張康英

摘要： AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)將虛擬世界的信息和真實(shí)世界的信息進(jìn)行“無縫”對(duì)接，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)世界，用戶可以在自然的真實(shí)環(huán)境中對(duì)虛擬對(duì)象進(jìn)行交互。本文主要從AR技術(shù)的概念、特點(diǎn)出發(fā)，探討其在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用，希望對(duì)基礎(chǔ)教育實(shí)踐者提供一些思考和啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）；基礎(chǔ)教育；應(yīng)用；教學(xué)啟示

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）12-0167-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新興的技術(shù)越來越被人們熟知，VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)則是這兩年比較流行的。VR技術(shù)通過讓用戶置身于虛擬的三維空間環(huán)境中，進(jìn)行人體感官的模擬操作，用戶完全沉浸其中，是一種可視化的人機(jī)交互，因此也被推廣在教育領(lǐng)域，但因其成本較高、對(duì)硬件的要求較高，無法在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域普及。北師大教育技術(shù)學(xué)院“移動(dòng)學(xué)習(xí)”實(shí)驗(yàn)室副主任蔡蘇博士表示，很多VR教育產(chǎn)品的學(xué)科教育與技術(shù)融合程度比較低，真正的學(xué)科教育專家、一線教師無法參與到VR教育課程、教育產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)中來，大大影響了VR教學(xué)的質(zhì)量。[1]而AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了VR技術(shù)的不足，它將虛擬對(duì)象置于真實(shí)世界中，對(duì)其進(jìn)行分析，產(chǎn)生有意義的探索。基于AR技術(shù)的交互手段給教育者提供了新的方式表達(dá)給學(xué)習(xí)對(duì)象，也對(duì)教育行業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。本文主要初探AR技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用，為深入研究AR與學(xué)科教育的融合做鋪墊。

1 AR技術(shù)的概念及特點(diǎn)

1.1 AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）的概念

AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）作為一種新興技術(shù)，能夠使用戶在真實(shí)環(huán)境中就能看到虛擬對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行操作、旋轉(zhuǎn)。目前，對(duì)AR的定義有多種。MILLGRAM定義AR技術(shù)為：是一種混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）[2]，是客觀世界的真實(shí)環(huán)境與計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境的連續(xù)統(tǒng)一體。HRL實(shí)驗(yàn)室的Ronald Azuma把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定義為：虛實(shí)融合；實(shí)時(shí)交互性；三維跟蹤定位。[3]基于以上定義，AR技術(shù)并不是將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界隔離，而是將其融合在一起，共處同一空間，使得虛擬世界的信息和現(xiàn)實(shí)世界的信息得到“無縫”對(duì)接，用戶可以在最自然的狀態(tài)下進(jìn)行三維互動(dòng)?？梢姡珹R技術(shù)搭起了現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的橋梁，讓使用者在這類融合環(huán)境中自由交互。

1.2 AR技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)包含多種技術(shù)支撐，其技術(shù)原理復(fù)雜。其中，最主要的技術(shù)是顯示技術(shù)、跟蹤定位技術(shù)和標(biāo)定技術(shù)。[4]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了在一些特殊情況下難以感知的信息，并將他們立體呈現(xiàn)出來。其應(yīng)用特點(diǎn)可以概括為：

1）虛實(shí)結(jié)合。它通過傳感器掃描，將其信息呈現(xiàn)在真實(shí)環(huán)境中，用戶可以通過眼鏡觀看，或者使用手指點(diǎn)擊操作，讓三維物體360無死角呈現(xiàn)，用戶還可根據(jù)當(dāng)前任務(wù)或需要交互地改變其大小、形狀和外觀。

2）自然的實(shí)時(shí)交互。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)使用戶處于一種虛實(shí)相結(jié)合的真實(shí)環(huán)境中，與交互對(duì)象顯得更加真實(shí)自然。時(shí)間與空間的統(tǒng)一性，讓用戶體驗(yàn)更加真實(shí)的交互感受，這樣自然的實(shí)時(shí)交互帶來的是更深層次的趣味性和角色帶入感。

3）實(shí)時(shí)跟蹤。它是三維注冊(cè)的，可根據(jù)用戶在真實(shí)空間中的位置的變化做出調(diào)整，保證人、環(huán)境、虛擬信息的同步性。

4）低成本、便捷實(shí)用性。AR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)具有較低的硬件要求，在網(wǎng)絡(luò)終端、智能移動(dòng)終端，人們只需安裝相應(yīng)的AR軟件，再通過攝像頭進(jìn)行掃描，便可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互體驗(yàn)。用戶操作簡(jiǎn)便，成本低廉，推廣度大。

2 AR技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用形式

AR技術(shù)迅猛發(fā)展，覆蓋領(lǐng)域甚廣。AR技術(shù)因其自然交互、實(shí)時(shí)性、虛實(shí)結(jié)合性等特點(diǎn)，既符合皮亞杰“把實(shí)驗(yàn)室搬到課堂中去的設(shè)想和實(shí)踐”，又符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中關(guān)于“學(xué)習(xí)是一種真實(shí)情境的體驗(yàn)”的觀點(diǎn)。[5]加德納的多元智能理論認(rèn)為，人有智能包括言語、數(shù)理邏輯、視覺空間等九個(gè)方面，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)所創(chuàng)設(shè)的情境為學(xué)習(xí)者提供了多種能力的發(fā)展可能。因此，在上述教育理論的支持下，有關(guān)AR技術(shù)的教育產(chǎn)品也層出不窮。本文，作者從教與學(xué)的角度，從學(xué)生的認(rèn)知角度，探討以下AR教育應(yīng)用。

2.1 AR卡牌

AR卡牌通過先進(jìn)的AR技術(shù)使紙質(zhì)的二維卡片或者卡牌立體化呈現(xiàn)出來。用戶使用裝有相應(yīng)AR軟件的手機(jī)、平板電腦等智能終端中的攝像頭掃描AR卡片，對(duì)應(yīng)的三維模型及動(dòng)畫即呈現(xiàn)在眼前。如圖1所示。

這類簡(jiǎn)單的AR教育應(yīng)用更適合學(xué)前兒童或者小學(xué)低年級(jí)學(xué)生，他們的注意力和認(rèn)知能力有限，通過AR技術(shù)吸引學(xué)生的注意力，對(duì)其進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、縮放或者播放動(dòng)畫等操作，能夠在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中出現(xiàn)逼真的動(dòng)物模型，對(duì)小學(xué)生來說尤其新穎，通過這些卡牌不僅能延長(zhǎng)他們的注意力，更能培養(yǎng)學(xué)生的觀察和探究能力。

2.2 AR圖書

AR圖書類似于傳統(tǒng)圖書，學(xué)習(xí)者可以使用移動(dòng)設(shè)備掃描圖書中的內(nèi)容，一些3D動(dòng)畫、視頻、聲音就會(huì)呈現(xiàn)出來。他可以是針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解，可以是某個(gè)2D模型呈現(xiàn)為3D模型，還可以是互動(dòng)游戲等等。它的出現(xiàn)，讓書本立體化，彌補(bǔ)了在教科書方面的缺陷，學(xué)生猶如親身體驗(yàn)一般去感受書中的內(nèi)容，這對(duì)孩子的認(rèn)知能力有較高的提升，也改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。例如，在解析數(shù)學(xué)題型中，一款名為“教科書AR”的app能夠?qū)镜膸缀螆D形立體化，這不但增強(qiáng)學(xué)生的視覺空間能力，更利于解題。如圖2所示。此外，物理課中的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)。利用AR技術(shù)，將虛擬的凸透鏡、蠟燭、光源置于真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生可以隨意移動(dòng)桌面上的紙片，探索蠟燭成像的原理。

2.3 AR教育游戲

AR游戲應(yīng)用于教育教學(xué)中，有多重優(yōu)勢(shì)，它可以讓學(xué)習(xí)者沉浸其中，身臨其境的探索，基于任務(wù)的游戲，基于位置的游戲，都可以提升學(xué)習(xí)者的協(xié)作能力、問題解決等能力。例如，深圳歡樂動(dòng)漫股份有限公司開發(fā)的一款A(yù)R教育游戲《蛋計(jì)劃》，包括AR小故事，AR單詞，用戶只需下載APP軟件，掃描“AR龍卡”，即可進(jìn)行操作。如圖3所示。此外，國內(nèi)較著名的AR設(shè)計(jì)平臺(tái)有幻眼科技[6]以及視+AR[7]，使用者即使不懂編程語言，也可以通過該平臺(tái)設(shè)計(jì)屬于自己的AR作品。未來，真正的學(xué)科教育專家、一線教師可以參與到VR教育課程、教育游戲的開發(fā)設(shè)計(jì)中來，大大提高了VR教學(xué)的質(zhì)量。

3 AR對(duì)教學(xué)的啟示

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其體現(xiàn)情境化教學(xué)、協(xié)作學(xué)習(xí)理論、沉浸理論和建構(gòu)主義教育思想而被逐步應(yīng)用于教育領(lǐng)域，也被越來越多的教育者所使用、開發(fā)。將AR技術(shù)用于教學(xué)，因其可視化、三維立體化特性，給學(xué)生帶來視覺沖擊，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，發(fā)展學(xué)生的多元化智能。學(xué)生處于虛實(shí)相結(jié)合的空間中，交互更真實(shí)，帶來更加沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。此外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入，使得課堂教與學(xué)的關(guān)系得到轉(zhuǎn)變，學(xué)生不再是被迫的學(xué)習(xí)知識(shí)，而是主動(dòng)的學(xué)習(xí)、探究，教師則起到設(shè)計(jì)者、引導(dǎo)者、輔助者的作用。另外，學(xué)習(xí)者可以拾起一些碎片化的時(shí)間，利用移動(dòng)智能終端設(shè)備隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和空間。教師還可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)游戲開展德育活動(dòng)、安全教育活動(dòng)，例如衛(wèi)生從我做起、消防演習(xí)等等?？傊?，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合于課堂教學(xué)，學(xué)習(xí)者可以真正體驗(yàn)“做中學(xué)”“玩中學(xué)”帶來的樂趣，體現(xiàn)其學(xué)習(xí)主體性的地位，在自主學(xué)習(xí)、互動(dòng)探究、以及協(xié)作互助下完成知識(shí)的建構(gòu)。

隨著AR技術(shù)的不斷深入研究，必定在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，同時(shí)為一線教師帶來了新的教學(xué)體驗(yàn)。但無論是VR技術(shù)還是AR技術(shù)，它們都是一種教學(xué)手段，有其優(yōu)勢(shì)和局限性，我們應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的教育教學(xué)理論、其他教學(xué)手段，合理的開發(fā)應(yīng)用它們，同時(shí)需考慮AR過程所帶來的教育經(jīng)費(fèi)問題。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 蔡蘇，王沛文，楊陽，劉恩睿.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）的教育應(yīng)用綜述[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2016（5）：27-28.

[6] 幻眼科技[EB/OL].http：//www.eyesar.com/.

[7] 視+AR[EB/OL].http：//www.sightp.com/learnmore.html/.