黃麗達+甘廣欣+魏源良+陳燕

[摘 要] 隨著移動設(shè)備的普及，如何從移動端開展課堂教學(xué)成為高校教學(xué)研究不可忽視的內(nèi)容。在虛擬教學(xué)環(huán)境融入課堂的過程中，對學(xué)生交互體驗的研究是評價教學(xué)效果的重要指標(biāo)。本文以實踐課程為例，討論了在基于移動端和增強現(xiàn)實技術(shù)的虛擬教學(xué)環(huán)境中的交互體驗和可用性。以提高學(xué)生與虛擬現(xiàn)實課堂互動的效果。

[關(guān)鍵詞] 移動端；增強現(xiàn)實；交互體驗；課堂教學(xué)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 17. 116

[中圖分類號] G434；TP391.9 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）17- 0240- 03

0 引 言

對于高校人才培養(yǎng)來說，學(xué)生的實踐能力是重要的培養(yǎng)目標(biāo)之一。如何通過課堂教學(xué)達到理論與操作相結(jié)合的效果，是目前高校教學(xué)正在研究突破的內(nèi)容，也是現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)關(guān)注的熱點。隨著移動通信的普及，各種手持式移動設(shè)備使高校師生能夠通過互聯(lián)網(wǎng)開展教育活動，為教育資源的充分共享和知識深刻理解提供了可能。移動設(shè)備如手機、平板電腦相比傳統(tǒng)教學(xué)多媒體設(shè)備，具有自帶觸摸屏幕和無線互聯(lián)網(wǎng)連接等優(yōu)勢。此外，移動設(shè)備在師生中具有適普性，在此基礎(chǔ)上能夠簡易有效地拓展互聯(lián)網(wǎng)+課堂教學(xué)技術(shù)。本項目提出應(yīng)用移動端增強現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建實踐教學(xué)課堂的仿真環(huán)境，通過使用這種混合現(xiàn)實的方法，讓學(xué)習(xí)者直觀地觀察授課教師的行為，讓教師教學(xué)操作變得透明。通過完成該實踐課程，進行問卷調(diào)查，研究課程參與學(xué)生在教學(xué)環(huán)境中的交互體驗，測試該環(huán)境下的學(xué)習(xí)效益，提高課堂的知識轉(zhuǎn)化率，為更好地應(yīng)用移動技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)促進學(xué)生認知提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究背景

目前，移動學(xué)習(xí)和增強現(xiàn)實是國內(nèi)外教育界研究和探討的熱點。增強現(xiàn)實技術(shù)在移動手持設(shè)備上的應(yīng)用又稱為移動增強現(xiàn)實（ Mobile Augmented Reality，MAR）。Billinghurs于2002年應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)了一套兒童動態(tài)圖書，以增強現(xiàn)實的形式在書本不同章節(jié)內(nèi)容上疊加動畫。El Sayed等人于2011年開發(fā)了一款手機增強現(xiàn)實學(xué)習(xí)卡片（ARSC），能夠?qū)⒖ㄆ土Ⅲw模型相結(jié)合進行學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)效果檢驗。2012年Shelton和Hedley將增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在天文課堂教學(xué)中，進行八大行星教學(xué)實驗。增強現(xiàn)實教學(xué)技術(shù)在國內(nèi)也逐步受到研究關(guān)注。華東師范大學(xué)通過增強現(xiàn)實電子書開發(fā)案例，探討了增強現(xiàn)實在教學(xué)演示中的多種形式。北京郵電大學(xué)基于通信專業(yè)“微波技術(shù)與天線”課程，在移動教學(xué)情境下進行了增強現(xiàn)實技術(shù)的實證研究，設(shè)計實施了移動探究學(xué)習(xí)實驗，考察了該技術(shù)的應(yīng)用效果和學(xué)生對于移動學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和態(tài)度。蘇澤蔭針對移動設(shè)備硬件特征和使用環(huán)境開發(fā)了一種新型的增強現(xiàn)實技術(shù)，提高了移動設(shè)備增強現(xiàn)實實時渲染和目標(biāo)圖形匹配的效率和精準(zhǔn)度。廣西藝術(shù)學(xué)院基于移動交互技術(shù)，研究了可穿戴移動設(shè)備的界面設(shè)計和微交互模式，為進一步開發(fā)移動教學(xué)情境提供了理論指導(dǎo)。

2 研究方法

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文提出一個基于移動設(shè)備增強現(xiàn)實進行課堂教學(xué)的新型教學(xué)系統(tǒng)。授課系統(tǒng)由兩個顯示器和一個攝像頭構(gòu)成（圖1）。其中一個顯示器為移動設(shè)備多點觸摸桌面，顯示課堂交互的基本框架，另一個顯示器用于接收和顯示增強現(xiàn)實場景。攝像頭記錄教師授課實踐操作動作，經(jīng)過教師機處理，合成實時視頻與教師機操作界面，將記錄的視頻同步疊加顯示在增強現(xiàn)實顯示屏上（例如教師執(zhí)行電腦手繪時，能夠同步顯示教師繪制的手動操作和屏幕的畫面內(nèi)容）。通過整合AR和觸摸屏交互技術(shù)，學(xué)生使用移動設(shè)備同步至教師授課活動和教學(xué)內(nèi)容，并直接操控移動端顯示屏進行選擇性觀看，例如通過點擊和拖動手機觸摸屏放大縮小、暫停、回放、保存或切換直播窗口。由此實現(xiàn)教學(xué)平臺“一源多屏”的需求。在實踐課程中，應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)進行移動端教學(xué)，從而優(yōu)化師生的課堂交互體驗，并加深學(xué)生對實踐課程的理解和提高教學(xué)的互動參與程度。在這項研究中課堂使用的移動設(shè)備是蘋果的iPad 2，具有9.7英寸2048×1536分辨率的多點觸摸顯示屏，1GHz雙核處理器，和一個0.7-megapixel后置攝像頭。iOS的軟件開發(fā)支持開放源碼和第三方庫的使用，如開源計算機視覺庫，開源的圖形庫，CocoaAsyncSocket即時通信等。

2.2 交互體驗評估設(shè)計

為了評估該教學(xué)環(huán)境的交互體驗和教育效益，本文針對系統(tǒng)在教學(xué)實踐課的應(yīng)用開展了測試調(diào)研研究。研究對象為120位高等職業(yè)教育設(shè)計專業(yè)相關(guān)的學(xué)生。這120名學(xué)生中，有80人已完成畢業(yè)設(shè)計實驗課程，其他40人已完成數(shù)字媒體項目課程。本項目交互體驗研究將學(xué)生分為實驗組和對照組，每組60人，實驗組學(xué)生參與增強現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境的課堂教學(xué)，對照組參加傳統(tǒng)教學(xué)形式下的課堂教學(xué)。首先對所有學(xué)生進行教學(xué)知識預(yù)測試，對每一學(xué)生的課程實踐技能進行課前考核，接著在參與完成該新型課程環(huán)境之后，進行教學(xué)知識期終測試，與預(yù)測試的成績進行比較，對照評估移動端虛擬現(xiàn)實的可用性、可學(xué)性和交互功能，從而與傳統(tǒng)教學(xué)技術(shù)效果進行對比分析。針對參與增強現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境的學(xué)生，采用問卷形式檢驗學(xué)生在該課程環(huán)境中的使用反饋、交互體驗和系統(tǒng)可用性。評估問題主要包括以下方面：①導(dǎo)航應(yīng)用程序可用性；②APP交互難易程度；③使用觸摸屏控制增強現(xiàn)實視口的難易程度；④與增強現(xiàn)實教學(xué)交互的趣味性；⑤熟悉該教學(xué)系統(tǒng)的難易程度；⑥是否通過增強現(xiàn)實教學(xué)內(nèi)容提高了知識理解和實踐操作；⑦對增強現(xiàn)實課程環(huán)境的推廣評價。

2.3 結(jié)果分析

數(shù)據(jù)表明，參與增強現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境的實驗組中，有18.3%（11人）的學(xué)生沒有在問卷留下評論，其余81.7%（49人）的學(xué)生中，有63.3%（31人）的學(xué)生對該教學(xué)環(huán)境持有支持和肯定評價，32.7%（16人）的學(xué)生給出了評論和建議，4%（2人）的學(xué)生對該教學(xué)環(huán)境表示不支持。這一結(jié)果說明大多數(shù)的參與者在課堂采用移動端進行增強現(xiàn)實學(xué)習(xí)能夠獲得較好的交互體驗。并有絕大多數(shù)學(xué)生表示支持在今后課堂教學(xué)中引進推廣增強現(xiàn)實的教學(xué)環(huán)境，以輔助實踐類教學(xué)的學(xué)習(xí)。通過對比實驗組及對照組學(xué)生在參與教學(xué)前后的成績變化，期終測試結(jié)果顯示實驗組比對照組的成績提升幅度更高（圖2），證實了移動端學(xué)習(xí)和增強現(xiàn)實環(huán)境對實踐課程教學(xué)具有優(yōu)化作用。參與者在移動端增強現(xiàn)實的輔助下，能夠觀察教師的示范操作，深入理解授課內(nèi)容。同時，參與者的批評建議主要集中在可用性問題，例如，此類實踐課程仍然處于起步階段，依然有待改進以提高可用性、師生間的互動方式以及移動端增強現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用潛力。

3 結(jié) 語

本研究提出了一個教育平臺，集成了增強現(xiàn)實功能和移動交互功能，使學(xué)習(xí)者的移動設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)直接與教師操作界面連結(jié)，提供了互動的可視化學(xué)習(xí)環(huán)境。結(jié)果表明，本次實踐授課無論在技術(shù)層面還是在理論層面都取得了一定的收獲。相比傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境，學(xué)生在增強現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境中能夠更有效地提高知識理解能力和互動水平。同時，該系統(tǒng)的交互效果理想，交互體驗較好，能夠完成大多數(shù)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)需求。

本項目是基于移動端增強現(xiàn)實教學(xué)的一次交互體驗測試研究。相對于目前的大型增強現(xiàn)實設(shè)備來說，本文提出的移動端增強現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境對高校更具有普適性。通過移動端完成師生教學(xué)同步，能夠避免傳統(tǒng)實驗室級別對虛擬教學(xué)的硬件和軟件的過高需求；同時，移動端的用戶入口能夠更易于為學(xué)生提供隨時隨地的學(xué)習(xí)機會，能夠分享、收藏和對教學(xué)內(nèi)容進行評價反饋，擴大教學(xué)內(nèi)容的共享范圍。此外，增強現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境可以集成教師的多方位操作演示，進一步給學(xué)習(xí)者提供身臨其境的混合現(xiàn)實的經(jīng)驗，提高他們的交互體驗感受。移動增強現(xiàn)實技術(shù)的實用性和交互性是其在教學(xué)應(yīng)用方面獨特的優(yōu)勢，將會成為互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)的重要組成部分。

主要參考文獻

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