尹敏敏 張奕雯 黃昭鳴

前言

使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是將物體設(shè)備虛擬化，通過(guò)將計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的軟件與硬件交互、軟件之間交互的中間層，利用軟件的可擴(kuò)展性及靈活的特性，來(lái)滿足上層接口的調(diào)用需求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛應(yīng)用于康復(fù)訓(xùn)練[1]和康復(fù)教育[2,3]領(lǐng)域，其效果也得到相關(guān)研究的證實(shí)[4]。新一代的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)虛擬桌面提供了強(qiáng)有力的支撐，如何讓虛擬桌面為康復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)提供助力，使教育信息化技術(shù)更好地為師生提供優(yōu)質(zhì)的資源和訪問(wèn)體驗(yàn)，構(gòu)建基于虛擬桌面技術(shù)的康復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是教育康復(fù)學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)快速發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)。

1.虛擬桌面與康復(fù)實(shí)踐教學(xué)

云技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的單機(jī)聯(lián)網(wǎng)模式，作為一種新興的技術(shù)，被認(rèn)為是繼電腦、互聯(lián)網(wǎng)后的電子信息領(lǐng)域的一場(chǎng)重大的變革[5]。云技術(shù)的核心思想是將大流量用于網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算機(jī)資源統(tǒng)一管理與調(diào)度，構(gòu)成一個(gè)計(jì)算資源庫(kù)，向用戶按需求服務(wù)。利用云技術(shù)可以極大地提高平臺(tái)和軟件的利用率，云技術(shù)的平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）就可通過(guò)虛擬桌面發(fā)布方式來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)訪問(wèn)。虛擬桌面將系統(tǒng)的硬件、軟件、數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)等資源組成統(tǒng)一的資源庫(kù)。桌面虛擬化構(gòu)架(Virtual Desktop Infrastructure，簡(jiǎn)稱(chēng)VDI)將服務(wù)器虛擬成許多桌面虛擬機(jī)，讓用戶能夠像操作普通電腦一樣，其數(shù)據(jù)處理都集中在服務(wù)器端。虛擬桌面的最大特點(diǎn)是可以通過(guò)任何設(shè)備，在任何地點(diǎn)、時(shí)間訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上屬于個(gè)人的桌面系統(tǒng)[6]。通過(guò)虛擬技術(shù)將用戶的數(shù)據(jù)信息集中存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)管理，而用戶端只需要連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)資源的訪問(wèn)，教師或?qū)W生只需要專(zhuān)心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而不需要知道哪個(gè)服務(wù)器在提供服務(wù)[7,8]。

2013年華東師范大學(xué)在全國(guó)率先設(shè)立教育康復(fù)學(xué)本科專(zhuān)業(yè)。教育康復(fù)學(xué)是整合教育與康復(fù)的手段和方法，為兼具教育和康復(fù)兩種需求的兒童提供服務(wù)的一門(mén)交叉學(xué)科。教育康復(fù)學(xué)重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，改變了傳統(tǒng)特殊教育以教育為主的模式。對(duì)教育康復(fù)學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言，在實(shí)驗(yàn)室中需要通過(guò)小組模擬的形式掌握評(píng)估、個(gè)別化康復(fù)訓(xùn)練、集體教學(xué)的相關(guān)技能，為實(shí)踐課的順利開(kāi)展做準(zhǔn)備。教育康復(fù)專(zhuān)業(yè)基于綜合康復(fù)的課程體系，各康復(fù)功能板塊實(shí)驗(yàn)室不僅應(yīng)配備相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室、康復(fù)儀器設(shè)備、測(cè)試工具等硬件，也需要康復(fù)課件庫(kù)、康復(fù)資源定制庫(kù)等軟件資源。實(shí)踐能力是教育康復(fù)學(xué)本科生培養(yǎng)的核心任務(wù)之一，做好實(shí)踐能力的培養(yǎng)，系統(tǒng)、規(guī)范的實(shí)踐教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。目前大多數(shù)高等院校都存在開(kāi)展康復(fù)實(shí)驗(yàn)課程困難，實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備數(shù)量有限，儀器和設(shè)備更新速度慢，實(shí)驗(yàn)資源嚴(yán)重缺乏，師資缺乏且培養(yǎng)周期長(zhǎng)等現(xiàn)象[9]。

教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)》，要求“利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，整合資源，構(gòu)建先進(jìn)、高效、實(shí)用的高等教育信息基礎(chǔ)設(shè)施”，推進(jìn)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等信息化建設(shè)”[10]。各高校為積極響應(yīng)建立“實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)”的要求，搭建了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)?；ヂ?lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)時(shí)性、交互性、可擴(kuò)展性，可幫助學(xué)校有效地消除時(shí)間和空間問(wèn)題帶來(lái)的不便。鑒于教育康復(fù)對(duì)象的特殊性以及教學(xué)設(shè)備的局限性，本研究構(gòu)建了基于虛擬桌面技術(shù)的康復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，從而增加了學(xué)生動(dòng)手練習(xí)的機(jī)會(huì)。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程相比，利用虛擬桌面的實(shí)驗(yàn)室能大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，提高設(shè)備利用率，不受時(shí)間、空間、設(shè)備和師資等條件限制，交互性好，開(kāi)放性與共享性強(qiáng)等[11]。

2.基于虛擬桌面技術(shù)的康復(fù)實(shí)踐課的構(gòu)建

基于虛擬桌面技術(shù)及理論，本研究構(gòu)建了康復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，如圖1所示。

2.1 模式解析

康復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式由云教育、云訓(xùn)練、云考核三個(gè)核心板塊組成，這三個(gè)板塊都以“綜合康復(fù)理論”為基礎(chǔ)。在教育康復(fù)實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到同類(lèi)殘疾兒童伴有多重障礙的情況，以腦癱患兒為例，有研究表明：73.55%的患兒有言語(yǔ)和語(yǔ)言障礙；31.6%的患兒有聽(tīng)覺(jué)障礙；15.06%的患兒伴有癲癇；20.5%的患兒伴有斜視；約有2/3以上的腦癱兒童伴有智力低下和不同程度的認(rèn)知能力障礙[12]。另外，多重殘疾兒童一定表現(xiàn)出多重障礙。因此，對(duì)有多重障礙的兒童必須進(jìn)行多重干預(yù)，即綜合康復(fù)。實(shí)施綜合康復(fù)，必須架構(gòu)起現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)理論與特殊教育學(xué)校實(shí)踐之間的橋梁。根據(jù)現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)的理論與障礙兒童的需要，華東師范大學(xué)教育康復(fù)系建構(gòu)了綜合康復(fù)體系，該體系由7個(gè)康復(fù)功能模塊構(gòu)成，即：言語(yǔ)功能評(píng)估與訓(xùn)練、聽(tīng)覺(jué)功能評(píng)估與訓(xùn)練、語(yǔ)言能力評(píng)估與訓(xùn)練、認(rèn)知能力評(píng)估與訓(xùn)練、情緒行為評(píng)估與訓(xùn)練、學(xué)習(xí)能力評(píng)估與訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)能力評(píng)估與訓(xùn)練[12]。

圖1 康復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

2.1.1 云教育

云教育板塊提供線上的教育資源，包括“康復(fù)學(xué)習(xí)”“專(zhuān)題培訓(xùn)”和“示范視頻”三個(gè)部分。“康復(fù)學(xué)習(xí)”板塊中包含了大量的康復(fù)相關(guān)課件。課件內(nèi)容與康復(fù)工具相輔相成，有綜合康復(fù)體系的7個(gè)板塊的主題，每個(gè)主題中的內(nèi)容都遵循“概述—評(píng)測(cè)方法—訓(xùn)練原則—解決方案”這一循序漸進(jìn)的原則，使學(xué)習(xí)者在閱讀完課件后可以對(duì)感興趣的對(duì)象有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，具備專(zhuān)業(yè)的理論基礎(chǔ)。“專(zhuān)題培訓(xùn)”將教學(xué)視頻分類(lèi)后呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，每個(gè)視頻針對(duì)一個(gè)特定主題，分階段地圍繞數(shù)個(gè)重點(diǎn)作詳細(xì)的講解。視頻既是課件的詳解，又是課件的衍生，將視頻和課件結(jié)合起來(lái)學(xué)習(xí)，可以達(dá)到非常好的教學(xué)效果。“示范視頻”人性化地按照教學(xué)形式、障礙類(lèi)型、示范形式對(duì)視頻進(jìn)行了分類(lèi)，使教師和學(xué)生更形象、更具體地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.1.2 云訓(xùn)練

精準(zhǔn)的評(píng)估、有效的訓(xùn)練、實(shí)時(shí)的監(jiān)控是進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的三部曲?！霸u(píng)估（Assessment）—訓(xùn)練（Training）—監(jiān)控（Monitor）”相結(jié)合，簡(jiǎn)稱(chēng)“ATM”。其中，評(píng)估可以明確患者的障礙類(lèi)型、障礙程度，為訓(xùn)練方案的制訂提供依據(jù)；訓(xùn)練可以使康復(fù)方案落到實(shí)處，循序漸進(jìn)地提高患者的能力；監(jiān)控主要對(duì)患者康復(fù)過(guò)程中的療效進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估與監(jiān)控，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、確保訓(xùn)練的有效性。這三個(gè)環(huán)節(jié)循環(huán)往復(fù)，共同推進(jìn)康復(fù)順利實(shí)施。

2.1.3 云考核

康復(fù)實(shí)驗(yàn)的考核分為理論和實(shí)踐兩部分。理論考核是教師對(duì)學(xué)生康復(fù)知識(shí)、案例分析以及康復(fù)方案的設(shè)計(jì)等方面掌握情況進(jìn)行評(píng)分；實(shí)驗(yàn)考核是學(xué)生面對(duì)康復(fù)對(duì)象的實(shí)踐過(guò)程中，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果包括視頻、音頻、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、動(dòng)態(tài)監(jiān)控指標(biāo)等推送給教師，教師根據(jù)學(xué)生提交的資源進(jìn)行評(píng)分。這樣，教師既可以監(jiān)控學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)進(jìn)度，也可以完成康復(fù)實(shí)驗(yàn)課的考核環(huán)節(jié)。

2.2 模式特色

2.2.1 實(shí)現(xiàn)智能虛擬機(jī)

該模式可以為每一個(gè)教師和學(xué)生準(zhǔn)備虛擬電腦，它可以由任何一個(gè)智能設(shè)備（電腦、平板、手機(jī)）登錄。登錄后可遠(yuǎn)程訪問(wèn)一臺(tái)虛擬機(jī)，虛擬機(jī)是通過(guò)虛擬技術(shù)把硬件分割成小部分，每部分單獨(dú)搭載操作系統(tǒng)和運(yùn)算資源的“計(jì)算機(jī)”。這樣，教師和學(xué)生就好像帶了一個(gè)無(wú)形的筆記本電腦，用戶只要在聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下就能隨時(shí)登錄訪問(wèn)同一臺(tái)電腦，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)及操作。

2.2.2 提升資源的利用率

康復(fù)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施需要做到快速、便捷地交付給學(xué)生實(shí)驗(yàn)資源。實(shí)驗(yàn)資源既包括硬件資源，如康復(fù)評(píng)估設(shè)備、康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備、測(cè)試工具等，也包括軟件資源，如課件庫(kù)、案例庫(kù)、素材庫(kù)（文本、圖像、音頻和視頻）等。虛擬桌面系統(tǒng)集中了所有資源，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)桌面同時(shí)運(yùn)行，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行不同軟件的安裝和不同系統(tǒng)的配置，從而滿足不同實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，而在軟件的維護(hù)、升級(jí)、安裝過(guò)程中，也具有更大的便利性[13]，大大促進(jìn)了資源共享。

2.2.3 不受時(shí)間、空間的限制

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，教師只有到專(zhuān)用的實(shí)驗(yàn)室才可以演示操作實(shí)驗(yàn)儀器，而且有限的空間和儀器的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生練習(xí)的需求。虛擬桌面資源的開(kāi)放性可以很好地解決此問(wèn)題。虛擬桌面提供的儀器設(shè)備資源能模擬實(shí)驗(yàn)儀器并進(jìn)行相應(yīng)操作，模擬整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果在計(jì)算機(jī)中采用聲音、顯示技術(shù)等反饋出來(lái)。

3.康復(fù)實(shí)驗(yàn)流程

教育康復(fù)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的操作流程分為以下幾個(gè)步驟：（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)：通過(guò)云教育進(jìn)行綜合康復(fù)教育，實(shí)現(xiàn)智能PPT、云設(shè)備、云課件三維一體，實(shí)現(xiàn)康復(fù)教學(xué)資源多點(diǎn)共享。（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備教學(xué)：教師講解實(shí)驗(yàn)設(shè)備原理、操作過(guò)程、注意事項(xiàng)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用等。虛擬桌面系統(tǒng)也提供設(shè)備學(xué)習(xí)的視頻資源，可供教師與學(xué)生學(xué)習(xí)。（3）虛擬實(shí)驗(yàn)：學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室操作儀器設(shè)備，進(jìn)行評(píng)估與訓(xùn)練，系統(tǒng)地完成綜合康復(fù)流程。（4）數(shù)據(jù)分析：對(duì)案例進(jìn)行評(píng)估與訓(xùn)練，獲得此案例的相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。（5）實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理：數(shù)據(jù)分析后可獲得實(shí)驗(yàn)報(bào)告；將獲得的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，即可傳至教師賬號(hào)，教師可隨時(shí)在網(wǎng)上調(diào)閱學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（6）實(shí)驗(yàn)考核：教師可根據(jù)學(xué)生上傳的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行日常實(shí)驗(yàn)課的考核。虛擬桌面系統(tǒng)也提供系統(tǒng)的理論考核與實(shí)踐考核，實(shí)現(xiàn)綜合康復(fù)的考核。

4.虛擬桌面模式在課程中的應(yīng)用案例解析

4.1 《言語(yǔ)障礙的評(píng)估與訓(xùn)練》課程介紹

《言語(yǔ)障礙的評(píng)估與訓(xùn)練》課程的主要內(nèi)容包括呼吸障礙、發(fā)聲障礙、共鳴障礙的臨床表現(xiàn)，評(píng)估手段和言語(yǔ)矯治的實(shí)用方法。該課程包括理論課程和實(shí)驗(yàn)課程兩部分。實(shí)驗(yàn)課程需要借助設(shè)備對(duì)各類(lèi)言語(yǔ)障礙定量評(píng)估手段和實(shí)時(shí)矯治方法進(jìn)行講授。實(shí)驗(yàn)操作部分主要依托虛擬桌面平臺(tái)進(jìn)行，通過(guò)模擬和實(shí)操相結(jié)合的方式培養(yǎng)學(xué)生在個(gè)訓(xùn)課評(píng)估和訓(xùn)練過(guò)程中所需要的基本技能。

4.2 應(yīng)用言語(yǔ)障礙測(cè)量?jī)x開(kāi)展言語(yǔ)基頻的測(cè)量

下文介紹如何運(yùn)用基于虛擬桌面技術(shù)的言語(yǔ)障礙測(cè)量?jī)x(由上海泰億格康復(fù)醫(yī)療科技股份有限公司授權(quán)使用)獲取言語(yǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)。言語(yǔ)障礙測(cè)量?jī)x利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和實(shí)時(shí)反饋技術(shù)，具有定量測(cè)量和實(shí)時(shí)訓(xùn)練言語(yǔ)功能。其中，音調(diào)是評(píng)價(jià)言語(yǔ)障礙的一個(gè)重要參數(shù)，音調(diào)異常不但會(huì)使發(fā)聲系統(tǒng)受到損害，也會(huì)影響其言語(yǔ)的清晰度和可懂度。測(cè)量流程為：準(zhǔn)備工作→錄音矯正→新建/選擇用戶記錄→參數(shù)設(shè)置→錄入聲音→提取數(shù)據(jù)。以某名6歲女性患兒為例，獲取的統(tǒng)計(jì)報(bào)告如圖2所示。參照中國(guó)人平均言語(yǔ)基頻的參考標(biāo)準(zhǔn)，該患兒平均基頻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常同齡同性別的兒童，存在高音調(diào)問(wèn)題，建議立即進(jìn)行降低音調(diào)的訓(xùn)練。

圖2 言語(yǔ)基頻統(tǒng)計(jì)報(bào)告

4.3 應(yīng)用言語(yǔ)障礙矯治儀開(kāi)展高音調(diào)的矯治

言語(yǔ)障礙矯治儀提供實(shí)時(shí)的、可以激發(fā)言語(yǔ)產(chǎn)生的聲控卡通游戲，可以針對(duì)呼吸、發(fā)聲、共鳴功能進(jìn)行訓(xùn)練，制定合理的矯治方案，為發(fā)音能力奠定基礎(chǔ)。如針對(duì)患兒存在的高音調(diào)問(wèn)題，可進(jìn)行降調(diào)的訓(xùn)練，降調(diào)訓(xùn)練有撞球、茶壺、空戰(zhàn)、奇妙海、劃船、小惡魔、小天使、宇宙飛船等多個(gè)游戲。以小惡魔游戲?yàn)槔?，說(shuō)明對(duì)康復(fù)對(duì)象進(jìn)行降調(diào)訓(xùn)練的過(guò)程。

在完成訓(xùn)練游戲之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄游戲的結(jié)果數(shù)據(jù)。對(duì)小惡魔游戲結(jié)果采用以下兩種分析：（1）對(duì)每一次訓(xùn)練的結(jié)果記錄進(jìn)行分析。在每一次訓(xùn)練過(guò)程中，實(shí)時(shí)記錄患者的平均言語(yǔ)基頻的客觀數(shù)據(jù)，監(jiān)控患兒的訓(xùn)練效果。（2）選擇十條以上相同的游戲記錄，并為基線期和處理期選擇五條以上相同數(shù)量的記錄，進(jìn)行單一被試分析，監(jiān)控患兒的訓(xùn)練效果。

結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)室不再是科學(xué)研究領(lǐng)域和工程應(yīng)用領(lǐng)域的專(zhuān)屬，它已進(jìn)入到教育領(lǐng)域。教育康復(fù)行業(yè)剛剛起步，康復(fù)實(shí)踐的重要性已無(wú)須贅述。本研究提出基于虛擬桌面技術(shù)的康復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建，初步解決了目前康復(fù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)資源和教師師資相對(duì)匱乏的問(wèn)題。新一代的信息化技術(shù)為實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室提供了強(qiáng)有力的支撐，如何使教育信息化技術(shù)更好地為教育康復(fù)行業(yè)提供更加沉浸感的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，更好地為師生提供優(yōu)質(zhì)的資源和訪問(wèn)體驗(yàn)，是未來(lái)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和發(fā)展的方向。