賀熙 王錦 張旻旸

摘 要：伴隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷深入。然而職業(yè)教育領(lǐng)域之于AR技術(shù)卻仍是一片尚未廣泛開墾的處女地。為了改善這一現(xiàn)狀，文章通過對AR技術(shù)特性的分析，找到了其在職業(yè)技術(shù)教育中的應(yīng)用價值，并在此基礎(chǔ)上從教育資源、師資建設(shè)及AR教育“政、產(chǎn)、學(xué)、研”產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建等方面提出了相應(yīng)的發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：職業(yè)教育；增強現(xiàn)實；教育應(yīng)用

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）18-0028-04

一、背景

2016年，伴隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)飛速發(fā)展的浪潮，增強現(xiàn)實技術(shù)也變得日趨成熟并為大眾所知。增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR）技術(shù)在游戲、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用所獲得的良好效果，讓人們開始思考是否能夠?qū)⑵涓玫貞?yīng)用于教育領(lǐng)域。

同年，新媒體聯(lián)盟出版的《地平線報告》將增強現(xiàn)實技術(shù)列為在未來2至3年內(nèi)會對教育教學(xué)產(chǎn)生重要影響的技術(shù)[1]。

雖然增強現(xiàn)實技術(shù)從出現(xiàn)至今已有將近30年的歷史，然而其在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用卻僅局限于早教和青少年教育領(lǐng)域。職業(yè)技術(shù)教育因其獨特的教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)目標，實際上是增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的一片肥沃土壤，如何促進AR技術(shù)與職業(yè)技術(shù)教育深度融合，使之更好地為實現(xiàn)職業(yè)院校數(shù)字校園服務(wù)、豐富教學(xué)形式、提高教學(xué)質(zhì)量，就顯得尤為重要。本文試圖通過對增強現(xiàn)實技術(shù)的基本概念、在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析，明晰增強現(xiàn)實技術(shù)在職業(yè)教育領(lǐng)域中應(yīng)用的邏輯價值，探索其未來進一步的應(yīng)用策略。

二、增強現(xiàn)實技術(shù)概述

1.增強現(xiàn)實技術(shù)的緣起和定義

1990年，波音公司為了提高機械師的工作效率，設(shè)計了一個能夠?qū)⒑唵尉€條繪制的布線路徑和文字提示信息實時疊加在機械師視野中的系統(tǒng)，幫助機械師完成復(fù)雜的機械拆卸工作，減少出錯，從而最早提出了增強現(xiàn)實概念[2]。1994年，Milgram、Takemura、Utsumi和Kishino對AR從廣義和狹義兩個角度進行了定義：廣義上講AR被定義為“用模擬線索增強自然場景并反饋給操作者”；從狹義角度來看，AR被定義為“是一種參與者戴著透明的頭盔顯示器以清晰看到真實世界的虛擬現(xiàn)實的形式” [3]。

隨著信息技術(shù)的進步，各類傳感器及反饋設(shè)備都變得更加精準、更加智能化。同時，智能手機和平板電腦的功能也日益強大，且在大眾中廣泛普及，這使得增強現(xiàn)實技術(shù)無論在軟件開發(fā)還是硬件設(shè)計方面的發(fā)展都有了強有力的技術(shù)保證。

2.增強現(xiàn)實技術(shù)的特征

1997年HRL實驗室的 Ronald Azuma給出了增強現(xiàn)實的三大技術(shù)特征：虛實結(jié)合、實時互動、三維注冊（又稱配準、匹配或?qū)剩4]。

（1）虛實結(jié)合

虛實結(jié)合是指AR的情景特征——AR能夠通過技術(shù)手段將虛擬對象投射到現(xiàn)實世界之中，實現(xiàn)對現(xiàn)實世界中聲、光、物、形的增強。在職業(yè)技術(shù)教育中，AR技術(shù)的應(yīng)用可以為職業(yè)技術(shù)院校的學(xué)生創(chuàng)設(shè)虛實結(jié)合的學(xué)習(xí)情境，增強學(xué)習(xí)者視覺、聽覺、觸覺等觀感的體驗。這種多元化的感官刺激可以促進學(xué)生對知識更加直觀、深入的認識。

（2）實時交互

實時交互是指AR的操作特征——利用AR技術(shù)，能夠使傳統(tǒng)的人機交互更加深入、更加高級。目前的AR技術(shù)，不再局限于通過屏幕在真實情景基礎(chǔ)上疊加3D虛擬圖像，而是通過可穿戴設(shè)備、多種傳感設(shè)備與用戶產(chǎn)生交互。這種交互融合了真實的情境，更加逼真、自然，能夠使學(xué)習(xí)者更加深入地投入學(xué)習(xí)之中。同時，這種實時交互能及時對學(xué)生的行為作出反饋，使得學(xué)生在實踐操作中得到及時正確的指導(dǎo)，提高了學(xué)習(xí)效率，增強了學(xué)習(xí)效果。

（3）三維配準

三維配準是指AR的顯示特征——AR技術(shù)能夠?qū)μ摂M的物體進行3D顯示。通過計算機系統(tǒng)對實時環(huán)境信息進行識別，準確地將虛擬物體投射在顯示設(shè)備或真實情境中。這種三維配準，可以使被顯示物體與環(huán)境近乎真實的融合，符合物理學(xué)以及人的視覺規(guī)律，并且根據(jù)顯示設(shè)備位置的改變或?qū)W生手勢的操作而產(chǎn)生相應(yīng)的位置、角度變化。這一特性契合了職業(yè)院校學(xué)生喜歡直觀感受、樂于與學(xué)習(xí)對象產(chǎn)生交互這一特點，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并很好地維持了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，實現(xiàn)了深層次的意義建構(gòu)。

這些技術(shù)可以在現(xiàn)實情境下生成虛擬物體以增強現(xiàn)實。因此，當我們在職業(yè)技術(shù)教育教學(xué)中遇到具有較高成本、對條件保障有較高要求、高危險性、有污染、不可及等特點的設(shè)備、實驗、系統(tǒng)等教學(xué)場景時，則可以采用增強現(xiàn)實技術(shù)輔助教學(xué)，從而達到更高的教學(xué)效率，實現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

三、應(yīng)用現(xiàn)狀

通過閱讀并整理相關(guān)文獻我們不難發(fā)現(xiàn)，當前我國增強現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在幼兒教育與青少年教育階段，以4D認知卡、AR圖書、AR游戲等產(chǎn)品形式出現(xiàn)[5]，娛樂價值遠高于教育價值。在職業(yè)技術(shù)教育方面，AR技術(shù)的應(yīng)用尚局限于理論層面，實際的結(jié)合相當匱乏。

當前，AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要有以下兩類：基于位置的AR教學(xué)模式、基于學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)模式[6]。

1.基于位置的AR教學(xué)模式

這種教學(xué)模式重視學(xué)生與真實地理位置的交互，當學(xué)生攜帶AR設(shè)備移動時，系統(tǒng)會對學(xué)生進行實時的GPS定位。當學(xué)生移動到某一位置，并觸發(fā)了此處的任務(wù)指令時，需要根據(jù)任務(wù)指令做出反應(yīng)，完成此處的學(xué)習(xí)任務(wù)。通過完成多個位置的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生最終可以在由AR構(gòu)建的近似于實景的學(xué)習(xí)環(huán)境中完成知識框架的建構(gòu)。這種學(xué)習(xí)方式與現(xiàn)實情境緊密結(jié)合，為學(xué)生帶來身臨其境的真實感。

2.基于學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)模式

這種教學(xué)模式常常將問題解決和學(xué)習(xí)游戲結(jié)合起來，是目前學(xué)生最樂于接受的一種教學(xué)模式。以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)，可以鍛煉學(xué)生解決問題和知識遷移的能力。以游戲為外在形式的學(xué)習(xí)充滿娛樂性及趣味性，通過小組成員之間共同完成任務(wù)，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神、領(lǐng)導(dǎo)力、責任感、奉獻精神等；同時，小組成員的不同分工，可以充分考慮到不同學(xué)生的個性特點和能力差別；以游戲為載體，通過關(guān)卡的設(shè)置、小組間的競爭，學(xué)生們的好奇心和好勝心得以激發(fā)，會更加積極主動地參與到學(xué)習(xí)中來?；趯W(xué)習(xí)任務(wù)的AR教學(xué)，可以使學(xué)生在完成任務(wù)后獲得成就感與榮譽感，實現(xiàn)學(xué)生的自我激勵、自我認同。

四、應(yīng)用優(yōu)勢

事實上增強現(xiàn)實技術(shù)虛實結(jié)合、實時交互、三維配準的技術(shù)特征與職業(yè)技術(shù)教育獨特的教學(xué)內(nèi)容、人才培養(yǎng)目標、課程設(shè)置有著極高的契合度，增強現(xiàn)實技術(shù)在職教領(lǐng)域有著極高的應(yīng)用價值。

1.增強學(xué)習(xí)臨場感，提高學(xué)習(xí)參與度

從AR技術(shù)所具有的特性來看，它可以將人類肉眼無法看到的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及較為抽象的立體幾何圖形在真實情境下清晰地展現(xiàn)出來。例如，汽車專業(yè)為學(xué)生講解曲軸連桿的工作原理，電子專業(yè)為學(xué)生展示電磁場、電流在電路中的走向時，通過增強現(xiàn)實技術(shù)的展示，可以讓學(xué)生更好地理解事物運行的原理。同時，通過學(xué)習(xí)者的手勢操作、位置變化等改變，AR技術(shù)所呈現(xiàn)出的三維物體也會與之發(fā)生交互，并伴隨著指令的變化給出不同的反饋。這些反饋均符合視覺成像、重力學(xué)等原理，使學(xué)習(xí)者可以從多個角度觀察物體，對物體產(chǎn)生更全面的認識。通過可穿戴設(shè)備及各類感官反饋，學(xué)生可真實地體會到實際操作的感覺，如體驗真實焊接的效果。以上這些技術(shù)特性可以極大地提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的臨場感，使得學(xué)習(xí)者產(chǎn)生身臨其境的感覺，有助于改善職業(yè)技術(shù)院校學(xué)生對理論學(xué)習(xí)不感興趣而又缺乏相應(yīng)實驗條件來提供實景學(xué)習(xí)體驗的窘境。另外，這種實時互動的教學(xué)模式，確立了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，增強其參與感，更好地激發(fā)了學(xué)習(xí)動機，保持了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.增加實踐機會，鍛煉動手能力

在AR技術(shù)的支持下所構(gòu)建的虛實結(jié)合、實時交互的實訓(xùn)情境，可以為學(xué)生提供近似于真實設(shè)備的操作體驗。AR技術(shù)與實訓(xùn)結(jié)合，有效地解決了一些裝置設(shè)備具有危險性、成本過高、無法演示內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理等問題，為學(xué)生提供了更多實踐操作的機會，更好地鍛煉了學(xué)生的操作技能。在實際操作中，AR技術(shù)可以為實驗設(shè)備、實驗步驟等進行疊加注解，使學(xué)生方便、清晰地獲取所需信息；通過各類傳感技術(shù)，增強現(xiàn)實可穿戴設(shè)備可以對學(xué)生的錯誤操作、不規(guī)范操作進行識別、報警并提示正確的操作方法，使學(xué)生能夠更高質(zhì)量地完成實訓(xùn)任務(wù)。AR技術(shù)與實訓(xùn)的結(jié)合，增加了學(xué)生動手實踐的機會，且能在實際操作的過程中學(xué)會相關(guān)知識，體現(xiàn)了“動手動腦、全面發(fā)展”的教育理念。

3.促進職業(yè)教育普及，推動終身職業(yè)教育

我國已進入中國特色社會主義新時代，各行各業(yè)對于專業(yè)型人才的需要越來越高，這為職業(yè)技術(shù)教育帶來全新的挑戰(zhàn)與機遇。目前職業(yè)教育主要集中在職業(yè)院校的學(xué)習(xí)、企業(yè)培訓(xùn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道組織集中學(xué)習(xí)等形式。由于時間、地點等限制，許多人沒有條件接受統(tǒng)一的、由專家教師統(tǒng)一授課的職業(yè)教育，從而失去了繼續(xù)學(xué)習(xí)的機會。AR技術(shù)最初產(chǎn)生的目的便是提升波音公司機械師的職業(yè)技能，它與職業(yè)教育的融合，使職業(yè)教育不再受時間、環(huán)境等條件限制，使每個人可以根據(jù)自己的需求制定學(xué)習(xí)計劃，隨時隨地接受職業(yè)再教育。人們可以購置相關(guān)在線課程及配套設(shè)備，利用碎片化的業(yè)余時間進行學(xué)習(xí)。系統(tǒng)會在用戶家中、辦公室等真實情境中疊加3D虛擬圖像，通過各種傳感系統(tǒng)及反饋系統(tǒng)對用戶進行講解和指導(dǎo)，以此來訓(xùn)練用戶的職業(yè)技能，提升其就業(yè)競爭力。

在人生的不同時期，我們對職業(yè)技能的訴求都有所不同。為了滿足這種訴求，我們就需要接受終身化的職業(yè)教育。AR技術(shù)以其不受時間、地點、資源等條件限制以及可私人訂制的特點，能夠滿足任何年齡、任何職業(yè)的人接受繼續(xù)職業(yè)教育，使他們不斷提升職業(yè)技能、發(fā)展和完善自我，實現(xiàn)職業(yè)教育的終身化學(xué)習(xí)。

五、發(fā)展策略

1.促進AR技術(shù)與職業(yè)技術(shù)教育的深度融合

目前，AR技術(shù)在教育方面的應(yīng)用多面向幼兒教育和青少年教育開展，且多是簡單的、增強教學(xué)娛樂性的物理疊加，如4D認知卡、AR圖書等，尚未實現(xiàn)與教育的深度融合。而在我國面向職業(yè)技術(shù)教育方面的實際應(yīng)用又相當匱乏，因此，促進AR技術(shù)與職業(yè)技術(shù)教育的深度融合勢在必行。

這種深度融合，不僅僅是借助簡單的顯示設(shè)備在視覺上呈現(xiàn)一個更加直觀的效果，增強學(xué)習(xí)的娛樂性，從而達到吸引學(xué)生注意力、提升學(xué)生積極性的目的。這種深度融合，是借助可穿戴設(shè)備（如AR眼鏡、數(shù)據(jù)手套、3D手柄等）、各類傳感技術(shù)（視覺傳感，眼球追蹤，聲、光、觸覺傳感等）、在線云端數(shù)據(jù)分析技術(shù)、情感計算、人工智能科技以及相關(guān)教育學(xué)、心理學(xué)知識[7]，構(gòu)成一套智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，依據(jù)每個學(xué)生的實際情況私人訂制最適合其本身的學(xué)習(xí)方案。這種私人訂制的方案，不僅滿足了學(xué)生課上的需求，同時也支持學(xué)生在課余時間隨時隨地練習(xí)，實現(xiàn)泛在學(xué)習(xí)。

2.重視教學(xué)資源的開發(fā)

目前在我國職業(yè)技術(shù)教育中無法深入應(yīng)用AR技術(shù)的原因之一便是教學(xué)資源的稀缺。以往的職業(yè)教育中，在課程的開展中往往采用以教師為中心的“個體—接受型”“群體—接受型”課堂[8]。但是由于職業(yè)院校的學(xué)生大多存在知識背景較差、對學(xué)習(xí)沒有足夠的熱情、課堂紀律性差、沒有自信心等特點。因此，在基于AR技術(shù)的職業(yè)教育資源開發(fā)的過程中，我們要遵循教育規(guī)律、符合教學(xué)活動設(shè)計的基本原則，將教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皞€體-探究式”“群體-探究式”等方式，能讓職教學(xué)生更加主動地參與進來，利用AR技術(shù)多感官聯(lián)動特點，對知識進行掌握和理解，并形成記憶。

尤其需要注意的是，課程開發(fā)者在課程的設(shè)計中要注意“度”的控制，防止學(xué)生將更多的注意力集中到內(nèi)容展示的外在形式上，而忽略了知識技能本身，產(chǎn)生“注意力隧道”效應(yīng)。

由于職教學(xué)校學(xué)科門類較為復(fù)雜，AR所需呈現(xiàn)的場景多種多樣，而學(xué)校的資金又十分有限，因此若能開發(fā)出一套適合多種課程、多種科目的AR教學(xué)資源，并能開發(fā)出與之配套的教材及課程，就能很好地解決這一問題。

3.注重教師培訓(xùn)

首先是讓職業(yè)院校教師從觀念上接受AR教學(xué)模式。在大多數(shù)職業(yè)院校，以往的課堂模式往往是以教師為中心，學(xué)生的互動與參與度較低，這種課堂模式不利于學(xué)生對知識技能的理解與掌握。而新型的AR教學(xué)模式使教學(xué)方法由“教師中心”逐漸轉(zhuǎn)化為“學(xué)生中心”，教師更多起到的是引導(dǎo)作用，學(xué)生動手操作實踐的機會大大增多，這使得在課堂的主導(dǎo)以及課堂紀律的維持等方面都對教師提出了更高的要求。同時，由于AR技術(shù)是新興技術(shù)，需要教師掌握計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程技術(shù)、人工智能技術(shù)以及教育心理學(xué)等多門知識技能，大大提高了對教師技術(shù)能力的要求，增加了教師的工作量。因此，在AR與職業(yè)教育結(jié)合的實施過程中，可能會遇到教師不愿配合的阻力。因此，轉(zhuǎn)變教師觀念，讓其接受并樂于踐行“AR技術(shù)進課堂”活動就顯得尤為重要。

其次是相關(guān)部門應(yīng)定期組織職業(yè)學(xué)校教師參與AR技能培訓(xùn)，使之掌握教學(xué)過程中所需的技術(shù)，以免在課堂上當設(shè)備出現(xiàn)問題后手足無措、無法解決，導(dǎo)致課堂癱瘓。通過對AR技術(shù)的學(xué)習(xí)，職業(yè)學(xué)校教師也可以依據(jù)實際情況自主設(shè)計研發(fā)適合本校學(xué)生的課程，實現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

4.組建教育企業(yè)聯(lián)盟，打造AR教育產(chǎn)業(yè)鏈

政府引導(dǎo)、高校研發(fā)、企業(yè)參與、市場導(dǎo)向，通過“政、產(chǎn)、學(xué)、研”的有機結(jié)合，為AR技術(shù)深入融入職業(yè)技術(shù)教育領(lǐng)域提供了政策保障、技術(shù)支撐和運營支持。

政府部門應(yīng)積極倡導(dǎo)AR技術(shù)在職業(yè)技術(shù)教育領(lǐng)域中的推廣，通過制定相關(guān)政策、增加撥款、號召企業(yè)贊助支持等方式鼓勵各地區(qū)職業(yè)技術(shù)院校在教育教學(xué)過程中廣泛使用AR技術(shù)。要充分認識到AR技術(shù)促進職業(yè)教育教學(xué)領(lǐng)域變革的積極意義，鼓勵基于AR技術(shù)引領(lǐng)職業(yè)技術(shù)教育教學(xué)改革的方向，探索與創(chuàng)新職業(yè)教育教學(xué)新模式，為職業(yè)教育教學(xué)改革開拓新源泉[9]。

由于AR技術(shù)與職業(yè)技術(shù)教育的融合尚處于起步階段，需要強大的智力資源來推動它不斷地發(fā)展創(chuàng)新。高校在理論研究和創(chuàng)新創(chuàng)造能力方面具有巨大的優(yōu)勢，建立高校研發(fā)基地，能為AR教育提供源源不斷的技術(shù)支持。首先，高?？梢詮膰医逃l(fā)展的戰(zhàn)略高度出發(fā)，為AR技術(shù)與職業(yè)教育的融合探索新的方向，提出相關(guān)建議；其次，結(jié)合職業(yè)技術(shù)教育的實際需求，研發(fā)相應(yīng)的AR軟件系統(tǒng)及硬件可穿戴設(shè)備等；最后，指導(dǎo)AR教育示范職業(yè)院校進行改革，組織教師技能培訓(xùn)，并對AR技術(shù)在職教領(lǐng)域的實際應(yīng)用給出指導(dǎo)意見。

職業(yè)技術(shù)院校及合作企業(yè)應(yīng)準確把握職業(yè)技術(shù)教育的發(fā)展方向，為AR技術(shù)真正進入課堂提供資金保障和技術(shù)支持。企業(yè)可為職業(yè)院校提供意見和建議，以市場為導(dǎo)向與學(xué)校共同確立培養(yǎng)目標，根據(jù)課程需要和本校學(xué)生特點成立相關(guān)項目，開發(fā)相關(guān)的教學(xué)資源（如教材、軟件及配套設(shè)備），研發(fā)適合的AR課程。職業(yè)院校也可以根據(jù)企業(yè)用人需求設(shè)立AR相關(guān)專業(yè)，開設(shè)AR軟件開發(fā)、基于AR技術(shù)的建模、基于AR技術(shù)的設(shè)計等方面的課程[10]，將學(xué)生培養(yǎng)成為能很好地適應(yīng)人工智能時代的高級技術(shù)人才。為更好地解決AR技術(shù)成本較高這一問題，學(xué)校之間還可以采取多校合用設(shè)備、合用AR實訓(xùn)基地等方式解決。

六、結(jié)束語

增強現(xiàn)實技術(shù)在提高職業(yè)教育的教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生的實踐能力、促進我國職業(yè)技術(shù)教育的普及化和終身化等方面都發(fā)揮著相當重要的作用。促進AR技術(shù)與職業(yè)教育的深度融合，重視教學(xué)資源開發(fā)和師資建設(shè)，打造“政、產(chǎn)、學(xué)、研”產(chǎn)業(yè)鏈，將會使我國職業(yè)技術(shù)教育信息化發(fā)展產(chǎn)生重大變革。面對全新的發(fā)展機遇，我們應(yīng)該精準地把握職業(yè)技術(shù)教育的發(fā)展脈絡(luò)，借助AR技術(shù)等新時代信息技術(shù)，為“中國制造2025”計劃培養(yǎng)出更多、更好的具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力的高端技術(shù)技能型“大國工匠”。

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（編輯：李曉萍）