Leap Motion體感技術(shù)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題分析

胡建平 黃國(guó)政

（江蘇師范大學(xué)，江蘇連云港，222006）

Leap Motion體感技術(shù)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題分析

胡建平 黃國(guó)政

（江蘇師范大學(xué)，江蘇連云港，222006）

體感技術(shù)在教育應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)有了很多的實(shí)驗(yàn)與探索，Leap Motion由于價(jià)格便宜、體積小、精度高和延時(shí)低等特點(diǎn)，在短短幾年間已經(jīng)擁有了不少體驗(yàn)用戶。它在幼兒教育游戲、初等教育、高等教育及創(chuàng)客教育領(lǐng)域都有了典型應(yīng)用。Leap Motion體感技術(shù)應(yīng)用在教育中具有可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)沉浸感強(qiáng)、學(xué)習(xí)體驗(yàn)好等優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)階段無(wú)論是在技術(shù)層面還是教育層面，Leap Motion在教學(xué)中都還存在一些問題需要解決。

Leap Motion；體感技術(shù)；Kinect；教育

一、引言

在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的發(fā)展過程中，計(jì)算機(jī)硬件、軟件及現(xiàn)代教育理論都得到了快速的發(fā)展，對(duì)教育信息化帶來(lái)了廣泛而深刻的影響。但是作為信息技術(shù)的重要內(nèi)容，學(xué)習(xí)者與機(jī)器之間的交互方式相對(duì)來(lái)說(shuō)卻發(fā)展緩慢，甚至成為人類運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行教育教學(xué)變革的瓶頸。隨著人們對(duì)認(rèn)知科學(xué)和人工智能的進(jìn)一步研究，人機(jī)交互在最近幾年得到了快速的發(fā)展。人的感受已經(jīng)成了當(dāng)代人機(jī)交互設(shè)計(jì)需要考慮的重要問題，隨著人們生活水平的不斷發(fā)展提高，人們對(duì)人機(jī)交互的要求也越來(lái)越高，希望計(jì)算機(jī)與人的交互越發(fā)自然與方便。[1]在這樣的背景下，人機(jī)交互的發(fā)展也從原來(lái)的命令行到現(xiàn)在的圖形化界面，正逐步向更高一層的自然用戶界面發(fā)展。體感技術(shù)是繼鍵盤、鼠標(biāo)和觸摸屏之后最新的自然用戶界面交互方式，讓人們無(wú)需使用復(fù)雜的控制設(shè)備，就可以直接使用肢體動(dòng)作與周邊的數(shù)字設(shè)備和環(huán)境互動(dòng)，并根據(jù)人的動(dòng)作來(lái)完成各種指令。目前使用最廣泛的體感技術(shù)是微軟公司開發(fā)的Kinect技術(shù)，Kinect使得人機(jī)互動(dòng)不再局限于掌上控制器，利用人體結(jié)構(gòu)的探測(cè)以及人臉識(shí)別就能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，但是Kinect對(duì)近距離及高精度識(shí)別方面還比較欠缺，而且使用需要占用一定的空間，而Leap Motion的出現(xiàn)，正好填補(bǔ)了這個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于體感技術(shù)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很好的補(bǔ)充。

二、Leap Motion體感技術(shù)

Leap Motion是Leap公司在2013年發(fā)布的用于電腦平臺(tái)的體感控制器，中文名為“厲動(dòng)”，包括一個(gè)控制器硬件以及一套復(fù)雜的軟件平臺(tái)。Leap Motion采用獨(dú)特的軟硬件結(jié)合技術(shù)，利用紅外成像原理，追蹤雙手、手指及手持小工具等的活動(dòng)，使用雙手就能實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)境和擴(kuò)增實(shí)境，就像在真實(shí)世界中那樣與數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行互動(dòng)，具有高精度和超低延時(shí)等特點(diǎn)，誤差在0.01毫米以內(nèi)，延時(shí)為5-10ms，能夠以超過200幀/秒的速度追蹤雙手，這樣的精準(zhǔn)程度足夠保證用戶順利完成人機(jī)互動(dòng)所需的操作。

Leap Motion控制器是一個(gè)比一般U盤略大的USB控制器設(shè)備（如圖1所示[2]），主要核心部件有兩個(gè)紅外線攝像頭、三個(gè)紅外線LED光源、一片窄帶濾光片和USB高速芯片。Leap Motion是一個(gè)基于雙目立體視覺的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)，如同人眼一樣，利用雙攝像頭可以對(duì)空間物體進(jìn)行坐標(biāo)定位，利用視差產(chǎn)生空間縱深感覺。[3]Leap Motion控制器通過紅外線LED燈提供背光源，當(dāng)有諸如手指這樣的目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，紅外光就會(huì)被反射過來(lái)，窄帶濾光片可以過濾掉其它可見光和紫外線，保證紅外光能以高透過率通過。[4]在此同時(shí)，雙攝像頭對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行立體拍攝，從不同角度捕捉畫面，經(jīng)過計(jì)算重建目標(biāo)對(duì)象在真實(shí)三維空間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。

Leap Motion檢測(cè)范圍大體是一個(gè)距離控制器上方25-600毫米的空間，識(shí)別范圍基本上是一個(gè)倒四棱錐體。首先，Leap Motion會(huì)建立一個(gè)以控制器中心為原點(diǎn)、單位為毫米的右手笛卡爾坐標(biāo)系，X與Z軸水平，Y軸豎直，如圖2所示。[5]當(dāng)手指等目標(biāo)對(duì)象進(jìn)入檢測(cè)范圍后，Leap Motion軟件為它分配一個(gè)在視野范圍內(nèi)不會(huì)改變的唯一ID指示符（重新進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域的對(duì)象會(huì)重新分配ID），為方便查詢運(yùn)動(dòng)對(duì)象的信息，還會(huì)附加以Leap Motion提供的相關(guān)函數(shù)?？刂破鞫ㄆ诎l(fā)送目標(biāo)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)信息（稱作幀），一個(gè)幀對(duì)象Frame包含了Hands、Fingers、Pointables以及Tools等屬性，[6]負(fù)責(zé)提供追蹤數(shù)據(jù)、手勢(shì)和在可視范圍內(nèi)整體運(yùn)動(dòng)因素的列表?？刂破鞲鶕?jù)每幀和前幀檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，將動(dòng)作翻譯成平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等動(dòng)作因子，利用復(fù)雜的算法，生成運(yùn)動(dòng)信息，識(shí)別、判斷目標(biāo)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡，最終與顯示屏實(shí)現(xiàn)交互反饋。

Leap Motion體感控制器支持Windows 7、Windows 8和Mac OS X 10.7及10.8，可以在PC及Mac上通過手勢(shì)控制電腦。為了便于用戶體驗(yàn)Leap Motion的魅力，Leap公司發(fā)布了一個(gè)名為Airspace的應(yīng)用程序商店，可以讓用戶發(fā)現(xiàn)、購(gòu)買、下載支持Leap Motion的應(yīng)用程序。應(yīng)用程序分為免費(fèi)和收費(fèi)兩種，包括計(jì)算機(jī)控制、實(shí)驗(yàn)、教育、科學(xué)、游戲、音樂和娛樂等分類，大部分應(yīng)用都同時(shí)支持PC和Mac。Leap Motion還支持第三方應(yīng)用開發(fā)，提供了可以進(jìn)行二次開發(fā)的SDK，包含多個(gè)示例，支持許多開發(fā)語(yǔ)言，比如C++、C#、Python、 Java and Javascript等。目前，已經(jīng)有包括迪斯尼、Autodesk、Corel、Google及ZeptoLab在內(nèi)的公司均已宣稱部分旗下游戲軟件支持Leap Motion。Leap Motion還與華碩和HP開展合作，將來(lái)會(huì)與華碩的一體機(jī)和高端筆記本捆綁銷售。配備Leap Motion技術(shù)的Leap Motion鍵盤是HP的首發(fā)產(chǎn)品，為客戶帶來(lái)與使用Leap Motion控制器完全相同的絕佳體驗(yàn)，另外，在HP的部分設(shè)備中也將會(huì)預(yù)裝Airspace應(yīng)用。

三、Leap Motion在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

Leap Motion體感控制器給了用戶一個(gè)與電腦交互的全新方式，在傳統(tǒng)的鼠標(biāo)、鍵盤及觸摸屏之外，加入了手勢(shì)操作與3D動(dòng)作。Leap Motion的應(yīng)用程序商店中應(yīng)用最廣泛的app是游戲，但是隨著越來(lái)越多的熱心教育的人參與其中，教育app也在不斷增加。利用這些app，Leap Motion體感控制器為用戶探尋3D世界提供了一個(gè)直觀的、身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外也有不少教育工作者利用Leap Motion和其他工具融合，開發(fā)了一些教育軟件，進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，為L(zhǎng)eap Motion在教育中的應(yīng)用提供了很好的思路。

（一）在兒童教育游戲中的應(yīng)用

對(duì)兒童來(lái)說(shuō)，早期學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)是至關(guān)重要的，為他們習(xí)得知識(shí)和技能建立基礎(chǔ)，并對(duì)他們未來(lái)的學(xué)習(xí)行為產(chǎn)生很大的影響。由于孩子們很容易分散注意力，所以利用傳統(tǒng)的教學(xué)方法教孩子們比較困難。在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，很重要的方面就是吸引孩子的興趣和關(guān)注。美國(guó)的高級(jí)研究員蘇珊·皮特曼提到，“教育游戲涉及信息技術(shù)、學(xué)術(shù)內(nèi)容和解決問題的過程，可有有效的加速兒童的學(xué)習(xí)認(rèn)知過程，它對(duì)化解孩子們正在面臨的學(xué)習(xí)困難也是很有幫助的?！盵6]當(dāng)前，專為兒童開發(fā)的教育游戲數(shù)量正呈爆炸性增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，越來(lái)越多的游戲開發(fā)商都將目光從娛樂業(yè)轉(zhuǎn)到教育業(yè)，將參與性極強(qiáng)的游戲與教學(xué)結(jié)合起來(lái)。為創(chuàng)建一個(gè)自然的用戶界面，將體感技術(shù)應(yīng)用于教育游戲中，對(duì)兒童來(lái)說(shuō)可能意味著一個(gè)有趣、新穎的實(shí)踐方式，有助于提高兒童的手眼協(xié)調(diào)能力，這類游戲可能更具有吸引力和挑戰(zhàn)性，可以充分激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣并保持更強(qiáng)的注意力。2015年，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)人機(jī)交互研究所發(fā)布了一項(xiàng)針對(duì)兒童學(xué)習(xí)方式的研究報(bào)告，報(bào)告中說(shuō)體感技術(shù)和體感游戲是一種更有效果的學(xué)習(xí)方式，比簡(jiǎn)單通過移動(dòng)平臺(tái)游戲來(lái)的更好，利用體感裝置進(jìn)行學(xué)習(xí)的兒童學(xué)習(xí)效率更高。[7]Leap Motion的應(yīng)用程序商店有很多教育游戲類app，比如Sortee，它是一款快節(jié)奏的益智游戲，主要是教孩子對(duì)生活中的常見物品進(jìn)行分類，測(cè)試他們對(duì)日常物品的感知。當(dāng)電腦屏幕上出現(xiàn)每件物品時(shí)，兒童玩家只有幾秒鐘時(shí)間進(jìn)行思考，將物品分類，然后在空中滑動(dòng)手指，輕輕將物品彈入相應(yīng)的垃圾桶中。孩子們通過Leap Motion控制物品并將其放入分類垃圾桶中，相比鍵盤和鼠標(biāo)操作，具有更自然的生活體驗(yàn)。游戲設(shè)置的51個(gè)逐步具有挑戰(zhàn)性的難度級(jí)別及過關(guān)獎(jiǎng)勵(lì)設(shè)置，讓孩子們有過關(guān)后的成就感，也培養(yǎng)了孩子們垃圾分類的環(huán)保意識(shí)。

斯里蘭卡信息技術(shù)學(xué)院的K.G.M.P.Nandasiri等人根據(jù)學(xué)前教育孩子的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了名為“Leap Mania”的教育游戲，基于Leap Motion控制器，構(gòu)建了一個(gè)積極和愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境，幫助小朋友們學(xué)會(huì)不同的顏色、不同的形狀、英語(yǔ)字母和數(shù)字。[8]東南大學(xué)兒童發(fā)展與學(xué)習(xí)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李楊韜等針對(duì)當(dāng)前兒童認(rèn)知訓(xùn)練系統(tǒng)缺乏自然的人機(jī)交互手段的缺陷，使用Leap Motion設(shè)備獲得手部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用Unity3D設(shè)計(jì)3D游戲場(chǎng)景，[9]開發(fā)了一款兒童認(rèn)知訓(xùn)練系統(tǒng)，增強(qiáng)了兒童的游戲沉浸感，經(jīng)過一段時(shí)間的認(rèn)知訓(xùn)練，兒童在智力水平等方面都得到了有效的提高。

（二）在基礎(chǔ)教育中的應(yīng)用

科技有能力改變中小學(xué)生認(rèn)識(shí)世界的方法，通過Leap Motion技術(shù)，可以讓學(xué)生進(jìn)入下一代虛擬世界，激發(fā)他們對(duì)天文、地理、幾何、生物、藝術(shù)等學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情。比如在講解天文知識(shí)時(shí)，教孩子們認(rèn)識(shí)星系對(duì)許多地理教師來(lái)說(shuō)是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，利用抽象的概念解釋行星、恒星、星系等知識(shí)很有難度。但是，利用Leap Motion可以很好的解決這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。Leap Motion的應(yīng)用程序商店的收費(fèi)應(yīng)用程序Solar Walk是一個(gè)很好地天文軟件，這款3D太陽(yáng)系模型讓學(xué)生在時(shí)間與空間中遨游，近距離觀察所有行星，學(xué)習(xí)它們的運(yùn)動(dòng)軌跡、內(nèi)部構(gòu)造、探索歷史、興趣點(diǎn)以及更多內(nèi)容。學(xué)生能夠使用Leap Motion控制器，通過手勢(shì)來(lái)放大或遠(yuǎn)離太陽(yáng)、行星和衛(wèi)星，或者通過手指使用索引圖，他們就能夠了解每顆星球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大小、表面溫度以及科考任務(wù)等。利用手指滑動(dòng)時(shí)間滑塊，天空會(huì)做出相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。孩子們戴上一副青紅3D眼鏡，利用Leap Motion，可以任意在3D環(huán)境里遨游，近距離觀察所有行星，探尋星球知識(shí)的奧秘。

由于小學(xué)生年齡小，對(duì)事物往往只關(guān)注表面特征，缺乏空間想象力，所以在教學(xué)過程中，教師要盡量將抽象的幾何圖形形象化，逐步培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。3D Geometry是一個(gè)為在三維空間觀察和操縱幾何圖形而設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序。在教學(xué)過程中，教師通過Leap Motion控制器，用手調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)和定位，幫助學(xué)生觀察棱柱、棱錐、棱錐臺(tái)等幾何圖形。通過打圈旋轉(zhuǎn)手指來(lái)展開幾何圖形，查看它們?cè)诙S空間是什么樣子，并通過手指懸停為每個(gè)面涂上顏色，如圖3所示。通過手勢(shì)運(yùn)動(dòng)拆分幾何體，可以幫助學(xué)生很好的理解幾何體中的點(diǎn)、線、面，以及學(xué)習(xí)幾何體表面面積和體積的計(jì)算。

（三）在高等教育中的應(yīng)用

Leap Motion的出現(xiàn)，為高校各專業(yè)學(xué)生同樣也開拓了一個(gè)全新的學(xué)習(xí)方法，無(wú)論是計(jì)算機(jī)、設(shè)計(jì)、醫(yī)藥、音樂或自然科學(xué)專業(yè)，學(xué)生們都可以通過前沿的3D互動(dòng)來(lái)學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、探索虛擬環(huán)境，用新的方法去解決原來(lái)的問題。CrystalViewer是一款用于幫助高校化學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生觀察晶體和分子內(nèi)部原子排列的免費(fèi)應(yīng)用程序，學(xué)生配戴一副紅/藍(lán)（或紅/綠）立體眼鏡，配合Leap Motion控制器，通過雙手的運(yùn)動(dòng)獲得非常逼真的3D晶體與分子旋轉(zhuǎn)、縮放的完全交互式體驗(yàn)，方便學(xué)生直觀地觀察化學(xué)鍵，觀看原子如何聚集在一起。此外，屏幕工具使學(xué)生還能夠利用手的運(yùn)動(dòng)測(cè)量原子間的距離和角度，充分享受身臨其境的“屏幕外”3D體驗(yàn)。

華南師范大學(xué)的華子荀針對(duì)目前高校交互式數(shù)字電視節(jié)目缺乏合適的體感技術(shù)支持問題，采用Leap Motion控制器，配合電腦和投影儀，利用FLASH軟件對(duì)《電視攝像構(gòu)圖》教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行交互式數(shù)字電視節(jié)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)，并以華南師范大學(xué)新聞傳播專業(yè)的大學(xué)生為研究對(duì)象，采用單組前測(cè)后測(cè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，[10]得出了學(xué)生利用Leap Motion體感技術(shù)可以提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)質(zhì)量的結(jié)論。中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心的胡弘等針對(duì)我國(guó)載人航天地面虛擬訓(xùn)練中采用數(shù)據(jù)手套采集手勢(shì)的不足，根據(jù)虛擬手構(gòu)建的需求，利用Leap Motion手勢(shì)采集設(shè)備，對(duì)獲取的信息建模，構(gòu)建出符合人手生理學(xué)結(jié)構(gòu)的虛擬手，并在設(shè)備組裝的虛擬操作訓(xùn)練中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，采用主觀評(píng)價(jià)的方法，得出了該方法構(gòu)建虛擬手速度快，交互性好，能夠很好的應(yīng)用于航天員虛擬訓(xùn)練中，[11]可以增強(qiáng)虛擬訓(xùn)練的沉浸感和真實(shí)感，提高訓(xùn)練效果。

（四）在創(chuàng)客教育中的應(yīng)用

創(chuàng)客教育是將創(chuàng)客文化與教育結(jié)合，以學(xué)生興趣愛好為出發(fā)點(diǎn)，依托實(shí)際項(xiàng)目，利用新的數(shù)字技術(shù)和方法鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造和分享，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和跨學(xué)科解決問題的能力一種教學(xué)模式?；ヂ?lián)網(wǎng)、開源軟件、3D打印等新技術(shù)的應(yīng)用，為創(chuàng)客教育的普及降低了邊際成本。體感技術(shù)的發(fā)展，為3D打印帶了新的生機(jī)，可以解決以往通過鼠標(biāo)在二維環(huán)境下建立三維模型時(shí)很不方便的難題，Leap Motion傳感器提供了橋梁，創(chuàng)造了一個(gè)可以用手操縱三維虛擬對(duì)象的環(huán)境，有助于STEAM學(xué)習(xí)。國(guó)外很多創(chuàng)客空間使用Leap Motion控制器和3D打印機(jī)，通過新興的開源計(jì)算機(jī)語(yǔ)言Processing進(jìn)行少兒手繪創(chuàng)作，如圖4所示。手繪者在電腦前進(jìn)行三維繪畫創(chuàng)作，Processing sketch通過Leap Motion控制器收集到手指的笛卡爾坐標(biāo)信息，并利用處理器將這些值轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)需要的笛卡爾坐標(biāo)，然后封裝成G-code命令發(fā)送到3D打印機(jī)將3D作品打印出來(lái)。小朋友們通過十個(gè)手指，可以隨心所欲地進(jìn)行創(chuàng)作，在空氣中根據(jù)自己的想象就能創(chuàng)造出自己喜歡的3D作品，這是鼠標(biāo)無(wú)法做到的事情。同樣，在機(jī)器人領(lǐng)域，也有不少國(guó)外的創(chuàng)客空間使用Leap Motion控制器進(jìn)行了研究，通過一雙手就能控制機(jī)器人進(jìn)行一些細(xì)微的操作，如圖5所示。

溫州中學(xué)是國(guó)內(nèi)較早開展創(chuàng)客教育的中學(xué)，該校信息中心主任謝作如老師是開展創(chuàng)客教育的專家，他認(rèn)為用面向兒童的簡(jiǎn)易編程工具Scratch開發(fā)各種創(chuàng)客作品，是非常好的選擇。[12]謝老師在教學(xué)實(shí)踐中，引入Leap Motion體感控制器技術(shù)，利用用于Leap Motion的Scratch 2.0插件程序，指導(dǎo)學(xué)生編寫出了許多很酷的手勢(shì)控制方面的游戲，同時(shí)，他還指出了“Scratch 2.0 Plug-in for Leap Motion”插件在體感游戲制作方面存在的不足。[13]

四、在教學(xué)應(yīng)用中的問題分析

相對(duì)于微軟的Kinect體感技術(shù)來(lái)說(shuō)，Leap Motion在教育中的應(yīng)用還處于起步階段，Kinect更側(cè)重于肢體的整體運(yùn)動(dòng)，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛，但空間占用較大、對(duì)識(shí)別距離有一定的要求、識(shí)別精度遠(yuǎn)不如Leap Motion。Leap Motion定位則更偏向于“桌面”操作，[14]價(jià)格較低、占用空間小、識(shí)別精度高、延遲低。在教育教學(xué)中，如前面的應(yīng)用案例所述，在某些教育領(lǐng)域，Leap Motion確實(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，為信息化教學(xué)提供了一個(gè)創(chuàng)新的學(xué)習(xí)方式，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)沉浸感強(qiáng)、學(xué)習(xí)體驗(yàn)好，能有效提升學(xué)習(xí)效果。但是客觀來(lái)說(shuō)，由于Leap Motion還處于完善階段，無(wú)論是在技術(shù)層面還是教育層面，Leap Motion在教學(xué)中都還存在一些問題，在短期內(nèi)還不可能完全代替鼠標(biāo)、鍵盤和觸摸屏等傳統(tǒng)人機(jī)交互設(shè)備。

（一）技術(shù)層面

1.由于攝像頭是自下朝上的，所以在進(jìn)行雙手運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)備不能很好的識(shí)別上面的手運(yùn)動(dòng)，比如我們?nèi)S建模雙手上下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，往往不能很好的對(duì)上面的手進(jìn)行識(shí)別，而且當(dāng)兩個(gè)手指靠近時(shí)，其中的一個(gè)手指也不能很好的識(shí)別。2.識(shí)別范圍不如Kinect，而且存在一定的死角，比如當(dāng)教師演示PPT文稿時(shí)，一旦講的興起，揮舞的雙手幅度過大，可能會(huì)存在離開掃描范圍而出現(xiàn)無(wú)法控制演示文稿的情況。3. Leap Motion主要識(shí)別手部運(yùn)動(dòng)，不同于Kinect的肢體識(shí)別，所以在構(gòu)建具備增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能的教學(xué)環(huán)境方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及Kinect，而只能作為其中的一個(gè)有益補(bǔ)充。4.由于Leap Motion應(yīng)用推廣時(shí)間不長(zhǎng)，無(wú)論是Airspace中的應(yīng)用還是教師自主開發(fā)的教育游戲或教學(xué)軟件都還有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益發(fā)展的教育需要，而且開發(fā)應(yīng)用軟件需要一定的編程基礎(chǔ)，對(duì)普通老師來(lái)說(shuō)還有一定的難度。5.最重要的是，由于在操作時(shí)手一指處于懸空狀態(tài)，所以長(zhǎng)時(shí)間使用，手臂會(huì)有點(diǎn)疲勞，這樣無(wú)疑會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者，特別是低齡兒童在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的抵觸情緒。當(dāng)然，隨著計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的不斷創(chuàng)新、算法的不斷優(yōu)化以及更多的技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)和教育技術(shù)從業(yè)者加入到教育應(yīng)用軟件的開發(fā)，一些不足之處和學(xué)習(xí)資源的匱乏現(xiàn)象肯定會(huì)逐步得到改進(jìn)，從而更好的為現(xiàn)代化教育服務(wù)。

（二）教育層面

1.隨著Kinect、Leap Motion等體感技術(shù)與教育的不斷融合，信息化教學(xué)環(huán)境和學(xué)習(xí)方式也受到了一定的沖擊，如果將體感技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于信息化教學(xué)，還缺少相應(yīng)的理論支撐，需要教育技術(shù)研究者在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上通過不斷實(shí)踐、修正，形成一套操作性強(qiáng)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)方法，這是一個(gè)漫長(zhǎng)的探索過程。[15]2.將Leap Motion應(yīng)用于教學(xué)，在教學(xué)模式上需要有所創(chuàng)新和突破，目前來(lái)說(shuō)，還沒有完整的教學(xué)案例和方案可供參考，需要先行者不斷摸索，形成較為成熟的教學(xué)模式，然后對(duì)教師進(jìn)行培訓(xùn)，逐步推廣，如同微課、翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展壯大一樣。3.Leap Motion應(yīng)用于幼兒游戲教育時(shí)，由于幼兒自控能力較弱，如果教師不加以正確的引導(dǎo)，很難達(dá)到應(yīng)有的學(xué)習(xí)效果。需要教師充分考慮學(xué)習(xí)者的年齡特點(diǎn)和學(xué)習(xí)風(fēng)格，[16]選擇合適的教育游戲，設(shè)置明確的、可度量的教學(xué)目標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)，切實(shí)提高教學(xué)效果。4.Leap Motion在教學(xué)中只是一種全新的輔助工具，不能將其作用絕對(duì)化，在教育教學(xué)中，不能“盲目化，絕對(duì)化”，不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合采用體感技術(shù)開展教學(xué)，更不能忽略教師與學(xué)生之間的情感互動(dòng)。5.雖然HP已經(jīng)研發(fā)出了配備Leap Motion技術(shù)的鍵盤，但是目前來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)用戶還是購(gòu)買的USB接口的Leap Motion控制器，如果要在多媒體機(jī)房使用，需要建立完善的規(guī)章制度，加強(qiáng)教育和管理，確保教學(xué)的順利進(jìn)行。

五、結(jié)語(yǔ)

客觀來(lái)說(shuō)，無(wú)論是已經(jīng)較為成熟的Kinect，還是處于推廣階段的Leap Motion，目前都不足以威脅到鼠標(biāo)、鍵盤及觸摸屏作為主要人機(jī)交互方式的地位。但是，Leap Motion無(wú)疑是一個(gè)足以改變?nèi)藗児逃杏^念的產(chǎn)品，為未來(lái)人機(jī)交互的發(fā)展方向指明了目標(biāo)。相信不久的將來(lái)，隨著Leap Motion的不斷成熟和教育應(yīng)用的不斷發(fā)展，Leap Motion會(huì)在教育教學(xué)中獲得更為廣泛的應(yīng)用。

[1]馬秀娟.基于自然用戶界面的人機(jī)交互模式研究[D].西安:西安理工大學(xué)，2013.

[2]Frank Weichert,Daniel Bachmannd等.Analysis of the Accuracy and Robustness of the Leap Motion Controller[J]. Sensors，2013，(13):80-93.

[3]Leap Motion控制器工作原理詳解[EB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog_a46bafbf0101bnc7.html.

[4]Leap Motion引爆人機(jī)互動(dòng)革命[EB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d66b9090101d814.html.

[5]Leap Motion的開發(fā)者文檔[EB/OL].https://developer.leapmotion.com/documentation/guide/Leap_Overview.

[6]林德江,井志勝,王國(guó)德等.基于Leap Motion體感控制技術(shù)的數(shù)字化展示系統(tǒng)研究[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2015，(12):86-90.

[7]體感技術(shù):從游戲到教育的華麗轉(zhuǎn)身[EB/OL].http://edu.163.com/15/1119/14/B8PSS9VG00294KHN.html.

[8]K.G.M.P.Nandasiri,N.H.C.E.M.Nawarathna,M.M.R.Mohamad等.Advance Technology for Kids to Improve Knowledge and Skills using Motion Gesture Recognition–Leap Mania[J].Sanvitha Kasthuriarachchi，2015，(2):121-124.

[9]李楊韜,禹東川,靳來(lái)鵬.基于Leap Motion手勢(shì)識(shí)別的認(rèn)知訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016，(5):12-14.

[10]華子荀.Leap Motion支持下教育電視節(jié)目提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果的研究[J].教育信息技術(shù)，2015，(5):60-63.

[11]胡弘,晁建剛,林萬(wàn)洪等.Leap Motion虛擬手構(gòu)建方法及其在航天訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].載人航天，2015，(5):257-262.

[12]蔣莘,謝作如.中小學(xué)的創(chuàng)客課程掃描[J].當(dāng)代教育家，2015，(6):48-49.

[13]謝作如.用Scratch玩手勢(shì)控制（下）[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2015，(11):77-78.

[14]馬若飛.Kinect與Leap Motion，不存在的戰(zhàn)斗[EB/OL].http://www.ifanr.com/271316.

[15]李青，王青.體感交互技術(shù)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀述評(píng)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2015，(1):48-56.

[16]李玲，胡衛(wèi)星,趙苗苗等.手勢(shì)計(jì)算技術(shù)教學(xué)應(yīng)用的現(xiàn)狀及問題分析[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2015，(1):34-38.

[責(zé)任編輯：鐘 晴]

TP391.4

A

1008-7346（2016）05-0023-06

2016-08-04

本文系江蘇省教育廳2013年度高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究基金項(xiàng)目 （2013SJD760031）的階段性成果。

胡建平，男，湖南常德人，江蘇師范大學(xué)連云港校區(qū)數(shù)信學(xué)院副教授。

黃國(guó)政，男，寧夏銀川人，江蘇師范大學(xué)連云港校區(qū)數(shù)信學(xué)院副教授。