王德宇，宋述強(qiáng)，陳 震

(1.清華大學(xué) 基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084；2.清華大學(xué) 信息化技術(shù)中心，北京 100084)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校創(chuàng)客教育中的應(yīng)用

王德宇1，宋述強(qiáng)2，陳 震1

(1.清華大學(xué) 基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084；2.清華大學(xué) 信息化技術(shù)中心，北京 100084)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)是借助視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸感、加速度等感官通道，建立起一套接近于現(xiàn)實(shí)的虛擬仿真環(huán)境，并與現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行匹配融合，為體驗(yàn)者提供信息交互的一類技術(shù)。高等院校在教育教學(xué)活動(dòng)中越來(lái)越多地采用實(shí)踐教學(xué)的模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的體驗(yàn)和參與。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為教育教學(xué)提供了全新的可能性，一方面拓展了教學(xué)環(huán)境，將校園內(nèi)外不同物理空間的內(nèi)容編輯制作為AR內(nèi)容，可以廣泛應(yīng)用于小班或大班教學(xué)中；另一方面能夠?qū)⒁恍┎贿m于進(jìn)行實(shí)體交互的內(nèi)容，通過(guò)AR仿真，讓學(xué)生親身參與體驗(yàn)，甚至交互。該文以清華大學(xué)iCenter在工程實(shí)踐教學(xué)以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面應(yīng)用AR的規(guī)劃及案例，探討在未來(lái)課堂中應(yīng)用AR新技術(shù)的前景。

虛擬現(xiàn)實(shí)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；創(chuàng)客教育；工程教育；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)及其在高校創(chuàng)客中的應(yīng)用

隨著圖形計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸、可穿戴顯示、人機(jī)接口等周邊技術(shù)的不斷發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，以下簡(jiǎn)稱 “AR”)的相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用日趨完善。AR通過(guò)軟硬件人機(jī)交互通道，從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)等方面建立一套感官刺激，與現(xiàn)實(shí)世界的感官融合，在現(xiàn)實(shí)世界中延伸出新的交互環(huán)境[1]。此外，區(qū)別于虛擬現(xiàn)實(shí)，AR更強(qiáng)調(diào)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界信息的融合，并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，能夠極大擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)環(huán)境交互中，操作者所接收的信息[2]。基于這一特點(diǎn)，在很多創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)中的場(chǎng)景中，AR在提高學(xué)習(xí)質(zhì)量方面，都具有極大的潛力。

AR在娛樂(lè)游戲、工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展尤為迅猛。Arduino模塊式可編程開(kāi)發(fā)板、Unity 3D建模引擎等工具加快了AR交互硬件及交互內(nèi)容的開(kāi)發(fā)速度，同時(shí)也促進(jìn)了交互真實(shí)度的提高，以及更為復(fù)雜的交互邏輯和沉浸感更強(qiáng)的體驗(yàn)方式的出現(xiàn)，如右表所示。AR已成為信息產(chǎn)業(yè)界和科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域新的熱點(diǎn)。美國(guó)知名孵化器Y Combinator對(duì)近年來(lái)的申請(qǐng)項(xiàng)目進(jìn)行的一項(xiàng)分析表明，從2014年開(kāi)始，創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目申請(qǐng)中提及AR的次數(shù)則出現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。今年AR繼續(xù)成為項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)中最常提到的術(shù)語(yǔ)之一[3]。產(chǎn)業(yè)界對(duì)AR的高度關(guān)注以及大量人才團(tuán)隊(duì)投身此項(xiàng)技術(shù)及其應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，預(yù)示著其將成為未來(lái)社會(huì)中重要的一種交互模式。

在教育領(lǐng)域中，遠(yuǎn)程教學(xué)、虛擬仿真、虛擬實(shí)驗(yàn)等教學(xué)形式正隨著基礎(chǔ)設(shè)施的完善而日益普及。針對(duì)一些具有較高成本、對(duì)條件保障有較高要求、高危險(xiǎn)性、不可及等特點(diǎn)的設(shè)備、實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)等教學(xué)場(chǎng)景，AR技術(shù)提供了一種接近真實(shí)、便捷的教學(xué)方式[4]。近年來(lái)盛行的創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)，一方面在推動(dòng)AR相關(guān)交互展示技術(shù)和內(nèi)容制作的發(fā)展，另一方面從AR技術(shù)的快速發(fā)展中受益。高校創(chuàng)客教育，以學(xué)生為主體，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，其教學(xué)內(nèi)容的來(lái)源，具有跨學(xué)科、跨地域、形式多樣等特性。借助AR技術(shù)，可以將不同地點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容或研究開(kāi)發(fā)對(duì)象，進(jìn)行異地實(shí)時(shí)交互呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同開(kāi)發(fā)，甚至協(xié)同生產(chǎn)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

AR技術(shù)與創(chuàng)客教育真正的融合，則需要從學(xué)習(xí)過(guò)程全生命周期，以系統(tǒng)觀角度進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。與商業(yè)、娛樂(lè)應(yīng)用不同，AR的教育應(yīng)用設(shè)計(jì)，需要遵循教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的基本原則，其目標(biāo)是提高綜合教學(xué)成效，而不僅僅局限于提高師生互動(dòng)，或是增強(qiáng)課堂參與度等某幾個(gè)方面。筆者試圖從培養(yǎng)目標(biāo)、成效度量、師資、教學(xué)設(shè)施等角度，分析AR在高校創(chuàng)客教學(xué)中應(yīng)用的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于創(chuàng)客教育中的意義及設(shè)計(jì)要素

(一)結(jié)合不同培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行AR應(yīng)用決策

培養(yǎng)學(xué)生在知識(shí)、能力、素養(yǎng)等方面所達(dá)到的目標(biāo)，是決定教學(xué)活動(dòng)中是否以及如何應(yīng)用AR技術(shù)的要素。不同教學(xué)活動(dòng)在三個(gè)方面的側(cè)重，是AR教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。在知識(shí)層面，學(xué)習(xí)過(guò)程的目標(biāo)是對(duì)一套知識(shí)體系的掌握，以及若干知識(shí)點(diǎn)的記憶。根據(jù)這個(gè)目標(biāo)設(shè)定的學(xué)習(xí)大綱，是為學(xué)習(xí)過(guò)程制定的“合約”，因此也定義了AR教學(xué)的內(nèi)容合約。AR場(chǎng)景中出現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)，在展示時(shí)長(zhǎng)、展示方式、內(nèi)容準(zhǔn)確性、出現(xiàn)順序等方面，應(yīng)遵循教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)合約，并有利于學(xué)生掌握知識(shí)，利用AR交互多感官聯(lián)動(dòng)的特點(diǎn)，促進(jìn)長(zhǎng)期知識(shí)記憶的形成。此外，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，以及數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的提升，借助AR搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室，由個(gè)人移動(dòng)終端進(jìn)行接入，可以讓學(xué)生在課堂之外瀏覽課程內(nèi)容[5]，這非常有助于課堂之外學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

能力培養(yǎng)依靠實(shí)踐訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的積累形成。在創(chuàng)客教育中，通過(guò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、綜合實(shí)踐場(chǎng)景進(jìn)行動(dòng)手訓(xùn)練，真實(shí)性強(qiáng)，但限于各種因素，在特定情境下的實(shí)踐常常不能完成。在一些高危險(xiǎn)、高成本、不可及的場(chǎng)景下，AR可以提供更為接近實(shí)際場(chǎng)景的交互體驗(yàn)，從而對(duì)真實(shí)情境下所需要的技能進(jìn)行訓(xùn)練。

AR所創(chuàng)造的環(huán)境，接近于真實(shí)場(chǎng)景，并可以根據(jù)需要設(shè)置一些挑戰(zhàn)，例如災(zāi)害、實(shí)驗(yàn)安全事故等。這種場(chǎng)景，對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)客的基礎(chǔ)素養(yǎng)，具有更好的效果，能夠更為直觀地傳達(dá)信息。此外，依靠AR場(chǎng)景進(jìn)行疊加信息，可以針對(duì)性地標(biāo)示出需要特別注意的內(nèi)容，從而加強(qiáng)素養(yǎng)的形成。因此，以創(chuàng)客實(shí)踐素養(yǎng)為目標(biāo)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以更好地利用AR進(jìn)行訓(xùn)練，以形成更為強(qiáng)化的記憶。

(二)AR與成效度量方法的結(jié)合

創(chuàng)客教育中學(xué)習(xí)成效的度量，強(qiáng)調(diào)過(guò)程度量與結(jié)果度量并重。而AR教學(xué)內(nèi)容中設(shè)置階段性考核點(diǎn)，并在內(nèi)容制作時(shí)，定義好過(guò)程度量的數(shù)據(jù)采集格式，有利于分析掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，更好地實(shí)時(shí)度量學(xué)習(xí)成效。借助AR等信息化手段進(jìn)行教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于，教學(xué)過(guò)程可以更便捷地設(shè)定考核點(diǎn)，且過(guò)程數(shù)據(jù)多為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，便于后續(xù)分析。AR交互場(chǎng)景中，可以將創(chuàng)客任務(wù)分解為多個(gè)階段的子任務(wù)，并設(shè)置不同維度的度量點(diǎn)。在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中，也可以結(jié)合AR場(chǎng)景的實(shí)時(shí)交互性和信息疊加特點(diǎn)，有針對(duì)性地設(shè)置團(tuán)隊(duì)成員間一定信息的共享，例如考察其他團(tuán)隊(duì)成員的狀態(tài)等，不僅讓教學(xué)者能夠?qū)崟r(shí)了解學(xué)習(xí)進(jìn)程，更促進(jìn)學(xué)習(xí)者同儕之間的交流。

另外，AR在行為度量與分析方面，也具有一定的優(yōu)勢(shì)。利用AR進(jìn)行快速部署，配合眼動(dòng)儀等設(shè)備，對(duì)實(shí)踐創(chuàng)客實(shí)踐教學(xué)過(guò)程進(jìn)行采集與分析，供日后進(jìn)行分析，考察教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)成效之間的關(guān)系。

(三)師資建設(shè)

AR技術(shù)的應(yīng)用，涉及信息技術(shù)、心理學(xué)、人機(jī)交互等多個(gè)學(xué)科，設(shè)計(jì)優(yōu)秀的AR教學(xué)內(nèi)容，不僅需要對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的準(zhǔn)確把握，還需要具備上述知識(shí)技能的專業(yè)人員配合。在AR內(nèi)容設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教學(xué)設(shè)計(jì)者與AR專業(yè)工程師配合，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)，設(shè)計(jì)AR交互。這一過(guò)程需要教學(xué)設(shè)計(jì)者梳理學(xué)習(xí)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，有助于教學(xué)內(nèi)容質(zhì)量的提升。此外，教學(xué)設(shè)計(jì)者也需掌握AR的基本原理和制作方法，從而更好地組織教學(xué)內(nèi)容，以充分發(fā)揮AR交互提升學(xué)習(xí)成效的作用，并設(shè)計(jì)出利用AR特長(zhǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)評(píng)估的方法。

(四)AR教學(xué)設(shè)施

AR在各個(gè)領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。在教育領(lǐng)域，針對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程等方面的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐活動(dòng)在日益增加。AR技術(shù)，在電子化教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施和校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)施逐步完善的前提下，能夠很快進(jìn)行部署[6]。創(chuàng)客教學(xué)過(guò)程中，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，同時(shí)由于AR場(chǎng)景涉及虛擬與現(xiàn)實(shí)信息疊加融合，這種個(gè)人使用模式，要求AR設(shè)備應(yīng)按照課堂學(xué)生數(shù)量進(jìn)行規(guī)劃。

AR內(nèi)容可以采用在線云端數(shù)據(jù)作為主要來(lái)源，對(duì)于具有獨(dú)特學(xué)科背景或技術(shù)領(lǐng)域、或?qū)⒄n程內(nèi)容建設(shè)列入創(chuàng)客教育發(fā)展規(guī)劃的學(xué)校機(jī)構(gòu)，則可以在本地建設(shè)私有云服務(wù)，從內(nèi)容制作開(kāi)始提供本地資源，縮短制作周期。

三、AR教學(xué)模式

(一)以AR技術(shù)為教學(xué)工具

高校創(chuàng)客教育中，工程訓(xùn)練是基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)，學(xué)生可以利用AR進(jìn)行零部件識(shí)別、模擬設(shè)備裝配等指導(dǎo)性實(shí)踐操作[7][8]。學(xué)生通過(guò)移動(dòng)設(shè)備自主瀏覽和操作已經(jīng)預(yù)制好的虛擬現(xiàn)實(shí)模型。此類互動(dòng)模式簡(jiǎn)單，學(xué)生可以按照教學(xué)設(shè)計(jì)者規(guī)劃好的信息進(jìn)行交互。

對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)、車間等級(jí)別的教學(xué)內(nèi)容，常見(jiàn)于針對(duì)工業(yè)系統(tǒng)、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)為對(duì)象的教學(xué)環(huán)節(jié)，同時(shí)更加關(guān)注系統(tǒng)中不同元素之間的組合及互動(dòng)。例如，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)搭建生產(chǎn)線模型，配合工業(yè)系統(tǒng)仿真軟件，可以更好地還原工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)與部署，并可觀看虛擬世界的系統(tǒng)仿真結(jié)果[9]，還可通過(guò)AR直接作為交互界面，控制實(shí)際機(jī)械臂完成工件夾持和上下料等操作[10]。這類交互情境中，需要學(xué)生獨(dú)立對(duì)虛擬世界中的元素進(jìn)行操作。為了保證學(xué)生的體驗(yàn)及課堂效率，每位學(xué)生通過(guò)個(gè)人終端、可穿戴設(shè)備(如頭戴顯示器等)、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備進(jìn)行操作輸入。顯示設(shè)備也以可穿戴設(shè)備為主，如頭戴顯示器、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡等。

(二)以AR技術(shù)為教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合高校對(duì)人才培養(yǎng)的要求，可圍繞AR技術(shù)原理、產(chǎn)品研發(fā)、內(nèi)容制作、模式設(shè)計(jì)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)等方面開(kāi)設(shè)相關(guān)課程。AR技術(shù)包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、攝影攝像、圖像處理、立體視覺(jué)生理學(xué)、人機(jī)交互等方面的知識(shí)與技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容的組織大致可分為四個(gè)模塊：(1)虛擬現(xiàn)實(shí)理論及應(yīng)用；(2)前期制作；(3)后期編輯；(4)交互設(shè)計(jì)。其中理論及應(yīng)用模塊主要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)AR技術(shù)的基本原理，了解常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景，啟發(fā)設(shè)計(jì)靈感。前后期制作部分，圍繞建模、虛擬場(chǎng)景制作、信息疊加等技術(shù)。交互設(shè)計(jì)則會(huì)介紹系統(tǒng)仿真、AR交互硬件原理及開(kāi)發(fā)、Web交互、可穿戴設(shè)備交互、動(dòng)作捕捉等[11]。

(三)AR應(yīng)用于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

高校創(chuàng)客教育著眼于創(chuàng)意創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目實(shí)踐。傳統(tǒng)產(chǎn)品導(dǎo)向教學(xué)中，由于實(shí)體產(chǎn)品的定制化制造過(guò)程既耗時(shí)，成本又高，因此教師往往通過(guò)簡(jiǎn)化任務(wù)目標(biāo)，或延長(zhǎng)課程時(shí)間來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)。增材制造技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，一定程度上縮短了原型產(chǎn)品制作的周期，但對(duì)于寶貴的課堂時(shí)間來(lái)說(shuō)，仍然難以趕上教學(xué)進(jìn)度的節(jié)奏，同時(shí)原型產(chǎn)品的材質(zhì)選擇大大受限于設(shè)備本身。AR技術(shù)的引入，則可通過(guò)更為真實(shí)的呈現(xiàn)方式，為教師和學(xué)生開(kāi)發(fā)產(chǎn)品原型提供更快捷的方式，甚至比實(shí)物產(chǎn)品更利于進(jìn)行查看和修改。

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)涉及對(duì)空間形體更為復(fù)雜的操作，因此常配備專用輸入設(shè)備，如空間3D操作筆、數(shù)據(jù)手套、空間3D手柄等[12]。此外，一些虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以提供動(dòng)作捕捉功能，讓使用者可以直接通過(guò)肢體動(dòng)作，對(duì)虛擬世界中的元素進(jìn)行操作。有些則利用聲音識(shí)別進(jìn)行操作指令的輸入[13]。

針對(duì)某一專門行業(yè)或領(lǐng)域設(shè)計(jì)的AR交互，可以通過(guò)更加豐富的現(xiàn)實(shí)設(shè)施，加強(qiáng)交互的真實(shí)性。例如，面向汽車設(shè)計(jì)的AR開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能夠借助成品車輛，通過(guò)疊加方式進(jìn)行定制化改造，將虛實(shí)結(jié)合的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)界面，呈現(xiàn)給使用者，以形成更接近實(shí)物原型產(chǎn)品的效果，幫助設(shè)計(jì)師準(zhǔn)確把握設(shè)計(jì)方案[14]。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的支撐工具，不僅可以為創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提供更加快速的原型制作體驗(yàn)，并結(jié)合全球網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)有資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)，還對(duì)學(xué)生形成協(xié)同化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的理念起到幫助。

四、AR對(duì)教學(xué)過(guò)程的影響

AR的出現(xiàn)，源于通過(guò)仿真技術(shù)，提供一種安全、低成本、便捷的交互體驗(yàn)?zāi)Ｊ?。在教育領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)有助于學(xué)生在與虛擬世界互動(dòng)的過(guò)程中，建構(gòu)自己對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，同時(shí)整個(gè)交互過(guò)程中，易于對(duì)操作、行為進(jìn)行采集和分析。這種交互過(guò)程中，各個(gè)信息通道中呈現(xiàn)的內(nèi)容，可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在可控的條件下進(jìn)行呈現(xiàn)，利于學(xué)習(xí)者的注意力更為集中在有效教學(xué)內(nèi)容上。此外，接近于游戲的交互模式，還能夠幫助學(xué)生提高探索問(wèn)題、定義問(wèn)題、解決問(wèn)題、交流溝通、團(tuán)隊(duì)合作等能力。

AR交互模式的豐富程度，對(duì)學(xué)生的參與度會(huì)產(chǎn)生影響。這種參與度來(lái)自多個(gè)方面。一方面，虛擬場(chǎng)景交互有助于建立起使用者與場(chǎng)景提供方之間的認(rèn)同感，并當(dāng)交互模式更加豐富，這種感覺(jué)也會(huì)隨之增強(qiáng)[15]。基于課堂中更強(qiáng)的師生關(guān)系，教學(xué)內(nèi)容整合到AR交互中，并結(jié)合可互動(dòng)操作的虛擬場(chǎng)景，學(xué)生能夠在交互中獲得一定的成就感，這也有助于加強(qiáng)學(xué)生的參與度。另一方面，復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)交互任務(wù)，過(guò)多的信息，會(huì)造成使用者認(rèn)知負(fù)荷增加，降低在學(xué)習(xí)方面的認(rèn)知資源，從而對(duì)學(xué)習(xí)效果造成負(fù)面影響[16]。在以實(shí)踐為主要內(nèi)容的課程中，虛擬現(xiàn)實(shí)有助于提升學(xué)生的實(shí)踐技能[17]。尤其是在培訓(xùn)一些復(fù)雜操作前，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行培訓(xùn)，配合適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，可以讓學(xué)生更快地掌握技能。不過(guò)，值得注意的一點(diǎn)是，由于虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)危險(xiǎn)因素的呈現(xiàn)有限，同時(shí)使用者會(huì)以更加放松的心理從事虛擬世界中的任務(wù)，因此對(duì)于實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)的培養(yǎng)，相較實(shí)物操作會(huì)有所欠缺。

五、結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，已經(jīng)不僅是實(shí)體交互的一種替代。AR在工業(yè)、娛樂(lè)、醫(yī)療、軍事等各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如同電子化閱讀取代印刷品閱讀的過(guò)程一樣，正在逐漸改變?nèi)藗兣c世界交互的習(xí)慣。然而這種交互模式中，仍有很多問(wèn)題值得探索和改進(jìn)，例如怎樣更有效地傳遞期望使用者得到的信息，如何消弭虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界融合的鴻溝，如何減少虛擬世界漫游產(chǎn)生的不適等。對(duì)于高校教學(xué)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是作為研究對(duì)象，還是作為支撐工具，AR技術(shù)無(wú)疑將具有廣闊的應(yīng)用前景。借助這些技術(shù)培養(yǎng)未來(lái)創(chuàng)新人才，也將對(duì)教學(xué)內(nèi)容變革的方向產(chǎn)生影響。

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Application of Virtual Reality and Augmented Reality in Maker-driven Education in Universities

Wang Deyu1, Song Shuqiang2, Chen Zhen1
(1.Fundamental Industry Training Center, Tsinghua University, Beijing 100084; 2.Information Technology Center,Tsinghua University, Beijing 100084)

Augmented reality(AR)use visual, auditory, tectile, spatial cognition channels to build a simulated environment and to integrate the environment with the real world, where users can have various kinds of interactions. As practical, hands-on, experiential learning activities are included in more courses in higher education, AR can be used in a wider range of scenarios. On one hand,AR can help extend the learning context, connecting different physical spaces to a classroom. On the other, some interactions with tangible objectives that are not applicable to classrooms can be converted to virtual interactions where students can experience. In this article, we will discuss about how to apply AR technologies into higher education, based on the experience in Tsinghua University.

Virtual Reality; Augmented Reality; Engineering Education; Entrepreneurship; Maker Education

G434

A

王德宇：碩士，助理工程師，研究方向?yàn)楦咝?chuàng)客教育、工業(yè)與系統(tǒng)工程(wdy@tsinghua.edu.cn)。

2016年8月29日

責(zé)任編輯：趙興龍

1006—9860(2016)10—0112—04