增強現實技術在非正式學習空間中的應用探討*

程 彤,汪存友

（山西師范大學 教育技術與傳媒學院，山西 臨汾041004）

計算機和互聯網的發展加快了人類知識更新的速度，知識更新周期變得越來越短，傳統校園的課堂學習已經無法滿足互聯網時代對知識快速更新的要求，人們開始借助互聯網等技術滿足其對于知識的渴求，開始尋找一種適合在任何時間、任何地點展開學習的方式，進而一個新的概念隨之產生，即非正式學習空間。增強現實技術能夠擺脫教室這一正式學習空間對學習者的束縛，為學習者在非正式學習空間中開展學習活動提供技術支持。

一、非正式學習空間

學習空間即學習發生的場所。非正式學習空間是相對于正式學習空間而言的，傳統的正式學習空間主要以接受正規學校教育或繼續教育中的教室課堂為主，而非正式學習空間可以是工作、生活或社交中，在任何時間、從事非正式學習的任何空間，如戶外、博物館、咖啡館等等。正式學習與非正式學習最重要的區別在于正式學習是由外界發起、組織的，而非正式學習是由學習者自我發起、自我調控、自我負責的學習。[1]因此，非正式學習空間更加強調學習空間對學習者的吸引力，以及學習空間能否更好地激發學習者的學習動機，能否為學習者提供更多促進其開展自主學習的學習環境。

二、增強現實技術

增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）技術誕生于20世紀60年代，它是在虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR）的基礎上發展起來的一種新興技術。增強現實比虛擬現實更加接近于現實。虛擬現實創建了一個完全虛擬的、與現實割裂的世界。無論在場景還是物體方面，虛擬現實創建的都是虛擬的內容，而增強現實將虛擬的信息疊加到現實世界中，創建了一個虛實結合的世界。在增強現實中，場景中的某些部分是存在于現實中的。就目前來說，AR技術較多應用于商業領域，尤其是在廣告和市場營銷方面吸引著消費者的眼球。此外，增強現實技術在軍事領域、工業領域、醫療領域、歷史文化領域、紙媒行業和娛樂領域均有不同程度的應用。隨著增強現實技術的不斷發展，教育領域的一些專家和研究人員也開始逐漸嘗試將增強現實技術引入教學領域，探索增強現實技術對于學習的作用。增強現實的定義目前還沒有統一，目前較公認的是在增強現實領域具有較大影響力的Azuma提出的增強現實的三大特點，即虛實結合、實時交互與三維配準[2]。在增強現實技術創設的場景中，虛擬物體以三維立體形式呈現。通過增強現實技術，用戶能夠真實地體驗到疊加到真實環境中的虛擬信息，如圖片、文字、聲音、視頻和動畫等等。同時，用戶能夠在真實的環境中與虛擬的三維物體進行互動。筆者認為，增強現實是在計算機的顯示與交互、網絡的跟蹤與定位等技術的基礎上，將計算機形成的虛擬信息疊加到現實中的真實場景，對現實世界進行了補充，使人們在視覺、聽覺、觸覺等方面增強對現實世界的體驗。

三、增強現實技術在非正式學習空間中的應用

隨著知識經濟時代對于人們終身學習的要求，非正式學習在人們學習中所占的比重越來越大，自主學習的方式和場所也越來越多樣化。增強現實技術為學生在非正式學習空間進行自主學習提供了一種很好的方式。增強現實技術在非正式學習空間中的應用可以從多角度進行分析。從開發機構的角度可以分為專業教育機構和一般商業機構，從學習者的受教育階段的角度可以分為K12、職業教育和高等教育等階段，從產品提供的主要用途的角度可以分為立體顯示、指引操控、教育游戲等，從是否需要借助網絡環境可以分為單機版應用和網絡版應用，從增強現實使用的載體角度可以分為基于頭戴設備與基于手持設備（平板電腦、智能手機）等。

1.從開發機構角度分析

最早涉足于增強現實技術研究的專業教育機構是美國的哈佛大學，Ivan Sutherland教授發明的光學透明頭盔顯示器標志著增強現實技術的誕生。目前，從事增強現實技術應用程序研究的專業教育機構，除了哈佛大學外，還有哥倫比亞大學計算機圖形與用戶界面實驗室、威斯康星大學麥迪遜分校教育學院、美國加州大學Davis分校、麻省理工大學、哥倫比亞大學、加拿大多倫多大學等等。在國內，北京理工大學是較早從事增強現實技術研究的科研院所之一，此外還有北京航空航天大學、北京郵電大學、浙江大學、武漢大學、上海大學和華南理工大學等?？傮w來看，國外教育機構相比國內來說，在技術和應用研究方面都更勝一籌。

在商業領域，德國Metaio集團是全球增強現實技術行業的領軍者。該公司在技能培訓方面開發了AR互動說明書，為用戶提供轎車的增強現實使用說明書。英國Augmatic公司開發了一系列以顯示3D模型為主、可應用于多學科的增強現實教學演示工具，為學生提供交互式和獨立的自主學習體驗。[3]新加坡的MXR Corporation Pte Ltd開發了名為w IzQubes的增強現實教育游戲，主要用于給兒童講故事，對兒童產生了很強的吸引力。[4]與專業教育機構相比，商業公司對增強現實技術的研究更加深入，研究產品也更多。

2.從學習者的受教育階段的角度分析

增強現實在教育方面的應用從學習者受教育階段的角度分析，可以分為面向K12階段的學生、面向職業教育階段的學生和面向高等教育階段的學生。

（1）面向K12階段學生的教育應用

增強現實電子書與增強現實教育游戲的使用者以K12階段的學生為主。增強現實電子書將數字化的內容融入到真實場景中，豐富了知識的表現形式，增強了閱讀的趣味性，使學習對于K12階段的學生來說變得更加容易。如《東京新聞》開發了一款AR News應用程序，用于輔助孩子們進行課外閱讀。當孩子們用手機掃描特定的文章時，手機屏幕上會出現動畫效果，同時伴有卡通人物為孩子朗讀新聞內容。[5]開發者通過這種方式將枯燥無味的新聞內容變得生動有趣，極大地提高了孩子們的閱讀興趣，同時，孩子們可以隨時隨地地閱讀新聞，在很大程度上為孩子們開展課外閱讀活動提供了方便。教育游戲能夠為學生提供輕松自由的學習環境，使學生在寬松的學習氛圍中獲得思想的啟迪和能力的培養。[6]Juan,Alem and Cano(2011)呈現了一款名為ARGreenet的增強現實教育游戲，旨在提高人們對于循環重要性的認識以及如何做到循環回收利用。在研究過程中，就循環這一主題，38個8到13歲的被試孩子使用不同順序體驗ARGreenet和普通移動手機游戲。研究數據表明，與普通移動手機游戲相比，69.4%的被試孩子更喜歡ARGreenet增強現實游戲，他們認為ARGreenet游戲在操作性、吸引力和樂趣方面更勝一籌。[7]該增強現實游戲能夠提供更具吸引力的學習空間，寓教于樂地促進游戲者對于知識的理解。

（2）面向職業教育和高等教育的教育應用

職業教育和高等教育階段更加注重實踐教學對于學習者的重要性。采用AR技術開展的實踐教學活動為學習者提供了虛實結合的學習空間，使學習者真正參與到實踐活動當中，體現了著名實用主義教育家杜威“做中學”的教學思想。如哥倫比亞大學計算機圖形與用戶界面實驗室研發了增強現實維修系統（Augmented Reality for Maintenance and Repair,ARMAR）用來輔助新兵學習，士兵在實踐學習場所佩戴上數據眼鏡后，能夠通過數據內容的指導在實際操作過程中快速掌握裝甲車的維護等技能。[8]李青、張遼東（2013）等人開展了基于“微波技術與天線”課程的移動探究性實踐學習活動，使用實驗研究、問卷調查和深度訪談的研究方法，證明了基于增強現實技術的移動學習方式受到大部分學生的歡迎，能夠提高學生的學習興趣，并且對教學效果有正向促進作用。[9]

四、增強現實技術應用于非正式學習空間的特點

1.虛實結合的學習場景

與使用傳統教學材料不同的是，增強現實技術采用計算機技術將數字化的學習資源融入真實的學習場景中，豐富了學習材料的表現形式，營造了虛實結合的學習空間。如增強現實電子書將抽象的、難以理解的學習內容通過生動具體的3D立體圖像或動畫展示出來，為讀者提供更加直接的、具體的閱讀體驗，激發了讀者的閱讀興趣。另外，在技能培訓中，增強現實技術為實踐教學提供了虛實結合的場景，通過其較強的交互性，為培訓人員提供了實地的、及時的操作引導。如哥倫比亞大學計算機圖形與用戶界面實驗室研發的增強現實維修系統也通過計算機技術增強了現實環境。

2.游戲化泛在學習

增強現實教育游戲為使用者提供了輕松自由的學習環境，虛實結合的場景為使用者帶來更多方面的感官體驗，很大程度上激發了學習者的學習興趣，寓教于樂地滿足了學習者泛在學習的需求。如Mitchlehan Media LLC公司開發的AR Flashcards-Animal Alphabet榮獲2013年最佳移動APP榮譽，這是一款輔助小孩子學習字母的教育游戲，當孩子用攝像頭對準打印的flashcard的時候，漂亮的3D動物將會在屏幕上彈出，點擊動物將能夠聽到字母發音和動物名稱，通過聲音和3D模型的結合，極大地吸引了孩子們的學習興趣。[10]2014年PBS Kids公司開發了Fetch!Lunch Rush移動APP教育游戲，寓教于樂地訓練兒童解決算術結果為1到10的數學運算能力。這款應用程序能讓學生將標記貼在任何地方，同時使用大腦和身體來參與游戲，解放對學生學習空間的限制，并且對于運算結果有語音提示。[11]增強現實教育游戲相對于傳統游戲具有更強的交互性與沉浸性。

3.移動化學習

隨著知識經濟時代的快速發展，人們迫切需要擺脫時間和空間對學習的限制，需要進行隨時隨地自主化的學習，移動學習恰恰能夠滿足人們對個性化學習的需求。增強現實技術在運行平臺方面從成本高昂的桌面計算機或工作站逐漸轉向成本較低的移動平臺，在顯示設備方面從頭戴顯示器、立體眼鏡逐漸轉向平板電腦或手機等移動終端，用戶逐漸擺脫設備對使用環境的限制，開始能夠走向室外體驗增強現實所帶來的樂趣。[5]因此，增強現實技術為人們進行移動化學習提供了技術支持。同時，高普及度和便攜性的移動設備為人們進行移動學習提供了設備支持，基于增強現實技術的移動APP為人們進行移動學習提供了必要的學習資源。如Metio公司為奧迪公司開發的增強現實互動說明書，能夠幫助用戶在汽車駕駛艙中隨時了解汽車駕駛艙的內部按鍵和指示燈的功能，當使用者啟動手機APP應用程序后，將攝像頭對準駕駛艙中的部件，與之匹配的注釋信息將出現在手機屏幕中，以此來幫助用戶更好地了解駕駛艙。[12]

四、結束語

將增強現實技術應用于非正式學習空間具有一定的優勢。首先，3D立體顯示具有豐富的表現力，能夠形象直觀地顯示教育內容，使學習者在理解一些抽象的幾何和化學模型等方面變得容易；其次，增強現實技術具有更強的交互性，能夠使學習者在接近真實的環境中實現“做中學”；再次，增強現實技術應用于非正式學習空間能夠促進學生進行探究式的自主學習?；谠鰪姮F實技術的教育應用能夠極大地引起學生的興趣，使學生能夠更加投入地沉浸在自主式探究學習活動中。增強現實技術借助于無線網絡的發展，滿足了學習者在任何時間、任何地點進行自主學習的需求。

未來，增強現實技術將結合當前迅速發展的云計算和云存儲等技術繼續向前發展。期待更多更好的增強現實技術產品應用于教育領域，促進我國教育信息化的進一步發展。

[1]余勝泉,毛芳.非正式學習——e-Learning研究與實踐的新領域[J].電化教育研究,2005(10):18.

[2]蔣中望.增強現實教育游戲的開發[D].上海:華東師范大學,2012.

[3]LearnAR[EB/OL].http://www.learnar.org/.

[4]李海龍.增強現實多媒體教學環境設計[J].中國遠程教育,2013(5):87.

[5]王萍.移動增強現實型學習資源研究[J].電化教育研究,2013(12):60-67.

[6]胡智標.增強教學效果拓展教學空間——增強現實技術在教育中的應用研究[J].遠程教育雜志,2014(2):106-112.

[7]Danakorn N incarean,Mohamad Bilal Ali,Noor Dayana Abdul Halim,M ohd H ishamuddin Abdul Rahman.Mobile Augmented Reality:the potential for education[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences,2013(103):657-664.

[8]Augmented Reality for Maintenance and Repair[EB/OL].http://graphics.cs.columbia.edu/project/armar/.

[9]李青,張遼東.基于增強現實的移動學習實證研究[J].中國電化教育,2013(1):116～120.

[10]AR Flashcards[EB/OL].http://www.arflashcards.com/.

[11]Lunch Rush[EB/OL].http://pbskids.org/fetch/games/hollywood/lunchrush.html.

[12]奧迪A13D說明[EB/OL].http://v.youku.com/v_show/id_XNDM xN jg2NDY4.html.