增強現實（AR）在教學中的應用案例評述

蔡蘇　張晗　薛曉茹　王濤　王沛文　張澤

摘要：增強現實作為一種新型的手段在教育領域進行跨界融合，學習者能夠在虛實融合的教學情境中，以最貼近自然的方式進行自主探索。基于增強現實的交互手段給課堂提供了新的教學方式，知識會越來越具有交互性、流動性和情境性。該文通過實證發現，大部分學生的學習態度和增強現實教具的使用是呈正相關的。當然，增強現實在教育領域的應用還處于早期階段，在教育領域的應用既有發展機遇，也還面臨著一些挑戰。在未來的研究中，增強現實學習環境應該深入研究如何支持學與教，以提升學生在課堂教學中的學習效果，引領課堂教學新路向，形成教育新常態的價值訴求。

關鍵詞：增強現實；AR；虛擬現實；VR；課堂教學

增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）是廣義上虛擬現實（virtual Reality，簡稱VR）的擴展。增強現實允許用戶看到真實世界以及融合于真實世界之中的虛擬對象，因此增強現實是“增強”了現實中的體驗，而不是替代現實。增強現實可以用來模擬學習對象，讓學習者在現實環境背景中看到虛擬生成的模型對象，而且模型可以快速生成、操縱和旋轉，能夠在最貼近自然的交互形式下為學習者搭建一個自主探索的空間，這對于抽象內容教學和提升學習者興趣是很有啟發意義的。

一、增強現實教育應用文獻回顧

Milgram，Takemura，Utsumi and Kishino定義了真實環境和虛擬環境的連接關系，如圖1所示。從字面上理解，在真實環境上疊加虛擬的對象，就好像把現實環境要展示的內容“增強”了，所以就叫“增強現實”，反之即是“增強虛擬”。

（一）國際研究

在教育領域里最早運用增強現實技術的案例是Billinghurst制作的Magic Book。它根據書本內容制作成3D場景和動畫，并且利用一個特殊的眼鏡就能讓兒童看到虛實結合的場景，如圖2所示。這幅圖也生動地展示了圖1中的從完全真實環境到完全虛擬場景的連接關系。

Kaufmann and Sehmalstieg通過增強現實顯示系統將簡單的幾何體在現實場景中呈現。幾何體具有布爾運算的功能，可以將幾何體的變化以及在空間中相交、相切的關系直觀展示出來。學生在這種虛實融合的學習環境中更容易理解復雜的空間概念，也方便建立師生和生生之間的教學互動。

Dunser and Horneeker將3D角色、聲音及互動道具加入到寓言故事中來觀察5-7歲的兒童如何進行互動與合作學習。利用附有標簽的互動道具，兒童在閱讀故事的同時完成與故事內容相關的小任務。該研究發現兒童認為增強現實環境非常有趣，他們沉浸在其中并愿意嘗試著完成任務。在此基礎上，他們進一步設計了為7歲孩子提供的基于增強現實的故事書，研究兒童在現實世界中所具有的知識和技能是如何影響他們在這種新環境下的交互行為的。結果表明這種更接近物理交互的方式能夠帶來更多樣化的交互行為，如孩子們通過移動或反轉標記能夠導致增強現實場景中相應物體的類似動作，這大大地激發了他們的興趣。

vienna理工大學研究人員展示了AR技術在力學教學中的應用，如圖3所示。它利用一個為電腦游戲所開發的物理引擎來實時模擬力學領域的物理實驗，學生可以積極主動地在—個三維虛擬世界中創建自己的試驗并加以研究。在實驗之前、實驗過程中和實驗結束后，該系統均提供了多樣化的工具，用以分析目標物體的受力、質量、運動路徑等物理量。但該系統需要較昂貴的頭盔、立體眼鏡等設備。

Martin-Gutiemez，Luiss Saor in Contero，Alcafiiz，Perez-Lopez and Ortega展示了一項幫助工科學生提高空間能力的增強現實應用。如圖4所示，他們設計了一本可以呈現3D模型的書籍AR-Dehaes來幫助學生完成虛擬化的任務，試圖在一個短期的補習課程內提高他們的空間技能。一個由24名大學新生參與的驗證性實驗證實了該訓練在提高學生空間能力上具有可測量的積極效果。

在日本3.11地震后，Chang，Wu and Hsu設計了實驗來研究福島第一核電站工廠附近的核輻射污染環境下學生的學習行為。該實驗通過移動設備上的增強現實技術模擬核輻射下的環境，以此增強學習者的臨場感和即時性來支持學生學習。例如，假設校園離核電站有12公里遠，且在前一天發生了氫氣爆炸，選取的九年級學生使用Android平板電腦來收集校園周邊的模擬核輻射值。研究發現學生通過AR活動的感知行為與核環境狀態的改變存在顯著性相關，這提供證據表明AR環境可能影響學習者對現實世界突發事件的情感態度。

Lin等人的研究發現，在學習彈性碰撞和動量知識方面，使用AR比使用傳統的2D教學軟件在學習效果方面有顯著的提高。這在很大程度上歸功于AR軟件在教學過程中對碰撞過程和規律的具體和形象的展示。

教育領域著名組織The New Media Consortium（NMC）近幾年發布的地平線報告中將增強現實技術列為未來幾年最具潛力的六個技術之一，如表1所示。從“簡單增強現實技術”到“增強現實技術”的字眼變化可以看出這門技術正在迅速走向成熟應用。

（二）國內研究

國內對增強現實技術在教育領域的應用的關注與日俱增。蘇俊欽的“擴增實境（增強現實在臺灣被稱為擴增實境）應用于中文注音符號學習之研究”將增強現實應用于兒童學習注音符號。他們設計了一套中文注音符號學習教材，通過攝像頭識別每個注音符號，在攝像頭捕獲畫面上疊加呈現對應的虛擬動物圖像，并以動畫的形式告知兒童選取相應的標記以得到正確反饋。該研究旨在探究兒童是否能夠在教育游戲中利用媒體輔助來獲得有效的學習。結果表明這種與虛擬圖像的簡單交互可以有效增強兒童的興趣，加深兒童對中文注音的印象。

蔡蘇、宋倩和唐瑤提出增強現實學習環境的架構，并基于此實現了一個增強現實概念演示書——未來之書。選取了中學物理中的單擺、牛頓第一定律、牛頓第二定律等實驗進行虛實結合的展示，如圖5所示。學習者只需通過簡單的設備即能直觀感受到平面書籍中所描述的實驗場景，增強了學習者的興趣。未來之書參展2010年第十七屆北京國際圖書博覽會，獲得好評。

Cai and Song構建了一個基于增強現實技術的一對多學習系統，教師可以通過網絡視頻交互系統將實時增強的視頻教學信息傳輸給學生。該系統降低了增強現實技術的復雜性，支持多種終端設備，只需安裝普通攝像頭并連入網絡即可運行，為學習者的知識構建提供了有效支持。

Cai，Wang，Gao and yu設計了本地和網絡在線兩種形式進行仿真教學的平臺。在增強現實學習環境中，由于用戶拋棄了鼠標、鍵盤而使用自然交互方式，因此與真實的環境中操作真實物理器具的感受一致。進一步來說，這種虛實融合的環境使得因一些成本、安全受限制，或者現實中根本無法實現的場景疊加到真實環境中，讓學習者體驗到了一種新穎、有趣而又不產生操作隔膜感的學習方式。

Cai，Chiang and Wang利用AR技術實現了一個凸透鏡成像實驗。研究發現雖然使用AR與否對學生的影響不顯著，但參與實驗的教師反映使用AR對成績較低的學生影響更大。

Cai，Wang and Chiang設計了若干個初中化學物質結構的虛實融合操作實驗，學生可以采用自然交互方式對虛擬出來的微觀世界中的分子、原子進行操作、組合、創作。實驗表明這種交互方式能極大地提升學生學習興趣和對物質微觀結構的理解。

He，Ren，Zhu，Cai and Chen設計了一個移動設備上的應用“快樂記單詞”。通過手機或者平板上的攝像頭掃描單詞，屏幕呈現出相應的三維模型并發出語音。結果表明這種方式能更好地提高兒童對學習英語單詞拼寫和朗讀的興趣，并能提升學習效果。

wang，Ouyang，Zhang，Zu and Cai設計并實現了地理導航與文化導覽一體化的服務系統，并通過實證研究探索了移動增強現實技術應用于校園導覽的效果。

Zhu，Cai，Ma and Liu將手勢識別設備LeapMotion與AR技術相結合設計開發了一系列基于手勢的匹配游戲，試圖提高自閉癥兒童的精細動作和認知能力。通過采用單一被試法中的AB實驗設計（A表示基線期，B表示干預期），研究者在北京市的一所培智學校開展了準實驗研究。結果發現：基于手勢的匹配游戲能在一定程度上吸引自閉癥兒童的注意力，并能提高自閉癥兒童的精細動作表現和空間感知能力。

郭俊峰針對臺灣臺南市的赤嵌樓古跡設計了“赤嵌樓隨境游戲活動”。該案例使用AR和地理定位技術將虛擬世界與真實世界融合，能使參與者在游戲中進行直觀的探索，進而提升參與者主動探索的意愿與動機。

Cai，Chiang，Sun，Lin and Lee還將AR技術與微軟Kinect體感交互技術相結合。研究表明，基于AR的體感教學軟件能夠幫助學生理解磁場和磁感線等抽象的概念，有助于學生更高效地學習物理規律。同時，AR技術不僅在提高學習成績上成效顯著，在改善學生的學習興趣方面亦有不錯的效果。

Li，Shen，Wang，Liu and Cai實施了中學數學概率知識點中的經典拋硬幣實驗。硬幣拋的次數越多，其正反面出現的概率就越逼近各占50%。使用AR技術既能迅速地記錄大樣本實驗次數的統計結果，又能以真實“拋”硬幣的方式獲得玩游戲的臨場感。研究結果表明，當使用AR工具應用于數學教學中時，學生的學習積極性均有顯著的提高。

—些研究者都聲明新技術能創設出真實的科學學習環境，以便讓學習者在其中進行探究性學習。增強現實技術作為當前研究熱點之一的虛擬現實技術的分支，確實能為學生創設出一個科學探究的環境。那么AR對學生究竟有什么樣的影響？AR是否以及如何影響學生的深層次認知？學生對使用AR輔助學習的態度如何？本研究團隊通過近幾年在增強現實技術教育應用領域的實證研究探索了上述問題。

二、國內增強現實教學案例評述

北京師范大學教育技術學院蔡蘇團隊從2009年開始研究增強現實教育應用。這里介紹的5個典型案例均挑選自該團隊自主研發的在不同學科領域下基于增強現實學習環境的實證研究，具體包括數學領域的概率學習、物理領域的凸透鏡成像實驗、化學領域的微觀世界互動學習、語言學習及基于地理定位的校園導覽。期望通過國內典型案例的介紹與教育技術研究工作者共同探討增強現實技術與教育的深度融合應用。

（一）數學AR教學實例：概率學習

該研究的主要目標是探究在初中數學的概率章節中，增強現實對學生學習體驗和學習成果的影響。

1.實驗對象

該研究選取南京市某中學59名初中一年級學生為實驗對象。其中實驗組31人，對照組28人。實驗回收問卷59份，根據作答完整性，最終獲得實驗組有效問卷25份，對照組有效問卷25份。

2.研究設計

實驗工具為研究者開發的基于AR的Android平臺上的應用程序——拋硬幣。在游戲開始前，學生可以設定兩個參數：間隔時間與識別時間。其中，間隔時間是指攝像頭兩次識別硬幣之間的最短間隔時間，識別時間為攝像頭成功識別一次硬幣的最短停留時間。游戲啟動后，移動設備的攝像頭能夠捕捉并識別畫面中硬幣的正、反面狀態，并在屏幕中顯示相應的3D模型以提示用戶該硬幣已被成功識別。一旦識別成功，系統會為硬幣的當前狀態自動計數，同時更新已識別的正、反面次數和頻率。如圖6所示，系統左上角記錄硬幣的正、反面次數，右下角折線圖可實時更新正面頻率。將實驗對象分為2人一組，分別負責硬幣的拋擲和識別，如圖7所示。當學生退出游戲后，此次游戲的歷史數據將被保存在數據庫中。

3.研究結果

實驗通過對學生的前測和后測來評估研究工具對學生概率章節學習成果的影響。前測部分包括10道檢驗學生對概率先驗知識了解情況的填空題，其中，4道題是概率與生活經驗方面的問題，4道題是概率理論方面的問題，2道題是以上兩者之間關系的問題。后測部分則包括5道檢驗學生學習成果的測試題，其中，1道題是概率與生活經驗方面的問題，2道題是概率理論方面的問題，2道題是以上兩者之間關系的問題。除此之外，后測部分還包括5道開放性問題，用以獲取學生對AR學習工具的體驗情況。

研究發現，在前測中，實驗組對象在概率與生活經驗問題的平均得分低于對照組，但在后測中，實驗組對象在這一方面題目的平均得分卻要優于對照組。同時，在聯系生活經驗與概率理論這一方面，實驗組的表現也在某種程度上優于對照組。

盡管該研究并沒有驗證量化數據的統計性顯著狀況，但從質性的開放性題目中可以看出，當使用AR工具應用于數學教學中時，學生的學習積極性均有顯著的提高。

（二）物理AR教學實例：凸透鏡成像

該案例旨在探究AR技術對于八年級學生物理學習效果以及深層次認知方面的影響。

1.實驗對象

實驗選取天津市某學校八年級兩個班級的學生為實驗對象。根據學生以往的物理成績進行匹配分組，實驗組的24名學生（女生16人，男生8人）使用基于AR的凸透鏡成像軟件來進行凸透鏡成像規律的探究學習，對照組的26名學生（女生14人，男生12人），沿用傳統教學方式。

2.研究設計

案例依照準實驗設計的調查問卷來收集凸透鏡成像的學習效果和學生使用AR工具輔助學習的情感態度方面的相關數據。研究目標如下：（1）比較實驗組和對照組的物理學習效果；（2）探究學生使用AR工具后的情感態度。

實驗中通過使用三個不同的標記卡片來模擬蠟燭、凸透鏡和熒光屏。當攝像機捕獲到凸透鏡標記卡片時，凸透鏡的3D模型與用于標記焦距和兩倍焦距數據的平行數軸都將顯示在屏幕上。將蠟燭標記卡片和屏幕標記卡片分別放置于凸透鏡標記卡片的兩邊，屏幕將基于蠟燭和凸透鏡之間的距離自動呈現相關的圖像，如圖8所示。如果調節蠟燭和凸透鏡之間的距離，屏幕上的圖像將根據凸透鏡成像規則實時變化。假設物距為u，像距為v，焦距為f。根據凸透鏡成像的公式1/u+1/v=1/f，當uf時，光屏會呈現實像。

在教師指導學生如何使用AR工具后，實驗組的學生借助AR工具來探究凸透鏡成像的規律。同時，對照組的學生通過傳統教學方法來學習相同的規律。圖9展示了學生進行凸透鏡成像實驗的過程。

3.研究結果

該研究顯示，在后測部分兩組之間似乎沒有顯著差異，但在實驗組中使用AR對成績較低的學生影響更大。在情感態度方面，大部分學生對使用AR工具來學習物理課程持積極態度。另外，根據學習態度問卷的結果，大部分學生認為AR工具可以吸引注意力并能激發其對于物理課程的學習動機。雖然沒有足夠的證據確定學生的概念理解是否可以得到提升，但AR工具為學生提供了更豐富的科學學習機會。此外，基于AR工具的實驗不僅可以增強學生對具體和可觀察的物理規律的理解，還能通過積累實踐經驗來提升實驗技能。

（三）化學AR教學實例：微觀粒子交互式實驗

該案例主要是對化學課程中基于增強現實的學習工具的補救性學習效果的研究。

1.實驗對象

該案例選取了深圳市某中學八年級的29名學生為實驗對象，其中男生16人，女生13人。

2.研究設計

在教學前采訪了化學老師，她指出學生們對于課程的學習態度并不積極，他們沒有完全理解學習資料的相關知識，并且認為這些知識是枯燥抽象的。她希望通過借助AR工具復習所學內容后能提升學生的學習效果并能培養積極的學習態度。因此，實驗不設置對照組。前測的成績將代表學生使用教科書后的學習成績，后測成績將代表學生使用基于AR探究的學習工具后的學習成績。活動中使用的工具（包括軟件，標記和活動表格）都沒有提供測試中涵蓋的確切知識點，這意味著考試答案必須是學生在探究學習過程中通過自己的觀察和探究所取得的成果。此外，在這種情況下，研究者認為，前測和后測分數之間的縱向差異將代表使用AR工具的學習效果。問卷主要調查學生對于AR學習工具的情感態度。

（1）實驗設計

實驗前，研究者在教室里的每臺計算機上都安裝了AR軟件。實驗設計包含如表2所示的4個部分。

（2）程序設計

該軟件使用Java語言開發，使用了NyArTodkit，Java3D以及JMF（Java Media Framework）軟件包。通過捕獲標簽的位置來呈現不同的結構層次以及原子的各種組合。如圖10和下頁圖11展示了水和鉆石兩個實例的操作。

如圖10-（a）所示，屏幕中放人了2個氫原子和1個氧原子。當慢慢將這兩個氫原子向氧原子靠近時，一個水分子便形成了，如圖10-（b）所示。用戶可以拿起水分子靠近攝像頭來觀察它的結構，若將標簽向上抬高，即可看到屏幕出現一滴水滴，如圖10-（c）和圖10-（d）所示。

在第二個程序中，探究活動要求學生使用碳原子構造金剛石晶體。首先，使用碳原子和化學鍵搭建金剛石的正四面體單元，如圖11（a）所示。此外，研究者將使用學生搭建的正四面體單元組建一個完整的金剛石結構，如圖11（b）所示。學生可以從桌子上的另一個標簽所呈現的物體得到提示，他們搭建的金剛石結構就是鉆石的內部結構，這將化學和日常社會生活聯系到了一起。

在學生完成探究活動后，研究者期望學生：（1）知道構成物質的三種微粒，解釋水、石墨、金剛石和氯化鈉的形成過程，了解不同元素的原子結構，并將物質宏觀組成與微觀構成的認識統一起來；（2）能夠概括抽象概念，并掌握基本化學研究方法；（3）養成尊重客觀事實，認真、嚴謹的科學態度，激發學習化學的興趣。

3.研究結果

在實驗過程中，研究者認真觀察并記錄了學生的表現情況。前兩組完成整個活動的小組成員都是男生。起初，有兩個女生沒有參與到學習活動中，而是坐到一旁寫作業，在老師的鼓勵下，她們才加入到實驗中來。在探究學習活動中，大多數學生看起來很興奮和好奇，并表現出了強烈的學習動機。相對于參照紙質的活動表格，大多數學生更傾向于親自與軟件進行互動。實驗后隨機抽查了5名學生進行訪談交流。在訪談中，研究者請他們談論自己對學習工具的感受。首先，學生表示AR工具可以較好地幫助記憶原子的結構。在傳統課堂上，僅通過老師的簡單指導，學生對于知識的理解度和記憶持久度較低。但基于AR的軟件教學可調動學生積極性，促使其注意力更加集中。在直觀地看到仿真模型并與其交互后，對所學知識的印象也更加深刻。其次，與傳統Flash課件和其他3D建模軟件相比，AR工具能提高學生對于實驗探究的操作能力。相比于鍵盤鼠標與計算機的操作，直接通過自然交互對程序性知識的識記效果更好。同時，學生也對這個工具提出了一些建議，例如他們希望物質的模擬現象能更加逼真，可以加入一些卡通或者動畫元素使軟件更有趣。最后，當研究者詢問這5名受訪學生是否想要在未來學習中使用AR工具時，他們一致回答“想”。

（四）語言AR教學實例：學齡前兒童英語單詞學習

該案例旨在研究參加基于移動增強現實學習活動的學生的學習效果和教師的情感態度。

1.實驗對象

該案例選取了北京某幼兒園的兩個班級的學生作為研究對象，每班20人，年齡范圍在4-6歲。分別將兩個班設定為對照組和實驗組，對照組使用傳統教學方法，即教師通過黑板和口頭講授，學生重復識記；實驗組在教師的指導下，并通過助教的幫助，使用課題組開發軟件進行學習。參與實驗的學生在實驗前均未使用過移動設備進行學習，也均未學習過這些單詞。

2.研究設計

系統基于Java 1.7，Android SDK和Wikitude SDK設計開發。應用的功能包括提取和識別單詞，顯示相應的圖片和發音等。

如圖12所示為AR應用軟件的用戶界面。歡迎界面包括“開始取詞”“關于作者”“退出程序”三個按鈕。點擊“開始取詞”即可進入“取詞頁面”；將手機攝像頭對準單詞卡片，即可顯示對應的單詞圖片，點擊圖片會播放該單詞的發音。學習者需要在獲取單詞后，將其與出現的圖片連接，在點擊單詞后，聽取發音并重復。如圖13所示為實驗組學生正在使用基于AR的移動應用程序學習單詞。

3.研究結果

（1）學習成績分析

為了探究基于移動增強現實學習活動對于學生學習是否有幫助，研究使用獨立測試來收集兩組前測和后測的數據。實驗組的學生平均分數從最初的23.125提升到了73.125，在此次教學實驗中有顯著提高。前測中對實驗組和對照組進行數據t檢驗的結果無顯著性差異（p=0.930），而在后測中兩組均出現了較為明顯的顯著性差異（p=0.000<0.001）。因此AR學習軟件有助于非英語母語學習者學習英語單詞。

（2）教師態度分析

由于幼兒園的孩子尚且年幼，不能表達自己的態度，為了更深入地了解這個實驗，研究采訪了這兩個班的英語老師。老師的意見總結如下：“這種學習將觸覺，聽覺和視覺結合在一起，更容易激發孩子的熱情。使用手機掃描單詞，呈現匹配的圖片和發音也符合兒童的認知規則。但是手機可能會分散兒童的注意力。這種類型的教學可能更適合一對一的情況。此外，實驗設置的詞匯量對于這些年幼的孩子偏大，如果開始就創設一個全面豐富的學習環境，效果將會更好”。

（五）非正式學習AR實例：基于位置的校園導覽系統

該研究基于移動增強現實和位置服務技術，設計并實現了地理導航與文化導覽一體化的服務系統，并在北京某大學校園部署應用。研究選取了小樣本實驗對象對系統平臺進行試用和評價，旨在探索移動增強現實技術應用于校園導覽的效果。

1.實驗對象

該實驗中被試34名，均為校外人員，年齡18-25歲不等。實驗對象所具有的共同特征是對實驗校園的陌生程度較高。

2.研究設計

實驗者被分為兩組，A組中的17名使用者在試用軟件前，由培訓人員介紹軟件開發的背景和各項功能，確認實驗對象能夠獨立使用該軟件，并在使用后填寫問卷。B組的17名使用者在軟件試用之前并沒有接受培訓人員對軟件開發背景和各項功能的講解，由使用者自行安裝軟件試用并在試用結束后填寫問卷。兩組使用者試用系統平臺2-3個小時。使用過程中用戶可以根據攝像頭中捕獲到的真實場景去尋找校園相關地標性建筑，如右圖14。在到達地標性建筑后，攝像頭通過捕獲圖像自動識別出地標信息，并作為學習內容呈現給用戶，如右圖15所示。

問卷分為基本情況、用戶體驗和主觀題三個部分。基本情況部分收集的是用戶性別等基本信息；用戶體驗部分主要收集的是用戶對該軟件各項指標實際表現的認同感情況；主觀題部分收集的是用戶認為該軟件有哪些優點和缺點以及對該軟件的整體評分。問卷的用戶體驗部分共設8道題，分別從可獲取性、宣傳效果、可用性、美觀性、環保性、可交互性、可推廣性以及功能性八個方面對軟件進行評價。對于每一項指標，用戶給出的滿意度越高說明軟件越受到用戶的認可，反之亦然。

3.研究結果

該實驗共回收有效問卷34份，問卷的有效回收率為100%。實驗結果表明，兩組對軟件在各項指標上的呈現都表現出比較大的滿意度。兩組被試在軟件的可用性、美觀性和功能性上的評價一致性較高，在可獲取性、可推廣性、可交互性以及宣傳效果上的表現有一定的差異。

對于主觀題，通過對所有被試作答進行匯總，發現認為該軟件的優點集中表現在以下3個方面：

（1）方便美觀。絕大多數被試都提到使用手機可以隨時隨地獲取信息，而且定位技術與增強現實技術的結合使得搜索過程和呈現方式變得更加自然，不僅省去了手動輸入的過程，而且所見即所得；

（2）綠色環保。絕大多數被試都提到目前使用紙質地圖時的資源浪費問題，并認為該軟件是替代紙質媒介的比較好的手段之一；

（3）交互有趣。絕大多數被試都提到使用手機攝像頭與真實物理環境進行交互的方式非常新穎有趣，之前并沒有接觸過，信息的快速即時呈現的特點也讓校園文化隨手可及。

使用者對軟件也提出了很多建設性意見，有些意見限于目前硬件技術能力還不能解決，比如校園無線網速導致加載信息過慢，手機GPS定位所需時間過長、有時定位不準確等等。還有一些問題的提出可能是用戶在并不知道軟件實現原理上主觀臆斷的結果，比如有用戶提出使用3D圖像識別會耗費很多流量等。由于該軟件的服務器端設在校內，因此在校學生獲取服務器資源不會產生付費流量。

在最后對軟件的評分環節里，A組對軟件的平均評分為4分，B組為4.2分，兩組之間并沒有存在很大差異，說明被試對軟件的整體試用結果還是比較滿意的。

三、總結及展望

以上介紹的5個增強現實教育應用的案例，從學科上看，涉及基礎教育領域的數學、物理、化學、英語各個不同的學科；從學習的形式上看，既有課堂學習，也有課外非正式學習。這說明AR技術在教育中應用的范圍寬泛，潛力巨大。從AR學習環境設計的角度，我們可以把增強現實教學方式大致分為三類：基于角色扮演的方法、基于位置的方法以及基于任務設計的方法。其中前兩種方法側重于教學活動的設計，強調學習者的行為，并通常以游戲式學習的形式表現，這在國外注重實踐、注重活動的教學方式中應用得較多。第三種基于任務的方法主要側重在教學對象的呈現、展示以及人機交互，并以簡單的教學活動設計貫穿在整個教學過程中，這種方式在國內現階段應是主流。不過這三類教學方式并不是排他性的，尤其是在國內現在STEM教育、創客教育的背景下，這三種教學方式在某些場合可以綜合使用。因此通過合適的教學活動的設計，將三種教學方式交叉融合，增強現實學習環境這種新型的學習環境就可能產生與預期學習目標一致的情境支持，進而影響教師教學的方式以及學生學習的效果。

相對于使用Oculus、HTC Vive等純虛擬現實環境來說，增強現實環境不需要佩戴沉重的頭盔，不需要放置捕獲用戶空間位置的專用定位器和特定的活動范圍空間。它僅需要一臺電腦配合一個普通攝像頭，或者僅需要平板或手機（本身自帶攝像頭），即可做到真實環境和虛擬對象的融合互動。因此這種對硬件條件要求不高的學習環境更容易在學校落地，并擁有更多的受眾用戶。更重要的是，增強現實環境將虛擬的學習內容與現實環境發生了有意義的關聯。以筆者實施的中學數學概率知識點中經典的拋硬幣實驗為例，有人可能會說這個實驗用一個Flash動畫模擬就可以了，但是Flash的畫面全部都是計算機生成的虛擬畫面，和學生所處的現實環境沒有任何關聯。另外學生可能會質疑，計算機隨機生成的正反面結果會不會是預先設定好的程序？而且通過Flash的點擊按鈕來模擬拋硬幣，學生也沒有真正現實環境中拋硬幣的感覺。但如果使用AR技術來做這個實驗，就可以既充分利用電子設備快速的記錄統計結果，又能讓學生在真實環境中體驗到拋硬幣游戲中“拋”的真實感覺。所以從這個角度來說，增強現實帶來的是一個交互體驗上的變革。

相比其他更成熟的技術在教育中的研究，AR在教育中應用的研究還處于簡單呈現、交互不深入的初級階段，僅有少量案例的交互手段比較深入。一些AR實證研究主題的研究設計也還相對比較簡單，研究周期較短。定量研究的樣本數較小，定性研究則主要依賴于學習者自我陳述的可用性、偏好和效率來評價學習效果。此外，所采用的方法主要是基于設計的研究、案例研究，以及少數的準實驗研究。不過從以上我們自主研發的案例可以看出，絕大部分學生對于增強現實的教學工具或環境表現出正面的態度，這也符合Nunez，Quiros，Nunez，Carda and Camahort的研究結果。要提供更多AR具有教育價值的證據，就要控制和綜合評價研究，包括大量樣本的收集分析和有效的儀器。未來AR教育應用研究應當確定有效的課外活動和技術特點，并協同生成一組教學模式和AR環境的設計原則，這樣就可為新型的虛實融合學習環境中所涉及的問題提供指導。