虛擬仿真嬰幼兒在早期教育專業(yè)實訓教學中的應用研究

摘"要：虛擬仿真嬰幼兒在早期教育專業(yè)實訓教學中發(fā)揮了重要作用。梳理應用虛擬仿真嬰幼兒開展實訓教學的基本條件、教學內(nèi)容和裝備技術(shù)要求，并總結(jié)其在教學中的現(xiàn)實意義?；诮虒W實踐經(jīng)驗，對虛擬仿真嬰幼兒實訓教學中存在的問題進行總結(jié)與提煉，從情感帶入、交互實訓、教學協(xié)同三個維度分析主要問題及其成因。針對這些問題，從對仿真實體進行智能化改造、進行標準化設(shè)計和架構(gòu)提取、綜合應用多種信息設(shè)備、健全完善校企共建機制四個方面提出改進對策，為充分發(fā)揮虛擬仿真嬰幼兒在實訓教學中的作用提供參考。關(guān)鍵詞：虛擬仿真嬰幼兒；早期教育；0"引言早期教育是現(xiàn)代教育體系的重要組成部分。隨著社會的不斷發(fā)展，從0歲開始的早期教育的重要性正逐漸被人們所重視[1]。早期教育主要針對0歲至入托前（一般為3歲）的嬰幼兒。這一階段的嬰幼兒難以適應傳統(tǒng)的集中式學前教育，因此對他們采用的教育手段和形式必須更加貼合幼齡護理的需求。作為早期教育專業(yè)教學中的重要技術(shù)裝備，虛擬仿真嬰幼兒應運而生。在早期教育師資培養(yǎng)中，校內(nèi)實訓是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而0～3歲嬰幼兒高度依賴成人的撫育，且其成長具有脆弱性和不可逆性，因此，使用與真實嬰幼兒相似的虛擬仿真實體即虛擬仿真嬰幼兒進行實訓替代，成為一種有效的解決方案。目前，虛擬仿真嬰幼兒已在國內(nèi)各大專院校的早期教育專業(yè)教學中得到廣泛應用。但在長期的教學實踐中也暴露出一些問題，例如在感官互動、情感互助等方面存在不足，基于該設(shè)備的實訓教學協(xié)同性、標準化程度也有待提高。這些問題在一定程度上影響了早期教育師資培養(yǎng)的質(zhì)量和社會滿意度。因此，有必要對虛擬仿真嬰幼兒在早期教育專業(yè)教學中應用存在的問題進行全面分析，并提出切實可行的改進對策。通過優(yōu)化技術(shù)裝備，提升教育水平，從而更好地滿足早期教育師資培養(yǎng)的需求。1"基于虛擬仿真嬰幼兒的早期教育專業(yè)實訓教學1.1"虛擬仿真嬰幼兒及其教學應用虛擬仿真嬰幼兒是一種具備低齡幼兒特征的仿真實體。在特征層面，它能夠呈現(xiàn)與低齡兒童相適應的典型外貌，并采用親膚材質(zhì)高度還原低齡幼兒的觸感，從而在基本層面為受訓人員與虛擬仿真嬰幼兒的互動奠定基礎(chǔ)。在技術(shù)層面，虛擬仿真嬰幼兒能夠模擬嬰幼兒的基本生理狀態(tài)，如呼吸、啼哭、咳嗽、打嗝等行為，并可呈現(xiàn)不同氣質(zhì)類型嬰幼兒的行為特征。在交互層面，以美國RealCare公司推出的第三代高智能仿真嬰幼兒及其配套管理軟件為例，每個仿真嬰幼兒都配備一個唯一的ID，用于控制軟件識別其信息[2]。通過相應的計算機程序，用戶可將仿真嬰幼兒手腕上的ID輸入系統(tǒng)，并依次輸入性別和國籍等信息，完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的保存。這些數(shù)據(jù)將被存儲在仿真嬰幼兒中，并在后續(xù)仿真過程中保留記憶，以便實現(xiàn)個性化和連續(xù)性的交互體驗。虛擬仿真嬰幼兒在教學中的應用，主要是通過將虛擬仿真嬰幼兒與管理軟件深度融合，最大限度地滿足學生實踐操作的需求，讓學生在沉浸式體驗中切實掌握嬰幼兒健康與保育的方法?？梢劳刑摂M仿真嬰幼兒建立教學實訓實驗室（基地），該實驗室以計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為載體，構(gòu)建了一個虛擬仿真實驗平臺。該平臺通過推進信息技術(shù)與實驗教學深度融合，強化虛擬技術(shù)在實驗操作、教學過程和評價環(huán)節(jié)中的嵌入式、全景式應用。借助這一平臺，早期教育專業(yè)的學生能夠通過虛擬仿真手段進行實踐操作，從而有效提升專業(yè)教學質(zhì)量。1.2"實訓教學的關(guān)鍵內(nèi)容對虛擬仿真嬰幼兒在早期教育專業(yè)實訓教學中的應用進行系統(tǒng)梳理，有助于從流程環(huán)節(jié)和教學內(nèi)容等方面對一些問題進行有效剖析。具體而言，可從以下兩個方面展開。1）技能掌握。早期教育專業(yè)的技能訓練主要側(cè)重于嬰幼兒的生理健康和基本生活輔助，對日常喂養(yǎng)和安全撫育的要求較高。①基礎(chǔ)護理技能：通過模擬喂養(yǎng)、換尿布等基礎(chǔ)操作，提升照護人員的操作熟練度和準確性。②急救能力培訓：鑒于嬰幼兒飲食的特殊性和發(fā)育的不成熟性，特別對照護人員強調(diào)急救能力的培養(yǎng)，如心肺復蘇（CPR）和海姆立克急救法，通過模擬緊急情況，增強照護人員的應急反應能力和決策能力。③溝通技巧培訓：通過模擬與嬰幼兒及其家長的互動，培養(yǎng)照護人員的有效溝通能力和同理心。2）情景模擬。對日常照護和教育進行全方位模擬，形成有效的培訓典型場景，有助于學生深入實踐層面，掌握早期教育的重點和日常工作內(nèi)容。①日常照護情景模擬：模擬嬰幼兒日常生活流程，包括飲食管理、排泄物清理和情緒安撫等，幫助照護人員系統(tǒng)掌握日常護理流程。②突發(fā)情況應對模擬：針對嬰幼兒常見的急癥，如發(fā)熱、嘔吐、異物窒息等，訓練照護人員的冷靜應對能力和問題解決技巧，并提供緊急醫(yī)療援助指導。③特殊需求情景模擬：基于早期教育的普惠性特征，考慮特殊需求嬰幼兒的照護需求，為其提供個性化的情景模擬，以滿足有特殊醫(yī)療或發(fā)展需求的嬰幼兒的照護要求。1.3"實訓教學的現(xiàn)實意義真實嬰幼兒的可控性較低，在早期教育專業(yè)實訓教學中存在被傷害的風險，因此無法作為實訓的對象。虛擬仿真嬰幼兒是在有限條件和安全導向的要求下，為早期教育專業(yè)提供的最有效的教學設(shè)備之一。通過將真實情境下難以招募嬰幼兒被試的教育實訓項目虛擬化，并將實訓流程轉(zhuǎn)化為交互式教學程序和人機互動，讓學生能夠在高度仿真的虛擬環(huán)境中進行反復多次的實驗操作與演練。虛擬仿真嬰幼兒為學生提供了不限次數(shù)的嬰幼兒行為實訓機會，使原本難以實現(xiàn)的經(jīng)典實踐成為學校的常規(guī)訓練項目和學生的常態(tài)學習手段，從而為學生在自主科研項目中深入探索奠定了堅實基礎(chǔ)。這種沉浸式的虛實結(jié)合、相互補充的教學方式，既滿足了大規(guī)模實訓教學的需求，又克服了真實嬰兒被試招募困難、風險較高的問題，有效提升了實訓教學質(zhì)量。2"應用虛擬仿真嬰幼兒開展實訓教學存在的問題在大量的實訓教學實踐中發(fā)現(xiàn)虛擬仿真嬰幼兒在使用成本和迭代速度上難以完全匹配智能技術(shù)的快速發(fā)展?，F(xiàn)有的技術(shù)條件尚無法全景式地模擬真實嬰幼兒照護場景，因而虛擬仿真嬰幼兒在早期教育專業(yè)實訓教學中應用仍存在一些問題。2.1"對仿真實體的情感帶入較弱在使用虛擬仿真嬰幼兒進行模擬訓練的過程中，學生往往難以將其完全視為真實嬰兒。一方面，虛擬仿真嬰幼兒在形象特征上與真實嬰幼兒存在明顯差別，學生難以從感官和心理上將其與真實嬰幼兒等同看待，從而難以在實際操作中自然地投入情感。另一方面，虛擬仿真嬰幼兒在情感互動方面表現(xiàn)出較強的機械性。目前主流設(shè)備雖能實現(xiàn)基本的人機互動和教學內(nèi)容演示，但其互動多基于預先設(shè)定的模式，回應方式較為單一，難以滿足日常生活場景中復雜多變的互動需求，導致學生無法進行全真模擬。此外，虛擬仿真嬰幼兒在情感理解和行為輸出的廣度與靈活性方面仍較為有限。由于虛擬仿真嬰幼兒在情感信息傳遞和反饋機制方面的不完善，學生與仿真實體之間難以實現(xiàn)有效且及時的信息溝通。同時，虛擬仿真嬰幼兒在感官表達和視覺互動方面與真實嬰幼兒存在較大差異。這些因素共同導致情感帶入問題成為制約虛擬仿真嬰幼兒技術(shù)進一步發(fā)展的瓶頸。2.2"交互實訓的豐富度不足虛擬仿真嬰幼兒的核心功能是為早期教育專業(yè)提供教學訓練互動，其主要功能圍繞交互實訓展開。從當前主流技術(shù)條件來看，在實現(xiàn)嬰幼兒日?？醋o、應急事態(tài)處置和簡單情感溝通等方面，基本能夠滿足教學需求。然而，由于虛擬仿真嬰幼兒的硬件配置和技術(shù)開發(fā)存在一定的時滯性，目前其在高級功能的選擇性和基礎(chǔ)功能的完備性方面仍存在不足。在高級功能方面，虛擬仿真嬰幼兒很少能提供有效的系統(tǒng)間接口。例如，目前難以實現(xiàn)虛擬仿真嬰幼兒與數(shù)字化早期教育設(shè)備之間的信息反饋，導致難以依托仿真實體進行基于個體的教育質(zhì)量評估；難以實現(xiàn)虛擬仿真嬰幼兒與醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備的識別聯(lián)動，導致難以在實訓中突出真實環(huán)境下的嬰幼兒生命體征保護；難以實現(xiàn)虛擬嬰幼兒之間的群體效應協(xié)同，導致難以模擬集中教育場景下嬰幼兒個體行為對群體反應的影響等。這些涉及系統(tǒng)間協(xié)同的高級功能在當前的虛擬仿真嬰幼兒中難以體現(xiàn)。在基礎(chǔ)功能方面，仿真實體對嬰幼兒行為特征的模擬還較為粗略，對嬰幼兒潛在性格維度的刻畫較為單一，尤其是對行為特征的組合式選擇尚未充分優(yōu)化。根據(jù)學生反饋和相關(guān)學者的研究，建議虛擬仿真嬰幼兒在幼兒行為模擬上可以在情緒特點、肢體運動、環(huán)境影響三個層面的多種細分特征中進行組合，并分為面向技能和面向思維兩大類。具體內(nèi)容如表1所示。此外，目前虛擬仿真嬰幼兒的主要功能仍集中在模擬嬰幼兒的呼吸、啼哭、咳喘等生理行為上，側(cè)重于滿足嬰幼兒的基本生理看護和日常照料需求。在情感互動、性格啟蒙等早期教育的重要內(nèi)容方面，虛擬仿真嬰幼兒的模擬功能相對薄弱，系統(tǒng)功能集成的廣度和深度有待提升。尤其是在對人臉表情或語言指令的識別與回應方面，虛擬仿真嬰幼兒的表現(xiàn)還不夠理想。2.3"實訓教學的多方協(xié)同較少虛擬仿真嬰幼兒在實訓教學中的應用已成為國內(nèi)早期教育師資培養(yǎng)環(huán)節(jié)的必備內(nèi)容，但目前的培訓主要在各大專院校內(nèi)部開展，教學單位之間、師資力量之間的協(xié)同交流較為有限。這導致教學實踐存在各自為政的現(xiàn)象，部分院校片面強化某一領(lǐng)域的教學內(nèi)容，而缺乏統(tǒng)籌，影響了教學效果的全面提升。1）缺乏行業(yè)團體的統(tǒng)籌整合。在缺乏統(tǒng)一規(guī)范指引的情況下，各教學單位在應用虛擬仿真嬰幼兒開展實訓教學時，往往局限于設(shè)備說明書和建議手冊的指導，難以突破其限制進行功能拓展。這使得各教學單位難以總結(jié)提煉出基于通用技術(shù)設(shè)備條件的教學規(guī)則和應用經(jīng)驗，從而阻礙了應用虛擬仿真嬰幼兒開展實訓教學的標準化和教材化進程，也間接限制了學界對該技術(shù)設(shè)備的進一步研究。2）基于虛擬仿真嬰幼兒的教學成果缺乏常態(tài)化和標準化的推廣渠道與經(jīng)驗共享機制。目前，相關(guān)教學成果應用大多局限于特定系統(tǒng)內(nèi)部，實訓教學中的信息難以得到及時反饋，優(yōu)秀實踐做法也難以被推廣和復制。此外，對于虛擬仿真嬰幼兒在實訓教學中的目標任務、基本培訓內(nèi)容和主要效果等關(guān)鍵指標，行業(yè)內(nèi)尚未形成共識，難以構(gòu)建統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范和通用架構(gòu)。這在很大程度上限制了虛擬仿真嬰幼兒在早期教育領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。3）缺乏對師資培養(yǎng)需求的有效反饋。在早期教育師資培養(yǎng)過程中，教師不僅要掌握基本的教育技術(shù)，更要能在實踐操作層面快速響應用人需求。然而，受教師關(guān)注重點偏向?qū)W術(shù)研究、院校在教學建設(shè)中占據(jù)主導地位等因素影響，虛擬仿真嬰幼兒在實訓教學中的技能操作和延伸教育等核心內(nèi)容較少能吸納用人單位的具體建議。這導致虛擬仿真嬰幼兒的實訓效果與實際應用之間存在一定程度的脫節(jié)，市場需求也無法被順暢地反饋到教學環(huán)節(jié)中，從而在一定程度上增加了畢業(yè)生的就業(yè)成本和企業(yè)的培訓成本。此外，缺乏協(xié)同合作也意味著單個設(shè)備采購方的力量較為薄弱，難以形成合力。這使得各采購方在交易市場和技術(shù)市場中往往處于劣勢地位，直接導致虛擬仿真嬰幼兒的采購成本居高不下，且技術(shù)設(shè)備的迭代升級難以緊跟人工智能發(fā)展的最新趨勢。3"改進對策針對以上問題，可以從對虛擬仿真嬰幼兒和實訓實驗進行優(yōu)化設(shè)計、采用多種新技術(shù)提升裝備水平等方面提出具體對策。3.1"對仿真實體進行智能化改造針對虛擬仿真嬰幼兒在情感交互和操作實訓方面存在薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)備的技術(shù)條件是主要限制因素，可主要從仿真實體的信息提取與分析表達、對真實嬰幼兒的個性和心理模仿兩個方面進行改善。3.1.1"針對虛擬仿真嬰幼兒在信息提取與分析表達方面的不足，可以采用硬件加強與軟件提升相協(xié)同的方式1）豐富傳感器種類并提升其性能。例如，在語音傳感器的基礎(chǔ)上，增設(shè)接觸傳感器，并配備可觸式反應裝置，以增強虛擬仿真嬰幼兒的互動及時性和真實性。2）提升計算能力與信息處理水平。增強虛擬仿真嬰幼兒對語義信息及其他傳遞信息的捕捉與處理能力，優(yōu)化其對互動信息的處理和表達效果，從而提升交互的流暢性和準確性。3）實現(xiàn)群體協(xié)同與信息共享。采用群體協(xié)同方式，將特定范圍內(nèi)的虛擬仿真嬰幼兒連接成局域網(wǎng)，實現(xiàn)個體間的信息傳輸與互動。通過強大的算力和高效的信息傳輸渠道，實現(xiàn)一對多的信息處理，有效模擬集中照護場景下嬰幼兒的行為模式。3.1.2"針對虛擬仿真嬰幼兒在個體個性和心理人格方面的不足，可以通過與虛擬仿真嬰幼兒相配合的軟件模式細化和組合優(yōu)化進行加強1）建立大規(guī)模真實嬰幼兒行為樣本庫，為虛擬仿真嬰幼兒的行為模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。2）提煉個體個性與心理人格模式。梳理嬰幼兒的行為層級和心理感知維度，通過樣本處理和大數(shù)據(jù)分析等手段進行模式建模，形成行為模擬的基本框架。3）提供個性化組合優(yōu)化權(quán)限?；谏鲜龌究蚣埽瑸樘摂M仿真嬰幼兒使用者提供幼兒個性和心理方面的組合優(yōu)化功能。通過將基于大量樣本構(gòu)建的行為模式“組件”填充到虛擬仿真嬰幼兒的行為和心理框架中，實現(xiàn)高度自由和多樣化的嬰幼兒行為模式模擬。3.2"進行標準化設(shè)計和架構(gòu)提取虛擬仿真嬰幼兒在實訓教學中存在的規(guī)范性、通用性和協(xié)同性不足問題，關(guān)鍵在于尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范要求和原則概念。為此，可采用標準化設(shè)計與架構(gòu)提取相結(jié)合的方式，對實訓教學進行系統(tǒng)性規(guī)范和優(yōu)化。實訓教學的標準化設(shè)計，可以從三個方面入手。1）實訓環(huán)境標準化。通過試點推廣與標準編制相結(jié)合的方式，對虛擬仿真嬰幼兒實訓教學的環(huán)境要求提出基本標準，明確虛擬仿真嬰幼兒的基本技術(shù)條件，以此作為實驗室標準化建設(shè)的基本依據(jù)。2）訓練模式規(guī)范化。虛擬仿真嬰幼兒實訓教學不應局限于各廠家提供的操作指南和說明，而應緊密結(jié)合學前教育相關(guān)教學大綱，明確訓練目的、內(nèi)容和操作目標。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建應用虛擬仿真嬰幼兒的標準化教學模式，提升教學的系統(tǒng)性和有效性。3）基本技能體系化。虛擬仿真嬰幼兒實訓教學是依托特定技術(shù)設(shè)備開展教學活動的統(tǒng)稱，但實訓教學的核心目的是讓學生掌握基本技能，因此，有必要對基本操作內(nèi)容、操作步驟、實訓環(huán)節(jié)等進行規(guī)范、制定標準，提升各教學單位、各培訓批次的整體水平，也為跨主體協(xié)作提供技術(shù)依據(jù)。在實訓教學的架構(gòu)提取方面，主要任務是對實訓教學的基本理念、基本環(huán)節(jié)和基本目標進行邏輯梳理與抽象總結(jié)，進而形成基于虛擬仿真嬰幼兒的實訓教學基本理論。1）對虛擬仿真嬰幼兒在教學中的應用地位和實踐要求進行概括，在教學理論基礎(chǔ)上明確虛擬仿真嬰幼兒的教學作用，并明確其使用目的。2）對虛擬仿真嬰幼兒的教學方法和使用原則進行提取，歸納出具有指導意義的教學架構(gòu)和提綱，并形成一般性的、具有推廣意義的指導原則。3）對實訓教學的一般特征和基本要求進行提煉規(guī)范，對虛擬仿真嬰幼兒等同類技術(shù)設(shè)備的基本地位、發(fā)展目標、教學嵌入等影響早期教育專業(yè)實訓教學的關(guān)鍵技術(shù)要點進行抽象和概括，形成具有一般指導性的教學要求。通過對虛擬仿真嬰幼兒實訓教學的標準化設(shè)計，并結(jié)合對實訓教學內(nèi)容的提取總結(jié)，可以有效增強應用虛擬仿真嬰幼兒開展實訓教學的標準性、協(xié)同性和規(guī)范性，如圖1所示。3.3"綜合應用多種信息設(shè)備虛擬仿真嬰幼兒在實訓教學中所面臨的問題，可以通過綜合應用多種信息設(shè)備，在技術(shù)發(fā)展中逐步解決。比如，可結(jié)合增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)和分布式計算原理，實現(xiàn)虛擬仿真嬰幼兒實訓教學的技術(shù)突破與提升。具體而言，將AR技術(shù)與智能可穿戴系統(tǒng)相結(jié)合，將真實嬰幼兒的影像通過增強投影技術(shù)實時映射到虛擬仿真嬰幼兒實體上，并使其與仿真實體的情感表達和肢體動作保持同步。這一技術(shù)手段不僅能夠增強學生與虛擬仿真實體之間的情感連接，還可以通過真實還原突發(fā)狀況、場景變化等高階應用，拓展虛擬仿真嬰幼兒的適用范圍