《創新與未來》學習工具制作綜述

楊曉光

特色與亮點

增強現實技術的展示與應用是本學習工具最大的特色。本學習工具中應用了大量圖片、識別碼、三維模型、三維動畫等原創素材，結合微視頻、說明書、任務表等生動地展現了教學內容，能夠使學生為主體、教師為主導的教育思想成為現實。無論是開課導入環節，還是學生作品展示環節，增強現實技術的運用都最大化地激發了學生的學習興趣和探究熱情。

制作背景

增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）技術，是一種可以將現實世界信息與虛擬世界信息相結合，從而使觀察者得到超越現實感官體驗的新技術。相對于虛擬現實技術，AR技術更多是軟件方面的拓展應用，其硬件配置起點低，軟件方面則以編程和三維模型制作為主。在智能手機、平板設備和帶有攝像頭的電腦上均可實現增強現實的展示和交互，非常適合在教育教學中廣泛使用。

作為走在時代前沿的一門學科，信息技術教學不僅要讓學生掌握教材中的知識技能，還要讓學生了解最新的信息技術動態，擴大知識面，并在實踐探究中發展創造性思維。

《創新與未來》學習工具所對應的課程是一堂城鄉交流課，其教學目的是使偏遠地區的孩子也能夠了解一些信息技術領域的前沿科技。由于農村地區學校的計算機房硬件配置普遍不高，所以我選用了增強現實技術作為學習工具中的主角，配合課堂任務，使學生在學習教材知識的同時有一個拓展視野、發揮想象力的機會。

教學策略

教師通過現場展示增強現實技術應用、微視頻介紹增強現實技術的發展前景引發學生的學習興趣，并借助講解拓展學生的知識寬度。學生則以小組合作、互幫互助、微視頻自學等方式參與學習，他們選擇自己喜歡的幻燈片背景作場地，挑選合適的識別圖形，經過移動、縮放、旋轉等操作規劃建筑的位置及大小，設計未來校園，并借助增強現實技術欣賞自己的創新成果。

設計思路及內容結構

小學中年級階段的學生具有豐富的想象力，但抽象思維能力不足，這導致了學生對資料的分析、篩選以及整理尚不能完全獨立完成。學習工具以此為切入點，為學生提供了微視頻、圖片素材、說明書等多種參考性媒體資源，使學生能按照自己的設計意圖對有限的資源進行整合，鍛煉了學生的邏輯判斷能力。

本學習工具分為下述四個部分，我使用PowerPoint軟件將各個板塊做了線性連接，盡量做到條理清晰，操作簡單。

1.導入

此環節以增強現實技術實現虛擬禮盒與課堂環境的融合，通過交互動畫顯示打開虛擬禮盒，虛擬禮物生長過程，激發學生的好奇心（如上頁圖1），從而引出實現現場效果的增強現實技術，為下一環節的教學做鋪墊。

2.介紹

此環節為增強現實技術的視頻介紹，我挑選了AR技術在教育、娛樂、生活、未來應用等方面的內容，對其進行整合，并配了文字介紹（如圖2），使學生能在短時間內對增強現實技術及其應用有大概的了解。視頻包括以下演示內容：美國國家地理增強現實技術、微軟HoloLens增強現實眼鏡技術、基于增強現實技術的概念視頻和美國THE VOID公司虛擬現實主題公園（實際上其場景被稱作混合現實MR，混合了真實、增強現實、增強虛擬和虛擬現實技術）。

學生在欣賞了視頻案例后，會因其逼真的視覺效果、宏大的場景、廣闊的應用前景而產生耳目一新的感覺。

3.任務

作為本課的重點，該環節通過逐層遞進的方式分解了課堂任務，任務部分包含以下內容。

（1）校園場地的概念解析

由于學生理解能力存在個體差異，部分學生對任務環節中校園場地的概念理解不夠清晰，我在本學習工具中提供了一段三維動畫（如圖3），用以幫助學生快速理解校園場地的用途，同時以部分實例暗示學生發揮自身的想象力，創造出有特色的未來校園。

（2）校園場地的設計制作

使用Adobe Captivate軟件制作的一段微視頻，用于演示PowerPoint軟件中更改幻燈片背景的設置，考慮到學生自學時會不自覺地重復操作過程，視頻在演示各項功能之后均會恢復到默認值。看起來別扭的視頻教學過程卻會讓學生在學習中由模仿過程轉換為理解功能，為學生靈活應用軟件、發揮想象力創造了必要的條件。同時，本工具也為有豐富想象力卻對軟件操作不熟悉的學生準備了多種不同環境的場地背景，方便其直接使用。

（3）道路規劃素材的疊加

PowerPoint的插入圖片功能也屬于本課中要求學生掌握的技能，學習工具在這一環節除了提供多種道路規劃素材，還用文字提示了更高難度的道路設計方案，即使用軟件的自選圖形功能進行繪制，以滿足水平較高和有設計意圖的學生的自由發揮的需要。

（4）校園建筑的設計規劃

作為本課中難度最高的建筑規劃設計，我將Word文檔“未來校園設計說明書”作為學生創作的唯一參考資料（如上頁圖4），其意義在于：①圖文并茂的說明書使學生更容易理解設計規范，從而減少設計失敗的可能性。②說明書的內容多為參考性意見與功能說明，學生在沒有完整案例的前提下只能發揮想象力自行設計，保證了學生可以獨立思考。③使學生熟悉在不同格式的文檔間復制、粘貼所需資源的Windows操作技能。

（5）設計成果展示與講解

使用增強現實技術將學生設計好的未來校園轉化為實景場地與三維虛擬建筑相結合的動態畫面（如圖5），學生可移動電腦攝像頭變換觀察角度，并對自己規劃的建筑功能進行介紹，進一步拓展想象力與口頭表達能力。氣勢恢宏的體育館、高聳的飛船發射場、搖頭擺尾的老虎、空中盤旋的飛艇等立體畫面，將學生的設計變得更加生動有趣。教師可在展示優秀作品時與畫面交互，即可在教學樓建筑上方燃放禮花，以最大化地調動學生的積極性。

4.拓展

受到課堂環境和硬件的雙重限制，學生在課堂上很難身臨其境看到自己的設計成果。用攝像頭鳥瞰，觀察到的畫面像微縮景觀，甚至更像玩具沙盤，效果并不理想。

于是我嘗試制作了一段三維漫游動畫作為學習工具的結束部分（如圖6），目的是在降低觀察者的視角、保持畫面風格的前提下，以預渲染的方式加強畫面真實感，并配合禮花、解說、背景音樂、飛船發射等效果，使學生產生臨場感，從而在心中認可自己的設計，產生“在將來大展身手，為社會做貢獻”的情感升華。

關鍵技術處理

1.增強現實

學習工具我選用了以微軟公司Microsoft Visual Studio C++軟件為主，Metaio公司Metaio SDK開發工具包為輔的制作方案，只需編寫少量代碼即可調用攝像頭、公共庫、屏幕參數、三維模型、XML等資源進行增強現實效果的演示。

軟件編寫過程中制作三維模型占用了很多時間，這是因為Metaio SDK的渲染引擎采用早期的OpenGL標準，不支持粒子、光線追蹤、高級材質等功能。為保證三維模型與實景的融合，我在制作過程中將每個模型的UV手工展開并進行貼圖烘焙，配合透明貼圖實現了真實的光影效果。

2.三維動畫

學習工具中的所有三維動畫都是使用3ds Max軟件制作并渲染而成，制作過程中使用了軟件自帶的大量功能，如Poly模型編輯、控制器分配、虛擬物體、多維材質、高級材質、貼圖展開、PF粒子、粒子動力學、骨骼動畫等。只有處理好動畫細節，將增強現實演示與三維動畫無縫結合，才能使學生將自己的設計作品與漫游動畫銜接起來，從而感受到創作的成就感。

評價與反思

學習工具作為輔助課堂教學的一種方式，已經經過了幾十年的發展。我從1994年接觸信息技術至今，制作了大大小小無數學習工具。期間走過不少彎路：曾經把學習工具作為炫技術、秀難度的展示平臺，為了華而不實的效果放棄了學習工具應有的操作性；也曾將學習工具當成課堂主體，過于追求功能上的大而全，最終導致資源浪費，偏離了教學目標，也影響了教學進度。

經過多年的實踐，我不僅掌握了各種流行學習工具的制作技巧，而且對學習工具的創新也有了一定的認知。當前，學習工具應用已經逐漸成為課堂教學的必要手段，僅僅是圖文并茂的展示方式已經不能滿足學生的學習需求。在學習工具中融合最新科技并靈活運用教學手段進行拓展，不僅能刺激學生的學習欲望，也能為學生創造更多開闊視野和獨立思考的機會，使學生在提高認知水平的同時能大膽創新。

幕前幕后

第一次參加NOC活動，我的心情自然無比忐忑。雖然之前也有過多次參賽經驗，但參加這么高級別的現場答辯還是頭一遭。在這里要感謝NOC活動為參賽選手提供了觀摩和學習的機會，大賽過程中，我觀摩了多位參賽選手精心制作的學習工具，在軟件使用、智慧課堂、碎片化學習等方面有了新的感悟。

然而本次比賽最大的收獲卻是在決賽之后，應主辦方邀請，我有幸參加了由數字化學習工具評優賽項裁判長初娜娜教授組織的小型研討會，初教授、劉館長以及多位專家評委對我此次參賽的作品提出了指導意見，同時他們站在不同層面、從不同角度對增強現實技術在教學中的創新應用，對未來學習工具的發展趨勢進行了深入探討。專家們的博學多識讓我大開眼界。會后經過反復思考，我對數字化學習工具評優賽項有了以下兩點想法。

1.學習工具擁有與時俱進的前沿優勢

各學科不同版本的教材，凝聚了一線骨干教師多年教學經驗的精華，所以一套教材使用多年理所應當。得益于互聯網、移動設備和交流平臺的進步，我們每天都可以在文學、藝術、科技等各方面獲取到大量的新信息，而配套的教材往往受限于傳統媒體的形式，不能做到及時更新。因此，教師在制作學習工具時，應當注意教材中知識點與現實的差異，以適當的形式展現自己的作品，以補充教材的不足。

例如，在以計算機為代表的信息技術快速發展的時代，有關計算機及外設軟硬件的功能創新層出不窮，其中部分知識在傳統教材內容的基礎上已經進行了更新，而且還增加了很多教材中沒有提到的應用技術。3D打印、云計算、混合現實、人工智能等均屬于信息技術范疇，教師完全可以在完成教學目標的前提下選取部分新技術、新知識融入到學習工具制作中，使學生變以往僅能從視頻、圖像、文字等單向傳播方式獲取知識的認知形式為以互動交流的方式進行深度體驗，從而打破了固有的教學模式，也進一步強調了學生的主體作用。

2.學習工具制作需要教師不斷提高自身專業技術水平

縱觀本次NOC活動的現場答辯過程可知，現在評價一款學習工具的優劣，除了技術難度，還有與課程目標的契合度以及學習工具的創新應用程度這兩個標準。但我仍然認為，不斷提高教師自身專業技能是能夠制作優秀學習工具的重要因素之一，這是在本次學習工具制作過程中的深刻體會。

增強現實技術是一項全新的技術，雖然相關的科技文章、視頻很多，但我查閱大量資料后發現，盡管網絡上有符合條件的開發工具包可使用，但有關具體應用的中文資料卻少之又少。面對唯一可做參考的英文文檔，我只有借助翻譯軟件，一點一滴地理解、猜測并實踐制作過程。由于沒有制作經驗，再加上信息的缺失，單單是前期對三維模型的轉換和調試就耗費了大量時間與精力。在后期軟件開發階段，我因對VS編程一竅不通而再一次陷入困境。為保證教學進度，我決定迎接挑戰，提高自身的專業技術水平。我先以網絡教程為參考寫了一段小程序，理解了編程思路，又嘗試著自己編譯了一款看圖軟件，總結出軟件流程，這才對照文檔中提供的函數循序漸進地完成了增強現實軟件的制作，最終掌握了該技術的關鍵流程，并能夠自如地實現相對簡單的增強現實技術。

由此可見，不斷提高自身的專業技術水平是挑戰極限、實現創新的有效途徑。故步自封不僅限制了自身發展，還會在不遠的將來落后于信息時代的前進腳步。Macromedia Authorware 3.0曾因其強大的功能、多樣的交互性、簡便的操作風靡全球在線教育市場，而如今我用它制作的學習工具卻找不到一臺能夠正常運行的實體機。即便是被Adobe公司收購后出品的Adobe Authorware 7，也在2007年8月被官方確認停止研發，不再支持Microsoft Windows Vista及以后的操作系統（官方說明，實際仍可運行于32位系統），被后來居上的Adobe Flash和Adobe Captivate軟件瓜分了市場。時至今日，曾經如日中天的Flash軟件也開始處于尷尬境地，眾多領域開始被HTML5蠶食，如果沒有革命性的創新，必將成為下一個Authorware。

信息技術的發展日新月異，停止進步意味著開始落后。我們必須不斷提高自身的專業技術水平，才能在信息技術大潮中劈波斬浪，不斷前行，才能在學習工具的制作上加以創新，為未來課堂教學打下更加堅實的基礎。