劉超亮

大連東軟信息學(xué)院

增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)的教育應(yīng)用分析

劉超亮

大連東軟信息學(xué)院

進入21世紀(jì)以來，增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的出現(xiàn)，使人們的體驗感劇增。增強現(xiàn)實（AR）是虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的延伸，其具有五個特征，能夠以最貼近自然的交互方式，給教育者提供新的方式表達，為學(xué)習(xí)者搭建一個自主探索的空間。本文通過分析增強現(xiàn)實技術(shù)的內(nèi)涵，主要探討了增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)的教育應(yīng)用，以期能夠促進教育領(lǐng)域的發(fā)展。

增強現(xiàn)實技術(shù)；教育領(lǐng)域；虛擬技術(shù)

2016年被業(yè)界稱為“虛擬現(xiàn)實元年”，虛擬現(xiàn)實有可能成了下一個顛覆人類生活的新技術(shù)之一，如：如今微軟、谷歌、蘋果等IT巨頭都在布局虛擬現(xiàn)實。而增強現(xiàn)實是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的延伸，是蘇澤蘭在進行有關(guān)頭戴式顯示器的研究中引入的，是在真實環(huán)境之上提供信息性和娛樂性的覆蓋。我國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究起步于20世紀(jì)90年代初。2016年，“虛擬現(xiàn)實”位列兩會授權(quán)發(fā)布的《中華人民共和國經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》中，并且在展望2020年重要新型核心科技發(fā)展時，有人將虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)列入了當(dāng)前重要的八項新興核心科技中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了非常大的重視。

一、增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)概述

增強現(xiàn)實是為了使人們在視覺、聽覺、觸覺等方面增強對現(xiàn)實世界的體驗，在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興技術(shù)，是將計算機形成的虛擬信息疊加到現(xiàn)實中的真實場景，是基于計算機的顯示與交互、網(wǎng)絡(luò)的跟蹤與定位等技術(shù)，對現(xiàn)實世界進行補充。

增強現(xiàn)實技術(shù)具有虛實結(jié)合、實時交互和三維配準(zhǔn)三大特征，并具有呈現(xiàn)現(xiàn)實的方式，增強現(xiàn)實智能眼睛，掃描圖二維碼可以觀看Magic Leap增強現(xiàn)實演示視頻，按距離眼睛由近到遠互粉分別為頭戴式、手持式、空間展示。增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如：在旅游業(yè)中增強現(xiàn)實可以以虛擬影像的方式，幫助游客自助游玩景區(qū)，為游客講解景區(qū)概況、發(fā)展歷史、人文景觀等內(nèi)容；在教育領(lǐng)域中，增強現(xiàn)實可以為學(xué)生呈現(xiàn)虛擬環(huán)境、全息圖像以及虛擬實驗等；在零售業(yè)中，增強現(xiàn)實技術(shù)在網(wǎng)上銷售中具有極大的應(yīng)用空間，可以實現(xiàn)一鍵試穿等。

在教育領(lǐng)域中，運用增強現(xiàn)實技術(shù)具有激發(fā)學(xué)習(xí)動機、創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境等多方面的優(yōu)勢，其應(yīng)用潛力巨大、前景廣闊，能夠增強學(xué)習(xí)體驗、跨越時空界限、使學(xué)習(xí)者感受到心理沉浸等，能夠為教育工作者提供全新的教學(xué)工具，讓學(xué)習(xí)者在動手體驗中迸發(fā)出創(chuàng)新的火花，激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)新知識的興趣。因此，增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域中，能夠使教育由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式演變?yōu)樾滦偷膶W(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者可以通過新型的信息化環(huán)境和工具來獲取知識和技能，能夠為學(xué)習(xí)者營造自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，有助于學(xué)習(xí)者核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是教育技術(shù)發(fā)展的一個新的飛躍，符合新一輪教學(xué)改革的教育理念。

二、增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的教育應(yīng)用

1.頭戴式增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

頭戴式增強現(xiàn)實設(shè)備分為移動虛擬現(xiàn)實頭盔和分體式虛擬現(xiàn)實頭盔，包含了頭戴式顯示器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，目前，在生物、工程技術(shù)、文化習(xí)俗等教學(xué)中，增強現(xiàn)實技術(shù)都可以應(yīng)用。

頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備能夠給學(xué)習(xí)者以絕佳的真實體驗，體驗學(xué)習(xí)時具有置身真實情境的沉浸式感覺，能夠讓書本的內(nèi)容可觸摸、可互動、可感知，使人如身臨其境。如：地理學(xué)科中關(guān)于宇宙太空星際運行的課程講授中，如果戴上頭戴式虛擬現(xiàn)實設(shè)備，就可實現(xiàn)在現(xiàn)實生活中無法實現(xiàn)的遨游太空，可以從各個角度上，讓學(xué)生近距離觀察行星、恒星和衛(wèi)星的運行軌跡，甚至能夠降落在火星、月球上，讓學(xué)習(xí)者更好的觀察每個星球的地表形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進行“實地”考察、體驗星際之旅等，有利于學(xué)生發(fā)揮想象力，讓學(xué)生獲得身臨其境的感受，更能直觀地呈現(xiàn)授課內(nèi)容，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.桌面式增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

2015年，云尚互動公司將zSpace Z300引入中國，2016年，“智創(chuàng)空間”將6套桌面式增強現(xiàn)實設(shè)備用于創(chuàng)客教育和STEAM教育的推廣普及中。其涵蓋了小學(xué)、初中和高中的數(shù)學(xué)、物理等多個學(xué)科。桌面式增強現(xiàn)實設(shè)備課件總數(shù)達到了440個以上，教師可以采用系統(tǒng)平臺自帶的課件實施教學(xué)計劃。并且該平臺還提供了課件資源開發(fā)系統(tǒng)，教師可以創(chuàng)造性地自主開發(fā)新課件，根據(jù)需要將stl、obj等格式的3D模型文件導(dǎo)入系統(tǒng)，可以象制作PPT課件一樣進行修改和自主開發(fā)，能在Z300平臺上加入文本、圖片、視頻文件，運行課件資源。使用方法有兩種：一種是增加一個全息攝像頭和平板電腦，為了呈現(xiàn)出裸眼3D的增強現(xiàn)實效果，要將Z300設(shè)備的3D影像疊加投射到平板電腦上；另一種是戴上3D眼睛（含追蹤和非追蹤眼鏡），用激光筆操作的戴追蹤眼鏡者，看3D虛擬現(xiàn)實效果的戴非追蹤眼鏡。

3.手持式增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

手持式增強現(xiàn)實設(shè)備多采用移動設(shè)備與APP軟件相結(jié)合的方式，其原理是為了實現(xiàn)增強現(xiàn)實的特殊顯示效果，采用手機攝像頭獲取現(xiàn)實世界影響，在現(xiàn)實世界中，通過手機疊加虛擬形象。APP有視+AR、AR等。有的APP中提供了豐富的教育資源，尤其是兒童教育資源，如：安全教育、識字卡片等。使用的方法有：運用APP下載增強現(xiàn)實資源并與外界實景疊加可呈現(xiàn)出演示效果；另一種是用手機攝像頭掃描圖書上的圖片，將手機、APP與想配套的紙質(zhì)圖書一起使用，在手機屏幕上可呈現(xiàn)出演示效果。增強現(xiàn)實特效非常逼真，利用APP進行學(xué)習(xí)增強了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的興趣，學(xué)習(xí)過程具有真實感、體驗感、沉浸感，可以達到寓教于樂的教學(xué)效果。

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[2]凌財進,曾婷.增強現(xiàn)實在混合教學(xué)課堂的應(yīng)用探索[J].計算機時代.2016(07)

[3]周靈,張舒予,朱金付,朱永海,魏三強.增強現(xiàn)實教科書的設(shè)計研究與開發(fā)實踐[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2014(09)

劉超亮（1983-），男,漢族，山東省濰坊市人，本科，講師，主要研究方向：動畫。