虚拟仿真婴幼儿在早期教育专业实训教学中的应用研究

摘"要：虚拟仿真婴幼儿在早期教育专业实训教学中发挥了重要作用。梳理应用虚拟仿真婴幼儿开展实训教学的基本条件、教学内容和装备技术要求，并总结其在教学中的现实意义。基于教学实践经验，对虚拟仿真婴幼儿实训教学中存在的问题进行总结与提炼，从情感带入、交互实训、教学协同三个维度分析主要问题及其成因。针对这些问题，从对仿真实体进行智能化改造、进行标准化设计和架构提取、综合应用多种信息设备、健全完善校企共建机制四个方面提出改进对策，为充分发挥虚拟仿真婴幼儿在实训教学中的作用提供参考。关键词：虚拟仿真婴幼儿；早期教育；0"引言早期教育是现代教育体系的重要组成部分。随着社会的不断发展，从0岁开始的早期教育的重要性正逐渐被人们所重视[1]。早期教育主要针对0岁至入托前（一般为3岁）的婴幼儿。这一阶段的婴幼儿难以适应传统的集中式学前教育，因此对他们采用的教育手段和形式必须更加贴合幼龄护理的需求。作为早期教育专业教学中的重要技术装备，虚拟仿真婴幼儿应运而生。在早期教育师资培养中，校内实训是一个关键环节。而0～3岁婴幼儿高度依赖成人的抚育，且其成长具有脆弱性和不可逆性，因此，使用与真实婴幼儿相似的虚拟仿真实体即虚拟仿真婴幼儿进行实训替代，成为一种有效的解决方案。目前，虚拟仿真婴幼儿已在国内各大专院校的早期教育专业教学中得到广泛应用。但在长期的教学实践中也暴露出一些问题，例如在感官互动、情感互助等方面存在不足，基于该设备的实训教学协同性、标准化程度也有待提高。这些问题在一定程度上影响了早期教育师资培养的质量和社会满意度。因此，有必要对虚拟仿真婴幼儿在早期教育专业教学中应用存在的问题进行全面分析，并提出切实可行的改进对策。通过优化技术装备，提升教育水平，从而更好地满足早期教育师资培养的需求。1"基于虚拟仿真婴幼儿的早期教育专业实训教学1.1"虚拟仿真婴幼儿及其教学应用虚拟仿真婴幼儿是一种具备低龄幼儿特征的仿真实体。在特征层面，它能够呈现与低龄儿童相适应的典型外貌，并采用亲肤材质高度还原低龄幼儿的触感，从而在基本层面为受训人员与虚拟仿真婴幼儿的互动奠定基础。在技术层面，虚拟仿真婴幼儿能够模拟婴幼儿的基本生理状态，如呼吸、啼哭、咳嗽、打嗝等行为，并可呈现不同气质类型婴幼儿的行为特征。在交互层面，以美国RealCare公司推出的第三代高智能仿真婴幼儿及其配套管理软件为例，每个仿真婴幼儿都配备一个唯一的ID，用于控制软件识别其信息[2]。通过相应的计算机程序，用户可将仿真婴幼儿手腕上的ID输入系统，并依次输入性别和国籍等信息，完成基础数据的保存。这些数据将被存储在仿真婴幼儿中，并在后续仿真过程中保留记忆，以便实现个性化和连续性的交互体验。虚拟仿真婴幼儿在教学中的应用，主要是通过将虚拟仿真婴幼儿与管理软件深度融合，最大限度地满足学生实践操作的需求，让学生在沉浸式体验中切实掌握婴幼儿健康与保育的方法。可依托虚拟仿真婴幼儿建立教学实训实验室（基地），该实验室以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为基础，以互联网为载体，构建了一个虚拟仿真实验平台。该平台通过推进信息技术与实验教学深度融合，强化虚拟技术在实验操作、教学过程和评价环节中的嵌入式、全景式应用。借助这一平台，早期教育专业的学生能够通过虚拟仿真手段进行实践操作，从而有效提升专业教学质量。1.2"实训教学的关键内容对虚拟仿真婴幼儿在早期教育专业实训教学中的应用进行系统梳理，有助于从流程环节和教学内容等方面对一些问题进行有效剖析。具体而言，可从以下两个方面展开。1）技能掌握。早期教育专业的技能训练主要侧重于婴幼儿的生理健康和基本生活辅助，对日常喂养和安全抚育的要求较高。①基础护理技能：通过模拟喂养、换尿布等基础操作，提升照护人员的操作熟练度和准确性。②急救能力培训：鉴于婴幼儿饮食的特殊性和发育的不成熟性，特别对照护人员强调急救能力的培养，如心肺复苏（CPR）和海姆立克急救法，通过模拟紧急情况，增强照护人员的应急反应能力和决策能力。③沟通技巧培训：通过模拟与婴幼儿及其家长的互动，培养照护人员的有效沟通能力和同理心。2）情景模拟。对日常照护和教育进行全方位模拟，形成有效的培训典型场景，有助于学生深入实践层面，掌握早期教育的重点和日常工作内容。①日常照护情景模拟：模拟婴幼儿日常生活流程，包括饮食管理、排泄物清理和情绪安抚等，帮助照护人员系统掌握日常护理流程。②突发情况应对模拟：针对婴幼儿常见的急症，如发热、呕吐、异物窒息等，训练照护人员的冷静应对能力和问题解决技巧，并提供紧急医疗援助指导。③特殊需求情景模拟：基于早期教育的普惠性特征，考虑特殊需求婴幼儿的照护需求，为其提供个性化的情景模拟，以满足有特殊医疗或发展需求的婴幼儿的照护要求。1.3"实训教学的现实意义真实婴幼儿的可控性较低，在早期教育专业实训教学中存在被伤害的风险，因此无法作为实训的对象。虚拟仿真婴幼儿是在有限条件和安全导向的要求下，为早期教育专业提供的最有效的教学设备之一。通过将真实情境下难以招募婴幼儿被试的教育实训项目虚拟化，并将实训流程转化为交互式教学程序和人机互动，让学生能够在高度仿真的虚拟环境中进行反复多次的实验操作与演练。虚拟仿真婴幼儿为学生提供了不限次数的婴幼儿行为实训机会，使原本难以实现的经典实践成为学校的常规训练项目和学生的常态学习手段，从而为学生在自主科研项目中深入探索奠定了坚实基础。这种沉浸式的虚实结合、相互补充的教学方式，既满足了大规模实训教学的需求，又克服了真实婴儿被试招募困难、风险较高的问题，有效提升了实训教学质量。2"应用虚拟仿真婴幼儿开展实训教学存在的问题在大量的实训教学实践中发现虚拟仿真婴幼儿在使用成本和迭代速度上难以完全匹配智能技术的快速发展。现有的技术条件尚无法全景式地模拟真实婴幼儿照护场景，因而虚拟仿真婴幼儿在早期教育专业实训教学中应用仍存在一些问题。2.1"对仿真实体的情感带入较弱在使用虚拟仿真婴幼儿进行模拟训练的过程中，学生往往难以将其完全视为真实婴儿。一方面，虚拟仿真婴幼儿在形象特征上与真实婴幼儿存在明显差别，学生难以从感官和心理上将其与真实婴幼儿等同看待，从而难以在实际操作中自然地投入情感。另一方面，虚拟仿真婴幼儿在情感互动方面表现出较强的机械性。目前主流设备虽能实现基本的人机互动和教学内容演示，但其互动多基于预先设定的模式，回应方式较为单一，难以满足日常生活场景中复杂多变的互动需求，导致学生无法进行全真模拟。此外，虚拟仿真婴幼儿在情感理解和行为输出的广度与灵活性方面仍较为有限。由于虚拟仿真婴幼儿在情感信息传递和反馈机制方面的不完善，学生与仿真实体之间难以实现有效且及时的信息沟通。同时，虚拟仿真婴幼儿在感官表达和视觉互动方面与真实婴幼儿存在较大差异。这些因素共同导致情感带入问题成为制约虚拟仿真婴幼儿技术进一步发展的瓶颈。2.2"交互实训的丰富度不足虚拟仿真婴幼儿的核心功能是为早期教育专业提供教学训练互动，其主要功能围绕交互实训展开。从当前主流技术条件来看，在实现婴幼儿日常看护、应急事态处置和简单情感沟通等方面，基本能够满足教学需求。然而，由于虚拟仿真婴幼儿的硬件配置和技术开发存在一定的时滞性，目前其在高级功能的选择性和基础功能的完备性方面仍存在不足。在高级功能方面，虚拟仿真婴幼儿很少能提供有效的系统间接口。例如，目前难以实现虚拟仿真婴幼儿与数字化早期教育设备之间的信息反馈，导致难以依托仿真实体进行基于个体的教育质量评估；难以实现虚拟仿真婴幼儿与医疗监护设备的识别联动，导致难以在实训中突出真实环境下的婴幼儿生命体征保护；难以实现虚拟婴幼儿之间的群体效应协同，导致难以模拟集中教育场景下婴幼儿个体行为对群体反应的影响等。这些涉及系统间协同的高级功能在当前的虚拟仿真婴幼儿中难以体现。在基础功能方面，仿真实体对婴幼儿行为特征的模拟还较为粗略，对婴幼儿潜在性格维度的刻画较为单一，尤其是对行为特征的组合式选择尚未充分优化。根据学生反馈和相关学者的研究，建议虚拟仿真婴幼儿在幼儿行为模拟上可以在情绪特点、肢体运动、环境影响三个层面的多种细分特征中进行组合，并分为面向技能和面向思维两大类。具体内容如表1所示。此外，目前虚拟仿真婴幼儿的主要功能仍集中在模拟婴幼儿的呼吸、啼哭、咳喘等生理行为上，侧重于满足婴幼儿的基本生理看护和日常照料需求。在情感互动、性格启蒙等早期教育的重要内容方面，虚拟仿真婴幼儿的模拟功能相对薄弱，系统功能集成的广度和深度有待提升。尤其是在对人脸表情或语言指令的识别与回应方面，虚拟仿真婴幼儿的表现还不够理想。2.3"实训教学的多方协同较少虚拟仿真婴幼儿在实训教学中的应用已成为国内早期教育师资培养环节的必备内容，但目前的培训主要在各大专院校内部开展，教学单位之间、师资力量之间的协同交流较为有限。这导致教学实践存在各自为政的现象，部分院校片面强化某一领域的教学内容，而缺乏统筹，影响了教学效果的全面提升。1）缺乏行业团体的统筹整合。在缺乏统一规范指引的情况下，各教学单位在应用虚拟仿真婴幼儿开展实训教学时，往往局限于设备说明书和建议手册的指导，难以突破其限制进行功能拓展。这使得各教学单位难以总结提炼出基于通用技术设备条件的教学规则和应用经验，从而阻碍了应用虚拟仿真婴幼儿开展实训教学的标准化和教材化进程，也间接限制了学界对该技术设备的进一步研究。2）基于虚拟仿真婴幼儿的教学成果缺乏常态化和标准化的推广渠道与经验共享机制。目前，相关教学成果应用大多局限于特定系统内部，实训教学中的信息难以得到及时反馈，优秀实践做法也难以被推广和复制。此外，对于虚拟仿真婴幼儿在实训教学中的目标任务、基本培训内容和主要效果等关键指标，行业内尚未形成共识，难以构建统一的行业规范和通用架构。这在很大程度上限制了虚拟仿真婴幼儿在早期教育领域发挥更大的作用。3）缺乏对师资培养需求的有效反馈。在早期教育师资培养过程中，教师不仅要掌握基本的教育技术，更要能在实践操作层面快速响应用人需求。然而，受教师关注重点偏向学术研究、院校在教学建设中占据主导地位等因素影响，虚拟仿真婴幼儿在实训教学中的技能操作和延伸教育等核心内容较少能吸纳用人单位的具体建议。这导致虚拟仿真婴幼儿的实训效果与实际应用之间存在一定程度的脱节，市场需求也无法被顺畅地反馈到教学环节中，从而在一定程度上增加了毕业生的就业成本和企业的培训成本。此外，缺乏协同合作也意味着单个设备采购方的力量较为薄弱，难以形成合力。这使得各采购方在交易市场和技术市场中往往处于劣势地位，直接导致虚拟仿真婴幼儿的采购成本居高不下，且技术设备的迭代升级难以紧跟人工智能发展的最新趋势。3"改进对策针对以上问题，可以从对虚拟仿真婴幼儿和实训实验进行优化设计、采用多种新技术提升装备水平等方面提出具体对策。3.1"对仿真实体进行智能化改造针对虚拟仿真婴幼儿在情感交互和操作实训方面存在薄弱环节，设备的技术条件是主要限制因素，可主要从仿真实体的信息提取与分析表达、对真实婴幼儿的个性和心理模仿两个方面进行改善。3.1.1"针对虚拟仿真婴幼儿在信息提取与分析表达方面的不足，可以采用硬件加强与软件提升相协同的方式1）丰富传感器种类并提升其性能。例如，在语音传感器的基础上，增设接触传感器，并配备可触式反应装置，以增强虚拟仿真婴幼儿的互动及时性和真实性。2）提升计算能力与信息处理水平。增强虚拟仿真婴幼儿对语义信息及其他传递信息的捕捉与处理能力，优化其对互动信息的处理和表达效果，从而提升交互的流畅性和准确性。3）实现群体协同与信息共享。采用群体协同方式，将特定范围内的虚拟仿真婴幼儿连接成局域网，实现个体间的信息传输与互动。通过强大的算力和高效的信息传输渠道，实现一对多的信息处理，有效模拟集中照护场景下婴幼儿的行为模式。3.1.2"针对虚拟仿真婴幼儿在个体个性和心理人格方面的不足，可以通过与虚拟仿真婴幼儿相配合的软件模式细化和组合优化进行加强1）建立大规模真实婴幼儿行为样本库，为虚拟仿真婴幼儿的行为模拟提供基础数据支持。2）提炼个体个性与心理人格模式。梳理婴幼儿的行为层级和心理感知维度，通过样本处理和大数据分析等手段进行模式建模，形成行为模拟的基本框架。3）提供个性化组合优化权限。基于上述基本框架，为虚拟仿真婴幼儿使用者提供幼儿个性和心理方面的组合优化功能。通过将基于大量样本构建的行为模式“组件”填充到虚拟仿真婴幼儿的行为和心理框架中，实现高度自由和多样化的婴幼儿行为模式模拟。3.2"进行标准化设计和架构提取虚拟仿真婴幼儿在实训教学中存在的规范性、通用性和协同性不足问题，关键在于尚未形成统一的规范要求和原则概念。为此，可采用标准化设计与架构提取相结合的方式，对实训教学进行系统性规范和优化。实训教学的标准化设计，可以从三个方面入手。1）实训环境标准化。通过试点推广与标准编制相结合的方式，对虚拟仿真婴幼儿实训教学的环境要求提出基本标准，明确虚拟仿真婴幼儿的基本技术条件，以此作为实验室标准化建设的基本依据。2）训练模式规范化。虚拟仿真婴幼儿实训教学不应局限于各厂家提供的操作指南和说明，而应紧密结合学前教育相关教学大纲，明确训练目的、内容和操作目标。在此基础上，构建应用虚拟仿真婴幼儿的标准化教学模式，提升教学的系统性和有效性。3）基本技能体系化。虚拟仿真婴幼儿实训教学是依托特定技术设备开展教学活动的统称，但实训教学的核心目的是让学生掌握基本技能，因此，有必要对基本操作内容、操作步骤、实训环节等进行规范、制定标准，提升各教学单位、各培训批次的整体水平，也为跨主体协作提供技术依据。在实训教学的架构提取方面，主要任务是对实训教学的基本理念、基本环节和基本目标进行逻辑梳理与抽象总结，进而形成基于虚拟仿真婴幼儿的实训教学基本理论。1）对虚拟仿真婴幼儿在教学中的应用地位和实践要求进行概括，在教学理论基础上明确虚拟仿真婴幼儿的教学作用，并明确其使用目的。2）对虚拟仿真婴幼儿的教学方法和使用原则进行提取，归纳出具有指导意义的教学架构和提纲，并形成一般性的、具有推广意义的指导原则。3）对实训教学的一般特征和基本要求进行提炼规范，对虚拟仿真婴幼儿等同类技术设备的基本地位、发展目标、教学嵌入等影响早期教育专业实训教学的关键技术要点进行抽象和概括，形成具有一般指导性的教学要求。通过对虚拟仿真婴幼儿实训教学的标准化设计，并结合对实训教学内容的提取总结，可以有效增强应用虚拟仿真婴幼儿开展实训教学的标准性、协同性和规范性，如图1所示。3.3"综合应用多种信息设备虚拟仿真婴幼儿在实训教学中所面临的问题，可以通过综合应用多种信息设备，在技术发展中逐步解决。比如，可结合增强现实（AR）技术和分布式计算原理，实现虚拟仿真婴幼儿实训教学的技术突破与提升。具体而言，将AR技术与智能可穿戴系统相结合，将真实婴幼儿的影像通过增强投影技术实时映射到虚拟仿真婴幼儿实体上，并使其与仿真实体的情感表达和肢体动作保持同步。这一技术手段不仅能够增强学生与虚拟仿真实体之间的情感连接，还可以通过真实还原突发状况、场景变化等高阶应用，拓展虚拟仿真婴幼儿的适用范围