增強現實技術在教育出版數字化中的應用

朱曉莉 張 耀 王 維

（蘇州工業園區服務外包職業學院,江蘇 蘇州 215123）

1 前言

增強現實(Augmented Reality，AR)是指利用計算機制作的三維數據、視頻、音頻和不同傳感器融合，通過硬件將生成的虛擬物體與現實場景內容進行信息的無縫集成，使虛擬信息疊加到現實世界形成仿真的感官體驗。例如，科普類AR互動繪本，將圖形圖像元素進行三維立體塑造，讓讀者能夠通過客戶端掃描設計MARK，了解人物、動物等相關科普知識。又如，利用AR技術對歷史遺跡、傳統技藝進行呈現，達到歷史文物的還原和“復活”。

自媒體時代，增強現實技術隨著不斷發展逐漸被大眾所廣泛應用，也逐漸深入到教育與文化領域當中，推動教育教學工作。我國教育部等五部門發布的《教師教育振興行動計劃（2018—2022）》提出要“充分利用云計算、大數據、虛擬現實、人工智能等新技術，推進教師教育信息化教學服務平臺建設和應用，推動以自主、合作、探究為主要特征的教學方式變革”。對于教育出版來說，增強現實技術作為一種交互性應用型的新興技術，適用于不同階段和學科的教育內容，可以促進教育數字化轉型的發展。如何科學地尋找教育出版數字化的方向是亟待思考的問題[1]。

2 增強現實技術應用到教育出版中的新視野

2.1 增加多元化閱讀體驗

增強現實技術融合音頻、視頻、文字、動畫等元素，能改變教育出版物的閱讀體驗，通過多感官沉浸式體驗提升教育樂趣。該技術可以使學習者通過智能移動終端（智能手機、穿戴式終端、AR眼鏡）和小程序、APP將虛擬交互內容從聽覺、視覺沉浸到三維虛擬場景，與虛擬角色進行互動，實現知識內容的虛擬構建。原本枯燥的知識點內容變得可視化，把抽象、復雜的閱讀內容以數字化的方式呈現出來，學習者能更直觀且身臨其境地感受閱讀樂趣[2]。增強現實技術可以提供大量的教學資源，通過教育出版物UI選項，學習者可有選擇性地學習章節內容，實現教育內容的拓展，掌握系統化的知識；還可以把教育過程融入游戲式學習過程中，有效提升學生學習興趣，比如AR課件（如圖1所示）。

圖1 AR課件

2.2 激發學習者創造性思維

由于增強現實技術實現的數字內容都是三維立體的，區別于傳統教育出版物二維平面圖像，非常直觀、立體、形象，實現視覺、聽覺、觸覺等不同感官的學習體驗，可將難以實現的教育情境進行展現，在教授技能的同時激發學習者創造性思維。很多枯燥的教學內容融入增強現實技術具有更強表現力和吸引力。例如特殊的地理環境、歷史事件、歷史古跡等受環境場地限制的事物都可以通過增強現實技術構建教育情境進行展示，讓學習者對所學內容產生更多創造性理解。又如用增強現實技術進行藝術創作，體驗陶瓷、石雕、核雕等非物質文化遺產傳承，教學情境使用移動客戶端或網絡獲得數字藝術自主創作，學習新知，動手做，用腦想，將傳統的理論講授過程變成互動沉浸式體驗，增強了學習成就感和創作熱情。如圖2所示，整合教育資源，構建教育情境，將增強現實技術融入教育出版物中，構建基于數字媒體環境下的混合教育情境，最大限度激發學生創造性思維。

圖2 “AR”教育情境

2.3 學習信息數據反饋

增強現實技術可以通過互聯網數據流形式對教學過程中學生的學習進度和內容進行報告反饋。這種信息獲取方式極大地提高了教師教學內容反饋的效率，也具有一定的教學情況分析參考價值，有助于了解學生學習掌握情況、授課應用情況，幫助老師尋找最適合的教學計劃。通過增強現實技術應用于教育出版物進行學習知識點的標記，教師可以從數據記錄和分析內容中找到學生學習過程中遇到的內容難點，有針對性地為學生提供解答以及在下次教學過程當中重點分析講解，提升教學質量和教學效果。傳統的數字出版物無法與學習者進行互動，也存在無法對學習者進行信息化數據跟蹤的情況。增強現實技術可以幫助學習者通過學習內容通關模式進行循序漸進的認知和提升，數字化學習使學習內容具有穩定性和拓展性。

2.4 教學模式智能數字化

自媒體時代的到來，將數字化、信息化教學方式融入傳統教學方式當中，是信息化教學改革的重要現代科學技術手段。增強現實技術融合傳統教學出版物應用于課堂教學，是教學改革發展的重要趨勢。可以將學習內容匯編為圖書、報紙、期刊等各種印刷品，讓移動電子設備的攝像頭掃描這些印刷品上設計好的圖片或者標志印記，電子設備攝像頭會對二維圖片進行識別，通過電子客戶端的屏幕顯示器獲得虛擬的數字化教學內容。增強現實融合教育出版物為教師提供新的信息化教學手段，拓展課堂教學數字化內容，將2D紙質平面的知識內容變成沉浸式的3D互動知識內容，將不同學科的知識內容變成知識庫和數據庫，讓學生通過數字化實時成像方式更直觀地了解學習內容，并對學習內容全方位切合實際地理解和認知。這種促進教學模式智能化的方法轉變，改變了傳統教學過程僅通過文字或者2D圖片方式傳達的枯燥的學習過程，提高了學生學習興趣，多角度推動學生主動學習能力。

3 增強現實技術應用到教育出版中的局限性

3.1 教學資源不足的局限性

盡管增強現實技術應用到教育領域為教育帶來了很多益處，但是現有增強現實教育資源仍舊不足。目前市場上有一部分教育游戲APP、以增強現實技術為基礎制作的智能圖書或者繪本，但對于巨大的教育教學市場需求來說，增強現實教學資源非常少，并且教學內容的設計場景相對單一和局限，缺乏了解教學方法的應用型學者參與開發，目前還不能滿足大量學習者的學習需求。

3.2 技術內容的局限性

在資源開發的過程中，需要設計者對教學資源充分地了解，教學情境資源的互動內容需要更多的計算機研發人才和教育工作者合作進行開發。很多教育工作者不了解增強現實技術，甚至接觸過增強現實技術的教育工作者少之又少，更加難以開發相應的教學資源。而通過市場上的相關科技公司幫助開發移動增強現實教學資源，存在著技術內容與教學內容銜接的靈活性不足以及局限性，對開發者自身的技術水平和綜合水平的要求更高。硬件設備如VR眼鏡或者頭盔，會或多或少使人產生佩戴的眩暈感，影響學習者的視覺體驗；系統網絡性能不佳、開發速度較慢、互動效果不充分等問題都需要技術的支持。目前增強現實技術處于發展的初期，還不能完全滿足學習內容呈現的全部細節要求，需要更長的時間、更全面的技術應用到教學領域，推動教育系統的發展。

3.3 開發成本的局限性

增強現實技術應用的基本硬件需求、數字資源開發和制作以及程序編寫人員的成本都相對較高，現階段國內增強現實教育出版物數量上和類別上仍較為有限，因此增強現實技術在教育出版數字化領域的普及還有一定的困難。例如，增強現實類教育出版物在開發過程中會配套提供教育類APP，但一些舒適度高的VR眼鏡價格高達幾千元，1本AR繪本的內容模型、動畫等制作成本可高達數十萬元，因而開發成本較高，如果降低成本，教育出版數字化的效果就會大打折扣，比如運行過程出現卡頓、內容顯示質量降低、內容結構不穩定、3D模型精細度較低等。

4 推進增強現實技術應用到教育出版中的建議

4.1 重視教育出版數字化人才的培養

基于目前移動增強現實教學資源相對較少，增強現實技術對教師的信息化綜合素質要求比較高，增強現實技術深入應用到教學過程中需要一系列技術支持，亟待重點培育數字內容設計以及數字技術整合的復合型人才。教育出版數字化人才培養可以采用項目實踐的教學模式，讓學生通過多看、多聽、多操作的方式，將理論與實際相互結合。例如，選擇一門數字繪本教育案例，學生以完成案例為路線進行應用技術的理論學習和實踐操作，收集參考圖片和素材，應用3Ds max、Maya、C4D等三維數字建模軟件對圖片素材進行數字模型制作，通過引擎軟件Unity 3D進行編程開發，生成可執行文件，學習者可以應用智能移動客戶端掃描生成的Mark觀看3D數字繪本項目成果。完善針對數字教育人才的激勵制度，結合項目資金和資源分配，鼓勵培養對象到行業或者專門的培訓機構進行技能提升。對于優秀的數字教育人才要提供重點支持，將其作為教育重點資助人才培養。高校也可以和企業進行合作，讓數字出版人才實現特定人才培養，充分吸收多學科的方法和理念，結合業界和學界聯合培養數字出版人才。

4.2 創新內容形式，完善教育出版實際需求

利用增強現實技術，創新內容形式，使教育出版內容形成趣味知識傳遞，給學習者帶來新鮮感。虛擬數字化出版方式誕生新型知識傳播方法，突破傳統出版方式的教育模式，滿足學習者需求，打造大量的數字資源。以找準教育對象以及教育內容為出發點，剖析、整合、創新、完善教育出版內容，貼近學習者需求。通過掃描二維平面的圖案或者標記進行識別和計算，讓學習者可以獲得獨特和個性化教學內容，數字內容可以多形象、多元化地呈現出來，幫助學習者對知識的理解和記憶，提高學習興趣和注意力。比如，在臨床醫學領域的教學環境中，設計增強現實臨床醫學教學輔助APP，讓學生在虛擬場景中全方位地觀摩、學習、操作臨床知識，包括觀察和解剖人體器官，提高臨床熟練程度，體驗不一樣的教育形式。

4.3 加強教育資源與技術的融合實現增值

數字化的教育資源出版內容與增強現實技術融合，可豐富教育信息資源，實現高附加值。隨著創意經濟時代數字媒體技術的不斷發展，學生在學習和掌握專業技能的過程中，越來越傾向于電子與紙質結合的學習方式，電子閱讀學習時間的比重越來越大于紙質閱讀，教育內容和形式也趨于多樣化。設計優秀的數字媒體教材，并應用于教學過程，可以組織數字媒體相關企業導師和有經驗的教師自編教材，根據行業動態實時修訂，保證專業核心課程內容技術和成果與行業對接。相對于傳統意義的單一模式來說，教育數字出版內容可以通過不同的傳遞渠道交叉傳遞信息，形成復合型模式環境，構建高效個性化交互式課堂。例如，運用增強現實技術進行生物、化學、物理等危險以及不可控的實驗環境模擬，虛擬實驗包含操作的每個步驟和實驗過程所需要的工具，以及文字說明，訓練實驗操作技能。應用增強現實技術與實驗環境融合的虛擬場景，避免因為危險環境以及場地人數限制產生環境的破壞或者人員傷亡，使學生在虛擬場景中模擬實驗，應用虛擬設備訓練，提升實驗設備或裝置的代入感，零風險、低成本地提高訓練效果，提升學生的實驗操作技能。

4.4 創新教育出版產業鏈環節的經營模式

積極探索教育出版產業鏈環節盈利模式和商業模式，把握國家政策導向，推動出版產業與教育資源的整合業務開發，以及教育數字出版行業的可持續發展。國家新聞出版署發布并于2019年7月開始實施《出版物AR技術應用規范》，對于有一定影響力的出版社，應該融合教育資源以及技術部門，合作推進增強現實技術在教育數字出版中的應用，通過第三方電商平臺、出版方自建數字平臺進行推廣發行，構建自媒體時代新型產業合作關系網絡。完善售后服務，對于出版的媒體內容應該有專門的維護和升級功能，保證隨著教育發展過程知識點的變化進行更新；轉換更加合理的閱讀操作模式，提升閱讀體驗，完善管理水平，增加增強現實數字出版物的市場競爭力。

5 結語

目前國內教育出版數字化領域應用增強現實技術還處于發展初期，還存在著交互內容局限性以及呈現的數字素材相對較少的問題，但是應用增強現實技術對于教育數字出版教學和學生學習效率以及興趣的提高有很大幫助。增強現實技術還處于新型技術的前沿，需要更多的復合型技術人員進行開發和創新，增強現實技術的設備更新以及技術發展將會在教育領域扮演重要角色。