收稿日期：2023-04-12

*基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助“生態(tài)文明視域下自然接觸促進兒童積極發(fā)展的作用機制及精準干預研究”（2024SKQ01）；北京林業(yè)大學“雙一流”建設項目“‘雙一流’背景下人工智能賦能‘環(huán)境+心理學’拔尖創(chuàng)新本科人才培養(yǎng)模式探究”；教育部高等學校心理學類專業(yè)2022-2023年度教育教學改革項目（課程建設類）“《心理學研究方法》課程‘三全’貫通式教學模式的改革與實踐”；2023年北京林業(yè)大學校級教改項目“心理學本科生科研能力‘全面+全程+全域’ 的培養(yǎng)與實踐一以‘心理學研究方法’ 課程為載體” （BJFU2023WY06）

第一作者：張?zhí)齑龋?002- ），女，本科生，研究方向為自然教育。E-mail：2294780862@qq.com

通信作者：于曉（1994- ），女，博士，副教授，研究方向為自然教育。E-mail：yx0903yingzhong@163.com

摘要：文中結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術和大數(shù)據(jù)技術，提出打造一個虛擬自然教育智慧平臺的設想，即集自然知識科普、生態(tài)課堂學習、自然實時互動和自然療愈于一體的個性化全景式虛擬自然教育智慧平臺，以創(chuàng)新自然教育實踐模式、實現(xiàn)全民共參共享的自然教育目標。該平臺首先基于海量自然素材信息庫，構建包含“知識科普-互動體驗-認知提升”的智慧教育實踐平臺;再從“知”“情”“意”3大維度，推動個體認知、情感與思維層面的自然教育實踐，塑造正確健康的生態(tài)文明理念；最后，整合分析參與者平臺使用數(shù)據(jù)，通過比較平臺使用前后用戶各維度的測評結(jié)果變化以檢驗平臺的使用效果，進行效果反饋，以便于進一步優(yōu)化平臺設置，并根據(jù)用戶的使用習慣形成“個人畫像”，在其使用平臺時進行個性化推薦。

關鍵詞：自然教育；虛擬現(xiàn)實；大數(shù)據(jù)；智慧平臺

中圖分類號：G40-012.9 文獻標識碼：A 文章編號：2096-9546（2024）02-0055-07

DOI： 10.12344/lczcyj.2023.04.12.0001

張?zhí)齑?，于?虛擬現(xiàn)實結(jié)合大數(shù)據(jù)技術應用于自然教育的模式構想［J］.林草政策研究，2024，4（2）：55-61.

Nature Education Model Embedded with Virtual Reality and

Big Data Technology Conceptualization

Zhang Tianci Yu Xiao

（Department of Psychology， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract： The paper proposes to combine the virtual reality technology and big data technology for building a personalized panoramic intelligent platform of virtual nature education， which will integrate nature knowledge popularization， ecological curricular learning， real-time interaction with nature and nature healing. This aims to innovate nature education practices and models for realizing the goal of universal participation and sharing in nature education. To achieve this goal， the intelligent education practice platform is firstly built including“knowledge popularization - interactive experience - cognitive improvement”. Then the practices of nature education are promoted from the three dimensions of “cognition”， “emotion” and “mindset”， so as to shape the correct and healthy concept of ecological civilization among participants. At last， the platform use data of participants is integrated and analyzed and the platform use effect will be tested and verified by comparing the changes in all the dimension before and after the platform use， which will feed the further optimization of the platform parameters. At the same time， a “personal profile” is formed based on the user’s usage habits， and personalized recommendations are made accordingly.

Keywords： nature education; virtual reality; big data; intelligent platform

習近平總書記強調(diào)：“生態(tài)文明建設是關系中華民族永續(xù)發(fā)展的根本大計。中華民族向來尊重自然、熱愛自然，綿延5 000多年的中華文明孕育著豐富的生態(tài)文化?！鄙鷳B(tài)文明教育是生態(tài)文明建設的重要方面，自然教育又是生態(tài)文明教育的良好抓手，通過自然教育的普及可以推動生態(tài)文明建設，樹立人與自然和諧共生的理念。

自然教育是以自然環(huán)境為基礎，以推動人與自然和諧共生為核心，以參與體驗為主要方式，引導人們認識和欣賞自然、理解和認同自然、尊重并保護自然，最終達到實現(xiàn)人的自我發(fā)展以及人與自然和諧共生目的的教育^［1］。研究表明，親近自然對于改善個體的消極情緒^［2］、緩解壓力^［3］、恢復注意力^［4］、提升心理健康^［5］具有積極作用，很多國家都在積極進行自然教育實踐。相較于歐美、日韓等國家，我國自然教育雖起步較晚，但發(fā)展態(tài)勢良好。我國已經(jīng)形成了以國家自然教育設施為基礎，企業(yè)及社會組織競相發(fā)展的新局面^［6］；但與此同時，我國的一般自然教育仍存在受制于時空客觀限制、成本高以及難以普惠推廣到全民等客觀問題。因此，創(chuàng)新自然教育實踐路徑以促進自然教育的進一步普及很有必要。因此，本文將在梳理當前自然教育發(fā)展現(xiàn)狀和虛擬現(xiàn)實及大數(shù)據(jù)技術在自然教育中的應用的基礎上，提出虛擬現(xiàn)實結(jié)合大數(shù)據(jù)技術在自然教育實踐中的應用設想，打造一個虛擬自然教育智慧平臺，作為一般自然教育的補充途徑，推動自然教育的發(fā)展與普及，助力生態(tài)文明建設。

1 自然教育發(fā)展現(xiàn)狀

目前，隨著人們對于自然教育的重視程度普遍提高，我國的自然教育也在如火如荼地進行中。在國家層面，自然教育委員會將具有自然教育潛力的濕地、森林公園以及自然保護區(qū)命名為全國自然教育學校（基地），借助其中的自然資源開展相關教育活動。如首批獲得授牌的八達嶺國家森林公園，其通過自然游戲、自然手工、森林探秘、森林之家等多種趣味游戲，促進學習者走進自然、了解自然并喜歡自然、尊重愛護自然^［7］。在社會層面上，北上廣深等一線城市也陸續(xù)出現(xiàn)了一些自然教育機構，逐漸成為我國自然教育實踐的重要參與力量^［8］。盡管自然教育得到了越來越多的重視與認可，但其實踐依然面臨諸多困境：1）國民自然體驗需求緊迫。多數(shù)城市居民生活節(jié)奏較快、多忙碌于工作或?qū)W習，出現(xiàn)“自然缺失癥”。北京市東城區(qū)疾病預防控制中心在2020年10月對小學生日間戶外活動情況的調(diào)查表明，63.67%的小學生每天在戶外活動的時間小于2小時，存在自然接觸不足的現(xiàn)象^［9］。2）一般自然教育受時空限制，實踐受限。自然教育大多在自然環(huán)境中進行，而我國氣候復雜多樣。對于北方地區(qū)的居民來說冬天時間較長、自然景色單一，大部分室外自然教育在冬季難以開展。同時，我國很多地區(qū)擁有固定單一的地貌景觀，如西北地區(qū)的居民難以看到海洋自然景觀，而東南地區(qū)的居民難以欣賞到高山雪地等，因此實地的自然教育可能受到客觀地域條件的限制。3）一般自然教育成本較高，難以全民推廣。相比一般課堂教育，自然教育過程中參與者的時間出行成本、設施成本、安全成本會大幅提高，自然教育的高成本也導致了我國從事自然教育的社會機構資源有限、供給能力嚴重不足，匱乏的自然教育資源與廣大人民群眾的自然教育需求之間存在著較大差距，致使目前我國實地自然教育可覆蓋的受眾范圍十分有限。

綜上所述，搭建一個集自然知識科普、生態(tài)課堂學習、自然資源景觀實時互動和自然療愈于一體的個性化全景式虛擬自然教育智慧平臺將有助于克服現(xiàn)有教育困境，這不僅有利于構建一種更具現(xiàn)實性、可操作性、發(fā)展性的自然教育模式，推動自然教育的普及、生態(tài)文明建設的發(fā)展，還可以進一步提升國民生活的滿足感和幸福感。

2 虛擬現(xiàn)實和大數(shù)據(jù)技術在自然教育中的應用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術在自然教育中的應用及其有效性

虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality，VR）是一種新時代新型成像技術，主要以計算機為核心，結(jié)合多媒體、圖像、感知識別、仿真等相關技術模擬真實環(huán)境，從而讓參與者產(chǎn)生沉浸式體驗^［10-11］。虛擬現(xiàn)實技術最為突出的3個特點是交互性、沉浸性和想象性。目前，虛擬現(xiàn)實技術在我國高校教育中已有一定運用，主要使用在高校虛擬實驗室、訓練平臺、課程拓展以及校園服務等方面^［10］。2022年，我國發(fā)布了虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應用融合發(fā)展行動計劃，強調(diào)要加速虛擬現(xiàn)實技術的升級，完善虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的體系，促進虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)與其他行業(yè)的融合，這說明虛擬現(xiàn)實技術跨行業(yè)融合是未來發(fā)展的一個方向。

虛擬自然教育的構想在國外早已被提出，并且進行了一些線上線下自然教育實踐。已有研究者利用虛擬現(xiàn)實技術將圖像和聲音進行集成，創(chuàng)建各種虛擬自然場景用于研究自然教育對人的影響，發(fā)現(xiàn)沉浸在虛擬自然環(huán)境中能促進人們身心放松^［12］。國外還有實驗室融合地形、水體、植物、人口密度等數(shù)據(jù)構建了一個虛擬植物園模型，向參與者傳遞了一種新的自然感官體驗，參與者出現(xiàn)了明顯的情感反應，并引發(fā)了個體的好奇心與探索自然的意識^［13］。此外，國外一些自然教育組織也開始了線上遠程自然教育的嘗試，將線上自然教育作為自身平臺的一個板塊，如通過虛擬程序軟件開展鳥類直播研討項目、自然互動演示項目、虛擬漫步項目等，以解決人們不能進行線下自然教育的問題，也得到了參與者的良好反饋。因此，虛擬自然教育的實現(xiàn)具有一定可行性，是未來自然教育發(fā)展的一個趨勢。除此之外，虛擬自然教育以群眾喜聞樂見的形式為依托，不需親臨其境便可與森林、河湖、土地、濕地、動植物等自然資源進行互動，突破了時空限制，使自然教育更加便利化、日?；?，有助于產(chǎn)生潛移默化的影響，提升國民整體生態(tài)文明意識水平，促進生態(tài)文明建設。

2.2 大數(shù)據(jù)技術在自然教育中的應用及其有效性

大數(shù)據(jù)技術具有信息量大、類別豐富、更新快、可共享等特點，目前大數(shù)據(jù)在教育領域的應用主要體現(xiàn)在教育資源的管理與推送、各類教育資源反饋信息的收集與評估等方面^［14］。要構建全景式仿真虛擬自然教育平臺自然離不開大量的文本圖片素材，大數(shù)據(jù)技術剛好能夠滿足平臺自然資源收集與管理的需要。目前，已有研究者將大數(shù)據(jù)技術應用到自然教育中，開展了基于大數(shù)據(jù)的兒童自然印象分析研究，通過對兒童有關自然印象的作文進行分詞處理， 提取兒童形成自然印象的影響因素，并為其后續(xù)自然教育的設計提供依據(jù)^［15］；也有研究者提出在網(wǎng)絡化時代，自然教育應主動與時代接軌，善于借助大數(shù)據(jù)平臺等媒介，構建有特色、品質(zhì)化的數(shù)字服務空間^［16］，在技術層面借助大數(shù)據(jù)等新方法，對標受眾需求，積極發(fā)揮不同渠道的傳播優(yōu)勢^［17］。除此之外，也有研究者認為可以建立公眾環(huán)境教育大數(shù)據(jù)，并依托大數(shù)據(jù)建立綠色公民認證體系，更加科學、有針對性地引導公民進行自身環(huán)境素質(zhì)的提升等^［18］?？偠灾髷?shù)據(jù)技術可以對特定用戶群體的數(shù)據(jù)進行提取分析，也可對特定用戶群體進行針對性的內(nèi)容投放。借助該技術手段，自然教育的針對性將會大大提升，進而有助于提升教育的效率及效果，加快生態(tài)文明建設的步伐。實踐表明，大數(shù)據(jù)技術在自然教育領域的應用是可行的，并且其創(chuàng)新應用將會為自然教育注入新的活力。

3 虛擬現(xiàn)實結(jié)合大數(shù)據(jù)技術在自然教育實踐中的應用設想

結(jié)合大數(shù)據(jù)技術、虛擬現(xiàn)實技術等前沿科技手段，搭建一個全民共參共享、沉浸式體驗、個性化配置與反饋于一體的全景仿真虛擬自然智慧教育平臺，將有助于推動自然教育的普及、生態(tài)文明建設的發(fā)展，實現(xiàn)全民共參共享的自然教育目標，讓國民保護自然、愛上自然并從中獲益。實踐應用設想主要包括3個階段（圖1）。

3.1 搜集海量自然教育素材，構建全民共享全景式虛擬自然教育智慧平臺

以“人與自然和諧共生，助力生態(tài)文明建設”為出發(fā)點，以“共參共享自然體驗，提升個體認知情緒能力”為核心理念，構建“多功能—全景化—沉浸式”自然教育智慧平臺。平臺主要基于前期豐富、可靠、權威的海量自然教育素材，結(jié)合數(shù)據(jù)可視化技術、大數(shù)據(jù)技術、人工智能技術以及虛擬現(xiàn)實技術，完成素材搜集、素材管理、功能建設等板塊劃分及功能搭建。平臺主要包含“自然知識科普”“自然互動體驗”“認知情緒能力提升”3大板塊，充分結(jié)合大數(shù)據(jù)技術和虛擬現(xiàn)實技術，并且在平臺設計中融入“順應天性，傾聽自然”的理念，以嵌入式自然教育作為平臺開發(fā)的核心，完善自然教育內(nèi)容和結(jié)構，關注人與自然的關系，提升參與者的知、情、意，加強其生態(tài)文明素養(yǎng)。

3.2 借助智慧平臺進行自然教育實踐，促進參與者知、情、意提升

習近平總書記在中共二十大報告中指出：“必須牢固樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，站在人與自然和諧共生的高度謀劃發(fā)展?！边@再次強調(diào)了通過自然教育提升國民總體生態(tài)文明意識的重要性。本文所提出的自然教育實踐模式基于智慧教育數(shù)字信息化，以大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等手段打造智慧教育平臺，具體從“知”“情”“意”3個維度，以“自然知識獲取—自然實時互動—認知情感提升”為路徑，進行自然教育實踐，最終促進參與者保護自然，助力生態(tài)文明建設。

3.2.1 認知層面的自然教育實踐

認知層面的自然教育實踐主要聚焦于感知自然、覺察自然與知識獲取方面。借助平臺提供的海量自然教育素材，通過大數(shù)據(jù)技術進行資源整合、分類，便于參與者快速瀏覽以及精準檢索，使參與者能夠更近距離地觀察自然、傾聽自然、認識自然。平臺可為用戶提供各種動植物圖片及音頻素材、海量物種資源、地形地貌講解等多品類自然教育資源以進行自然感知。除此之外，平臺預先通過大數(shù)據(jù)技術采集不同群體在接觸自然教育和接觸實踐時的感受與需求，整理、分析并提供順應自然教育理念的具有典型性和普適性的自然教育素材與資源。在此基礎上，參與者可進一步探索自然界中的各部分組成元素，探索不同物種的奇妙“特性”，體會不同生命的獨特性與復雜性，深度走進自然、洞察自然，培養(yǎng)“人與自然和諧共生”的理念；平臺還可以提供生態(tài)圈知識科普，普及自然與心理健康相關知識，補充“知識缺口”，加深參與者對人與自然的科學認識，不僅從生態(tài)的視角出發(fā)，更融入了社會視角與人類視角，為參與者認識自然、了解自然提供新思路。

3.2.2 情感層面的自然教育實踐

情感層面的自然教育實踐主要聚焦于自然實時互動、身心舒緩與情感提升方面。平臺借助虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)全真VR模擬沉浸式體驗，調(diào)動參與者不同感官參與到自然接觸與自然體驗中，充分感受接觸自然的趣味性，深入體驗大自然的靈活性，感受自然景觀在四季中的動態(tài)變幻，通過與自然互動以及參與者間的實時互動激發(fā)參與者對自然的好奇心與想象力。此外，參與者還可以自行選擇感興趣的自然體驗場景，在接觸自然、感受自然的過程中體會身心的放松，獲得認知恢復和注意力修復，增強參與者與自然的親密聯(lián)結(jié)和有益互動，真正體會人與自然和諧共處的深意。

3.2.3 思維模式層面的自然教育實踐

思維模式層面的自然教育實踐主要聚焦于認知塑造、價值認同與理念樹立方面。平臺借助可視化技術、虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術，支持參與者體驗自然情境中的“森林療愈”“自然冥想”“自然正念”，讓參與者能夠沉浸式接觸自然，深度體驗自然接觸的美妙之處，更深入地理解自然教育的真正內(nèi)涵，塑造對自然接觸、自然療愈的正確認知。通過虛擬自然接觸來挖掘培養(yǎng)參與者的親環(huán)境意識與行為，引導其自主探索，體會自然與身心的聯(lián)結(jié)，認同自然接觸的價值。增強參與者對自然的感知、意識和理解，增加對自然的關懷、聯(lián)結(jié)與歸屬感、認同感，深度喚醒人們了解自身及其所生活的自然環(huán)境，促進參與者形成健康、正確的生態(tài)文明理念，更自覺地保護自然環(huán)境資源，傳承人類文明。

3.3 收集參與者平臺體驗及評價數(shù)據(jù)，建立個性化教育實踐效果評價系統(tǒng)

借助數(shù)字化資源管理、個性化智能推薦、用戶互動交流等技術系統(tǒng)，收集參與者的平臺使用數(shù)據(jù)進行行為分析、情感評價與心理測驗分析，智能分析各板塊實時互動數(shù)據(jù)，建立個性化教育實踐效果評價體系。

1） 使用大數(shù)據(jù)分析技術、行為數(shù)據(jù)可視化技術分析智慧平臺參與者行為數(shù)據(jù)。分析平臺參與者各板塊使用次數(shù)、情景選擇頻率、各板塊瀏覽時間、板塊間跳轉(zhuǎn)規(guī)律等信息，針對不同參與者平臺使用特點（如高頻選擇活動、最愛使用板塊等信息）進行智能個性化推薦，通過參與者以往的平臺使用特點形成“個人畫像”，精準分析參與者自然實踐偏好，自動整合并分析使用數(shù)據(jù)，在參與者每次使用平臺時對其進行智能推送。

2） 使用心理測評系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)分析技術分析智慧平臺參與者行為情感評價數(shù)據(jù)。在參與者使用平臺前后使用相應的量表對其多方面心理特質(zhì)進行測評，包括對自然環(huán)境的主觀感受測評、自然環(huán)境滿意度測評、自然接觸體驗測評、自然教育認知思維測評、幸福感水平測評等，綜合比較平臺使用前后各維度的情感評價變化，以檢驗智慧平臺的使用效果，并進一步優(yōu)化實踐模式，實現(xiàn)自然教育與大數(shù)據(jù)技術、虛擬現(xiàn)實技術及心理學領域的良好交叉融合。

4 結(jié)束語

隨著社會的飛速發(fā)展，我國在實現(xiàn)國民物質(zhì)生活極大豐富的同時也越來越重視生態(tài)文明建設、自然教育的發(fā)展。但不可否認的是，目前我國的一般自然教育仍存在受制于時空客觀限制、高成本以及難以普惠推廣到全民等問題，而本文提出了創(chuàng)新性的自然教育實踐模式構想，即通過虛擬現(xiàn)實技術和大數(shù)據(jù)技術打造一個虛擬自然教育智慧平臺，具體從“知”“情”“意”3大維度實現(xiàn)對自然環(huán)境的精準模擬，給參與者以身臨其境的沉浸式體驗，從而突破時空限制，降低自然體驗成本，以緩解現(xiàn)有自然教育的實踐困境。這不僅為參與者認識自然、了解自然提供新思路，更有利于增強參與者與自然的親密聯(lián)結(jié)和有益互動，增加其對自然的關懷、聯(lián)結(jié)，及歸屬感、認同感，促進參與者形成健康、正確的生態(tài)文明理念，達成“人與自然和諧共生”的教育效果，意義深遠。同時，平臺還通過收集用戶使用數(shù)據(jù)，形成用戶“個人畫像”，做到因材施教，進行有針對性的個性化的自然教育，使自然教育知識性與趣味性并存。除此之外，該設想還可豐富自然教育實踐者的自然教育資源儲備，幫助其節(jié)約實踐成本，將更多的時間、精力、金錢投入到自然教育實踐及資源構建過程中，不斷提高自然教育實踐質(zhì)量，推動自然教育的進一步普及。

綜上所述，鑒于目前一般自然教育存在的不足，創(chuàng)新自然教育實踐路徑以克服現(xiàn)有障礙無疑是很有必要的，本文提出的結(jié)合虛擬現(xiàn)實及大數(shù)據(jù)技術打造一個虛擬自然教育智慧平臺可作為一般自然教育的補充途徑，讓人們隨時隨地體驗大自然，從而引導人們探索和熱愛自然、尊重和保護自然，形成一種人與自然共生共存的健康生活方式，助力我國生態(tài)文明建設以及“健康中國”戰(zhàn)略。

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