AR技術在職業教育領域的應用探究

錢昌俊

摘要：AR（增強現實）作為VR（虛擬現實）技術的拓展，將在現實世界難以體驗到的實體信息，通過信息技術模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息投射到真實世界，使得真實環境和虛擬物體實時地疊加到同一個空間。文章通過探究AR技術特點，探討其在解決職業教育領域中部分專業課程進不去、看不見、動不了的難題，給職業教育教學實踐應用者帶來一些啟發。

關鍵詞：增強現實;職業教育;專業課程;實踐;應用

中圖分類號：G434? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）35-0249-03

Abstract： AR （Augmented Reality）， as an extension of VR （Virtual Reality） technology， will superimpose the real information which is difficult to experience in the real world through information technology simulation， and then project the virtual information into the real world， so that the real environment and virtual objects can be superimposed into the same space in real time. By exploring the characteristics of AR technology， this paper explores how to solve the problems of inaccessibility， invisibility and inactivity of some professional courses in the field of Vocational education， and brings some inspiration to the practical applicants of vocational education teaching.

Key words： augmented reality; vocational education; professional curriculum; practice; application

1 概述

隨著信息技術的不斷發展，新興技術如VR（虛擬現實）、MR（混合現實）、AR（增強現實）與教育的結合越來越緊密。雖然AR技術不是最新的，但因為它與職業教育中的場景教學匹配度很高，可以讓學生在自主學習過程中探索各種有趣的學習資料，最重要的一個功能是讓學生通過AR技術進入一個和現實高度仿真的環境，進行動態的視覺和交互形式學習。在做一些高成本、高危險、高污染的專業課程實驗時很好地解決了難交、難學、難練的問題，即使犯錯，也不會有任何嚴重后果。本文主要通過AR技術在職業教育領域中的應用，為深入研究AR技術與更為寬泛的教育領域中的融合做探索。

2 AR技術原理

增強現實技術（Augmented Reality，簡稱 AR），是一種虛擬影像和現實影像的融合技術，這種技術的目的是通過輸出設備將把虛擬世界投射到現實世界并進行互動。典型的AR系統架構如圖1所示，由真實場景、虛擬場景生成單元、虛擬場景渲染以及輸入輸出交互設備構成。虛擬場景生成單元通過攝像頭、傳感器等設備負責虛擬場景建模、繪制和管理;三維交互跟蹤設備負責真實世界信號采集及場景操作信號的輸入輸出;虛擬場景渲染負責對虛擬場景生成單元采集來的數據進行加工，實現虛擬場景和真實場景坐標系對齊，并進行虛擬場景的融合運算，融合后的數據信息可以實時呈現在輸入輸出設備中，讓用戶直觀感受。

3 職業教育領域AR技術需求分析

傳統課堂教學模式基本為教師向學生進行單向講授知識，教學方法大多采用講授法和演示法。單向講授型的教學模式優勢在于理論上充分發揮了教師在課堂上的主導作用，可以讓學生較為高效地掌握書本上的知識目標。但傳統課堂教學模式在職業教育領域具有很大的局限性：在職業教育領域很多專業課程需要讓學生動手去進行實踐體驗，在“做”的過程中讓學生理解抽象事物或知識。特別是職業教育領域中部分專業課程在傳統講授過程中會出現進不去、看不見、動不了的難題更無法通過傳統課堂進行解決。傳統課堂教學模式的師生互動、生生互動都受到人數和場地的限制，學生學習興趣不高，學習體驗不佳，也不利于培養學生的終身學習意識。

AR（增強現實）技術融合到課堂教學中如圖2所示，能夠彌補傳統課堂教學模式的大多缺陷，AR（增強現實）技術虛實結合、虛實同步、交互自然的特點能為學生創造一個更為信息化的學習環境，能讓學生感受到高度的虛實結合性、交互性和沉浸性，職業教育領域中的專業課程可以讓學生在現實環境背景中看到虛擬生成的模型對象，并且可以對這一模型對象進行快速生成、操縱和旋轉。

傳統的課堂教學模式，師生之間的交互就是古板的教師講，學生聽。教師在講授過程中會提問部分問題，至于問題是否所有學生均已掌握，因時間關系，教師無法準確掌握結果。導致師生互動不多、不深、不細，學生的學習效果必然不佳。而在AR（增強現實）技術實現的虛實融合的課堂場景中，學生因為能看到抽象的學習內容，并很快能與之交互，交互后能得到即時反饋，并根據反饋結果可以做出下一步的操作，這樣的學習過程中的知識和反饋之間的連接，符合教育心理學中的及時反饋，讓學生及時知道自己“做”的是否正確，從而意識到自己是否已達到了“學”的預期目標。

AR（增強現實）技術的虛實結合、虛實同步、交互自然的特點極大地拓展了教學場景并豐富了教學情境，有助于職業學校學生理解專業課程中的抽象知識。書本中的知識都來源于真實生活并高于真實生活，只有在真實情景中使用、體驗知識才能真正理解知識并運用知識。學生通過在AR（增強現實）技術創設的教學場景中通過自主學習、協作學習，在實際課堂體驗過程中完成知識體系的建構。增強現實技術提供的虛擬學習環境就實現了讓學習者嵌入和現實相關的環境中，體驗有關學習真實世界的環境，再次遇見真實環境以后的反應速度就會比單純理論帶來的印象深刻，使學生能夠真正提高學以致用的效率。

4 AR技術在職業教育專業課教學中的應用

4.1 AR技術在專業基礎課程教學中的應用

《計算機網絡基礎》課程作為職業學校計算機網絡技術專業的專業基礎課程，其主要教學目標是讓學生對計算機網絡有一個系統的認識，掌握計算機網絡的基本知識，體系架構、局域網數據通信基本原理、以太網原理、操作系統和因特網的基本原理等。

職業教育培養的學生對概念、原理等理論性知識掌握起來較為困難，采用傳統的教學手段來進行知識講授，課堂教學效果會大打折扣，AR技術通過創設的沉浸式的多媒體教學環境，讓枯燥難理解的原理知識變得直觀和生動。教師事先在后臺對原理知識進行AR處理，課堂中學生拿起手中的移動終端設備，打開教學用的APP，點擊屏幕中的某個按鍵時，會實時出現計算機網絡基礎知識原理動畫進行功能演示。

例如講授因特網原理時，學生可點擊移動終端中的因特網原理演示按鈕，將鏡頭拿遠，移動終端會展示當用戶按下“回車鍵”后，網絡數據包經歷了查詢ip地址、建立tcp連接，接入服務器、瀏覽器發起http請求、服務器后臺操作并做出http響應、網頁的解析與渲染這五大關鍵步驟，從而讓學生能直觀感受到看不見、摸不著的“網絡數據包”流向問題，讓枯燥的原理變成有趣的互動，這樣來讓學生體驗情境學習帶來的樂趣，來增強學生的學習興趣，來提高學生的學習效果。

4.2 AR技術在專業技能課程教學中的應用

《網絡綜合布線》《網絡組建與維護》作為職業學校計算機網絡技術專業的兩門專業技能課程，其目的是培養學生從事網絡組建、綜合布線設計與施工、網絡設備安裝與調試、網絡管理與維護等技能。這兩門課程專業實踐性很強，傳統教學過程中因學校與真實企業場景的不一致，學生體驗不到將來從事的工作崗位的現場感和結構空間。

通過AR技術創設真實施工案例，讓學生體驗從網絡施工設計，到實現工作區子系統、水平子系統、垂直子系統、管理間子系統、設備間子系統、進線間子系統和建筑群子系統的全過程搭建。搭建過程中，通過可穿戴設備記錄學生操作軌跡，判斷學生操作互動的規范性和準確性，來作為評價學生的學習效果，確定學生是否熟練掌握網絡綜合布線課程的各個技能要點。

網絡綜合布線系統搭建完成后，利用AR技術和Cisco模擬器等設備虛擬真實網絡管理員崗位，對已完成布線的企業案例進行網絡組建與維護，讓學生對常見的交換機、路由器、無線AP、Vlan進行設置和管理，對常用的DHCP、DNS、WWW、FTP、SMTP等服務進行配置與調試，通過教師事先設計的AR應用，讓學生更加熟練地掌握網絡性能測試以及網絡故障的診斷、排除。培養學生的專業綜合職業能力，創新精神和良好的職業道德。

4.3 專業課教學中應用AR技術應注意的問題

隨著教育部《教育信息化2.0行動計劃》的發布，“互聯網+教育”越來越多地走進各種類型的學校，職業學校在每年一度的信息化教學大賽這項全國性的賽事推動下，在課堂教學改革的深度與寬度都在不斷加大的形勢下，越來越多的職業學校教師將以AR技術為代表的最新的信息技術運用到專業課教學中，傳統課堂教學模式逐漸被顛覆。

部分激進教師認為，AR技術有那么多優勢，應當在專業課教學快速普及AR技術，將傳統的理論知識講解用AR技術來代替。另外少數教師，尤其是老教師迫于學校信息化教學公開課的需要，在教學中運用AR技術，因技術理解不足、業務不熟，導致技術應用只能流于形式，不能達到預期的教學效果，甚至還會引起學生的反感，降低學生的學習興趣。因此，在專業課教學與AR技術結合時要注意相融合，不能生搬硬套。

職業學校教師加強自身信息技術素養是當前新時代教師的一項教學基本要求，也是教師體現終身學習者的一個外在表現。如何通過優秀的教學設計在已經熟悉的傳統課堂教學中融入先進的AR技術，融合的目的是促進學生最大更好地掌握知識要點，融合過程中不能全盤變抽象為具體，貌似一目了然，但和盤托出帶來的后果會讓學生喪失思考的興趣。在教學設計過程中要充分發揮教師的主導作用，精心設計專業課教學過程和教學場景，創造師生共同參與、高效互動的情境教學，激發學生的學習主體作用，讓學生不斷地享受學習、最大限度地激起學生學習內驅力、讓學生在體現虛擬場景后更愿意到真實環境中進行實踐動手操作，以達到“做中學、學中做”的職業教育改革的真正意義。

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[通聯編輯：光文玲]