結合虛擬現實技術增強兒童園藝整體認知

任曉晶 申鎵豪 錢皓月 李伍清

摘 要：虛擬現實技術是通過構建一種虛擬的環境，讓用戶可以參與到完全的沉浸式體驗中去并實現人和虛擬環境的互動。本文主要討論將虛擬技術與兒童園藝教育相結合，通過虛擬現實技術指導兒童的園藝活動，增加兒童的興趣并提高兒童對園藝的整體認知。

關鍵詞：虛擬現實；兒童認知；園藝

引言

虛擬現實技術是可以創建和體驗虛擬世界的一種計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，使用戶沉浸到模擬的環境中，實現動態交互。目前，虛擬現實技術已經被應用到工業、醫學、航天、娛樂等眾多領域，該技術的發展已經相對成熟但仍有許多創新空間。將虛擬現實技術同教育相結合是對傳統教育的一種挑戰，也是未來教育發展的重要途徑。它使我們可以積極主動的參與到學習中，由傳統的說教式教育代之為使用者自身與虛擬環境交互來獲得知識技能[1]。目前，在兒童的園藝教育方面的產品設計還僅僅停留在現實教授種植過程的階段。通常都是老師帶領著學生在一小片土地上進行種植，觀察和記錄植株的變化過程。現實種植有兩個特點：一方面，園藝種植是一個較長期才能顯示種植結果的過程，這種漫長的等待勢必會消磨兒童的興趣；另一方面，園藝是一個不可逆的線性過程，這就意味著一次園藝種植過程只能為兒童帶來一次學習機會，并且這個機會稍縱即逝。并且目前的園藝教育多注重于動手能力和觀察能力的培養，而忽略了兒童對于園藝的整體認知，是一種被動的而非主動的學習。這就大大降低了園藝教育的效能，往往付出很多的時間和精力，但收獲的知識和能力卻很有局限性。而在園藝種植過程中如果對其過程有一個全局的了解將有助于兒童對園藝活動的整體認知。

一、整體認知

“Culture”在英文中既是栽培（生物）的意思，同時又是培養（人）的意思。這說明了園藝與培養人的能力的本源聯系：通過植物栽培活動可以培養主體的各方面的能力。最早提出園藝治療的《英國庭園》一書中指出我們可以在閑暇時到院子里坐一會，除除草，澆澆花，聆聽鳥鳴，這可以使我們身心愉悅，促進身體健康[2]。這更是說明了園藝活動對人的心性的修養。由此可見，進行適當的園藝教育是必要的而且是重要的。本文以為，毫無疑問，親近大自然是兒童學習和認知的重要方式之一。讓兒童置身于大自然中，親密接觸大自然，更容易認識到事物的本質。但將虛擬現實技術與園藝教育相結合，通過提供虛擬體驗，可以加速并鞏固兒童探索未知領域的進程。這種近似于“身臨其境”的虛擬體驗，比空洞的說教更具有說服力，更能提高兒童的興趣，使兒童更愿意主動地去進行交互、去接受新事物。將虛擬現實技術與園藝教育結合主要有利于解決現實種植的兩個不足之處：

（一）園藝種植結果顯示的漫長性

園藝植物的生長周期可以分為一年生、二年生和多年生。在生活中雖然我們主要種植的是一年生植物，但一年生植物的生長周期也包含發芽期、幼苗期、成株期和開花結果期[3]，是一個漫長的成長過程。如圖一總結了生活中經常種植的園藝花卉的發芽期和成長周期。

可以看到，花卉的發芽期基本都要一個禮拜以上，而完整的成長周期則至少需要兩個月以上。這就說明了植物的生長是一個漫長的過程。不僅如此，在植物生長的過程中，植物的形態的變化并不是每天都有顯著的變化，只有在不同生長階段變化時才會有明顯的形態變化，這就使兒童等待園藝植物生長的過程變得十分無趣，也因此漸漸失去種植的樂趣。而將虛擬現實技術結合到園藝種植中就可以利用模擬的形態將植物每一個階段的生長過程生動地表現出來。利用虛擬現實技術可以讓兒童觀察植物成長各階段的周期縮短，更好地對植物成長的整個周期進行整體認知。并且結合多模態的輸入輸出設計，比如：單輸入，同時輸入，順序輸入等輸入模式增加虛擬現實的樂趣性。具體而言則包括手勢輸入，語音輸入，動作輸入以及觸摸輸入等。研究者JasonJerald認為通過多種輸入模式的運用可以使用戶完全沉浸在虛擬現實中，提高使用者的注意力，以此提高產品的可用性[4]。

（二）園藝種植過程的不可逆性

植物的成長過程實際上就是細胞體積增大和數量增多的過程，這一過程是不可逆轉的。由于對植物認知程度不同，兒童種植的結果也會不同。如果對植物生長環境不是很了解，就很容易導致植物死亡。經過漫長等待卻得不到認知植物的機會，不僅不能增進兒童認知而且還會導致兒童種植樂趣的喪失。并且，現實種植中，兒童對植物的觀察僅僅停留在表面形態，比如對植物的高度，葉片的數量，或開花結果的數量進行觀察，這就使兒童在園藝活動中對植物的認知非常局限，達不到對兒童進行全面園藝教育的效果。而結合虛擬現實技術進行園藝教育，可以將植物的生長過程利用虛擬形態表現出來，不僅僅是外部形態，虛擬現實技術還可以將植物的內部結構進行剖析；不僅僅可以進行物理形態的解讀，還可以進行植物內部化學物質的解讀。根據使用者的需求進行不同層次的講解，使兒童更好的實現對植物的整體認知。

二、結論

本文認為虛擬現實技術可以通過解決以上兩個傳統種植包含的問題從而實現對植物更持續、反復和細致的研究學習。不僅如此，虛擬現實還可以指導兒童實地操作，包括控制水量，階段施肥等。從而增加兒童對園藝與四季、花期、色彩等形態以外的其他方面關聯的綜合認知。讓兒童參與到種植的活動中，可以讓其對種植產生“真實的”感受。本文認為基于虛擬情境開展認知學習可以使兒童獲得對事物的直觀體驗和感受，從而獲得對事物特點、形態、結構以及過程的更加深入、全面的理解。通常情況下，只有聽到的20%的信息被我們記住，看到的30%的信息被我們記住。但是，如果我們通過個人體驗來理解這些信息，我們就會記住其中的90%。虛擬現實技術創造的一種沉浸式體驗，可以幫助兒童更高效的形成對種植的整體認知。并且在實際的自然園藝前。介入虛擬現實提高綜合認知的前置過程，也將提升兒童的探索實踐能力。

參考文獻：

[1]周忠，周頤，肖江劍.虛擬現實增強技術綜述[J].中國科學：信息科學，2015，45（02）：157-180.

[2]李那托·麥加.英國庭園[M].英國.

[3]程智慧.園藝學概論.[M].中國.中國農業出版社.2011.

[4]JasonJerald.Human-CenteredVRDesign：FiveEssentialsEveryEngineerNeedstoKnow[J].ComputerGraphicsandApplicationsIEEE，2018，38（2）：15-21.