增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用情況分析

高千茗，莊天寶

（沈陽師范大學(xué) 新聞與傳播學(xué)院，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

AR 是廣義上虛擬現(xiàn)實(shí)的加強(qiáng)版。 AR［1］通過計(jì)算機(jī)技術(shù)將虛擬的信息疊加到真實(shí)世界,真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)融合到同一個(gè)畫面中,是伴隨計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展而成長起來的一項(xiàng)技術(shù)。 AR 技術(shù)除了具備VR 技術(shù)所具備的“3I 特征”(沉浸性、交互性和構(gòu)想性)外,還可以增強(qiáng)真實(shí)世界的體驗(yàn)感,但這不是取代現(xiàn)實(shí)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步,AR 技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬。在藝術(shù)領(lǐng)域中,2013 年蛇年春晚歌曲《風(fēng)吹麥浪》的舞臺(tái)效果就運(yùn)用了AR 技術(shù),構(gòu)建出樹木、蝴蝶、金色的麥浪等自然風(fēng)光。 在情感領(lǐng)域中,日本市一公司利用“AR+GPS”技術(shù),推出“Spot message”軟件,當(dāng)用戶置身于充滿回憶的景點(diǎn)時(shí),可再現(xiàn)故人的身影。 在醫(yī)療領(lǐng)域中,微軟HoloLen 全息眼鏡應(yīng)用AR 技術(shù),可視化復(fù)雜的人體結(jié)構(gòu)。 除此之外,AR 技術(shù)在整容手術(shù)、監(jiān)測(cè)患者生命體征方面都有涉獵。

近年來,AR 技術(shù)的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大,同時(shí)教育在國家的發(fā)展中占據(jù)極高的地位,在教學(xué)中適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用AR 技術(shù),能夠顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量,具有極高的研究價(jià)值。

1 AR 技術(shù)應(yīng)用于教育的情況分析

1.1 國外AR 應(yīng)用于教育的現(xiàn)狀

1.1.1 AR 技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)

國外有多家技術(shù)公司可以提供實(shí)現(xiàn)AR 功能的支持技術(shù),AR 軟件的開發(fā)持續(xù)掀起熱潮。 Shelton 和Hedley 將AR 技術(shù)運(yùn)用到課堂教學(xué)中,進(jìn)行九大行星課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。 根據(jù)美國最新的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》,作為工具的Z Space 開發(fā)出了包含2—12 年級(jí)多門學(xué)科的課件,課件分布在6 款軟件之中,教師可采用軟件自帶課件實(shí)施教學(xué)計(jì)劃,也可創(chuàng)造性地開發(fā)新課程。 教育是發(fā)展中不可或缺的部分,將技術(shù)與教育深度融合也逐步成為開發(fā)的熱點(diǎn)方向。

1.1.2 AR 技術(shù)智能終端應(yīng)用情況

隨著AR 技術(shù)在手機(jī)和平板電腦中的應(yīng)用,國外設(shè)計(jì)了一款基于AR 的手機(jī)學(xué)習(xí)卡片(ARSC),將卡片和立體模型相結(jié)合,提供豐富的體驗(yàn)。 該工具支持在線和離線兩種不同方式的學(xué)習(xí),并可檢驗(yàn)卡片學(xué)習(xí)的效果。 國外AR 應(yīng)用于教育的現(xiàn)象逐漸增多,設(shè)計(jì)方式趨于多元化,功能開發(fā)體現(xiàn)其多樣性,進(jìn)而創(chuàng)造出適應(yīng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式的教輔工具。

1.2 國內(nèi)AR 在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.2.1 “AR+教育”CNKI 發(fā)表趨勢(shì)分析

在CNKI 資料庫以“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)+教育”和“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)+教學(xué)”為主題詞,對(duì)近10 年相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索,剔除無關(guān)的關(guān)鍵詞并篩選全部文章后,整理得知與文章相關(guān)的主題剩余640 篇。 其中學(xué)術(shù)期刊327 篇、學(xué)位論文211 篇、國內(nèi)會(huì)議8 篇、國際會(huì)議5 篇,近10 年發(fā)表趨勢(shì)如圖1 所示。

圖1 近10 年發(fā)表趨勢(shì)分析

從表1 中可以看出,2012—2016 年“AR+教育”的引用量較低,持續(xù)在相對(duì)穩(wěn)定的階段。 2016 年起出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)折點(diǎn),連續(xù)3 年引用量飛速上漲,并于2019 年達(dá)到近10 年峰值。 至2020 年引用量有所下降,2021年又逐步提升。

除分析近10 年發(fā)表的整體趨勢(shì)外,在CNKI 上對(duì)“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AND 教育”的主題分布情況進(jìn)行細(xì)致分析,其中文獻(xiàn)發(fā)表情況如圖2—3 所示。

圖2 主要主題分布

圖3 次要主題分布

由圖可知,以“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AND 教育”為主題詞搜索時(shí),相關(guān)文獻(xiàn)多以介紹AR,AR 技術(shù)為主。 隨著技術(shù)的不斷變革,近年來AR 技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,例如建筑、醫(yī)療、旅游等。 圖1 數(shù)據(jù)顯示AR 技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用發(fā)表文獻(xiàn)量處于第三的位置。

1.2.2 AR 技術(shù)對(duì)教學(xué)模式的構(gòu)建

李小平等［2］擴(kuò)展構(gòu)建了教學(xué)系統(tǒng)框架,為提升智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的教學(xué)質(zhì)量提出了一種可行的方法。 王培霖等［3］分析目前在教學(xué)中對(duì)AR 技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的需求,結(jié)合目前市場上AR 類產(chǎn)品的特點(diǎn),提出了AR 出版物應(yīng)滿足的特點(diǎn),從而真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)一體化。 “增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)+教育”核心技術(shù)在于AR 是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的進(jìn)一步深化,最終實(shí)現(xiàn)智慧教育的目標(biāo)。

2 當(dāng)前AR 研究存在的問題分析

不同于以前的新興技術(shù)工具走進(jìn)課堂,AR 的引進(jìn)有著太多的爭議。 通過文獻(xiàn)分析,當(dāng)前AR 與教育的融合主要有兩大類問題,一種是技術(shù)問題,關(guān)注的主體是AR,主要分析當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展并不能滿足“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)+教育”繪制的藍(lán)圖；另一種是教育問題,關(guān)注的主體是教育,主要分析教育教學(xué)實(shí)施前后的問題,筆者將根據(jù)這兩點(diǎn)分開總結(jié)。

2.1 技術(shù)方面

2.1.1 AR 技術(shù)分析

“人工智能+教育”對(duì)數(shù)據(jù)的采集是多方面、動(dòng)態(tài)的、及時(shí)的,包括學(xué)生課上課下的狀況、不同學(xué)科之間的狀況、人機(jī)交互時(shí)的狀況等,數(shù)據(jù)量大且范圍廣,同時(shí)還要及時(shí)進(jìn)行識(shí)別篩選。 目前來看,AR 并不能完全分析處理所有的數(shù)據(jù)。

2.1.2 技術(shù)與教育的融合問題

AR 技術(shù)與教育融合已成為現(xiàn)階段熱議的話題。教育是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),涉及領(lǐng)域?qū)拸V,包括眾多的學(xué)科知識(shí),不同學(xué)科、同一學(xué)科的不同章節(jié)都會(huì)有教學(xué)方法和教學(xué)模式的差異,同時(shí)教學(xué)過程中教師和學(xué)生的主觀因素影響較大,作為課堂助手的AR 也要進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,目前的技術(shù)也是很難達(dá)到的。

2.2 教育方面

2.2.1 學(xué)校準(zhǔn)備方面

王德宇等［4］研究了AR 技術(shù)在高校創(chuàng)客教育中的應(yīng)用,借助AR 技術(shù),將不同地點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容或研發(fā)對(duì)象,進(jìn)行異地實(shí)時(shí)交互呈現(xiàn),實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同開發(fā),甚至協(xié)同生產(chǎn)。 AR 是新興信息技術(shù),學(xué)校是否有條件更新設(shè)備對(duì)接AR 教育,是否擁有符合專業(yè)水準(zhǔn)的教師和管理者勝任AR 教育應(yīng)用,這些都是不確定的。 但現(xiàn)階段學(xué)校將AR 應(yīng)用于教育教學(xué)的方式逐步改進(jìn),從原有的投影設(shè)備到iPad、手機(jī)App,設(shè)備的優(yōu)化為教學(xué)創(chuàng)造了便利條件。

2.2.2 學(xué)生對(duì)AR 的認(rèn)同

AR 作為一種新型教學(xué)手段,可以將復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程簡單化。 通過創(chuàng)設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)室場景進(jìn)而解決教學(xué)環(huán)境受限的問題。 AR 技術(shù)雖然會(huì)創(chuàng)造一種疊加于真實(shí)情境中的環(huán)境,但實(shí)踐起來對(duì)學(xué)校的經(jīng)費(fèi)需求較高,容易出現(xiàn)受現(xiàn)實(shí)條件的制約而無法實(shí)施的情況［5］。 不僅如此,師生交互、生生交互和人機(jī)交互依舊存在差別,學(xué)生對(duì)AR 頻繁出現(xiàn)在教育教學(xué)中的適應(yīng)程度如何,低年級(jí)的學(xué)生在同AR 的交互中是否產(chǎn)生角色困惑,仍是值得關(guān)注的問題。 在大數(shù)據(jù)時(shí)代下,AR 技術(shù)是否會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)信息泄露而對(duì)個(gè)體產(chǎn)生傷害,進(jìn)而不利于學(xué)生的成長仍舊需要思考和關(guān)注。

2.3 “AR+教育”發(fā)展評(píng)述

AR 技術(shù)與課程教學(xué)的融合,在很多課程中已被證實(shí)是有效的［6］。 在應(yīng)用AR 的學(xué)習(xí)活動(dòng)中,學(xué)生分析問題、解決問題的能力有所提高,但是部分學(xué)生由于對(duì)AR 技術(shù)不熟悉,存在動(dòng)手性較弱的情況。 課程教學(xué)過程中,還存在某些不足,例如:處理AR 設(shè)備的細(xì)節(jié)問題,正確的使用方式會(huì)減少眩暈感；教師應(yīng)做好課前準(zhǔn)備,避免過多依賴媒體屬性進(jìn)行教學(xué),同時(shí)應(yīng)把握好教學(xué)進(jìn)程,講授知識(shí)的同時(shí)應(yīng)注重學(xué)生的反饋。

3 結(jié)語

AR 和教育的融合前景是光明的,但是通往智慧教育的道路是坎坷的,這需要教育工作者和技術(shù)研究者的共同努力,也需要國家和社會(huì)的支持。 教育工作者積極探索教學(xué)模式,做好學(xué)術(shù)研究,為“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)+教育”搭好框架,探索可行的教學(xué)模式。 技術(shù)研究者應(yīng)逐步加快AR 技術(shù)的研究,讓AR 可以更好地對(duì)接教育,更好地服務(wù)于教育教學(xué)。