3组、每组3人，每组参赛队伍限报1名指导教师，于2021年8月1日至9月15日登录（aliwork.com/s/wzck）报名。联系人：张蕴豪，联系电话：65659038．18626116324。

2．竞赛时间

待定

3．竞赛地点

待定

4．竞赛器材

参照“全国中小学生信息素养提升实践活动”中创客类所提供的器材，当天比赛器材由参赛队员自备。

 

 

附件二：

 

“2021年第三届吴中区中小学

创客、人工智能、机器人竞赛活动”人工智能、机器人竞赛活动方案

 

“人工智能竞赛”是指中小学生按照比赛命题要求利用相关人工智能设备完成相关任务。

“机器人竞赛”是指中小学生按照比赛命题要求搭建、编程，使智能机器人完成相关任务。各类机器人产品均可参加。

（一）项目设置

小学组：

1．轮式机器人综合技能现场赛

2．人形机器人技能现场赛

3．飞行机器人技能现场赛

4．钢铁机甲机器人擂台赛

5．机器人舞蹈赛

6．机器人竞速现场赛（3-5年级）

7．人工智能现场赛（小学）

中学组（初中、高中）：

1．轮式机器人综合技能现场赛

2．人形机器人技能现场赛

3．飞行机器人技能现场赛

4．钢铁机甲机器人擂台赛

5．机器人舞蹈赛

6．人工智能现场赛（初中）

（二）竞赛规则及办法

1．竞赛规则：

轮式机器人综合技能现场赛、人形机器人技能现场赛、飞行机器人技能现场赛、机器人竞速现场赛（3-5年级）、人工智能现场赛任务和规则由比赛当天公布，机器人舞蹈及钢铁机甲机器人擂台赛规则见附件3。

2．轮式机器人综合技能现场赛、人形机器人技能现场赛、飞行机器人技能现场赛、机器人竞速现场赛（3-5年级）、人工智能现场赛竞赛办法：

（1）竞赛时间：轮式机器人综合技能现场赛、人形机器人技能现场赛、飞行机器人技能现场赛、机器人竞速现场赛（3-5年级）、人工智能现场赛上午为制作、编程、调试时间（3-4小时），下午开始比赛，比赛开始后不能再对作品进行修改和调试。

（2）设备材料：参赛队所带材料不限。

（3）现场搭建、编程和调试：参赛队员使用自带的电脑和参赛机器人材料，在规定时间内根据要求进行现场搭建、编程和调试。

（4）竞赛：参赛队按照赛程安排和竞赛规则参加比赛，决出优胜队。

（5）综合评定：由组委会综合比赛情况、竞赛名次等情况确认获奖等级。

（三）有关要求

1．参赛名额

轮式机器人综合技能现场赛、人形机器人技能现场赛、飞行机器人技能现场赛、机器人竞速现场赛（3-5年级）、人工智能现场赛每组限报2名队员，每个组限报1名指导教师。机器人舞蹈赛、钢铁机甲机器人擂台赛每组限报3名队员，每个组限报1名指导教师。

2．报名程序

以学校为单位统一报名，每校每项目最多报3组，参赛队员不得兼项，每组参赛队伍限报1名指导教师，于2021年8月1日至9月15日登录（aliwork.com/s/wzck）报名。联系人：张蕴豪，联系电话：65659038．18626116324。

3．竞赛场地及器材

参赛所需设备（人工智能、机器人、计算机及程序软件等）由参赛选手自备。

竞赛场地及相关器材组委会统一提供。

 

 

 

 

 

附件三：

 

“2021年第三届吴中区中小学

创客、人工智能、机器人竞赛活动”机器人舞蹈、钢铁机甲机器人擂台赛规则

 

机器人舞蹈赛规则

（一）比赛分组

比赛分小学组、中学组

（二）队伍组成

每队1‐3人。人机一一对应，即参赛队伍必须是每名队员拥有一台机器人。

（三）比赛场地

1．尺寸

舞蹈场地是10mx5m的平坦区域，要求机器人在标明的3x3m的矩形区域内表演。表演区域的边界将会用50mm宽黑色胶带标志出来，周围用20mm宽的红色胶带围起来。这可以使用程序让机器人自己判断处于边界的哪边。赛场提供的地面是平坦的（非光泽）。

2．场景

参赛者可携带表演所需要的场地布景，但不能损坏比赛场地或对随后的参赛队伍造成影响，架设场地布景时间应在控制在6分钟以内，撤除场地布景应在3分钟内。在比赛中如果出现意外而使比赛场地受损，主办方将提供备用场地。主办者将尽力提供投影屏和放映设备，在表演区域的后面各队应使用数码资源（如计算机）放映图片。这将作为他们表演的一部分。

3．灯光

没有直射的光线照在场地上。各队在设计机器人时要能适应灯光的各种变化，如在比赛的一个地点到另一个地点的自然照明的变化等。各队应根据需要调试自己的机器人适应比赛场地的照明条件。

4．音乐

各队需自备机器人表演所需音乐文件（MP3）。文件标明参赛队队名，在比赛之前交给主办方音乐播放工作人员。

（四）比赛时间

机器人舞蹈时间应不少于二分钟但不能超过五分钟。

（五）机器人技术要求

1．构造

机器人构造为任意形式（鼓励使用人形机器人），参赛者可以根据情况自由设计，为增加比赛的公平性、合理性，以及创造良好的学术氛围，激发学生的自主创新意识，鼓励参赛上场的机器人在购买的整套成品机器人基础上进行改进,根据改进情况酌情加一次分。

2．重量、体积

单个机器人重量不得超过5公斤，体积小于60cmX60cmX60cm(包括展开部分)。

3．外形服饰

自主设计服饰，材料不限。

4．控制

机器人舞蹈动作必须是完全自主的，开机启动时可用遥控等各种方式，但表演开始后不得有人为遥控、干扰或引导机器人。参赛队机器人最好在音乐响起6秒内启动机器人。

（六）比赛操作

1．机器人由手动或遥控启动，机器人与音乐的协调有各队参赛人员自行掌握。

2．在机器人启动后的表演过程中，机器人不应与参赛队员有任何接触(其中包括遥控)，机器人出现故障时可由一名队员上前处理，同时将对该队成绩给予扣分。如有带视觉系统或有“人机互动的环节”等的机器人,完成全部表演内容(表演时间按本组规则规定),给予一次加分(5分)。

3．参赛者不得蓄意影响机器人或损害比赛场地，否则将取消该队比赛资格。

4．机器人在比赛过程中如果出现故障，参赛队员可以重新启动机器人，但将对该队成绩给予扣分。

5．舞蹈表演总时间（从机器人开始表演算起）不得超过规定时间，比赛前可有1分钟的陈述时间。

6．参赛者在比赛过程中不得干扰评委，违者将对该队给予扣分，严重者将取消该队比赛资格。

7．在比赛后如有队伍认为某机器人不符合上述条件，可以向组委会提出申请（须有证据），机器人所属队伍应该做出解释，若属实，则视情况扣分。

8．在表演过程中，舞台上同队的不同机器人之间可能进行相互通讯。队员应格外小心使用红外通讯装置不要干涉其他队伍。

（七）、评分标准

1．总体设计、创意和创新。10分

2．机器人技术实现与结构构造。10分

3．舞步编排，动作复杂、协调程度，技术难度等。15分

4．舞蹈和音乐的协调。15分

5．比赛场地的利用。10分

6．娱乐价值。10分

7．机器人外型与服饰。15分

8．人机互动（以机器人为表演主体）15分

 

钢铁机甲机器人擂台赛规则

一、队伍组成：每队3名选手和2台机器人。

二、赛制：本项比赛以小组循环赛的方式进行，对战队伍抽签决定，如遇轮空则自然晋级，每场比赛为三局两胜。

三、竞赛规则：

1．比赛：比赛将在规定的赛场进行。参赛选手使用自备的机器人进行比赛。

2．比赛采用预赛、决赛的方式，比赛结果将根据比赛规则由裁判员当场进行裁定并公布。

3．赛场的规格及环境：

3-1．赛台为机器人擂台赛专用正方形赛台，边长为400cm(包含区划线)。

3-2．赛台图示如下(单位:cm)

 

3-3．赛场环境：

赛场对普通观赛者、有关报道人员，比赛有关人员使用的摄影机器等不做特别的限制。因此，如果在机器人出场时受到照相机、录像用红外线、闪光、摄影用照明等影响时，请参赛者预先做好各种对策，同时也要考虑有关室内照明、太阳光等影响。

四、机器人规格：

1-1．移动方式：遥控轮式移动机器人。

1-2．机器人规格：

1-2-1．机器人尺寸：长：50cm宽：50cm高：50cm。包含伸展部分。

1-2-2．机器人动力：电池电压≤12V放电倍率≤30C。但必须有硬质保护外壳。严禁使用燃料型，非电动型动力装置。

1-2-3．整车总重量≤8KG。

1-2-4．电机数量≤4个（含伺服电机），动力电机使用的直流有刷或直流无刷电机。

1-2-5．遥控方式：运动员自选无线控制方式，避免同频干扰。

1-2-6．在该回合比赛中选手不得中途更换机器人,同一回合比赛中只能使用同一台机器人。

1-2-7．比赛中机器人主要部件（如铲板、车轮等）发生散落、解体，裁判员将判定出局淘汰。

1-2-8．机器人轮胎不能有粘性的物品。

1-2-9．严禁有脱离机器人身体框架之外的装置使用（如抛洒，射击等）。

1-2-10、除上述以外，如果裁判员判断了违反比赛的精神时以外的规则。

五、比赛流程：

1．预赛时，由参赛选手遥控机器人，展示该机器人所有可作出的动作。（带有对比赛场地和具有一定危险性动作时，裁判员有权要求运动员对机器人作出整改，或者直接取消比赛资格）。

2．决赛时，由计算机的自律操纵、由人的手动操纵都可以。如果是用无线(无线、红外等)手动操纵时，请考虑比赛环境(光、声音、电波)、对对方使用同样的系统操纵时必须没有干扰，再有用小电力、微弱无线电操纵时，请自带8ch以上频率的无线系统。同时使用无线电操纵系统时，应准备8个晶振。

3．说明:

使用无线时请使用以下频率:

a.27MHz频段:26.975-27.255MHz(频段:01-12);

b.40MHz频段:40.61-40.75MHz(频段:61,63,65,67,69,71,73,75);c.AD频段:(25MHz微弱20频段);

d.被认可的无线LAN,Bluetooth,Zigbee等也可使用。e.在国内没被技术认可的无线控制将禁止使用。

4．禁止事项：

4-1．禁止装载有伤害对方和赛场的物品，禁止使用刀、旋转切割等危险物品。

4-2．禁止对脚底设置吸引、吸着装置(含有粘着物)。

4-3．干扰电波发生装置、激光、闪光灯等。

4-4．禁止损害场地，禁止造成污染的物品。

4-5．禁止包藏液体、粉末、气体的装置。

4-6．禁止包藏点火装置和能脱离本体的弹射装置。

5．比赛方法：

5-1．比赛采用三局二胜制。

5-2．预赛时出场者将遵从组委会决定的顺序，进行机器人的预赛。

5-3．决赛时此项目参赛运动员，每轮有三次比赛机会，三局二胜制。允许一个队伍使用最多二台机器人参与比赛，但每一回合比赛中间不允许更换机器人。比赛2分钟1回合。机器人比赛过程中出现零件散落将被判负，被掀翻或者不能移动将采取数“点数”的办法，规定时间内不能重新移动位置将被判负。

5-4．机器人任何部分超出比赛场地，将被判负。

5-5．每回合结束后，运动员有1分钟维护或者更换机器人时间，1钟后继续下一回合比赛。

5-6．若出现平局情况，裁判员将根据机器人的重量判断胜负，重量轻者获胜。相同重量时以电池容量判断胜负，电池容量数少者获胜。

5-7．此规则最终解释权归组员会所有。

 

 

 

附件四：

 

“2021年第三届吴中区中小学

创客、人工智能、机器人竞赛活动”教学创客

作品评选活动方案

 

一、评选范围和评选条件

（一）评选范围：

遵循中小学各学科课程标准，作品要求能在中、小学各学科（不含特殊教育康复训练器材、虚拟作品、以及不能体现学科教学性的工程类发明创造作品，以下同）教学中使用的，由教师自己设计制作，未参加过苏州大市评选的教学创客作品，特别是实行新课程标准、推进STEM教育以来研制的教学创客作品（含虽参加过评选但近期又有重大改进的作品）。

（二）作品分类：

1．按教学段分为小学作品、中学作品。

2．按所应用的领域段划分（1）小学：语文、数学、科学；音乐、美术、体育、综合实践活动；（2）中学：语文、数学、科学、物理、化学、生物、地理、通用技术、信息技术、综合实践活动、音乐、美术、体育；（3）其他(如：特教、外语，通用设备等)。

（三）教师教学创客作品评选条件：

（1）教学性。符合基础教育课程改革的基本理念，有利于推进STEM和创客教育，培养创新精神和实践能力，有利于实验教学、提高师生的综合素质。

（2）科学性。作品展示内容应符合科学原理，体现科学知识和科学过程相统一的原则，有利于学习科学知识，树立科学意识，掌握科学方法和实验操作技能。

（3）创新性。作品设计新颖，构思巧妙，体现新的实验活动方式、方法和内容；应用新技术、新材料、新工艺方面有创新和发展；在信息技术与传统实验的整合方面有所创意。

（4）启发性。引发学习兴趣和思考，适于探究式教学，有利于学生主动参与、互动、合作交流。

（5）实用性。取材容易，结构简单，易于操作，性能稳定，安全可靠，造价低廉，外形美观，便于自制推广；有助于环保和可持续发展。

（6）安全性。作品在教学中使用要确保无安全隐患。

二、申报程序和评选办法

（一）申报程序：

1．各单位在自评的基础上，至少选送1件教师作品参加评选，最多不超过3件。

2．送评作品的制作人必须按要求填写《“2021年第三届吴中区中小学创客、人工智能、机器人竞赛活动”教学创客作品评选活动申报表》一式三份，《“2021年第三届吴中区中小学创客、人工智能、机器人竞赛活动”教学创客作品和自制玩教具评选活动参评作品汇总表》一式一份。

3．参赛教师于2021年9月15日前登录吴中区评优评先系统（py.szwzedu.cn）上进行申报，并通知校管理员（校教技室主任）进行审核送审。联系人：张蕴豪，联系电话：65659038．18626116324。（二）评选办法：

1．为保证评选工作公开、公平、公正，吴中区教育局将成立由各学科专家组成的评审小组进行评比。评选分二轮进行，第一轮为文字材料初评，评选出进入第二轮的作品；第二轮为作品演示操作。

2．本次评选各设一、二、三等奖。评选工作结束后，公布2021年第三届吴中区中小学创客、人工智能、机器人竞赛活动获奖名单并颁发证书，进行表彰奖励。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

附件五：

 

“2021年度幼儿园优秀自制

玩教具评选”活动方案

 

一、活动目的

（一）贯彻《中国儿童发展纲要（2011-2021年）》《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2021年）》《国务院关于当前发展学前教育的若干意见》（国发〔2010〕41号）精神，落实《幼儿园教育指导纲要（试行）》《3-6岁儿童学习与发展指南》相关要求，全面推进素质教育。

（二）充分发挥自制玩教具在幼儿园教育与游戏活动中的作用，鼓励和提倡利用自然材料和日常生活材料开展教育活动，设计制作简单、发展价值大、游戏功能强的玩教具。

（三）调动广大幼教工作者因地制宜开展自制玩教具活动的积极性与创造性，宣传和推广低投入高质量地利用玩教具材料，有效开展游戏和教育活动的经验，搭建广大教师相互学习、相互借鉴的平台，推动学前教育工作的改革与发展。

二、评选范围、分类

（一）申报的作品须为幼儿园教育教学活动中正在使用，由幼儿园教师、学前教育工作者自己设计并简单制作，或对工业化产品进行改造的玩教具，还包括运用无须制作能体现教育与游戏功能的自然材料和日常材料。工业化生产的玩教具不在本次评选范围之内。申报的作品需真正贴合儿童学习生活，具有切实可玩性且能够符合幼儿园本身的空间要求。

（二）在往届全省市幼儿园自制玩教具展评活动曾获得一、二、三等奖的自制玩教具作品不得申报。

（三）以“落实《3-6岁儿童学习与发展指南》，倡导游戏活动”为主题。申报的作品按所应用的领域分类为：①运动类（YD），②科学类（KX），③建构类（JG），④语言阅读类（YUY），⑤美工类（MG），⑥表演类（BY），⑦角色类（JS），⑧益智类（YZ），⑨音乐类(YY)，⑩其他类（QT）。作品类别由申报者按照作品的应用领域在以上10类中自行选择，每件作品只能申报一个作品类别。作品类别由申报者按照作品的应用领域在以上10类中自行选择，每件作品只能申报一个作品类别。

三、申报程序和申报要求

（一）申报材料及程序：

1．各单位在自评的基础上，至少选送1件教师作品参加评选，最多不超过5件。

2．送评自制玩教具的制作人必须按要求填写《“2021年度幼儿园优秀自制玩教具评选活动申报表》一式三份，《“2021年度幼儿园优秀自制玩教具评选活动”教学创客作品和自制玩教具评选活动参评作品汇总表》一式一份。

3．参赛教师于2021年9月15日前登录吴中区评优评先系统（py.szwzedu.cn）上进行申报，并通知校管理员（校教技室主任）进行审核送审。联系人：张蕴豪，联系电话：65659038．18626116324。

（二） 评选办法：

1．为保证评选工作公开、公平、公正，吴中区教育局将成立由各学科专家组成的评审小组进行评比。评选分二轮进行，第一轮为文字材料初评，评选出进入第二轮的作品；第二轮为作品演示操作。

2．本次评选各设一、二、三等奖。评选工作结束后，公布2021年第三届吴中区中小学创客、机器人竞赛活动获奖名单并颁发证书，进行表彰奖励。

 

 

 

附件六：

 

“2021年第三届吴中区中小学创客、机器人竞赛活动”教学创客作品评选活动申报表

 

申报人(单位):

申报日期:

教学创客作品名称

 

使用学科

 

制作人

 

制作日期

 

联系电话（手机）

 

电子邮箱

 

使用的主要材料

 

作品简介(包括原理、特点、使用说明、图片等，可另附页）

演示视频或照片上传专题申报网站即可

作品的创新点或在原有作品上的改进点说明（可另附页）

 

作品STEM体现

（可另附页）

描述作品在“科学、技术、工程、数学”方面的体现

教学中使用效果说明（可另附彩页或盘片）

演示视频或照片上传专题申报网站即可

制作人单位意见

（盖章）

年

月

日

市、（区）及相关主管部门推荐意见

（盖章）

年

月

日

评委会意见及结果

评委签名：

年

月

日

附件七：

 

 

 

 

 

 

“2021年度幼儿园优秀自制

玩教具评选活动”申报表

 

 

 

 

 

作品名称：

 

 

申报单位：

 

 

申报者:

 

 

 

 

 

作品类别：请在所选定的类别内划“√”（每件作品只能申报一个作品类别）

 

运动类（YD）科学类（KX）建构类（JG）

语言阅读类（YUY）美工类（MG）表演类（BY）

角色类（JS）益智类（YZ）音乐类(YY)

其它类（QT）

 

 

 

2021年度幼儿园优秀自制玩教具评选活动工作组制

填表说明

 

1．作品名称

在一个展评作品名称下只能是一件玩教具或围绕某一具体教学内容的一组玩教具。

2．申报单位

申报单位应为第一作者所在幼儿园或学前教育机构。

3．申报者

申报者应是幼儿园教师或其他幼教工作者，可以以个人或多人合作的名义申报。多人合作作品应确定第一作者，其他为署名作者，总人数不得超过三人。作者姓名、次序和名称等各种信息资料，一经上报不得更改，不能增加新成员。

4．作品类别

由申报者按照作品的应用领域在所列的10类中自行选择，每件作品只能申报一个作品类别。

5．作品外形和结构

用图示、照片等方法介绍该作品的基本结构、整体造型、主要材料、外形尺寸。

6．作品主要功能和特点

介绍该作品适合领域、适用年龄、基本使用方法和主要作用。

7．作品制作方法

介绍该作品的制作过程，关键要领，可附图示说明。

8．使用案例

选择最能反映该作品功能价值的典型活动，内容包括活动目标、玩教具教育策略及实施过程等，可附活动录像（时间不超过10分钟）。

9．表格不够可另加附页

参评作品申报表

 

申报单位概况

园所名称

 

办园类型

 

地址

 

邮编

 

园所规模

托班数

 

小班数

 

中班数

 

混龄班数

 

负责人姓名

 

电话

 

邮箱

 

申报者概况

第一作者

姓名

 

民族

 

职称/职务

 

申报者

免冠照片

学历

 

性别

 

年龄

 

邮箱

 

手机

 

单位名称

 

单位电话

 

单位地址

 

邮编

 

第二作者

姓名

 

民族

 

职称/职务

 

申报者

免冠照片

学历

 

性别

 

年龄

 

邮箱

 

手机

 

单位名称

 

单位电话

 

单位地址

 

邮编

 

第三作者

姓名

 

民族

 

职称/职务

 

申报者

免冠照片

学历

 

性别

 

年龄

 

邮箱

 

手机

 

单位名称

 

单位电话

 

单位地址

 

邮编

 

 

作品外形和结构（附彩色照片）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

作品主要功能和特点

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

作品制作方法

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

使用案例

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

申报者确认事宜

本申报者对所申报材料的作者署名负责，同意主办单位根据需要公开、采用或出版所申报的材料。

 

 

申报者签名：

年

月

日

申报单位意见

 

 

 

单位盖章

 

单位负责人签名：

年

月

日

市(区)装备部门意见

同意上报该作品参加2019年度苏州市幼儿园优秀自制玩教具评选活动。我们已要求该作者所在单位及其上级主管部门对该作品做了资格审定，申报内容属实。

 

 

 

 

主管领导签名：市(区)装备部门盖章

 

年

月

日

篇（2）

REN Hai-peng， DENG Chun-hong，SUN Yu

（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical The Department of Information Engineering，Wuhu 241002， China）

Abstract： with the rapid development of modern information technology and multimedia technology， a variety of new educational models based on modern information technology emerge as the times require. The emergence of virtual reality technology has opened a new chapter for the information and network development of modern education. Based on the elaboration of the concept and characteristics of virtual reality technology， this paper discusses the advantages and functions of virtual reality technology in modern education from three aspects： teaching idea， teaching method and teaching content. Finally， the paper puts forward the concrete way of applying virtual reality technology in modern education， which provides a useful reference for promoting the application of virtual reality technology in modern educational field.

Key words： virtual reality technology； modern education； distance education； simulation experiment

?魍车慕逃?模式已经难以适应和满足现代教育的需求。单一的纸质教材、单向灌输的教学方式以及精工细作的教学内容严重影响教学质量的提升。在此形势下，教育教学的改革与创新已经势在必行。虚拟现实技术的出现及应用很好地解决了这些问题。实践证明，基于虚拟现实技术的教育教学方式更加适应大容量快节奏的现代教育需求[1]。因而，广大教育工作者以及相关领域研究者对虚拟现实技术高度重视，并大力推广其在教育教学领域中的应用。

1 虚拟现实技术的概念及特征

虚拟现实技术指的是利用计算机技术为学习者提供一个可感知的三维空间虚拟环境，在这个虚拟环境中学习者可以通过视觉、听觉、触觉相互感知和交流，产生一种身临其境之感。虚拟现实技术作为一种以强化人机交互功能为目标的技术，整合了计算机图形学、人机接口技术、人工智能技术以及可视化技术等多种先进技术的优势，可以让学习者沉浸在虚拟现实环境中，激发学习动机、增强学习体验、实现情境学习[2-3]。具体而言，虚拟现实技术有三大突出特征：1）交互性，可以实现与自然技能十分接近的交互；2）沉浸感，可以使学习者完全沉浸在虚拟现实世界中；3）想象性，可以使现实世界中许多不存在或不易被察觉到的情景变得具体化。

2 虚拟现实技术在现代教育中应用的优势及作用

虚拟现实技术在现代教育中的应用具有很大的优势及作用。基于虚拟现实技术的现代教育教学模式中的学习情境、学习资源和学习工具都进行了全面的革新。这种革新能够有效作用于传统的教学理念、教学内容以及教学手段，使之更加完善，更加符合现代教育的发展趋势和要求[4]。需要强调的是，这种优势及作用是不会“自我发挥”的，需要教师不断充实自我，积极接受虚拟现实技术，更新教学理念、改进教学手段、拓展教学内容，全面提高自身的综合素质能力。

2.1发展教学理念

我国现有的教育理念与国际上先进的教学理念相比，还存在很大的差距。虚拟现实技术的应用有助于促进我国教学理念的发展，实现与国际先进教学理念的接轨。这无论是对我国教育事业可持续发展而言，还是对推进社会主义精神文明建设而言，都具有重大现实意义[5]。从教师的角度讲，虚拟现实技术的辅助教学功能是十分强大的。这就意味着教师要彻底打破传统的“三中心”教学理念，鼓励学生自主学习与探索。但是，这并不等同于教师在教学过程中的作用减弱了。相反，基于虚拟现实技术的教育教学模式对教师的综合素质能力提出了更高的要求，教师不仅要学习虚拟现实技术的操作与应用，还要扮演讲解者、引导者、组织者多重角色。虚拟现实技术对教师素质能力提出的要求与建构主义学习理论、情境学习理论、自我导向学习理论等并无本质区别[6][7]。由此可见，虚拟现实技术在现代教育中的应用能够帮助教师发展教学理念，逐步与世界先进的教学理念接轨。

2.2改进教学手段

长期以来，我国教育采用以教师讲解为主的教学手段，形式单一、枯燥，很难激发学生的学习兴趣。虚拟现实技术的应用为我国传统教学手段的改进提供了有利契机。在虚拟现实技术的支持下，可以充分实现人机交互，使学生的视觉、听觉、触觉等多种感官都参与到学习过程中。同时，应用虚拟现实技术，还可以使小组合作学习方式、竞赛学习方式、在线学习方式等先进的教学方式和手段得到更高效的利用，激发学生全面参与、全程参与，实现教学手段的新突破。

2.3拓展教学内容

受传统教学模式的桎梏，教育机构设定的教学内容是十分有限的。比如，教材内容以文字形式为主，很多东西难以表达出来。又比如，实验教学中，基于对学生人身安全、实验成本以及其他各种因素的考虑，仅设定了一小部分安全系数高、易操作、实验成本低的实验项目。这不仅不利于激发学生学习的兴趣和动机，还很容易造成知识点断裂的问题，影响学生学习的系统性、全面性和深入性。虚拟现实技术具有想象性的特征，可以把课本无法表达的教学内容通过夸张的形式变得具体化。另外，虚拟现实技术中的实验设备都是虚拟的，而且可以重复利用，不用考虑成本的问题。总之，在虚拟现实技术的帮助下，可以把许多教材中难以表达或实验中难以操作的教学内容具体、形象地展现出来，实现教学内容全面化、多元化，从而为学生学习提供更丰富、更完善的教学资源。

3 虚拟现实技术在现代教育中应用的具体方式

3.1自主探索学习

传统的学习模式受到时间和空间的严格限制，学生只能在固定的时间和地点接受知识传授。在现代信息技术的支持下，学习者可以通过网络平台接受在线教育，但是这种在线教育的人机交互性比较差，很难激发学生的学习兴趣。虚拟现实技术在现代教育中的应用可以加强人机交互，促进学生以更大的热情投入到自主学习和研究探索中。无论是在校学生，还是已经步入职场的人，或是接受特殊教育的残障人士，只要有学习需求和动机，都可以通过网络平台自主探索学习。而且，在虚拟现实技术的支持下，学习者在网络平台的学习体验就如同“身临其境”一般。学习者可以跟着自己的学习思路和学习进度自主选择教学内容、会话情境，大大提高学习的自主性，进而提高学习效率。

3.2模拟实验学习

现实的实验中有一些高成本或高危性的实验是很难操作的，利用虚拟现实技术可以把实际生活中许多不便操作或不易操作的实验演示出来，让一些深奥晦涩的知识直观地呈现在学生面前。这不仅有利于激发学生的学习兴趣，而且还有助于引导学生在“逼真”的学习场景中加深对知识的理解和记忆。比如，化学实验中一些容易引发爆炸、燃烧等现象的实验，在学校实验室是不具备操作条件的，通过模拟实验学习可以让学生“亲自见证”这些高危实验过程及现象。又比如，地理中的地壳运用，仅凭教师的讲解，学生是很难理解地壳运动的原理的，在模式实验室中可以把整个地壳运动的过程清晰、直观地展现出来，让学生通过对地壳运动现象的观察深刻理解这一知识点的本质内容。同时，对于一些实验内容比较复杂，需要长时间观察和记录的实验，可以通过虚拟实验室“精剪”出来，不仅让学习者直观地看到了整个实验变化过程，而且还大大节省了学生的学习时间和精力，提高学习效果。目前，虚拟实验室在物理化等理科教育中的应用已经逐渐普及，并取得良好的教学效果。但其在文科领域中的应用还很少，有待相关领域研究者继续发掘虚拟现实技术的潜力，加大其在文科教学领域的应用。另外不得不提的是，虚拟军事训练场，其与虚拟实验室的功能大同小异，通过构建真实的对抗训练环境，对学习者进行军事训练。

3.2远程开放学习

远程开放教育主要以现代信息技术及多媒体技术为教学手段，其改变了传统的教师面授的教学模式，受教育者通过卫星电视直播或计算机网络进行学习，也可以下载教学资料自学。经过长时间探索，我国的远程开放教育已经颇具规模，并取得了一定的成效。但是目前远程开放教育教学资源管理平台和网络教学资源整体上种类繁多、形?B各异、互不兼容。因此，政府相关部门和远程开放教育机构致力于“云计算”整合技术的研究，吸收和引进国内外先进的网络技术，优化远程开放教育教学资源体系结构。笔者认为，在远程开放教育教学资源整合研究中应加大对虚拟现实技术的研究和应用。

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VR技术在教学中的优势

VR的特征可以用“3I”来描述，即沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、思维构想性（Imagination）。沉浸感指学习者对虚拟环境的感受程度，虚拟环境的创设越接近现实，沉浸感越强。交互性指学习者可以对虚拟环境中的事物进行操作，并能得到反馈，如身临其境一般。思维构想性指利用计算机技术建构与现实一样的环境，也可以建构想象出来的空间，拓宽用户的体验范围，丰富体验种类。

1.激发学习动机，增强知识建构

VR技术通过构建多感官刺激的交互环境，丰富了学习者的学习体验，学习者在虚拟的教学环境中可以充当各种角色，如在煤矿或核电站进行抢修的维修工人、在医院进行手术的医生、在太空探索的宇航员等。学习者在逼真的情境中充分参与教学过程，这就有效激发了学习者的学习动机。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。在VR技术发展迅速的今天，教学情境和文化背景都可以通过VR技术来实现，学习者在VR环境中展开学习，对事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间的内在联系的理解能够达到较深层次，能够增强知识的建构。

2.虚拟真实情境，提升创造能力

由于VR技术的特殊性，平时在现实中不敢尝试的实验都可以在VR环境中体验，可以无限制地改变试剂的用量，或是大胆尝试将不同的反应物进行融合，只有想不到的，没有做不到的，这种突破性的尝试可以有效提高学习者的创造能力。

3.打破时空壁垒，体验身临其境

在传统教学中，教学的时间、地点是相对固定的，且对于比较抽象的知识点，教师只能通过口述或者多媒体来呈现其形象，而VR技术的出现打破了时空的界限，教学活动可以随时进行。同时，VR教学可以把抽象的概念形象化、具体化，学习者可以在几分钟的教学时?g内观察生命成长的轨迹，也可以形象直观地观察分子原子的构成，甚至可以将宇宙天体掌握在自己手中，学习者能够完全融入到VR技术所创设的情境中。

4.节约教学成本，实现可持续发展

在传统教学中，实验是一项消耗型的教学活动，为了让学习者更好地掌握反应原理，大部分学校常常需要投入大量财力来购买实验用具和材料，实验的生成物又很难被再利用。VR技术出现后，可以大大缓解学校财力、物力的投入，学校只需引进相应的VR设备，并创设教学所需的虚拟环境和虚拟实验用品，学习者就可以进入虚拟实验室进行学习，这种学习方式有效地节约了教学成本。从长远来看，学校引进的虚拟设备可以被各届学习者反复使用，不存在传统教学中的残渣废料，真正实现了可持续发展。

5.规避潜在风险，保证教学安全

很多实践课程由于课程的特殊性，并不能在实际中进行操作，这时就可以利用VR技术。例如，讲解核武器的实战效果，教师可以利用VR技术模拟核爆炸的现场，学生通过身体传感器感受核武器的爆炸威力，并通过视频传感器观察核爆炸的特点。这样通过VR技术建构核爆炸现场，可以有效避免核武器给学生带来的伤害，又可以让学生很好地理解晦涩的知识点。当然，也有很多实践课程存在潜在的未知的风险，造成人身伤害，如应急情况的演练、地理的勘探、船舶汽车的制造等，此类动手操作要求很高，存在一定风险，学生在操作的过程中很容易受伤，为了避免这种情况的发生，教师同样可以利用VR技术来进行教学，进而有效地保证教学安全。

6.丰富实践经验，弥补动手能力不足

在传统的操作类课程中，由于教学设备有限，通常是教师在设备前进行操作，学习者围绕在其周围观摩，然后再逐一或分组进行实践，而课堂时间有限，部分学习者还没有操作就下课了，或者只操作了一遍，这样就导致学习者只了解大致流程，并没有真正掌握。在VR技术的支持下，每位学习者都可以充分发挥主观能动性，每个实践技能都可以经过反复的训练，每台设备都可以用身体去感知、触摸，这就弥补了传统教学中动手能力不足的缺憾。

7.资源共享，实时交互

交互性是VR技术的特征之一，它在教学中具有很明显的优势。交互性包括师生交互、生生交互、单人-机交互、多人-机交互，在同一虚拟空间内，教师和学习者可以同时进入，并在其中进行实时交流，学习者之间也可以进行及时的讨论，学习者使用输入设备可以对虚拟的物体进行操作，并通过输出设备感受虚拟物体所发生的变化，如向空中抛出一个球，可以感受到球受重力的作用发生自由落体运动。这种实时交互的感官刺激可以带给学习者真实的体验，提高学习的效率。另外，虚拟现实技术在教育教学上还能够实现课程的数字化学习，可将课程学习内容作为学习者的学习资源，并与其他的相关资源一并提供给学习者，实现资源共享。

VR技术在教学中的劣势

1.虚拟与现实之间存在落差，对学习者心态产生消极影响

由于虚拟环境带给学习者沉浸性体验，逼真的三维立体环境会深深地吸引学习者，当课程结束时，学习者可能还会沉浸在情境中，回到现实中时会产生一定的落差，这种落差可能是负面的，学习者可能更渴望回到虚拟的世界中，沉迷于虚拟情境，如基于VR技术的游戏化教学，这会对学习者的心态产生消极的影响，不利于学习者的学习。

2.VR技?g在教学中没有统一的标准，无法完全保证教学质量

2016年被称为是“VR元年”，所谓“元年”是指事物开端之年，对于VR领域来说，“元年”意味着各大主流生产商相继推出面向普通消费者的VR产品，全球科技公司纷纷布局民用VR产业。随着VR技术由高端化向平民化转型，VR技术在教育领域的应用也更加广泛，目前很多知名的科技公司开发了用于教育领域的VR产品，国内也有部分高校成立了VR实验室。VR技术如雨后春笋一般在教育领域生根发芽，但是目前仍没有一个VR应用于教学的规范标准，各知名企业和各大高校很难将自己的VR产品与其他VR产品进行联通，这就降低了VR产品的兼容性。

目前，我国VR行业仍处于起步阶段，供应链及配套产品还不成熟，硬件设备、软件工具、内容生产等各层面标准的制订迫在眉睫。

3.在教育教学中盲目推广VR技术

VR技术在教学中的应用为媒体教学提供了新的途径和教学方法，然而这并不代表VR技术在教学中可以泛用。开发一套VR教学设备和教学内容需要花费巨大的人力、物力、财力，而且还有一些教学内容不适合用VR技术来进行教学，如小学阶段一些偏识记的知识点。另外，还存在一些使用VR技术不能达到显著效果的科研类课程，此类课程若非要用VR教学媒体那就是画蛇添足，并会造成不必要的浪费。所以，在教育教学中，教师要根据课程的教学目标和课程特点来选择合适的教学方式，要避免为了追求科技上的高精尖而盲目地推广VR技术。

4.VR设备仍无法做到无线连接，阻碍教学体验

VR技术在教学中的应用能够为学习者带来前所未有的体验，但仍然摆脱不了空间的约束。到目前为止，我们所熟悉的VR设备仍需有线连接，且要多个设备协同工作。例如，现在大家比较认可的Oculus Rift、HTC Vive VR头显，它们大体由主体头戴显示器一只、2.5mm线缆一根、MiniUSB一根、摄像头一个（自带支架）、短焦透镜2个、各个国家不同制式插头4个、带国标插头的电源一个等组成。若要实现更多的感官刺激还要连接更多的线缆，学习者在体验的过程中要时刻注意线的连接，不能随心所欲地移动，降低了体验的满意度。

VR技术在教学应用中的机遇

1.国家政策的支持

2006年国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006―2020年）》中，VR技术被列为信息领域优先发展的前沿技术之一。2016年4月9日在深圳市举办的第四届中国电子信息博览会“虚拟现实产业发展论坛”中，工业和信息化部电子工业标准化研究院了《虚拟现实产业发展白皮书》（以下称《白皮书》）。《白皮书》提出“首先是提前谋划布局做好顶层设计，加快制定产业发展路线图，建立和完善相关标准体系；其次是推进产业化和行业应用，通过财政专项支持虚拟现实技术产业化，支持虚拟现实领域核心技术突破，加强重点领域应用示范；最后是加强文化和品牌建设”。截至2016年，教育部已批准300个国家虚拟仿真实验教学中心（教育部，2016）。在国家政策的支持和正确引导下，VR技术逐渐走向成熟，再加上我国经济发展迅速，更为VR技术在教学中的应用提供了保障。

2.社会力量的加入

从上世纪90年代起，我国从开始重视VR技术的研究和应用，由于技术和成本的限制，VR主要应用的对象为军用和高档商用。近年来，随着芯片、显示、人机交互技术的发展，VR产品才逐步进入市场并实现平民化。很多大型科技公司和各大高校也相继将VR技术推向教育领域，如爱奇艺在2015年了一款非商用的VR应用，黑晶科技推出了VR/AR超级实验室，百度教育事业部预计在2017年推出VR教育产品，HTC与美国Life liqe合作，打造VR教育启蒙工具等。北京航空航天大学、清华大学、同济大学建筑学院、山东大学、北京大学等高校也建立了VR实验室，这足以说明VR技术在教育领域具有巨大的潜力。

3.VR技术在技能培训中的需求日益增加

VR之父托马斯?费内斯（Thomas Furness）说过：“VR改变社会，从教育开始！”VR技术作为一种新型的教学方式在教育技能培训领域得到广泛应用，如军事教学、医学实习、体育训练、仿真实验、特殊教育、工业实训、艺术创作、游戏教学等。传统的技能培训是一项消耗型的教学活动，教学成本很高，且伴有一定的风险，而随着VR技术的逐渐成熟，可以有效缓解这一问题，VR技术善于创造三维立体的、逼真的教学环境，这就降低了高额的教学成本，又由于所有的教学内容都是虚构的，因而也有效地保证了学习者的安全。正是VR技术这种低投入、低风险的特点，在各种技能培训中，教师们越来越倾向使用基于VR技术的教学方法。

VR技术在教学中的威胁

1.产品价格与产品性能不平衡

VR技术在教学中的应用不断向平民化发展，但VR设备的性能和价格仍然呈正相关，产品的性能越好价格越高，目前市面上的VR产品从十几元到几百万不等，如CAVE（洞穴状自动虚拟系统）系统价格高达百万以上，在军事演练或航空航天专业领域，这个价格是可以承受的，但在基础教育领域，价格不菲，这就在很大程度上制约了VR产品的平民化。虽然，也有价格便宜的VR产品，但是其设备内部不具备陀螺仪，使用者晕眩感强烈，基本上不能使用。因此，VR产品性能和价格还存在悖论，VR产品是以学习者体验满意度来进行迭代更新的，不能以牺牲VR产品的性能来换取价格的降低，所以降低VR产品开发成本，提高VR产品的普及率是开发商和各高校VR实验室需要重点解决的问题。

2.不适感降低学习体验满意度

目前，VR产品学习者体验的满意度还有待进一步提高，一方面是VR教学产品主要通过头显来观察变换的环境，对画面的质量要求很高，至少要达到4k的画质，但目前大部分的VR产品分辨率很低，难以使学习者沉浸其中。另一方面是画面延迟引起的晕眩症、疲劳感。研究表明，产生眩晕症的原因是眼睛看到的画面和耳朵听到的声音信息位置不匹配，导致脑负担过大，从而产生晕眩感。数据表明，延迟时间最多不能超过20ms，由于技术和设备上的限制，目前的VR设备还无法做到大面积地将延迟时间控制在20ms以内，这也是目前VR设备的一个致命弱点。因此，为了提高学习者的学习满意度，缩短延迟时间和提高分辨率是亟待解决的问题。