体感交互技术教育应用研究现状分析

2016/6/7 14:25:41 矩道科技 市场动态

体感交互技术是一种相比于现有的键盘鼠标更加自然的人机交互方式,因为其具有良好的交互性和沉浸感,在多个领域具有广泛的应用前景,受到了国内外各个领域学者的关注。文章选择了体感交互技术的教育应用研究现状作为研究对象,在首先简明扼要地阐述了体感交互技术由来的基础上,对国内外体感交互技术的教育应用现状做了简要分析。分析发现,虽然目前体感交互技术教育应用的相关研究已经取得了一定的进展,但是真正接地气,并且能够真正解决当前教育痛点问题的并不多,因而体感交互技术如何应用于课堂促进教与学是未来需要着重关注的研究方向。


体感交互技术因其具有的良好的交互性、很好的沉浸感和更加自然的人机交互,受到了国内外各个领域学者的关注,也有越来越多的学者开始关注这一技术在教育领域内的应用前景,本文就国内外体感交互技术在教育领域内的应用研究现状做了简要分析,分析所用的文献主要来源于谷歌学术(Google Scholar)及中国知网(CNKI),并希望可以借此为后续的相关研究提供一定的参考。


体感交互技术的前世今生

体感交互技术代表着一种全新的人机交互方式,人可以通过言语、肢体姿势和脸部表情等这些更加自然的方式实现与计算机的交互。体感交互技术作为自然人机交互技术(Human-Computer Nature Interaction)的代表,是人机交互技术发展的最新阶段,前三个阶段分别为:第一阶段,自1946年世界第一台计算机诞生而出现的由设计者本人通过手工操作和依赖于机器的二进制代码的方式操控计算机的手工作业阶段;第二阶段,以微软的DOS系统为代表的,程序员通过批处理或命令行的方式与计算机打交道的作业控制语言及交互命令语言阶段;第三阶段,以微软的Windows为代表的,普通用户通过鼠标键盘操控显示有各种窗口的计算机的图形用户界面(GUI)阶段。

人机交互技术变得越来越成熟,这使得近十几年来家用计算机得到迅速发展与普及。

但是随着近几年虚拟现实技术的拟人化发展和智能平板、智能手机及智能可穿戴设备等微型随身设备的迅速普及,以鼠标和键盘为代表的图形用户界面交互方式已经难以适应新技术背景下对于交互的要求,于是便出现了利用人的多种感觉通道和动作通道,以并行的、非精确的方式与计算机进行交互的自然人机交互。

实际上,体感交互技术(Motion-sensing Technology)与最近热门的可穿戴技术、云计算及物联网等不同,它并非什么新兴技术。体感交互技术最早走进公众视野是在任天堂(Nintendo)2007年推出的Wii Remote和微软(Microsoft)2010年推出的Kinect中,伴随着这两款商业化产品出现了“体感游戏(Exgergame)”这一游戏的新玩法,并且取得了非常不错的口碑与销量,从此广大电玩玩家们终于可以告别手握游戏手柄呆坐在屏幕前“激情澎湃地”玩游戏的时代。而在这些基于体感交互技术的商业产品中,微软的Kinect因其优良的性能(同时跟踪多人、人脸追踪及多语言语音识别等)和微软提供的强大技术支持(开放Windows平台的SDK、推出专门的开发版Kinect),也在诸如医疗、健身、零售行业、教育培训及科研等领域得到了较为广泛的应用。


体感交互技术国外教育应用研究现状分析

国外的体感交互技术教育应用研究起步较早,涉及教育的方方面面,充分挖掘了体感交互技术应用于教育领域的潜力。

1.在动作技能培训当中应用体感交互技术

例如利用体感游戏辅助芭蕾舞演员的技能训练和残疾人的康复训练[2]等,由于动作类技能仅仅依赖观看教学视频,然后跟着做,很难及时了解动作的完成情况,结合体感技术之后,在完成动作的同时可以实时地了解自己动作的完成情况,并针对动作的完成情况给出不同的反馈。

2.将体感交互技术应用于某一特定的学科

例如在化学课程中利用体感交互技术操控化学分子,模拟各种化学反应,为学生营造沉浸式的学习环境,这种体感技术与虚拟实验平台相结合的应用,把原本只能停留在书本上的各种静态化学分子,变成了可以由学生自由操控的可交互对象,极大地提高了学生课堂的参与度和学习效果。

3.将体感交互技术应用于不同阶段的教育中

例如充分利用体感交互技术和语音识别技术,将其应用于学前儿童的语言学习中,实现在游戏中学的目的,在这种情况下,儿童不再需要与枯燥无味而且没有什么共同语言的大人进行交流,而是在各种有趣的儿童游戏中,自然而然地学会各式各样的基本的语言技能。

4.从宏观的角度审视体感交互技术在教育中的应用

例如探讨微软的体感交互设备Kinect应用于教育中的各种可能性[3]等,这类研究主要还是以理论探究为主,在充分分析了体感交互技术特点的基础上,结合目前教育应用的各种实际需求,分析体感交互技术在教育中应用的各种可能性。


体感交互技术国内教育应用研究现状分析

国内的相关研究则主要开始于《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》掀起的教育信息化理论、技术与应用三方面的研究浪潮,研究的重点侧重于时下教育信息化发展的几个大方向,包括电子书包、虚拟(增强)现实及游戏化(悦趣)学习等。

1.针对不同年龄阶段儿童的体感教育游戏

例如基于体感交互技术设计和开发的亲子互动游戏,改变了亲子玩家与游戏之间的互动方式,让他们甩掉键盘鼠标玩游戏,通过肢体动作和言语等多种方式与游戏互动,在获得悦趣的同时,拉近了亲子间的距离,增强了家庭的凝聚力。

2.针对儿童的体感交互式多媒体电子书

对于儿童来说,他们习惯于使用更加自然的手势、体态、表情和语言等方式与计算机(泛指各种具有高速运算能力的电子设备)进行交互,因而基于体感交互技术的多媒体电子书能够极大地解放儿童的双手,为儿童创造一个可以激发无限想象力的空间。

3.基于体感交互技术的虚拟仿真实验系统

传统人机交互方式下的基于桌面系统的虚拟仿真实验系统的交互由于其信息维度的限制,在完成三维交互任务时存在着用户体验不佳的问题,而利用体感交互技术则可以很好地改善三维虚拟学习系统的沉浸感和用户体验。

4.基于体感交互技术的各类教育技术装备

例如基于Kinect的交互式电子白板,利用体感交互技术解决目前的交互式电子白板需要教师手持电子笔在白板上书写的短板,而是通过手部的定位和简单的手势实现各种操作。

5.在教学中应用基于体感交互技术的手势识别

通过体感交互技术进行静态手势识别和单手、双手手势识别,以提供无接触式互动交互,并在此基础上结合其他元素实现可应用于教学的自然用户界面。


体感交互技术教育应用研究现状分析

综合分析国内与国外的体感交互技术教育应用研究现状,不难发现:虽然目前体感交互技术教育应用的相关研究已经取得了一定的进展,但是真正接地气并且能够真正解决当前教育痛点问题的并不多。

目前相关研究的不足之处在于,要么研究对象较为单一且并未触及教育的核心领域,如体感游戏、体感交互式多媒体电子书和基于体感交互技术的虚拟仿真实验系统等,要么仅仅从宏观的角度简单地探讨体感交互技术在教学中的应用,将这一技术与课堂进行整合以真正服务于教育教学的研究并不多,而实际上课堂才是教育信息化攻坚战的核心战场,体感交互技术如何应用于课堂促进教与学是未来此类研究需要着重关注的研究方向。


结束语

体感交互技术代表着一种全新的人机交互方式,它的出现让我们看到了其作为新兴的现代信息技术的一员,推动整个教育继随着语言而出现的“家庭教育”,随着文字而出现的“专职教育”,随着印刷术而出现的“学前班级教育”,随着电信、广播与电视而出现的“多媒体教育”以及随计算机和互联网而出现的“网络远程教育”之后的第六次根本性的变革[。相信在不久的将来,体感交互技术将会与智能可穿戴技术、虚拟(增强)现实技术、传感器技术及智能分析技术等,一道构建出一个“任何人在任何时间、地点,以任何方式学习任何内容,并可获取任何学习支持”的智慧学习(Smart Learning)新时代。

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