錢(qián)靜?胡永斌

摘 要：智能時(shí)代的到來(lái)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與人工智能相互融合、滲透的程度越來(lái)越高，AR電子教材設(shè)計(jì)正在成為人工智能時(shí)代教育資源的新形態(tài)。首先，本研究界定了AR電子教材的概念，分析了國(guó)內(nèi)外AR電子教材相關(guān)研究;其次，本研究分析了AR電子教材與傳統(tǒng)電子教材的區(qū)別與聯(lián)系，闡述了AR電子教材的典型特征;最后，本研究提出了AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架。為了驗(yàn)證AR電子教材學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性，本研究開(kāi)發(fā)實(shí)踐案例并進(jìn)行了學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架能夠有效指導(dǎo)AR電子教材的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);AR;電子教材;學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2022）02-0077-08

收稿日期：2021-09-15

基金項(xiàng)目：2021年江蘇省研究生實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“具身認(rèn)知視域下中學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究”（SJCX21_1102）

作者簡(jiǎn)介：錢(qián)靜（1997— ），女，江蘇如皋人，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)閂R/AR技術(shù)教育應(yīng)用;胡永斌（1978— ），男，江蘇徐州人，博士、副教授，本文通訊作者，主要研究方向?yàn)閂R/AR教學(xué)應(yīng)用。

引言

教材是國(guó)家意志的體現(xiàn)和民族文化傳承的載體，也是學(xué)校教育教學(xué)的基本依據(jù)。2019年2月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》提出了未來(lái)一個(gè)時(shí)期我國(guó)教育發(fā)展的指導(dǎo)思想、總體目標(biāo)和戰(zhàn)略任務(wù)[1]。其中，義務(wù)教育優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展、高中階段教育普及和信息化時(shí)代的教育變革等方面，都與基礎(chǔ)教育階段教材建設(shè)密切相關(guān)。這意味著教材在基礎(chǔ)教育現(xiàn)代化過(guò)程中具有重要價(jià)值，教材研究與實(shí)踐將迎來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[2]。隨著教育進(jìn)入人工智能時(shí)代，國(guó)家高度重視中小學(xué)教材，特別是數(shù)字教材建設(shè)，教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》明確提出，要將數(shù)字教育資源列入中小學(xué)教材配備要求范圍[3]。數(shù)字教材多以PC端運(yùn)行為主，具有一定的交互功能，而且能集成電子文本、圖像、視頻等媒體內(nèi)容，多是作為傳統(tǒng)教材的電子化形態(tài)呈現(xiàn)。然而，數(shù)字教材對(duì)于抽象或具有情境性的學(xué)習(xí)內(nèi)容無(wú)法生動(dòng)表現(xiàn)，學(xué)習(xí)體驗(yàn)也不盡如人意[4]。為了解決這一問(wèn)題，蘋(píng)果公司發(fā)布了iBooks Author套件用以改善用戶(hù)在iPad上的數(shù)字教材閱讀體驗(yàn)[5]。雖然這種方式從工具層面上對(duì)數(shù)字教材予以支持，但究其根本，基于ADDIE教學(xué)設(shè)計(jì)框架開(kāi)發(fā)的數(shù)字教材并不能顯著提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

新媒體聯(lián)盟（New Media Consortium）發(fā)布的《地平線報(bào)告》多次指出，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)AR）將成為基礎(chǔ)教育和高等教育發(fā)展中長(zhǎng)期所采用的關(guān)鍵技術(shù)[6][7]。AR是近年來(lái)較為流行的新型內(nèi)容呈現(xiàn)技術(shù)，是指以計(jì)算機(jī)圖形、可視化等技術(shù)為核心，將虛擬的信息與真實(shí)環(huán)境相融合，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)的數(shù)字化技術(shù)[8]。通過(guò)該技術(shù)，用戶(hù)不僅可以看到真實(shí)世界以及融合于真實(shí)世界之中的虛擬物體，還能與之交互，形成個(gè)人探索空間，引導(dǎo)用戶(hù)深入探究。因此，AR電子教材可以定義為一類(lèi)在符合課程目標(biāo)要求、遵循學(xué)生閱讀規(guī)律、結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)方式的前提下，利用AR技術(shù)將傳統(tǒng)紙質(zhì)教材與三維模型或動(dòng)畫(huà)虛實(shí)結(jié)合，以有效組織學(xué)習(xí)活動(dòng)、提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)的電子書(shū)。AR電子教材的使用一般需要與傳統(tǒng)紙質(zhì)教材相配合，當(dāng)學(xué)習(xí)者使用移動(dòng)終端掃描紙質(zhì)教材上的相關(guān)插圖時(shí)，與插圖對(duì)應(yīng)的三維模型將展現(xiàn)在學(xué)生眼前，任其觀察，并可通過(guò)拖動(dòng)、滑動(dòng)、點(diǎn)擊等手勢(shì)進(jìn)行操作。AR電子教材能夠加深學(xué)習(xí)者的沉浸學(xué)習(xí)體驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知、情緒、知覺(jué)、行為等帶來(lái)一定的積極影響。

近年來(lái)，在用戶(hù)體驗(yàn)、設(shè)計(jì)思維和教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等相互影響下，學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)（Learning Experience Design，簡(jiǎn)稱(chēng)LXD）正在成為一個(gè)跨學(xué)科的新興研究領(lǐng)域[9]。電子教材設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)、教育游戲設(shè)計(jì)、開(kāi)放課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐領(lǐng)域特別重視評(píng)價(jià)和提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)，正在經(jīng)歷從重視教學(xué)設(shè)計(jì)到重視學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。由于學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)還是一個(gè)正在發(fā)展中的新興領(lǐng)域，其理論、方法和流程等尚不成熟，應(yīng)如何開(kāi)展AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)是眾多學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題[10][11]。本研究擬探究AR電子教材的典型特征、學(xué)習(xí)體驗(yàn)的設(shè)計(jì)框架等問(wèn)題，以期進(jìn)一步提升AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教育潛力。

一、相關(guān)研究

在幼兒閱讀領(lǐng)域，國(guó)外研究者開(kāi)發(fā)了AR電子繪本引導(dǎo)幼兒進(jìn)行趣味閱讀。兒童只需戴上一個(gè)特殊眼鏡，便能看到AR電子繪本Magic Book中虛實(shí)結(jié)合的三維場(chǎng)景和動(dòng)畫(huà)[12]，提高孩子對(duì)實(shí)物的認(rèn)知。

在科學(xué)教育領(lǐng)域，不少學(xué)者還將AR電子教材應(yīng)用到中小學(xué)課程中。比如，美國(guó)肯塔基大學(xué)研究員開(kāi)發(fā)了一款輔助學(xué)生學(xué)習(xí)月相知識(shí)的AR電子教材[13]。該軟件可在離線狀態(tài)下，讓學(xué)生借助3D動(dòng)畫(huà)觀看月相變化的四個(gè)階段。研究結(jié)果顯示，該軟件能夠激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索精神。此外，日本學(xué)生在學(xué)習(xí)立體幾何時(shí)，應(yīng)用“東京書(shū)籍”應(yīng)用程序掃描教科書(shū)[14]，可直觀了解空間形態(tài)。

在相關(guān)政策的扶持下，國(guó)內(nèi)出版社出版了多部較有價(jià)值的AR電子教材。2018年3月，電子工業(yè)出版社出版的科普?qǐng)D書(shū)《未來(lái)機(jī)械世界》[15]將書(shū)中文字變成可見(jiàn)的場(chǎng)景，提升青少年對(duì)機(jī)械的認(rèn)知。2019年10月，浙江科學(xué)技術(shù)出版社出版了名為《新能源汽車(chē)維修》的AR新形態(tài)立體教材[16]，通過(guò)掃描教材中的圖片可展現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)部三維模型，讀者可縮放、旋轉(zhuǎn)模型，全方位、多角度觀察學(xué)習(xí)各個(gè)機(jī)械部件。

不少中小學(xué)教師也在基礎(chǔ)教育學(xué)段開(kāi)展了大量AR電子教材的適用性實(shí)證探究[17]。例如，在數(shù)學(xué)函數(shù)圖象的學(xué)習(xí)上，借助AR技術(shù)，學(xué)生無(wú)須畫(huà)出復(fù)雜的圖象，降低耗時(shí)又可以多角度觀察實(shí)時(shí)生成的函數(shù)，有利于學(xué)生思維形象化和加深對(duì)函數(shù)圖象的理解;在物理凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)AR軟件來(lái)操作虛擬器材，科學(xué)準(zhǔn)確地展現(xiàn)物理規(guī)律，為學(xué)生提供豐富的科學(xué)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì);在地理大氣系統(tǒng)學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者掃描教材，獲得虛擬模型，從而了解大氣分層及影響天氣變化因素等知識(shí)，提升學(xué)生對(duì)地理自然學(xué)習(xí)的興趣和效果。

通過(guò)以上分析可以看出：①?lài)?guó)內(nèi)外已經(jīng)有不少開(kāi)發(fā)AR電子教材的研究案例，較大范圍應(yīng)用的案例還比較少見(jiàn);②已有研究表明，AR電子教材應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深他們對(duì)知識(shí)的理解;③介紹AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)理論、方法和流程尚不多見(jiàn)。因此，本研究探討AR電子教材的典型特征、學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架等問(wèn)題，可為學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)者提供基本理論，并基于此，開(kāi)發(fā)實(shí)踐案例進(jìn)行學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)，探究其價(jià)值。以此開(kāi)發(fā)的AR電子教材，不僅能幫助學(xué)生構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的新型學(xué)習(xí)方式，還能幫助出版機(jī)構(gòu)構(gòu)建電子教材供給新業(yè)態(tài)。

二、AR電子教材的典型特征

一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)電子教材按照課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱實(shí)施開(kāi)發(fā)，包含課文、注釋、插圖、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題等教學(xué)資源包，集成了多種輔助學(xué)習(xí)工具和多媒體學(xué)習(xí)材料，用以支持組織教學(xué)活動(dòng)[18]，其以PC端或移動(dòng)端為載體，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教材內(nèi)容的數(shù)字化呈現(xiàn)，可以替代傳統(tǒng)教材。AR電子教材則是利用AR技術(shù)對(duì)紙質(zhì)教材進(jìn)行增強(qiáng)，它離不開(kāi)傳統(tǒng)教材。AR電子教材的價(jià)值在于能將傳統(tǒng)電子教材中抽象難懂的學(xué)習(xí)內(nèi)容和難以操作體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行呈現(xiàn)。AR電子教材與傳統(tǒng)電子教材的區(qū)別與聯(lián)系，具體如表1所示。

AR電子教材強(qiáng)調(diào)與傳統(tǒng)教材的融合應(yīng)用，呈現(xiàn)出如下特征。

（一）圖書(shū)隱喻

圖書(shū)隱喻是個(gè)人或集體從圖書(shū)中獲得關(guān)于某個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)在大腦的表征的集合，強(qiáng)調(diào)閱讀者和圖書(shū)本身所起到的作用。AR電子教材設(shè)計(jì)應(yīng)依賴(lài)于紙質(zhì)教材而不能與之脫軌，在內(nèi)容、呈現(xiàn)、體驗(yàn)等方面卻又高于紙質(zhì)教材。因此，AR電子教材設(shè)計(jì)應(yīng)與圖書(shū)的基本屬性相關(guān)聯(lián)，遵循學(xué)生基本的圖書(shū)閱讀習(xí)慣。

（二）虛實(shí)結(jié)合

虛實(shí)結(jié)合是指既保留紙質(zhì)圖書(shū)的圖文設(shè)計(jì)易于閱讀的特點(diǎn)，又能充分利用AR所提供的三維模型和交互特性。在AR電子教材的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)。一方面，要選擇內(nèi)容適切、圖文美觀的紙質(zhì)教材作為AR電子教材設(shè)計(jì)的基礎(chǔ);另一方面，要優(yōu)選逼真的三維模型、場(chǎng)景，減少虛擬場(chǎng)景信息與真實(shí)情境脫離造成的“離身感”，同時(shí)加強(qiáng)交互設(shè)計(jì)以提升操控性。

（三）沉浸體驗(yàn)

沉浸體驗(yàn)是指人們?cè)趶氖履稠?xiàng)活動(dòng)時(shí)，注意力高度集中，調(diào)動(dòng)所有相關(guān)的感知覺(jué)，全身心地投入當(dāng)前情境中。沉浸體驗(yàn)會(huì)給參與活動(dòng)的個(gè)體帶來(lái)極大的樂(lè)趣，使個(gè)體能夠重復(fù)地進(jìn)行同樣的活動(dòng)而不感到厭倦。在AR電子教材的設(shè)計(jì)中，要努力營(yíng)造輕松的視聽(tīng)感受、逼真的場(chǎng)景模型、易讀的界面設(shè)計(jì)和舒適的操控感，提高學(xué)習(xí)者的沉浸體驗(yàn)。

三、AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架

學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的誕生和發(fā)展源于信息時(shí)代教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐訴求[19]。有學(xué)者認(rèn)為，傳統(tǒng)教學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以教學(xué)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，忽視了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn);在學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)層面，應(yīng)跳出課程設(shè)計(jì)的局限，考慮學(xué)習(xí)者的整個(gè)學(xué)習(xí)經(jīng)歷[20]。因此，本研究以經(jīng)典用戶(hù)體驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶W(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架為參考[21]，并結(jié)合AR電子教材的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，提出了AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架，如圖1所示。其中，學(xué)習(xí)體驗(yàn)包括策略層、需求層、結(jié)構(gòu)層、交互層和感覺(jué)層;設(shè)計(jì)流程包括學(xué)習(xí)者分析、教材內(nèi)容分析、目標(biāo)設(shè)定、內(nèi)容設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、媒體設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)。

（一）學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的層次

AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)從抽象到具體共有五個(gè)層次，分析層次間的邏輯關(guān)系可以理清不同抽象層次的意義。

（1）策略層。設(shè)計(jì)者需要明確教材重難點(diǎn)知識(shí)及內(nèi)容組成結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)風(fēng)格等，形成知識(shí)建模圖，該層的主要目標(biāo)是制定相關(guān)策略，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

（2）需求層。設(shè)計(jì)者需要制定準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)目標(biāo)及確定AR電子教材中具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容，把握知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在邏輯，精心設(shè)計(jì)AR電子教材的學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（3）結(jié)構(gòu)層。設(shè)計(jì)者需要進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)以確定模塊的邏輯結(jié)構(gòu)，還需要進(jìn)行媒體設(shè)計(jì)，確定媒體的呈現(xiàn)形式。

（4）交互層。設(shè)計(jì)者需要確定AR電子教材中的互動(dòng)對(duì)象，定義互動(dòng)方式和互動(dòng)邏輯，然后完成代碼編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)信息交互功能。

（5）感覺(jué)層。感覺(jué)層構(gòu)成了學(xué)習(xí)者體驗(yàn)AR電子教材的表象及感覺(jué)。在AR電子教材原型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)完成后，需要進(jìn)行學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)和反饋，根據(jù)反饋結(jié)果進(jìn)一步修訂和優(yōu)化。

（二）學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的流程

在學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架的五大層次的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)流程的八個(gè)具體步驟做進(jìn)一步闡述，以求增加AR電子教材設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的可操作性。

（1）學(xué)習(xí)者分析。不同年齡段的學(xué)習(xí)者在認(rèn)知結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、知識(shí)基礎(chǔ)等方面存在差異，這就需要通過(guò)問(wèn)卷或訪談等方式對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行深入了解，也需要對(duì)教學(xué)名師進(jìn)行采訪或咨詢(xún)，根據(jù)反饋信息，完善學(xué)習(xí)者分析。

（2）教材內(nèi)容分析。教材內(nèi)容分析需要熟悉課程標(biāo)準(zhǔn)和紙質(zhì)教材的邏輯體系，把握教材內(nèi)容及其他相關(guān)材料，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提取和歸類(lèi)，并根據(jù)知識(shí)建模規(guī)范繪制知識(shí)建模圖。知識(shí)建模圖強(qiáng)調(diào)了知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，以網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)展示了知識(shí)的從屬關(guān)系，其被認(rèn)作教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)的客觀依據(jù)之一[22]，也為AR電子教材中模塊內(nèi)容的設(shè)計(jì)提供了參照。

（3）目標(biāo)設(shè)定。學(xué)習(xí)目標(biāo)為學(xué)習(xí)者明確了學(xué)習(xí)方向。對(duì)教材內(nèi)容及學(xué)習(xí)者分析后，應(yīng)從各課程的核心素養(yǎng)出發(fā)，結(jié)合AR技術(shù)特性，制訂AR電子教材科學(xué)、高效的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（4）內(nèi)容設(shè)計(jì)。根據(jù)前期生成的知識(shí)建模圖，并在已設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)下，選擇重難點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容，確定內(nèi)容呈現(xiàn)的先后順序和呈現(xiàn)形式等，為模塊、媒體設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

（5）模塊設(shè)計(jì)。對(duì)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容劃分章節(jié)模塊，設(shè)計(jì)模塊具備的功能（如筆記記錄、問(wèn)題討論等）。

（6）媒體設(shè)計(jì)。在需求分析和內(nèi)容設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合模塊設(shè)計(jì)，奠定AR電子教材整體基調(diào)，并對(duì)教材中的元素（圖形界面、三維模型、媒體信息等）進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理安排信息布局，符合用戶(hù)視覺(jué)表達(dá)。在對(duì)媒體元素設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，立體化的虛擬模型十分重要。

（7）交互設(shè)計(jì)。根據(jù)內(nèi)容、媒體、模塊的關(guān)系，確定交互對(duì)象、交互關(guān)系和交互邏輯，選擇合適的電子教材開(kāi)發(fā)平臺(tái)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)交互功能，通過(guò)不斷迭代形成具備良好學(xué)習(xí)體驗(yàn)的AR電子教材。

（8）學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)。該部分包括兩方面的評(píng)價(jià)：一是功能測(cè)試，即測(cè)試AR電子教材的所有功能是否全部實(shí)現(xiàn);二是感覺(jué)體驗(yàn)反饋，按照學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架層次設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷和訪談提綱，并邀請(qǐng)專(zhuān)家、教師和學(xué)生提供反饋評(píng)價(jià)意見(jiàn)。之后，依據(jù)反饋結(jié)果，迭代循環(huán)、迭代修訂，直至完成AR電子教材開(kāi)發(fā)。

四、實(shí)踐開(kāi)發(fā)及學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)框架的有效性，本研究開(kāi)發(fā)了一款針對(duì)中學(xué)生物課程的AR電子教材——“AR生物課堂”。本研究分別從策略層、需求層、結(jié)構(gòu)層、交互層、感覺(jué)層五個(gè)層次對(duì)該軟件進(jìn)行了學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)，并從學(xué)習(xí)者分析、教材內(nèi)容分析、目標(biāo)設(shè)定、內(nèi)容設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、媒體設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)等八個(gè)步驟進(jìn)行了設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。該電子教材的開(kāi)發(fā)工具為Unity 3D和Vuforia AR插件，開(kāi)發(fā)周期為四周。開(kāi)發(fā)完成后，本研究進(jìn)行了定量和定性相結(jié)合的學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)。

（一）實(shí)踐開(kāi)發(fā)

學(xué)習(xí)者分析和教學(xué)內(nèi)容分析是進(jìn)行AR生物電子教材設(shè)計(jì)的前提條件。根據(jù)前期調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)：八年級(jí)學(xué)生具備一定的抽象思維能力，但仍需借助一些具體形象事物的支持。

1.繪制知識(shí)建模圖

通過(guò)問(wèn)卷和訪談的形式對(duì)學(xué)生及授課教師提問(wèn)，了解學(xué)生生物課程的基本學(xué)習(xí)情況。與經(jīng)驗(yàn)豐富的教師對(duì)紙質(zhì)教材中的學(xué)習(xí)內(nèi)容以知識(shí)建模圖的方式詳細(xì)羅列各知識(shí)點(diǎn)及其邏輯關(guān)系，形成的最終知識(shí)圖如圖2所示。

2.設(shè)定模塊及功能

為了配合生物課程的教學(xué)以及考慮學(xué)生的接受能力，“AR生物課堂”在模塊設(shè)計(jì)上，知識(shí)點(diǎn)的呈現(xiàn)順序順應(yīng)紙質(zhì)教材，按章節(jié)呈現(xiàn)。同時(shí)此教材還具備了測(cè)試功能，通過(guò)自主測(cè)試可及時(shí)了解自身的學(xué)習(xí)情況?！癆R生物課堂”的模塊及功能設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

3.媒體開(kāi)發(fā)

在學(xué)習(xí)者特征、內(nèi)容選擇及模塊功能的引導(dǎo)下，進(jìn)行AR生物教材的媒體開(kāi)發(fā)。首先，“AR生物課堂”選擇深藍(lán)色作為主體基調(diào)，附著與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的元素，在二維界面上體現(xiàn)立體層次感，且含有生動(dòng)的背景音樂(lè)，以強(qiáng)烈的視聽(tīng)覺(jué)沖擊力吸引著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣;其次，三維模型的呈現(xiàn)效果決定著教材質(zhì)量，因此，將真實(shí)的生物圖片作為參照，利用3D建模軟件設(shè)計(jì)真實(shí)立體模型，并使用藍(lán)色標(biāo)簽標(biāo)明對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建的逼真場(chǎng)景給予學(xué)習(xí)者高沉浸體驗(yàn)感;最后，布局排列各類(lèi)媒體，完成媒體設(shè)計(jì)。

“AR生物課堂”的交互設(shè)計(jì)包括按鈕點(diǎn)擊出現(xiàn)解說(shuō)、掃描圖片呈現(xiàn)模型和手動(dòng)控制模型旋轉(zhuǎn)與縮放等。學(xué)習(xí)者通過(guò)旋轉(zhuǎn)、縮放三維模型，全方位了解知識(shí)點(diǎn);通過(guò)點(diǎn)擊交互測(cè)試題選項(xiàng)，習(xí)題下方能及時(shí)給予答案及解析反饋。該案例應(yīng)用Unity 3D平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)以及Visual Studio軟件進(jìn)行代碼編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)交互功能。

（二）學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)

本研究采用自編“AR電子教材學(xué)習(xí)體驗(yàn)”調(diào)查問(wèn)卷和訪談提綱。調(diào)查問(wèn)卷分別從策略層體驗(yàn)、需求層體驗(yàn)、結(jié)構(gòu)層體驗(yàn)、交互層體驗(yàn)和感覺(jué)層體驗(yàn)五個(gè)維度進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用李克特四點(diǎn)量表計(jì)分：設(shè)置選項(xiàng)A、B、C、D分別表示非常同意、同意、不同意和非常不同意，也分別對(duì)應(yīng)4分、3分、2分、1分的分值。小范圍試測(cè)結(jié)果顯示，該問(wèn)卷的效度和信度較好。

本研究的訪談提綱主要涉及如下六個(gè)開(kāi)放性的問(wèn)題：①對(duì)策略層設(shè)計(jì)（學(xué)習(xí)者分析、教材內(nèi)容分析等的適切性）有何看法？②對(duì)需求層設(shè)計(jì)（目標(biāo)設(shè)計(jì)、內(nèi)容設(shè)計(jì)）有何看法？③對(duì)結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)（模塊設(shè)計(jì)、媒體設(shè)計(jì)）有何看法？④對(duì)交互層設(shè)計(jì)（交互對(duì)象、交互關(guān)系、交互邏輯等）有何看法？⑤對(duì)感覺(jué)層設(shè)計(jì)（操作流暢性、舒適性等）有何看法？⑥該教材的整體使用體驗(yàn)如何？

在軟件開(kāi)發(fā)完成后，本研究邀請(qǐng)2名教育技術(shù)專(zhuān)家、2名中學(xué)生物教師參與評(píng)價(jià)，還邀請(qǐng)徐州市銅山區(qū)某中學(xué)八年級(jí)80名學(xué)生參與體驗(yàn)。在用戶(hù)對(duì)此電子教材進(jìn)行相關(guān)了解以及實(shí)際操作后，填寫(xiě)學(xué)習(xí)體驗(yàn)調(diào)查問(wèn)卷。調(diào)查結(jié)束后，本研究又隨機(jī)選取了10名學(xué)生，進(jìn)行一對(duì)一的訪談。訪談對(duì)象的平均年齡為14.5歲，包含男生4人，女生6人。專(zhuān)家評(píng)價(jià)及學(xué)生評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。以下將詳述專(zhuān)家評(píng)價(jià)和學(xué)生評(píng)價(jià)的結(jié)果。

1.專(zhuān)家評(píng)價(jià)

從表2可以看出，專(zhuān)家對(duì)“AR生物課堂”的整體評(píng)價(jià)較高（M=3.47，SD=0.52）。①策略層體驗(yàn)（M=3.25，SD=0.50）和需求層體驗(yàn)（M=3.25，SD=0.30）得分較高，專(zhuān)家認(rèn)為此應(yīng)用與教材內(nèi)容匹配程度高，內(nèi)容比較豐富，科學(xué)性強(qiáng)。②結(jié)構(gòu)層體驗(yàn)（M=3.67，SD=0.58）、交互層體驗(yàn)（M=3.50，SD=0.75）和感覺(jué)層體驗(yàn)（M=3.69，SD=0.48）得分很高，專(zhuān)家認(rèn)為“AR生物課堂”對(duì)可操作性的三維模型設(shè)置精細(xì)，畫(huà)面豐富，音效層次強(qiáng)，擁有高沉浸學(xué)習(xí)體驗(yàn)感。此外，專(zhuān)家十分肯定此教材的存在意義，認(rèn)為采用三維立體化形式的教學(xué)材料能夠培養(yǎng)青少年的抽象思維，這比僅僅依靠平面化的書(shū)本形式和純講授的教學(xué)方式更加吸引學(xué)生，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化與吸收，利于提升學(xué)習(xí)效果，拓寬學(xué)生視野，豐富課程知識(shí)，讓學(xué)生熱愛(ài)生物課程。

2.學(xué)生評(píng)價(jià)

由表2可見(jiàn)，學(xué)生認(rèn)為“AR生物課堂”應(yīng)用程序具有極強(qiáng)的體驗(yàn)感（M=3.55，SD=0.52）。①策略層體驗(yàn)得分較高（M=3.45，SD=0.67），學(xué)生認(rèn)為“AR生物課堂”的整體設(shè)計(jì)符合此年齡段的學(xué)習(xí)需求，學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在邏輯也比較清晰。如顧同學(xué)說(shuō)：AR生物電子教材分章節(jié)呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)，且知識(shí)點(diǎn)間過(guò)渡清晰，在學(xué)習(xí)新知識(shí)前還可以回顧舊內(nèi)容。②需求層體驗(yàn)得分很高（M=3.63，SD=0.46），學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)內(nèi)容與紙質(zhì)教材知識(shí)點(diǎn)十分匹配，重難點(diǎn)把握到位，學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠有效指導(dǎo)生物學(xué)習(xí)。如陳同學(xué)說(shuō)：“AR生物課堂”學(xué)習(xí)內(nèi)容生動(dòng)有趣，某些知識(shí)點(diǎn)在課堂中授課教師都沒(méi)有提過(guò)，能夠拓寬其生物學(xué)科的知識(shí)面，增加對(duì)生物課程的學(xué)習(xí)興趣。③結(jié)構(gòu)層體驗(yàn)得分較高（M=3.47，SD=0.50），學(xué)生認(rèn)為虛擬的三維立體模型彌補(bǔ)了教材中二維圖像的不足，在無(wú)須依靠想象力的情況下便可直觀學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加容易理解。如袁同學(xué)說(shuō)：對(duì)于能夠立在設(shè)備上的立體模型表示十分驚訝，學(xué)習(xí)過(guò)程中沉浸性很強(qiáng)。④交互層體驗(yàn)得分高（M=3.55，SD=0.49），學(xué)生認(rèn)為通過(guò)手動(dòng)操作虛擬模型，便能全方位查看知識(shí)點(diǎn)的物理形態(tài)，在交互學(xué)習(xí)中輕松獲得知識(shí);然而，此程序一旦設(shè)備偏離紙質(zhì)教材圖片就無(wú)法顯現(xiàn)模型，不能很輕易地向他人展示。如李同學(xué)說(shuō)：軟件中的模型從未見(jiàn)過(guò)，覺(jué)得十分有趣，想與同學(xué)交流時(shí)，因?yàn)樵O(shè)備旋轉(zhuǎn)角度過(guò)大，便不能看到模型，因此比較失落。⑤感覺(jué)層體驗(yàn)得分很高（M=3.65，SD=0.47），學(xué)生對(duì)“AR生物課堂”的試用體驗(yàn)比較滿(mǎn)意，自身的視、聽(tīng)等感覺(jué)器官被充分調(diào)動(dòng)，且立體化的教材形式避免了學(xué)生憑空想象書(shū)本上的圖片形態(tài)。如耿同學(xué)認(rèn)為，豐富、真實(shí)的立體化模型增加了自己學(xué)習(xí)生物課程的動(dòng)力，他想繼續(xù)使用此軟件，也希望學(xué)校也會(huì)使用此應(yīng)用程序來(lái)幫助自己和同學(xué)掌握更多知識(shí)。

與此同時(shí)，專(zhuān)家和學(xué)生也針對(duì)“AR生物課堂”提出了一些改進(jìn)建議：目前，應(yīng)用程序中的模塊還未涉及教材中全部?jī)?nèi)容，需要進(jìn)一步擴(kuò)展模塊與完善應(yīng)用功能;軟件中的交互形式較為復(fù)雜，互動(dòng)效果也有待提升。

五、結(jié)論

AR電子教材能高精細(xì)度地呈現(xiàn)教材中預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并通過(guò)人機(jī)手動(dòng)交互，使學(xué)生全身心地投入所構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景中，達(dá)到全方位展示學(xué)習(xí)內(nèi)容的目的，其將成為技術(shù)變革教育的新趨勢(shì)。AR電子教材重視學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)，不僅提升了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)沉浸感和滿(mǎn)意度，也提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。開(kāi)發(fā)的案例實(shí)踐證明，本研究提出的學(xué)習(xí)體驗(yàn)框架能夠有效指導(dǎo)AR電子教材的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。然而，學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)依舊處于新興階段，針對(duì)各學(xué)科設(shè)計(jì)的AR電子教材的應(yīng)用效果也未有明確標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。未來(lái)，關(guān)于AR電子教材學(xué)習(xí)體驗(yàn)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)研究人員以及教育教學(xué)者仍需不斷探討與實(shí)踐。

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（責(zé)任編輯 王策）

New Form of Resources in Artificial Intelligence Era： AR Electronic Textbook and Its Learning Experience Design Framework

QIAN Jing，HU Yongbin

（Research Center of Wisdom Education，Jiangsu Normal University，Xuzhou，Jiangsu，China 221116）

Abstract： With the coming of smart era，the integration and permeation degree of augmented reality and artificial intelligence is becoming higher and higher.The design of AR electronic textbook is becoming a new form of education resource in the artificial intelligence era.Firstly，this research has defined the concept of AR electronic textbook，analyzed the researches related to AR electronic textbook at home and abroad;then，analyzed the differences and correlation of AR electronic textbook and traditional electronic textbook，and explained the traditional characteristics of AR electronic textbook;after that， put forward learning experience design framework of AR electronic textbook. In order to verify the effectiveness of learning experience design of AR electronic textbook， the research has developed practical cases and done an evaluation of learning experience.The results show that the learning experience design framework of AR electronic textbook can effectively guide the design and development of AR electronic textbook.

Key words： Augmented Reality;AR;electronic textbook;learning experience design