王萍

[摘要]高普及度、便攜易用的智能手持設(shè)備是能夠體現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)價(jià)值的重要平臺，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)創(chuàng)新了移動(dòng)應(yīng)用模式，為移動(dòng)學(xué)習(xí)提供了新的學(xué)習(xí)支持。文章在概述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于Hype Cycle模型與地平線報(bào)告分析，闡述了移動(dòng)學(xué)習(xí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景。分析了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的移動(dòng)學(xué)習(xí)的已有研究與應(yīng)用案例，探討了Specht的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)模式。并構(gòu)建了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)模型。

[關(guān)鍵詞]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；移動(dòng)學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)情境

[中圖分類號]G40-057 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [論文編號]1009-8097（2013）05-0005-05 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.05.001

引言

隨著智能終端技術(shù)的成熟與發(fā)展，無線寬帶網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的部署與推廣，曾經(jīng)局限于實(shí)驗(yàn)室的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開始走進(jìn)大眾生活，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開始涌現(xiàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用和人機(jī)交互技術(shù)，通過將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)環(huán)境中，使真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在，呈現(xiàn)給使用者一個(gè)感官效果真實(shí)的新環(huán)境。

高普及度、便攜易用的手持設(shè)備如智能手機(jī)等，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的小型化和便攜化，是最能體現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)價(jià)值的平臺之一，將大大拓展和深化增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用的廣度和深度。在近年新媒體聯(lián)盟（New Media Consortium，NMC）發(fā)布的地平線報(bào)告中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和移動(dòng)技術(shù)多次被列為具有潛力的關(guān)鍵技術(shù)，在教育領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)撃?，將對教學(xué)、學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性表達(dá)產(chǎn)生積極的重大影響。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供情境性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為移動(dòng)學(xué)習(xí)提供了新的交互方式和學(xué)習(xí)情境，更好地符合了學(xué)習(xí)者隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)的泛在學(xué)習(xí)目標(biāo)。如何有效地將其應(yīng)用到學(xué)習(xí)領(lǐng)域，為用戶提供學(xué)習(xí)支持，需要我們的深入研究和思考。

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究涉及多學(xué)科背景，包括計(jì)算機(jī)圖形處理、人機(jī)交互、信息三維可視化、新型顯示器、傳感器設(shè)計(jì)、無線網(wǎng)絡(luò)等。我們對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)從多個(gè)角度進(jìn)行了綜合分析，如圖1所示。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的工作原理與傳統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相同，基本流程為：（1）獲取場景信息；（2）對傳感器獲取的信息進(jìn)行分析處理；（3）生成虛擬圖像；（4）三維顯示。相對于傳統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一般不需要顯示完整的場景，但需要實(shí)時(shí)地分析處理大量傳感器數(shù)據(jù)和虛擬信息，以進(jìn)行精確的三維注冊，所以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有特定的軟硬件平臺支持和關(guān)鍵技術(shù)支撐。與傳統(tǒng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相比，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)創(chuàng)新了移動(dòng)應(yīng)用模式，具有增強(qiáng)、移動(dòng)、整合、開放等特征。

1.硬件系統(tǒng)

（1）處理器系統(tǒng)——持續(xù)計(jì)算能力

處理器系統(tǒng)用于提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的計(jì)算能力，是評價(jià)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端性能的重要參數(shù)，主要包括CPU和GPU。當(dāng)前智能手機(jī)的CPU已發(fā)展為多核處理器，以高速頻率保證高運(yùn)算要求。同時(shí)隨著應(yīng)用程序的豐富，智能終端需要處理復(fù)雜的圖像任務(wù)，在硬件上引入了GPU負(fù)責(zé)圖形顯示功能的處理，系統(tǒng)性能得到極大提高。

（2）顯示系統(tǒng)——采集顯示能力

顯示系統(tǒng)主要提供智能終端的采集顯示能力，包括顯示屏幕、攝像頭等，是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的重要設(shè)備。當(dāng)前智能終端的顯示屏幕基本在3.5英寸以上，屏幕色彩度日益提高，分辨率逐漸增強(qiáng)。終端攝像頭分辨率通常達(dá)到百萬級別至千萬級別，可以拍攝和錄制高清晰度影像。

（3）傳感器系統(tǒng)——狀態(tài)感知能力

傳感器系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的必要支持。當(dāng)前，豐富的傳感器設(shè)備已經(jīng)成為智能手機(jī)的重要組成部分，如GPS、電子羅盤、加速計(jì)、陀螺儀、重力感應(yīng)器、位移傳感器、光線感應(yīng)器等。傳感器系統(tǒng)使手機(jī)變得越來越智慧化，向著情境感知的方向發(fā)展，增強(qiáng)了手機(jī)體驗(yàn)感和用戶互動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的有力支持。

（4）交互系統(tǒng)——人機(jī)互動(dòng)能力

交互系統(tǒng)是影響增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)體驗(yàn)的主要手段。當(dāng)前智能手機(jī)采用觸摸屏交互、語音交互等交互方式，在人機(jī)操作關(guān)系上產(chǎn)生了很大的變革，可以通過多通道與計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息進(jìn)行交互式反應(yīng)，使用戶更自然地融入到場景中去，具有更新鮮的體驗(yàn)感。

（5）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——通信傳輸能力

無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是移動(dòng)服務(wù)的支撐技術(shù)。在一些增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中需要通過遠(yuǎn)程服務(wù)器來存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)信息，某些數(shù)據(jù)處理也要通過遠(yuǎn)程服務(wù)器來完成。3G等無線通信技術(shù)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的發(fā)展提供了網(wǎng)絡(luò)帶寬等支持。

2.軟件系統(tǒng)

（1）目標(biāo)識別算法

目標(biāo)識別指在相關(guān)場景中找到給定的目標(biāo)物體，并對其進(jìn)行標(biāo)記。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜移動(dòng)場景中的實(shí)時(shí)目標(biāo)識別，如可采用多特征如色彩、紋理、輪廓融合的方式對復(fù)雜場景進(jìn)行特征提取和識別。

（2）跟蹤注冊算法

跟蹤注冊算法將虛擬物體合并到真實(shí)空間中的準(zhǔn)確位置。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤手機(jī)在真實(shí)場景中的位置及姿態(tài)，并根據(jù)這些信息計(jì)算出虛擬物體在圖像中的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、魯棒、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的跟蹤，保證虛擬物體畫面與真實(shí)場景畫面精準(zhǔn)匹配。

（3）三維圖形渲染算法

通過三維圖形建模和渲染算法處理，在真實(shí)環(huán)境中疊加有增強(qiáng)顯示效果的三維物體，進(jìn)行逼真顯示，幫助用戶對環(huán)境的理解。

3.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的類型

從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在跟蹤注冊技術(shù)采用的不同方法角度來分析，可以將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)分為基于標(biāo)記的和無標(biāo)記的兩類?；跇?biāo)記的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是指通過特定的標(biāo)記或圖案供系統(tǒng)辨識，使用計(jì)算機(jī)視覺方法識別出這些標(biāo)志物，從而計(jì)算出攝像機(jī)相對于標(biāo)志物的位置和方向，再據(jù)此計(jì)算出虛擬物體應(yīng)該放置的位置和方向。在無標(biāo)記增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，真實(shí)環(huán)境的任何一部分都能被用作一個(gè)可跟蹤的目標(biāo)，通過攝像頭捕捉現(xiàn)實(shí)世界的圖像，然后在顯示屏的圖像上疊加文本、鏈接或其他對象實(shí)體，構(gòu)建一個(gè)新的三維圖形模型。二移動(dòng)學(xué)習(xí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的研究與發(fā)展分析

對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究屬于教育新技術(shù)研究的范疇，目標(biāo)是通過技術(shù)研究，探索技術(shù)在教與學(xué)中的應(yīng)用模式。本節(jié)基于Hype Cycle模型與地平線報(bào)告研究，分析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教育中的應(yīng)用發(fā)展與前景。

1.Hy]pe Cycle模型分析

（1）Hype Cycle模型與教育技術(shù)

Hype Cycle（發(fā)展規(guī)律周期）模型是由Gartner提出的一個(gè)應(yīng)用廣泛的發(fā)展周期預(yù)測模型，模型描述了一項(xiàng)技術(shù)從誕生到成熟，再到廣泛應(yīng)用的過程，如圖2所示。模型指出，技術(shù)的發(fā)展過程通常有以下規(guī)律：首先是起步上升期和快速發(fā)展期，這兩個(gè)時(shí)期主要是理論研究階段，新的技術(shù)理論從出現(xiàn)到快速成長，理論突破頻繁。到了快速發(fā)展期的頂端，基礎(chǔ)理論基本成熟，理論探索空問縮小。而此時(shí)該項(xiàng)技術(shù)在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用尚未成熟，缺乏成熟的應(yīng)用模式，因此新技術(shù)受關(guān)注程度進(jìn)入下降期。隨著新技術(shù)應(yīng)用模式的不斷創(chuàng)新，該項(xiàng)技術(shù)的受關(guān)注程度將再次增加，并將其帶入一個(gè)持續(xù)發(fā)展的爬坡期。隨著技術(shù)應(yīng)用模式的成熟，進(jìn)入穩(wěn)定應(yīng)用期。

教育技術(shù)關(guān)注技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用，Hype Cycle發(fā)展周期模型對技術(shù)演進(jìn)的分析，有助于我們對技術(shù)教學(xué)應(yīng)用的研究。在教育技術(shù)研究中，教育新技術(shù)研究是前瞻性研究，它有助于我們探索教育技術(shù)未來發(fā)展的方向，幫助我們研究新技術(shù)，預(yù)見新技術(shù)在教育領(lǐng)域中的發(fā)展。技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用研究是核心研究，是教育技術(shù)的目的。需要在對新技術(shù)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)其在教學(xué)中的應(yīng)用，通過技術(shù)在教育中的應(yīng)用體現(xiàn)和提升其價(jià)值。表1和圖2分析了技術(shù)發(fā)展周期模型與教育技術(shù)研究各個(gè)階段的關(guān)系。

（2）基于Hype Cycle模型的移動(dòng)學(xué)習(xí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)分析

我們綜合分析了Gartner最新提出的關(guān)于教育、新型技術(shù)、情境感知、人機(jī)交互等領(lǐng)域的分析，對其中與移動(dòng)學(xué)習(xí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、移動(dòng)應(yīng)用等相關(guān)的項(xiàng)目進(jìn)行了分析，作出圖3分析。

由圖3中各項(xiàng)技術(shù)所處的發(fā)展階段，得到如下分析結(jié)果：

●增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：處于快速發(fā)展階段末期，理論研究逐步成熟，但在行業(yè)上的應(yīng)用尚未成熟，需要進(jìn)一步探索技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用模式。

●移動(dòng)學(xué)習(xí)：Gartner將移動(dòng)學(xué)習(xí)分為了兩類，一類為低階（Low-range/Midrange）手持設(shè)備，一類為智能終端設(shè)備。兩類移動(dòng)學(xué)習(xí)當(dāng)前都尚處于應(yīng)用模式探索階段。

●移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)：與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)的移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)研究，如位置服務(wù)應(yīng)用、移動(dòng)開發(fā)平臺等，技術(shù)相對成熟，已經(jīng)具有相關(guān)的應(yīng)用模式，處于技術(shù)的穩(wěn)定應(yīng)用期。

●情境感知：情境感知是與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)密切相關(guān)的一個(gè)研究領(lǐng)域，當(dāng)前主要處于理論研究的快速發(fā)展時(shí)期。

2.地平線報(bào)告分析

我們對新媒體聯(lián)盟歷年發(fā)布的地平線報(bào)告中，與移動(dòng)學(xué)習(xí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)有關(guān)的項(xiàng)目進(jìn)行了分析。從2006年至今，在地平線報(bào)告中，每年都有移動(dòng)技術(shù)和移動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)的項(xiàng)目，2005、2006、2010和2011年四年的地平線報(bào)告中，也都關(guān)注了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用。

從地平線報(bào)告分析可以發(fā)現(xiàn)，手機(jī)、移動(dòng)寬帶、移動(dòng)設(shè)備、移動(dòng)計(jì)算等技術(shù)在近年被提及的次數(shù)最多，移動(dòng)技術(shù)在教育中具有巨大的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)撃?，移?dòng)學(xué)習(xí)是教育信息化發(fā)展的重要趨勢。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)也在近年逐漸得到教育領(lǐng)域的關(guān)注。在2012年地平線報(bào)告中，與移動(dòng)學(xué)習(xí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)有關(guān)的項(xiàng)目有如下變化。首先，“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”這一項(xiàng)在2012年地平線報(bào)告中已不再出現(xiàn)。而在2011年地平線報(bào)告中排列第二位的“移動(dòng)設(shè)備”，2012年從關(guān)注硬件設(shè)備轉(zhuǎn)為關(guān)注如何通過移動(dòng)設(shè)備更好地進(jìn)行各種應(yīng)用研究。2012年提出的“移動(dòng)應(yīng)用程序”（Mobile Apps）和“平板電腦應(yīng)用”，強(qiáng)調(diào)的都是“應(yīng)用”（Tablet Computing）。2013年地平線報(bào)告中再次強(qiáng)調(diào)了“平板電腦應(yīng)用”（Tablet Computing）。分析這種變化，在于傳統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和移動(dòng)相關(guān)的理論與技術(shù)研究相對成熟，未來關(guān)注的重點(diǎn)是學(xué)習(xí)應(yīng)用模式的研究與創(chuàng)新，這與Garter的預(yù)測模型分析結(jié)果是一致的。

3.分析

基于Hype Cycle模型和地平線報(bào)告，我們分析如下：

（1）傳統(tǒng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、移動(dòng)設(shè)備、移動(dòng)計(jì)算等理論與技術(shù)已趨于發(fā)展成熟，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和移動(dòng)學(xué)習(xí)的發(fā)展提供了支持，未來將更多的關(guān)注應(yīng)用模式的創(chuàng)新研究。

（2）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在理論研究上日趨成熟，需要進(jìn)一步探索其行業(yè)應(yīng)用模式，隨著移動(dòng)學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)的發(fā)展，教育應(yīng)用將是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)和價(jià)值體現(xiàn)的重要領(lǐng)域。

（3）基于智能設(shè)備的移動(dòng)學(xué)習(xí)正處于應(yīng)用模式的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新階段，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為移動(dòng)學(xué)習(xí)提供了新的學(xué)習(xí)情境和交互方式，帶來了新的研究場景和研究思路，將有效推動(dòng)新的移動(dòng)學(xué)習(xí)模式的研究。

（4）移動(dòng)學(xué)習(xí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)二者相互融合，相互推動(dòng)，共同發(fā)展。隨著未來在情境感知等領(lǐng)域研究的發(fā)展和成熟，也將進(jìn)一步推動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用研究。

三、基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)學(xué)習(xí)分析

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)學(xué)習(xí)研究在國內(nèi)外還處于起步階段，還需要我們更多的探索。

1.研究現(xiàn)狀分析

已有研究中，學(xué)者們對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的有效性進(jìn)行了分析，指出其在多個(gè)方面的優(yōu)勢。

（1）在學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)上，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的移動(dòng)學(xué)習(xí)可以創(chuàng)建符合情境的學(xué)習(xí)環(huán)境，支持泛在的、協(xié)作的情境學(xué)習(xí)，豐富了個(gè)人學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)。

（2）在增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)上，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)促進(jìn)學(xué)習(xí)者與多種形式的情境信息進(jìn)行交互互動(dòng)，使學(xué)習(xí)信息的搜索更加便捷、學(xué)習(xí)體驗(yàn)更加真實(shí)，學(xué)習(xí)交互更加自然。

（3）在促進(jìn)學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)上，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型學(xué)習(xí)軟件在注意力保持、學(xué)習(xí)遷移方面等優(yōu)于文本型、圖文型、計(jì)算機(jī)多媒體型等類型，有助于提高學(xué)習(xí)有效性。

2.學(xué)習(xí)案例分析

當(dāng)前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用案例主要集中在泛在學(xué)習(xí)和游戲等方面。Star Walk（星空漫步）是一款典型的基于iOS系統(tǒng)的天文地理學(xué)習(xí)軟件，如圖4所示。

在使用時(shí)，當(dāng)學(xué)習(xí)者開啟Star Walk后，將攝像頭對準(zhǔn)天空，軟件將對屏幕內(nèi)的對象信息進(jìn)行分析處理，及時(shí)提供關(guān)于對象的信息，呈現(xiàn)學(xué)習(xí)對象的增強(qiáng)實(shí)時(shí)互動(dòng)三維模型，是一種即指即現(xiàn)的方式。學(xué)習(xí)者可以實(shí)時(shí)根據(jù)所處的經(jīng)緯度、時(shí)間，學(xué)習(xí)所在位置的星空圖，并可以通過“時(shí)間機(jī)器”功能，使學(xué)習(xí)者觀察過去、現(xiàn)在的星相信息。軟件通過維基百科鏈接描述天體條目的信息，并能夠設(shè)置標(biāo)簽，通過微博等社交網(wǎng)絡(luò)與其他學(xué)習(xí)者交互。Star Walk增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件拉近了學(xué)習(xí)者與星空、天文學(xué)的距離，并且使用方法簡單、界面設(shè)計(jì)美觀、功能強(qiáng)大，是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在移動(dòng)學(xué)習(xí)中應(yīng)用的成功案例。

3.Speeht的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)模式

對Star Walk學(xué)習(xí)案例進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用綜合了學(xué)習(xí)者的位置、時(shí)間、環(huán)境和社會(huì)關(guān)系等情境信息，創(chuàng)設(shè)了完善的移動(dòng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)。Marcus Speeht等提出了一個(gè)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)分析模式，如圖5所示。

模式基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的情境增強(qiáng)維度和學(xué)習(xí)目標(biāo)維度進(jìn)行分析，橫向維度分析了六種典型的移動(dòng)學(xué)習(xí)情境：獨(dú)立情境，標(biāo)識、位置、環(huán)境、關(guān)系與時(shí)間，縱向維度分析了六種不同層次的教學(xué)目標(biāo)：資源描述、探索發(fā)現(xiàn)、內(nèi)容理解、學(xué)習(xí)反思、團(tuán)體合作、行為績效。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)支持和滿足了學(xué)習(xí)對情境的要求，學(xué)習(xí)內(nèi)容由移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過感知學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情境自動(dòng)推送給學(xué)習(xí)者，并且通過情境感知和處理，增強(qiáng)和創(chuàng)設(shè)新的學(xué)習(xí)情境。不同類型的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)，能夠滿足移動(dòng)學(xué)習(xí)不同的情境需求，達(dá)到不同層次的教育目標(biāo)。如StarWalk學(xué)習(xí)應(yīng)用，基于學(xué)習(xí)者的位置情境、環(huán)境情境和時(shí)間情境，為用戶提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，將有助于學(xué)習(xí)內(nèi)容的資源描述、探索發(fā)現(xiàn)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的內(nèi)容理解與協(xié)作學(xué)習(xí)。

Specht的分析模式對我們研究基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)具有借鑒和指導(dǎo)作用，從情境信息角度設(shè)計(jì)和分析移動(dòng)學(xué)習(xí)應(yīng)用，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)完善的學(xué)習(xí)情境，將增強(qiáng)移動(dòng)學(xué)習(xí)的智能性和適應(yīng)性，有助于學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)功能的進(jìn)一步完善，是移動(dòng)學(xué)習(xí)可以深度擴(kuò)展的方向。四增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本節(jié)提出一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)模型。在前期研究中，我們曾提出了一個(gè)面向位置服務(wù)移動(dòng)學(xué)習(xí)的開發(fā)模型，在此基礎(chǔ)上，我們對前期模型進(jìn)行了擴(kuò)展和細(xì)化，新的模型不僅適用于基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)開發(fā)，也能夠?qū)Ω鞣N移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開發(fā)提供框架指導(dǎo)，如圖6所示。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)包括需求分析、功能設(shè)計(jì)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)三個(gè)模塊。在需求分析階段，要從用戶角度和資源特點(diǎn)出發(fā)，對所要開發(fā)的軟件進(jìn)行分析。并非所有的學(xué)習(xí)活動(dòng)都適用于移動(dòng)學(xué)習(xí)形式，因此，需求分析是首要步驟，目的在于判斷學(xué)習(xí)是否適合于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)類型。不恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用移動(dòng)設(shè)備不僅會(huì)造成資源上的浪費(fèi)，還可能對學(xué)習(xí)的最終效果產(chǎn)生負(fù)面作用。在功能設(shè)計(jì)階段，結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件的特點(diǎn)和移動(dòng)學(xué)習(xí)應(yīng)用模式要求，進(jìn)行媒體設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)、位置服務(wù)和社交服務(wù)設(shè)計(jì)。在技術(shù)開發(fā)階段，基于相應(yīng)的移動(dòng)平臺，進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。三個(gè)模塊對應(yīng)的層次包括系統(tǒng)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和開發(fā)層。系統(tǒng)層為手機(jī)提供底層的軟硬件支撐，包括手機(jī)硬件平臺和操作系統(tǒng)。服務(wù)層提供應(yīng)用程序開發(fā)的接口和模塊，我們將服務(wù)層進(jìn)一步細(xì)化為兩個(gè)層次：操作系統(tǒng)平臺類庫和第三方支持類庫。不同類型移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)開發(fā)涉及的功能模塊，主要在服務(wù)層提供的各種開發(fā)包的支持下實(shí)現(xiàn)。其中基礎(chǔ)服務(wù)層主要包括操作系統(tǒng)平臺類庫，如傳感器編程組件、位置服務(wù)組件等。開發(fā)服務(wù)層包括第三方支持類庫，地圖引擎，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)的相關(guān)工具開發(fā)包如ARToolKit、Layar、高通Vuforia，以及各種相關(guān)移動(dòng)開發(fā)框架等。應(yīng)用層向上為用戶提供學(xué)習(xí)應(yīng)用，向下選擇和使用服務(wù)層的相關(guān)功能。根據(jù)對移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的應(yīng)用需求、功能模塊、學(xué)習(xí)目標(biāo)等的分析，選擇適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)學(xué)習(xí)應(yīng)用模式。具體的開發(fā)結(jié)合選用的平臺，基于服務(wù)層的支持實(shí)現(xiàn)。在用戶層，學(xué)習(xí)者通過智能手機(jī)終端，使用相應(yīng)的學(xué)習(xí)軟件。

五、結(jié)束語

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域當(dāng)前還處于應(yīng)用模式的探索時(shí)期，如何將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)有效地應(yīng)用到教育與學(xué)習(xí)領(lǐng)域還需要我們持續(xù)深入的研究。下一步將對基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行研究，如如何設(shè)計(jì)新型學(xué)習(xí)資源和資源呈現(xiàn)方式，如何構(gòu)建有意義的問題情境，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，如何設(shè)計(jì)有效的移動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)等。