淺談AR技術在高職計算機測配色實訓課程中的應用

劉會 陳雙喜 戴樺根 陳杰

摘 要：隨著高職教育的實訓教學與工程實踐切合度越來越高，出現了課堂、設備、指導老師、教學內容的耦合度不高的現象。本文從課程改革的角度分析了將AR技術應用到高職計算機測配色實訓教學中所需解決的問題，具體來說是從改革背景、意義、內容和方案等層面進行了分析。通過本文的分析可知，AR技術對高職教育中實訓教學具有一定的輔助和促進作用。

關鍵詞：AR；高職；實訓教學；計算機測配色

中圖分類號：TP3-05 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）02-0154-03

Abstract：With the close connection between practical teaching and engineering practice in Higher Vocational education，there is a phenomenon that the coupling degree of classroom，equipment，instructor and teaching content is not high. From the perspective of curriculum reform，this paper analyses the problems needed to be solved in the application of AR technology to computer color measurement and matching training in higher vocational colleges，specifically from the aspects of reform background，significance，content and scheme. Through the analysis of this paper，we can see that AR technology has a certain role in assisting and promoting practical teaching in Higher Vocational education.

Keywords：AR；higher vocational education；practical teaching；computer measurement and colour matching

0 引 言

當前，對多數高職院校而言，外聘教師指導工業實訓課程已經成為教學過程中重要的一個環節。在傳統學習模式中，學校通過邀請技術專家或者學者擔任外聘教師，但是外聘教師進課堂不僅會受到時間、空間上的約束，其在人力、經費、資源等方面也會造成嚴重的浪費。特別是在特殊工業操作環境下，一些特殊設備是無法進入課堂的，而傳統的教學模式和內容也無法滿足特殊操作的需要。所以可以這樣認為，傳統教學模式不僅影響了整體的教學效果和質量，也無法滿足現代社會對高職教育提出的要求。

隨著網絡時代的到來，我國大部分高職院校紛紛引入了網絡教學模式，類似于這樣新型的教學模式不僅能解決傳統教學中存在的問題，而且還能解決師資不足等問題。在實際教學過程中，教師可以為學生提供圖像、文字、視頻等各類不同的素材，這樣的教學模式不但能縮短教學時間，而且還能激發學生學習興趣，從而提升整體的教學質量。但是，由于該教學模式需要在教學活動開始前進行，所以不能給予學生一定的指導和幫助，也不能根據學生觀看效果來制定相應的教學內容。一旦教學任務比較繁重，那么學生將無法掌握教學重點。

上述問題的出現對高職教育中的工業實訓課堂教學提出了更高的標準，這就要求教師必須從各方面入手來完善并解決這些問題。在實際工作過程中，教師需要結合學生學習情況來制定有針對性的工業實訓內容，但如何讓學生自覺、主動投入到實訓中？如何在降低成本的情況下提高實訓效果和質量？如何解決不同地區外聘教師與學生之間的溝通障礙等？這些都是當前急需解決的問題。

解決以上高職實訓教學中遇到的問題，需要教師不斷學習新的教學方法和思想，把相關新型技術引入到高職教育中，如計算機網絡、軟件、信息技術等，即發揮出信息技術對教師教法、學生學法效果的提升作用。

1 增強現實技術簡介

增強現實技術簡稱為AR，從廣義上來理解就是虛擬現實的擴展，虛擬現實可以簡稱為VR。增強現實技術可以讓用戶看到真實世界中的虛擬現象，所以增強現實也就是“強化”了人們在現實世界中的各種體驗，這與替代現實還是有非常大區別的。教師可以把該技術運用到實際教學中，其可以用來模擬學習對象，從而讓學生能夠在現實場景中觀察到虛擬的模型，在這樣狀態下的模型不僅能實現快速生成和操作，而且還能通過某種形式來為學生建立一個自主探索的空間，這對于培養學生的抽象思維、提高學生學習興趣等都有非常大的幫助。

把該技術運用到高職實訓練習中的價值也是非常明顯的，這可以很大程度的保障我國教育信息化的穩定開展，對促進教育課堂教學改革也有非常大的幫助。所以可以這樣認為，增強現實技術不僅能培養學生良好的學習習慣，而且還能促進教學方法、教學模式、師生互動等內容的改革實踐。

增強現實技術可將校內課堂、企業一線設備、行業專家、其他院校老師等要素資源進行整合，實現多維資源整合、多方師生互動和增強現實體驗的教學模式，調整或重組現有學校課堂教學與學習模式。

2 AR技術在職業教育領域應用現狀

如今，利用增強現實技術來對員工進行培訓學習己經成為了一種趨勢。在西班牙就開展了一個依托于增強現實技術的項目，即SUARMATE，該項目可以通過語音識別系統來完成現實與虛擬場景的互動。這主要是通過系統音頻與虛擬場景中的3D信息來引導實施，可以運用到維修訓練或輔助維修中。從航空方面來看，德國教育部門投資了一個arvika項目，這主要是針對飛機汽車的裝備維修，在這之后各發達國家也紛紛出臺了相關項目，主要作用是為了幫助用戶組裝維修或新用戶的培養學習。美國某公司就使用了該技術對企業員工進行培訓，通過這樣的訓練不僅能讓員工更熟悉企業內部的生產環境，而且還能細致了解一些較容易出錯設備的使用方法，從而提高員工對自身的認識，降低工作失誤的發生機率，同時也能很大程度上提高新手工作的準確率等。國外的基于增強現實技術的工業操作學習系統正在逐步走向實用化，同時也在不斷的進行深入研究和完善

我國相關專家學者也對該技術展開了深入的分析和研究，如浙江大學、北京理工大學、國防科技大學等，各研究領域也紛紛取得了理想的成果。但從整體上來看，我國對于這方面的研究都還處于起步階段，并且大部分的研究重點也都集中在顯示技術、跟蹤定位等方面，所以相關的研究經驗也是非常少的；從教育方面來看，雖然我國各高職院校已經意識到該技術的使用優勢，但現階段還沒有出現該技術在高職課堂操作教學應用中的成熟案例。

“計算機測配色技術”是現代紡織技術專業的一門核心課程，特別強調學生的操作能力。目前課程的兩點優勢、兩點問題也迫使課堂教學需要教學手段、教學資源形式創新。

優勢在于：第一，本課程前期已經經過2次課堂教學改革，教學團隊主要成員有強烈的創新意識，在平時課堂教學中就有意識的摸索新技術、新手段，豐富課堂教學形式。課程主講人通過信息化教學手段，成功的將企業真實生產場景再現到課堂教學上，實現校企結合、互聯互通。第二，本課程相關教學成果豐富，教學資源充足。項目負責人承當了國家教學資源庫“紡織品測配色技術”課程的資源建設，扎實的專業素養可讓新技術順暢融合到課程技能教學中去。另外，校外擁有穩定的企業原型，校內有典型的生產設備，利于增強現實技術在課堂內展示應用。

問題在于：第一，本課程教學設備造價昂貴（總價達42萬），課堂教學工位有限，現有的技術條件、教學空間無法讓每位學生實踐體驗。第二，目前的網絡技術實現了學生前置學習，但是課堂教學中的實踐體驗非常重要，鑒于課程中的技能點環環相扣，過程不可逆，現有的操作展示過程難以與學情達到動態、靜態相結合。這個環節需要增強現實技術，讓學生利用該技術的存儲功能自由選擇技能點進行回顧學習，做到動靜結合，增加學生身臨其境的感覺，提升學習效果。所以，增強現實技術是實現“計算機測配色”課程實訓教學的創新手段，讓學生能通過此項技術進行“浸入式”多維度學習。

3 改革內容分析

3.1 設計和構建模型分析

圍繞基于增強現實技術的工業實訓教學體系（ARITS-Augmented Reality Industrial Training System）的設計結構來入手，其具體的內容包含有：制定實訓教學表現，ARITS在“計算機測配色”課堂教學環境的設備模型構建、課堂教學的組織形式設計、課堂教學教法和學法模式的設計、課堂考核模式的設計、研究應用方法與過程、進行技術分析和選型。

3.2 運用于實際案例，并進行評價分析

以現代紡織技術專業的“計算機測配色”課程為例，自主設計和構建學習環境，選取具體的技能操作案例，將增強現實技術應用于課堂實踐教學。從技術方面來看，教師可以利用相關設備模型來檢測實際的應用效果；從執行方面來看，結合現有的課堂教學模式（如項目化、任務驅動、翻轉課堂），設計新的課堂組織形式和教學模式來驗證研究的可行性；在效果上，通過在現有的教學評價體系，補充新的評價內容完成實踐研究結果的詳細評價。

3.3 應用目標分析

首先教師需要制定一個以增強現實技術為基礎的實訓教學體系，然后結合實際情況來創建情景化的學習平臺，這主要是為傳統教學模式進行補充，目的是為了提升整體的實踐效果，豐富實踐教學的操作模式與方法，從而調動起學生的學習興趣，實現學生實踐能力的培養。要素體現在以下幾點：（1）教師在分析增強現實技術與實訓內容時，還應該盡可能的結合相關課程內容的關鍵點和中心來進行學習環境模擬設計；（2）教師需要在ARITS學習模擬設計基礎上進行全方面的系統設計，這主要是為了更細致的分析系統結構與核心技術；（3）教師在展開總體設計工作時，需要把現實結合到系統設計中，進行工業設備模型構建，并應用到“計算機測配色”實訓課程教學中，最后做出學情評價。

4 改革可行性分析

在高職的教學過程，創設符合職業發展需要的實時學習情境，將學生所掌握的各項基礎知識與技能都運用到增強現實環境中，這樣不僅能強化基礎知識與實際運用之間的關聯，而且還能調動起學生的學習興趣，讓他們能自覺、主動的投入到實訓課堂中。當然，在該教學模式下可以實現與虛擬場景的有效結合，這樣不僅能提高學生自身的體驗，而且還能豐富學生的經驗積累，提高他們分析問題與解決問題的能力。從可行性分析上來看，把增強現實技術運用到高職實訓課程教學中，這就要求教師必須從實際入手，然后以理論、技術為基礎來展開教學。

（1）從實踐應用上來看。現如今我國大部分高職院校都采用外聘教師參與到實訓課程的教學，這樣的教學模式并沒能解決教學過程中存在的問題。所以把增強現實技術應用到實訓課程中是非常有必要的，在實訓教學過程中，各類不同的生產環節或操作部分都具備一定程度的風險，因為一旦學生操作不當，那么將會對學生造成傷害。其次，如果實訓過程使用的設備價格較高，學生的不規范操作將有可能造成設備損壞，無形之中就會增加實訓教學的成本，所以教師一定要盡可能避免這些問題產生。通過對比可以看到，在傳統的實訓課程教學中，學生并不能觀察到每一個生產環節，導致學生所掌握的都是理論方面知識，從而也直接影響了學生自身的實踐操作能力。（2）從理論上來看。我們都知道學習是獲取知識、技能的過程，但在建構主義學習理論中卻是這樣認為的：“知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境下即社會文化背景下，借助他人（包括老師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得”。所以從這里可以看到，構建完整、規范的學習環境需要包含有幾部分內容，即情境、協助、構建意義等。在這些要素中，構建意義屬于是學習目的，其余的則屬于是前提。雖然這需要靠學生自覺、主動完成，但通過教學方案的設計，教師就可以把理論知識與情境創建結合到一起，這對提升學生學習能力等方面有著非常大的作用。在情境認知理論中是這樣認為的，即知識屬于是情景化的，也只有把知識運用到相應物理情境中，其在使用過程中才會產生一定的價值和作用。高職教育的核心目標是培養學生對理論知識與基礎技術的掌握，而這些能力培養都是需要通過情境教學來實現的，所以有效的為學生創建訓練情境是很有必要的，這不僅能強化學生所掌握的知識與技能，而且還能實踐情境教學理念，從而保證各項工作的穩定開展。（3）從技術上來看。通過上述的分析可以指導，增強現實技術可以提供視、觸等直觀的實時感受，可以讓參與者投入到虛擬的模擬環境中。其身為虛擬現實技術的一個發展方向，它不但能夠把真實環境與虛擬環境相結合，而且還能降低成本投入，簡化操作難度，實現真正的亦真亦幻境界，相信這也將會成為未來VR技術發展的核心方向?，F如今虛擬現實技術與增強現實技術都被廣泛的運用到工業設備操作訓練中，當然在教育、建筑、娛樂等方面的使用也非常廣泛，特別是在網絡技術方面，它可以實現校內學生與校外教師之間的交流，并且這樣的教學是實時的。所以可以這樣認為，各項新型軟件技術的發展不僅為高職教育教學帶來了幫助，而且也為教學課程開發提供了非常有利的技術支持，其自身價值是非常高的。而理論與技術的結合在提高技術自身的有效性方面，需要教師不斷分析與研究才能實現。（4）理論與技術結合。理論與技術上的可行性不能完全理解為理論教育與實踐應用的需要，因為這兩者是相互獨立的個體，所以只有尋找到一個適合的方法才能真正發揮出兩者的價值和作用。身為一種教與學相結合的方法，結合實際進行教學設計就變得非常重要了，整個教學設計因包含有問題解決工具、互相合作效應、心智模型、學習環境設計等等，還需要注重學習環境中的各要素設計，如學習評價、學習方法等。當然，注重實踐教學理論設計的構建也是很有必要的?！霸诨诎咐?、開放的、基于資源的、以學生為中心的學習環境的討論中，技術及其應用技巧也是教學設計中的一個不言而喻的背景并隱含其中”，從這里可以看出，教學設計是一個需要將理論與實踐相結合才能實現，同時也是創建良好學習環境的重要途徑。

具體的教學設計內容包含有兩個方面：第一，根據教學理論來選擇適合的技術與模型，通過應用技術來構建學習環境與各種認知工具，這樣可以有效提高學生的學習效果與教學質量。整個教學的核心是通過設計來尋找到理論與技術的結合點，從而實現理論到實踐的過程。第二，需要通過理論指導與技術運用來不斷滿足學習上的需求，即需要重視設計的實現與過程的實施，然后結合實際情況來進行修改。整個過程都可以認為是教學思想創新的過程，當然，對鞏固技術技巧也有一定的幫助，也能不斷完善與優化設計效果。所以，教師設計身為一種將理論與技術相結合的方法，其對高職校內外實時互動教學是可行的。

5 結 論

在當前的社會發展背景下，教師只有把增強現實技術運用到工業實訓中，并構建相應的工程訓練輔助教學模式，才能提高學生自身的實訓能力，提升整體的教學質量。該教學模式不僅能夠實現虛擬內容與現實內容的有效結合，而且還能提升實訓過程的真實感，通過交互的方式來拉近理論與實踐之間的距離。學生只要通過相關AR設備的操作，就能體會到工程訓練實踐教學的優勢，從而激發學生的學習興趣，讓他們更自覺的投入到實訓課堂中。

本文以現代紡織專業中的“計算機測配色”課程為案例，從改革課堂教學方式的角度，探討利用增強現實技術進行課堂教學模式改革的內容和方式，以期提高學生課堂參與度和學習興趣；從改革傳統教學模式與內容來看，加強利用增強現實技術來創立有效的學習情景、提升學生體驗效果，讓師生共同在教學中有更多的“獲得感”，真正向課堂要質量。

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作者簡介：劉會（1980.10-），女，漢族，安徽安慶人，講師，碩士，研究方向：計算機測配色、新型染整技術。