張康英

摘要： AR（增強現實）技術將虛擬世界的信息和真實世界的信息進行“無縫”對接，實現虛擬現實世界，用戶可以在自然的真實環(huán)境中對虛擬對象進行交互。本文主要從AR技術的概念、特點出發(fā)，探討其在基礎教育領域的應用，希望對基礎教育實踐者提供一些思考和啟發(fā)。

關鍵詞：增強現實（AR）；基礎教育；應用；教學啟示

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）12-0167-02

隨著互聯網技術的不斷發(fā)展，一些新興的技術越來越被人們熟知，VR（虛擬現實）技術則是這兩年比較流行的。VR技術通過讓用戶置身于虛擬的三維空間環(huán)境中，進行人體感官的模擬操作，用戶完全沉浸其中，是一種可視化的人機交互，因此也被推廣在教育領域，但因其成本較高、對硬件的要求較高，無法在基礎教育領域普及。北師大教育技術學院“移動學習”實驗室副主任蔡蘇博士表示，很多VR教育產品的學科教育與技術融合程度比較低，真正的學科教育專家、一線教師無法參與到VR教育課程、教育產品的開發(fā)設計中來，大大影響了VR教學的質量。[1]而AR（增強現實）技術的出現彌補了VR技術的不足，它將虛擬對象置于真實世界中，對其進行分析，產生有意義的探索?；贏R技術的交互手段給教育者提供了新的方式表達給學習對象，也對教育行業(yè)產生了巨大的影響。本文主要初探AR技術在基礎教育領域的應用，為深入研究AR與學科教育的融合做鋪墊。

1 AR技術的概念及特點

1.1 AR（增強現實）的概念

AR（增強現實）作為一種新興技術，能夠使用戶在真實環(huán)境中就能看到虛擬對象，并對其進行操作、旋轉。目前，對AR的定義有多種。MILLGRAM定義AR技術為：是一種混合現實（Mixed Reality，MR）[2]，是客觀世界的真實環(huán)境與計算機生成的虛擬環(huán)境的連續(xù)統(tǒng)一體。HRL實驗室的Ronald Azuma把增強現實定義為：虛實融合；實時交互性；三維跟蹤定位。[3]基于以上定義，AR技術并不是將虛擬世界與現實世界隔離，而是將其融合在一起，共處同一空間，使得虛擬世界的信息和現實世界的信息得到“無縫”對接，用戶可以在最自然的狀態(tài)下進行三維互動?？梢?，AR技術搭起了現實世界和虛擬世界的橋梁，讓使用者在這類融合環(huán)境中自由交互。

1.2 AR技術的應用特點

增強現實包含多種技術支撐，其技術原理復雜。其中，最主要的技術是顯示技術、跟蹤定位技術和標定技術。[4]增強現實技術提供了在一些特殊情況下難以感知的信息，并將他們立體呈現出來。其應用特點可以概括為：

1）虛實結合。它通過傳感器掃描，將其信息呈現在真實環(huán)境中，用戶可以通過眼鏡觀看，或者使用手指點擊操作，讓三維物體360無死角呈現，用戶還可根據當前任務或需要交互地改變其大小、形狀和外觀。

2）自然的實時交互。增強現實使用戶處于一種虛實相結合的真實環(huán)境中，與交互對象顯得更加真實自然。時間與空間的統(tǒng)一性，讓用戶體驗更加真實的交互感受，這樣自然的實時交互帶來的是更深層次的趣味性和角色帶入感。

3）實時跟蹤。它是三維注冊的，可根據用戶在真實空間中的位置的變化做出調整，保證人、環(huán)境、虛擬信息的同步性。

4）低成本、便捷實用性。AR技術的實現具有較低的硬件要求，在網絡終端、智能移動終端，人們只需安裝相應的AR軟件，再通過攝像頭進行掃描，便可實現增強現實交互體驗。用戶操作簡便，成本低廉，推廣度大。

2 AR技術在基礎教育領域的應用形式

AR技術迅猛發(fā)展，覆蓋領域甚廣。AR技術因其自然交互、實時性、虛實結合性等特點，既符合皮亞杰“把實驗室搬到課堂中去的設想和實踐”，又符合建構主義學習理論中關于“學習是一種真實情境的體驗”的觀點。[5]加德納的多元智能理論認為，人有智能包括言語、數理邏輯、視覺空間等九個方面，增強現實技術所創(chuàng)設的情境為學習者提供了多種能力的發(fā)展可能。因此，在上述教育理論的支持下，有關AR技術的教育產品也層出不窮。本文，作者從教與學的角度，從學生的認知角度，探討以下AR教育應用。

2.1 AR卡牌

AR卡牌通過先進的AR技術使紙質的二維卡片或者卡牌立體化呈現出來。用戶使用裝有相應AR軟件的手機、平板電腦等智能終端中的攝像頭掃描AR卡片，對應的三維模型及動畫即呈現在眼前。如圖1所示。

這類簡單的AR教育應用更適合學前兒童或者小學低年級學生，他們的注意力和認知能力有限，通過AR技術吸引學生的注意力，對其進行翻轉、縮放或者播放動畫等操作，能夠在現實場景中出現逼真的動物模型，對小學生來說尤其新穎，通過這些卡牌不僅能延長他們的注意力，更能培養(yǎng)學生的觀察和探究能力。

2.2 AR圖書

AR圖書類似于傳統(tǒng)圖書，學習者可以使用移動設備掃描圖書中的內容，一些3D動畫、視頻、聲音就會呈現出來。他可以是針對某個知識點的講解，可以是某個2D模型呈現為3D模型，還可以是互動游戲等等。它的出現，讓書本立體化，彌補了在教科書方面的缺陷，學生猶如親身體驗一般去感受書中的內容，這對孩子的認知能力有較高的提升，也改變了學生的學習方式。例如，在解析數學題型中，一款名為“教科書AR”的app能夠將書本的幾何圖形立體化，這不但增強學生的視覺空間能力，更利于解題。如圖2所示。此外，物理課中的凸透鏡成像實驗。利用AR技術，將虛擬的凸透鏡、蠟燭、光源置于真實的學習環(huán)境中，學生可以隨意移動桌面上的紙片，探索蠟燭成像的原理。

2.3 AR教育游戲

AR游戲應用于教育教學中，有多重優(yōu)勢，它可以讓學習者沉浸其中，身臨其境的探索，基于任務的游戲，基于位置的游戲，都可以提升學習者的協作能力、問題解決等能力。例如，深圳歡樂動漫股份有限公司開發(fā)的一款AR教育游戲《蛋計劃》，包括AR小故事，AR單詞，用戶只需下載APP軟件，掃描“AR龍卡”，即可進行操作。如圖3所示。此外，國內較著名的AR設計平臺有幻眼科技[6]以及視+AR[7]，使用者即使不懂編程語言，也可以通過該平臺設計屬于自己的AR作品。未來，真正的學科教育專家、一線教師可以參與到VR教育課程、教育游戲的開發(fā)設計中來，大大提高了VR教學的質量。

3 AR對教學的啟示

增強現實技術因其體現情境化教學、協作學習理論、沉浸理論和建構主義教育思想而被逐步應用于教育領域，也被越來越多的教育者所使用、開發(fā)。將AR技術用于教學，因其可視化、三維立體化特性，給學生帶來視覺沖擊，有利于激發(fā)學生的學習動機，發(fā)展學生的多元化智能。學生處于虛實相結合的空間中，交互更真實，帶來更加沉浸式的學習體驗。此外，增強現實技術的引入，使得課堂教與學的關系得到轉變，學生不再是被迫的學習知識，而是主動的學習、探究，教師則起到設計者、引導者、輔助者的作用。另外，學習者可以拾起一些碎片化的時間，利用移動智能終端設備隨時隨地的學習，拓展了學生的學習時間和空間。教師還可以利用增強現實技術游戲開展德育活動、安全教育活動，例如衛(wèi)生從我做起、消防演習等等?？傊?，將增強現實技術融合于課堂教學，學習者可以真正體驗“做中學”“玩中學”帶來的樂趣，體現其學習主體性的地位，在自主學習、互動探究、以及協作互助下完成知識的建構。

隨著AR技術的不斷深入研究，必定在基礎教育領域產生深遠的影響，同時為一線教師帶來了新的教學體驗。但無論是VR技術還是AR技術，它們都是一種教學手段，有其優(yōu)勢和局限性，我們應結合相應的教育教學理論、其他教學手段，合理的開發(fā)應用它們，同時需考慮AR過程所帶來的教育經費問題。

參考文獻：

[1] 格非兒.VR/AR技術在中小學基礎教學中的應用分析[EB/OL].[2016-6-22].http：//www.szzs360.com/news/2016/6/2016_1_zs12027.htm.

[2] Milgram P， Kishino F. A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays[J]. IEICE Transactions on Information and Systems， 1994，77（12）：1321-1329.

[3] Azuma R T.A survey of augmented reality[J].Presenee：Teleop-eratorsand Virtual Environments，1997（4）：355-385.

[4] 徐媛.增強現實技術的教學應用[J].中國遠程教育，2007（10）：68-70.

[5] 蔡蘇，王沛文，楊陽，劉恩睿.增強現實（AR）的教育應用綜述[J].遠程教育雜志，2016（5）：27-28.

[6] 幻眼科技[EB/OL].http：//www.eyesar.com/.

[7] 視+AR[EB/OL].http：//www.sightp.com/learnmore.html/.