摘要：目的：在“互聯(lián)網(wǎng)+教育出版”的背景下，通過紙介質(zhì)教材和數(shù)字化資源的一體化設(shè)計，AR電子教材可以充分發(fā)揮紙介質(zhì)教材體系完整、數(shù)字化資源呈現(xiàn)多樣的優(yōu)勢，形成完整的知識體系。文章基于具身學(xué)習(xí)視角，對AR電子教材的設(shè)計與應(yīng)用進(jìn)行研究，旨在強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。方法：文章以身體感知、情境構(gòu)成和情境交互三個具身體驗(yàn)要素為AR電子教材賦能，通過學(xué)習(xí)者在AR學(xué)習(xí)環(huán)境中的視覺、聽覺和動覺等多模態(tài)的感知經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建基于具身學(xué)習(xí)的AR電子教材設(shè)計實(shí)現(xiàn)路徑。結(jié)果：以教材《家居與人類文明》為例，通過視網(wǎng)么AR進(jìn)行設(shè)計實(shí)踐，在界面視覺設(shè)計和交互方式等方面創(chuàng)新，為教材提供新的設(shè)計形式，優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效果。結(jié)論：通過將具身學(xué)習(xí)理念融入AR電子教材設(shè)計，強(qiáng)調(diào)了身體感知、情境構(gòu)成和情境交互在認(rèn)知發(fā)展中的重要性。這不僅為AR電子教材的設(shè)計提供了科學(xué)的策略參考，還為相關(guān)領(lǐng)域的研究者和實(shí)踐者提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：具身學(xué)習(xí)；AR電子教材；數(shù)字化閱讀；設(shè)計

中圖分類號：TP391.9；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）10-0-03

《“十四五”國家信息化規(guī)劃》明確提出實(shí)施終身數(shù)字教育［1］，AR電子教材是數(shù)字化教育資源的重要組成部分，設(shè)計、開發(fā)和共享AR電子教材已成為當(dāng)前教育信息化建設(shè)中的一項(xiàng)重要任務(wù)。北京師范大學(xué)蔡蘇團(tuán)隊(duì)的“VR/AR+教育”實(shí)驗(yàn)室依托北京師范大學(xué)未來教育高精尖創(chuàng)新中心，致力于K-12階段AR+教育、三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、人機(jī)自然交互、STEM教育等軟件平臺、資源內(nèi)容的研發(fā)。王羅那提出，AR 技術(shù)應(yīng)用于數(shù)學(xué)教學(xué)能夠?yàn)閷W(xué)生帶來直觀且沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，這對突破傳統(tǒng)教育的限制、創(chuàng)新學(xué)習(xí)途徑具有深遠(yuǎn)影響［2］。李永強(qiáng)、張英杰等探討AR技術(shù)在理論力學(xué)教材設(shè)計中的應(yīng)用。他們強(qiáng)調(diào)了AR技術(shù)在提供沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)，以及對數(shù)學(xué)低學(xué)習(xí)成就者產(chǎn)生更大影響方面的潛力［3］363-364。這些研究成果不僅體現(xiàn)了國內(nèi)學(xué)者對AR電子教材領(lǐng)域的關(guān)注和探索，還展示了教育信息化、教材數(shù)字化轉(zhuǎn)型在高等教育和職業(yè)教育中的應(yīng)用和實(shí)踐。

1 具身學(xué)習(xí)

具身認(rèn)知理論的興起促進(jìn)了一種新型學(xué)習(xí)方式的發(fā)展，即具身學(xué)習(xí)，這已成為教育領(lǐng)域近年來關(guān)注的焦點(diǎn)和實(shí)踐的新模式［4］。具身學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中身體與環(huán)境的互動，認(rèn)為這種互動是構(gòu)建知識、形成理解的關(guān)鍵。通過身體的動作和感知，學(xué)習(xí)者能夠?qū)⒊橄蟮母拍罹唧w化，將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際可操作的技能。

通過將具身學(xué)習(xí)與AR技術(shù)相結(jié)合，AR電子教材能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供一個沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的在場感和參與感［3］365-367。在這一理論的指導(dǎo)下，AR電子教材的教育場所不再局限于傳統(tǒng)的靜態(tài)教室，而是擴(kuò)展到更加動態(tài)和多變的社會環(huán)境中。這樣的轉(zhuǎn)變不僅為學(xué)習(xí)者提供了更豐富的感官體驗(yàn)，還鼓勵學(xué)生從被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿髦R。

2 具身學(xué)習(xí)視角下的AR電子教材

2.1 AR學(xué)習(xí)環(huán)境的具身特征

AR學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計以其獨(dú)特的具身特性為AR電子教材的開發(fā)和應(yīng)用提供了理想的平臺。在AR學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者的身體動作和感官體驗(yàn)不再是被動的信息接收渠道，而是成為主動構(gòu)建知識的認(rèn)知工具［5］。這種環(huán)境的設(shè)計，基于具身認(rèn)知理論的核心觀點(diǎn)，即心智和認(rèn)知根植于身體，通過身體的活動和感知，學(xué)習(xí)者能夠更深刻地理解和掌握知識。在AR學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者的身體動作與虛擬環(huán)境中的元素互動，這種互動不僅增強(qiáng)了學(xué)習(xí)者的空間感知能力，還促進(jìn)了學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)材料的深入理解。學(xué)習(xí)者在與AR環(huán)境中的虛擬對象交互時，其身體動作和感官反饋成為認(rèn)知過程的重要組成部分，這種具身化的交互方式，使得學(xué)習(xí)者能在“身心統(tǒng)一”的狀態(tài)下學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化和應(yīng)用［6-7］。

2.2 AR電子教材的具身體驗(yàn)要素

AR電子教材的具身體驗(yàn)要素主要包括身體感知、情境構(gòu)成和情境交互三個核心部分。身體感知強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者通過感官與教材互動，獲取信息并產(chǎn)生認(rèn)知；情境構(gòu)成則涉及教材內(nèi)容所呈現(xiàn)的知識環(huán)境和學(xué)習(xí)情境，為學(xué)習(xí)者提供豐富的學(xué)習(xí)背景；情境交互則是指學(xué)習(xí)者與教材之間的動態(tài)交流，通過互動操作實(shí)現(xiàn)知識的深入理解與應(yīng)用。這三個要素共同作用，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，促進(jìn)了認(rèn)知的深度發(fā)展［8］。

2.2.1 身體感知要素

在AR電子教材的學(xué)習(xí)體驗(yàn)中，感知環(huán)節(jié)是獲取知識的起點(diǎn)。學(xué)習(xí)者通過身體的感官系統(tǒng)，如視覺、聽覺、觸覺等，接收來自教材的多維信息。與傳統(tǒng)閱讀相比，AR電子教材利用AR技術(shù)和多媒體資源，為學(xué)習(xí)者營造了一個全面且沉浸式的感知環(huán)境。這種環(huán)境超越單一的視覺輸入，通過多感官的協(xié)同工作，為學(xué)習(xí)者提供了立體化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.2.2 情境構(gòu)成要素

移動端界面設(shè)計與現(xiàn)實(shí)世界中紙質(zhì)教材資源的融合，為學(xué)習(xí)者提供了一種創(chuàng)新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在這種情境下，傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材被AR技術(shù)賦予新的生命。學(xué)習(xí)者可以通過移動設(shè)備的攝像頭掃描紙質(zhì)教材識別圖或元空間二維碼，激活三維模型、動畫和互動元素，使這些虛擬信息在現(xiàn)實(shí)世界的教材上疊加展示。這種設(shè)計不僅加深了學(xué)習(xí)者對知識點(diǎn)的理解和記憶，還增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的互動性和趣味性。

2.2.3 情境交互要素

AR技術(shù)通過聲控、觸控等交互手段，實(shí)現(xiàn)人體與學(xué)習(xí)環(huán)境之間更自然的溝通，使得學(xué)習(xí)者能夠以一種靜態(tài)、表層的交互認(rèn)知之外的新方式與教材互動。在AR技術(shù)的加持下，教材不再是單向傳遞知識的媒介，而是一個動態(tài)的、可操控的、可互動的平臺。學(xué)習(xí)者能夠通過身體的動作與虛擬信息互動，如通過手勢操作來模擬實(shí)驗(yàn)過程，或通過移動設(shè)備探索場景，這種互動性極大地增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的沉浸感和體驗(yàn)感。

2.3 AR賦能具身學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)路徑

在具身學(xué)習(xí)的理念下，身體與心智共同構(gòu)成認(rèn)知的主體，二者相互協(xié)作。Mayer提出的多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論為理解多媒體環(huán)境下的學(xué)習(xí)認(rèn)知過程奠定了理論基礎(chǔ)［9］。在這一理論的指導(dǎo)下，結(jié)合AR學(xué)習(xí)環(huán)境的具身特性和多模態(tài)特性，可以探索AR技術(shù)為具身學(xué)習(xí)提供支持的實(shí)現(xiàn)路徑，如圖1所示。在AR學(xué)習(xí)環(huán)境中，文字、圖像、三維模型及聲音等多種信息形式都圍繞實(shí)際物體或概念展開，這些虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體相結(jié)合，共同構(gòu)建出一個多模態(tài)的知識信息傳遞體系，極大地拓展了學(xué)習(xí)者的知識來源。在AR支撐的學(xué)習(xí)認(rèn)知過程中，學(xué)習(xí)者與內(nèi)容的互動直接影響其對知識的選擇性注意、信息框架的構(gòu)建以及既有知識的融合，從而作用于整個認(rèn)知發(fā)展流程。視覺、聽覺和動覺這三種體驗(yàn)與已有知識相結(jié)合，形成長期記憶，最終對學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生影響。

3 AR電子教材設(shè)計實(shí)踐

3.1 教材選取

從提升教育質(zhì)量的角度出發(fā)，采集國家一流本科課程設(shè)計專業(yè)導(dǎo)論配套教材《家居與人類文明》的文本信息、圖片及教學(xué)視頻，探討AR技術(shù)與AR電子教材的結(jié)合，以增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)的互動性和情境感知。

3.2 平臺選取

選擇視網(wǎng)么AR作為平臺，視網(wǎng)么AR是一款幫助用戶在線創(chuàng)作AR數(shù)字空間的軟件，其提供AR編輯器，讓用戶可以在線完成對數(shù)字空間的編輯，同時用戶也可以在線查看別人的作品。智能手機(jī)下載安裝視網(wǎng)么AR后，可進(jìn)入對應(yīng)元空間，直接掃描相應(yīng)識別圖就可以看見AR內(nèi)容。

3.3 三維場景構(gòu)建

在對《家居與人類文明》這一教材進(jìn)行深入了解和調(diào)研之后，筆者以環(huán)形作為設(shè)計的核心理念構(gòu)建模型，環(huán)形不僅體現(xiàn)了對歷史循環(huán)性的認(rèn)識，還寓意著家居文明在人類歷史長河中的連續(xù)性和重復(fù)性。這些視頻圍繞《家居與人類文明》教材，展示不同歷史時期、不同文化背景下的家居設(shè)計實(shí)例，通過動態(tài)的視覺呈現(xiàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助他們更好地理解教材內(nèi)容，同時引發(fā)他們對家居設(shè)計更深層次的思考。

3.4 交互設(shè)計

為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的交互操作，在設(shè)計過程中，筆者考慮將物體的旋轉(zhuǎn)方式限定在單一軸線上。在軸固定的情況下，用戶可以輕松預(yù)測物體的旋轉(zhuǎn)行為，這有利于減輕認(rèn)知負(fù)荷，使用戶更專注于學(xué)習(xí)內(nèi)容本身，而不是花費(fèi)額外的精力去適應(yīng)復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)操作。確保教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)不會因?yàn)閺?fù)雜的交互操作而受到干擾，有助于維持教學(xué)活動的流暢性和連貫性，同時增強(qiáng)沉浸感，優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

觸屏手勢本質(zhì)上是2D交互，而AR體驗(yàn)則涉及與3D世界的互動。點(diǎn)擊圓環(huán)視頻中的任一視頻，圓環(huán)停止自轉(zhuǎn)，停留在點(diǎn)擊之后的角度；被點(diǎn)擊的視頻從圓環(huán)中間向上同時放大出現(xiàn)，并顯示對應(yīng)的標(biāo)題和簡介，開始自動播放，如圖2所示。

4 結(jié)語

隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的開發(fā)逐漸受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重視，AR電子教材作為一種新興的電子教材形式還處在探索階段。文章基于具身學(xué)習(xí)視角，探討AR電子教材設(shè)計的新形式，以優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，推動教育信息化和教材數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

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作者簡介：王一粟 （1997—） ，女，系本文通訊作者，研究方向：工業(yè)設(shè)計與信息交互；郁舒蘭（1969—），女，博士，教授，研究方向：智能家居產(chǎn)品與服務(wù)設(shè)計、數(shù)字技術(shù)與數(shù)字展示藝術(shù)。