國(guó)內(nèi)外Kinect教學(xué)應(yīng)用對(duì)比研究

張戰(zhàn)杰　李書明　陳云紅

摘 要 簡(jiǎn)述Kinect體感設(shè)備，采用文獻(xiàn)資料法分別對(duì)國(guó)內(nèi)外Kinect教學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究，對(duì)其應(yīng)用和研究現(xiàn)狀進(jìn)行論述。最后對(duì)國(guó)內(nèi)外Kinect教學(xué)應(yīng)用的研究差異進(jìn)行分析對(duì)比，形成對(duì)Kinect教學(xué)應(yīng)用研究的整體認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 Kinect；體感教室；體感游戲

中圖分類號(hào)：G652 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）08-0149-02

Comparative Study of Kinect Teaching Application at Home and

Abroad//ZHANG Zhanjie， LI Shuming， CHEN Yunhong

Abstract This paper introduces the two generations of Kinect briefly

at first. Then investigation and research on the application of Kinect in education activities with the methods of literature consultation and

summary discusses its current status. Finally， this article summarized

the difference by analysis the research of domestic and overseas and

form a general understanding on the application of Kinect in educa-tion activities.

Key words Kinect； somatosensory classroom； motion sensing game

1 引言

Kinect體感設(shè)備最初是微軟針對(duì)Xbox 360游戲推出的交互式體感游戲外設(shè)，借此設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)情境的互動(dòng)以及人機(jī)交互。2011年6月，微軟發(fā)布Kinect for Windows SDK

Beta資源開發(fā)包，開發(fā)者可以通過(guò)Microsoft Visual Studio

2010利用C++、C#、Visual Basic進(jìn)行相關(guān)的Kinect應(yīng)用程序開發(fā)[1]。Kinect強(qiáng)大的交互功能使人機(jī)互動(dòng)的理念展現(xiàn)得更加徹底，隨之一場(chǎng)“Kinect效應(yīng)”在全球范圍內(nèi)蔓延，來(lái)自世界各地的研究者將Kinect引入教育等領(lǐng)域，并取得諸多成果。本文通過(guò)對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)Kinect體感設(shè)備在教育教學(xué)中的應(yīng)用成果進(jìn)行分析研究，以探明國(guó)內(nèi)外研究差異，為改進(jìn)Kinect在教育教學(xué)中的應(yīng)用研究提供參考。

2 國(guó)內(nèi)Kinect教學(xué)應(yīng)用研究

北京一家科技公司利用Kinect研發(fā)出一套針對(duì)幼兒的“3D體感互動(dòng)”教育課程，讓兒童在交互式娛樂體驗(yàn)中學(xué)習(xí)知識(shí)。在Kinect的支持下，孩子們可以不需要手持設(shè)備，就能通過(guò)Kinect的支持進(jìn)行互動(dòng)和交流、學(xué)習(xí)知識(shí)。目前，該智能教學(xué)課程已經(jīng)在全國(guó)數(shù)十家幼兒園（如中國(guó)鐵道科學(xué)研究院幼兒園）得到應(yīng)用實(shí)施。

臺(tái)灣微軟與臺(tái)南市海東國(guó)小協(xié)作基于Kinect建置了獨(dú)立的體感教室，將體感游戲轉(zhuǎn)換成體育課程中的跑步、跳遠(yuǎn)、標(biāo)槍等訓(xùn)練項(xiàng)目，透過(guò)游戲的模擬動(dòng)作，對(duì)學(xué)生跑步和跳遠(yuǎn)的姿勢(shì)和技巧進(jìn)行強(qiáng)化。

吳松、韓國(guó)柱等[2]將Kinect與虛擬維修教學(xué)相結(jié)合。在Unity3D開發(fā)環(huán)境下引入Kinect體感設(shè)備，以某裝備炮閂分解結(jié)合訓(xùn)練為對(duì)象，建立了體感式分解結(jié)合維修訓(xùn)練系統(tǒng)，操作者通過(guò)Kinect可實(shí)現(xiàn)控制虛擬人物在場(chǎng)景中行走、取用各種工具等操作。研究表明，該虛擬維修教學(xué)系統(tǒng)能夠有效緩解現(xiàn)代軍事裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、教學(xué)裝備數(shù)量短缺等問(wèn)題。李小龍、林華等基于同樣的原理，將手勢(shì)識(shí)別技術(shù)與虛擬解剖學(xué)的教學(xué)相結(jié)合，開發(fā)出一套使用手勢(shì)控制的虛擬人體解剖教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在虛擬解剖教學(xué)中的手勢(shì)識(shí)別和三維交互。顧容、何益明等[3]基于Kinect開發(fā)出一項(xiàng)智能教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用案例，通過(guò)Kinect的骨骼追蹤功能，對(duì)多媒體課件進(jìn)行手勢(shì)控制，把動(dòng)作對(duì)應(yīng)到鍵盤、鼠標(biāo)的事件，完全由手勢(shì)控制多媒體課件的演示。朱明茗、景紅[4]借助Kinect體感設(shè)備，基于OpenNI&NITE平臺(tái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)手勢(shì)對(duì)PPT的控制。

3 國(guó)外Kinect教學(xué)應(yīng)用研究

美國(guó)華盛頓大學(xué)的Jeb Pavleas與Jack Chang合作設(shè)計(jì)一款名為體感數(shù)學(xué)的教學(xué)應(yīng)用，使教師利用互動(dòng)的方式講授抽象的數(shù)學(xué)概念，并通過(guò)動(dòng)態(tài)的圖像幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)概念[5]。美國(guó)的凱內(nèi)爾姆公司基于Kinect研發(fā)出一款教學(xué)類應(yīng)用——“河流穿越”，旨在發(fā)展兒童的視覺與肢體協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)能力和思維能力。

荷蘭的De Ruimte學(xué)校開啟了利用Kinect對(duì)有特殊需求的學(xué)生進(jìn)行運(yùn)動(dòng)技能修復(fù)教育的項(xiàng)目[6]。在這個(gè)運(yùn)動(dòng)修復(fù)項(xiàng)目中，使用Kinect技術(shù)能夠以更加自然的方式促使學(xué)生在潛意識(shí)層面學(xué)習(xí)新動(dòng)作。De Ruimte學(xué)校負(fù)責(zé)人表示，借助Kinect提高了學(xué)生的運(yùn)動(dòng)技能和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，學(xué)生也更容易將注意力集中到對(duì)動(dòng)作的學(xué)習(xí)上。

希臘比雷埃夫斯大學(xué)的揚(yáng)尼斯·A與西米恩·R等人對(duì)基于Kinect開發(fā)的一款教育游戲“Uni Paca Girl”進(jìn)行了研究[7]。研究人員對(duì)希臘一所特殊教育小學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這款基于Kinect的體感游戲在提高兒童粗大運(yùn)動(dòng)和肢體協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)能力方面有明顯的效果。此外，比雷埃夫斯大學(xué)實(shí)施了一項(xiàng)將Kinect用于針對(duì)患有輕微自閉癥的學(xué)生進(jìn)行輔助教育的研究。教師借助這個(gè)游戲幫助學(xué)生改善他們的交際行為，提高他們互相幫助的能力，并得以與自閉癥兒童交流，幫助其塑造正常的社會(huì)行為和提高社會(huì)交際能力。

韓國(guó)電子技術(shù)研究所的研究員Baek Seongmin與Kim Myunggyu提出一種基于Kinect體感技術(shù)進(jìn)行舞蹈學(xué)習(xí)的新模式[8]。該模式使用多個(gè)Kinect傳感設(shè)備對(duì)教師的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉，把來(lái)自多個(gè)Kinect的數(shù)據(jù)合并到骨架數(shù)據(jù)中，從而全方位地收集教師的數(shù)據(jù)，最大限度地避免出現(xiàn)身體某個(gè)部位跟蹤不準(zhǔn)的現(xiàn)象，幫助學(xué)習(xí)者對(duì)一些比較復(fù)雜的舞蹈動(dòng)作進(jìn)行學(xué)習(xí)。該模式極大地提高了舞蹈姿勢(shì)學(xué)習(xí)的精確度，并具有實(shí)時(shí)的姿勢(shì)比較功能。

4 國(guó)內(nèi)外Kinect教學(xué)應(yīng)用研究對(duì)比

通過(guò)對(duì)近年來(lái)有關(guān)Kinect在教學(xué)中應(yīng)用研究相關(guān)文獻(xiàn)的梳理分析，筆者分別從應(yīng)用形式、研究類型、研究范圍以及研究主體等方面，對(duì)國(guó)內(nèi)外研究特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，具體如下。

關(guān)于Kinect在教學(xué)中的應(yīng)用形式 國(guó)內(nèi)的研究者主要關(guān)注于將Kinect作為一種教學(xué)輔助工具，將Kinect與教學(xué)內(nèi)容以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)Kinect展現(xiàn)、傳遞教學(xué)內(nèi)容。如將Kinect與多媒體課件控制相結(jié)合，將Kinect應(yīng)用于電子白板教學(xué)，通過(guò)這種方式，教師可以通過(guò)簡(jiǎn)單的手勢(shì)運(yùn)作完成相應(yīng)的操作，提高教學(xué)效率以及師生的交互性。國(guó)外的研究關(guān)注于將Kinect應(yīng)用于創(chuàng)造教學(xué)情境和交互環(huán)境，借助Kinect構(gòu)建教學(xué)體系架構(gòu)，針對(duì)某一具體學(xué)科或者教學(xué)內(nèi)容，用于跟蹤和指導(dǎo)學(xué)生的具體操作和動(dòng)作規(guī)范，如醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、體育技能方面的教學(xué)等。二者的共同點(diǎn)是注重Kinect在教學(xué)過(guò)程中的交互意義，加強(qiáng)師生之間、學(xué)生之間的交互合作，改進(jìn)教與學(xué)的體驗(yàn)。

關(guān)于Kinect在教學(xué)中應(yīng)用的研究類型 國(guó)內(nèi)外的研究在此方面的差別較小，在理論研究與實(shí)踐研究方面均有所涉及。相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行的實(shí)踐研究較多，也比較成熟，尤其是結(jié)合Kinect進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐方面做出許多研究成果。如國(guó)外已有學(xué)校將Kinect應(yīng)用于課堂教學(xué)，借助Kinect開展師生的交互活動(dòng)，幫助學(xué)生營(yíng)造身臨其境的感覺，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與集體活動(dòng)的熱情。

關(guān)于Kinect在教學(xué)中應(yīng)用的研究范圍以及研究機(jī)構(gòu) 國(guó)內(nèi)的研究者主要集中于幼兒教育以及教學(xué)輔助工具等方面，國(guó)外的研究者主要集中于幼兒教育、特殊教育以及行為糾正強(qiáng)化教育等方面。國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)主要為高等院校以及研究所；國(guó)外的研究人員既有高等院校機(jī)構(gòu)，還有獨(dú)立的科研機(jī)構(gòu)與商業(yè)公司。相較之下，國(guó)外的研究隊(duì)伍不僅有高校的教育科研人員，還有許多其他非教育機(jī)構(gòu)的研究人員，如體感設(shè)備愛好者以及私營(yíng)企業(yè)研究人員等。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)Kinect在課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究分析與比較，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的研究尚存在一些不足之處。可以從以下幾點(diǎn)加以改進(jìn)。

首先，加強(qiáng)知識(shí)共享的意識(shí)，建構(gòu)知識(shí)共享的氛圍。通過(guò)高校之間、科研團(tuán)隊(duì)之間、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)公司之間的交流合作，充分發(fā)揮各方的優(yōu)勢(shì)與長(zhǎng)處，共同促進(jìn)Kinect在教學(xué)中應(yīng)用研究的發(fā)展進(jìn)步。通過(guò)搭建技術(shù)、科研成果交流平臺(tái)，提供對(duì)Kinect研究進(jìn)展與成果資源進(jìn)行共享的機(jī)會(huì)。

其次，開展實(shí)施一些對(duì)教學(xué)工作有針對(duì)性的研究，將Kinect應(yīng)用于教學(xué)中的研究系統(tǒng)化和理論化。如開展一系列針對(duì)幼兒教育或者特殊教育的應(yīng)用研究，使其能夠構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，并提升一套Kinect在教學(xué)中應(yīng)用的理論成果。

最后，加強(qiáng)推廣應(yīng)用。Kinect在教學(xué)中的應(yīng)用研究是為了對(duì)教學(xué)工作加以改進(jìn)和發(fā)展，對(duì)那些在教學(xué)中已經(jīng)證明具有積極影響的研究成果，應(yīng)將其用于教學(xué)實(shí)踐并進(jìn)行推廣。

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