李燁 李玉肖

摘? 要 近年來(lái)，AR技術(shù)以其沉浸式、真實(shí)性的特點(diǎn)逐漸進(jìn)入教育工作者的視野，教育領(lǐng)域?qū)R技術(shù)的研究多是集中于AR教育軟件資源方面，但在有些AR教育APP中存在重技術(shù)、輕理論的問(wèn)題。以Froggipedia為例，說(shuō)明其用于生物教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)其缺乏聲音媒體要素的問(wèn)題進(jìn)行研究探討。

關(guān)鍵詞 AR技術(shù);教育軟件;媒體元素;Froggipedia;生物實(shí)驗(yàn);信息技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）04-0110-03

0 引言

近年來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步，VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）等技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的視野，在全球掀起浪潮，受到世界各國(guó)、社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。這也使得教育研究者有更多的技術(shù)可用于教育實(shí)踐，在理論研究、教學(xué)應(yīng)用、資源建設(shè)等方面都進(jìn)行了相關(guān)探索。

AR（Augmented Reality，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）是一種將虛擬信息通過(guò)計(jì)算機(jī)與真實(shí)世界巧妙融合的技術(shù)，可增強(qiáng)人對(duì)真實(shí)世界的感知。與VR（Virtual Reality）技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)造出完全虛擬的環(huán)境、脫離現(xiàn)實(shí)環(huán)境的方式不同，AR技術(shù)是將虛擬放在現(xiàn)實(shí)中，使虛擬的事物與真實(shí)、現(xiàn)實(shí)的環(huán)境相結(jié)合，產(chǎn)生新的三維信息，并完成展示與交互的功能，繼而達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的效果。AR技術(shù)提供的沉浸式場(chǎng)景讓課堂以及線上教育的場(chǎng)景更加豐富、生動(dòng)，其交互性強(qiáng)、沉浸式體驗(yàn)等特點(diǎn)使其為學(xué)習(xí)者提供了獨(dú)特的學(xué)習(xí)體驗(yàn)并取得出色的學(xué)習(xí)效果。由于AR技術(shù)具有一定的虛擬性，使其可以完成許多有時(shí)間、地點(diǎn)、材料等方面局限性的學(xué)習(xí)任務(wù)。所以，近年來(lái)，AR在教育中的應(yīng)用軟件層出不窮，或多或少地將AR技術(shù)與學(xué)科相結(jié)合，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生了一些積極影響。

但是很少有人關(guān)注在AR技術(shù)與教育結(jié)合開(kāi)發(fā)過(guò)程中教學(xué)原理、教育理念的重要性，尤其是沒(méi)有關(guān)注多媒體元素包含與否，或者有無(wú)綜合利用多媒體元素在AR教育應(yīng)用中的影響。媒體元素（Multimedia elements）包括文本、圖形、動(dòng)畫(huà)、聲音及視像[1]。一些AR教育軟件對(duì)有無(wú)包含多媒體元素、包含了多少媒體元素這個(gè)重要的方面缺乏關(guān)注，甚至可以說(shuō)是忽視的。目前，多媒體要素在AR教育應(yīng)用中的效果影響尚缺乏實(shí)證研究。

1 AR技術(shù)在教育中的應(yīng)用與成效

AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1）革新課堂形式。情境認(rèn)知理論（Situated Cogni-tion）認(rèn)為，大多數(shù)知識(shí)都是人的活動(dòng)與情境互動(dòng)的產(chǎn)物[2]。AR技術(shù)以其沉浸式、交互性、真實(shí)性、個(gè)性化等出色、不可復(fù)制的特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)者提供接近真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，對(duì)于提高學(xué)習(xí)興趣、加深學(xué)習(xí)者記憶以及促進(jìn)對(duì)知識(shí)的理解大有益處。通過(guò)AR技術(shù)在教育中的應(yīng)用，課堂不再以教師單薄的講述為主體，而以學(xué)生親身的臨場(chǎng)體驗(yàn)為主體，對(duì)于教育而言，這無(wú)疑是革新了課堂的形式。

2）關(guān)注特殊學(xué)科。運(yùn)用AR技術(shù)可以提供接近真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，可以彌補(bǔ)一些特殊學(xué)科難以操作實(shí)驗(yàn)，單靠教師語(yǔ)言描述不能使學(xué)生準(zhǔn)確理解的問(wèn)題。比如與核相關(guān)的專業(yè)，因?yàn)楹俗陨磔椛鋸?qiáng)、危險(xiǎn)性高的特點(diǎn)，不可能有太多供學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、親身體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，而AR技術(shù)的出現(xiàn)可以彌補(bǔ)這一不足。此外，還有醫(yī)學(xué)、民航等專業(yè)，一些苛刻條件下才會(huì)出現(xiàn)的場(chǎng)景也可通過(guò)AR技術(shù)創(chuàng)設(shè)模擬出畫(huà)面逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3）節(jié)約教育成本。在一些學(xué)科的教育實(shí)驗(yàn)中，許多實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本非常高昂，并且實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量稀少，而AR技術(shù)的使用不僅能夠降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成本，還能降低一些操作的危險(xiǎn)性，也方便維護(hù)和統(tǒng)一管理。

AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀? 以“AR教育”為關(guān)鍵詞在中國(guó)知網(wǎng)上進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，并篩選“社科”類(lèi)文獻(xiàn)，共檢索出159篇，發(fā)文趨勢(shì)如圖1所示，可以看出，近幾年AR教育才走進(jìn)教育研究者的研究視野，預(yù)測(cè)2021年發(fā)文量將達(dá)到43篇?？傮w來(lái)說(shuō)，AR教育目前仍是研究熱點(diǎn)。

如圖2所示，除了關(guān)注AR技術(shù)本身之外，AR教育的研究多集中于教育游戲、教育出版、教育軟件等方面，這恰恰能夠反映近些年AR教育軟件、AR教育游戲?qū)映霾桓F，如蘋(píng)果應(yīng)用生物實(shí)驗(yàn)課軟件Froggipedia、物件拆解軟件Jig-

Space、天文探索軟件Solar等。此外，還有將AR技術(shù)與教材出版相結(jié)合，學(xué)習(xí)者通過(guò)掃描教材配套的二維碼，即可觀看內(nèi)容對(duì)應(yīng)的AR場(chǎng)景。

綜上所述，目前AR技術(shù)在教育中應(yīng)用的研究依舊關(guān)注AR教育軟件的開(kāi)發(fā)，然而在AR教育軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)者僅僅關(guān)注技術(shù)本身，而缺乏對(duì)教育原理、理念的關(guān)注。所以，一些AR應(yīng)用APP在發(fā)揮其優(yōu)越性的同時(shí)，仍不可避免地存在一些缺點(diǎn)。接下來(lái)，筆者將以生物實(shí)驗(yàn)課軟件Froggipedia為例，進(jìn)行分析。

2 研究設(shè)計(jì)

生物實(shí)驗(yàn)課軟件Froggipedia? Froggipedia應(yīng)用由印度Designmate（I）Pvt有限公司開(kāi)發(fā)，這是一家創(chuàng)新型電子學(xué)習(xí)公司，總部設(shè)在印度，現(xiàn)在已經(jīng)為K-12科學(xué)和數(shù)學(xué)課程創(chuàng)建了多項(xiàng)3D動(dòng)畫(huà)內(nèi)容。該公司通過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)大的可視化和探索性工具來(lái)幫助學(xué)生理解科學(xué)抽象的主題，有助于學(xué)生理解高度抽象的領(lǐng)域，并為他們提供了互動(dòng)學(xué)習(xí)的平臺(tái)[3]。該軟件被評(píng)為2018年度最佳iPad APP。

學(xué)習(xí)者可以通過(guò)Froggipedia軟件將青蛙模擬至自己的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，并觀看體驗(yàn)青蛙不同層面的各種神經(jīng)、肌肉、內(nèi)臟。得益于AR技術(shù)，這款A(yù)PP真實(shí)模擬了青蛙從卵到蝌蚪再到青蛙的過(guò)程，分層展示青蛙的身體構(gòu)造，并配以講解各部分功能作用以及青蛙不同階段的生活習(xí)性。該APP模擬分層解剖了青蛙，使得學(xué)習(xí)者不用通過(guò)親自“殺生”，就可以模擬解剖、觀察青蛙的構(gòu)造、器官等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，探索和發(fā)現(xiàn)青蛙獨(dú)特的生命周期和復(fù)雜的解剖細(xì)節(jié)。Froggipedia APP應(yīng)用截圖如圖3、圖4所示，分別為“肝臟解剖細(xì)節(jié)”“骨骼系統(tǒng)”和“皮膚系統(tǒng)”。

多媒體元素在Froggipedia軟件中的使用? 媒體元素 包括文本、圖形、動(dòng)畫(huà)、聲音及視像。從圖3、圖4不難看出，該AR生物APP中集成了文本、圖形、動(dòng)畫(huà)、視像等多媒體元素，但是在筆者的體驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該APP中并沒(méi)有聲音元素的使用，而學(xué)習(xí)者的注意力極容易被生動(dòng)、沉浸式的青蛙畫(huà)面所吸引，所以畫(huà)面上方的文字極容易被忽視。由于聲音元素的缺少，畫(huà)面上方的解釋性文字只能通過(guò)視覺(jué)方式學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)順序也大概率為“畫(huà)面—文字”。然而由于學(xué)習(xí)者的新鮮感，極有可能將文字忽視跳過(guò)，這勢(shì)必會(huì)影響學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)效率。

該軟件在課堂使用過(guò)程中，由于iPad設(shè)備數(shù)量的有限性，只能滿足3～4人，即一個(gè)小組使用一部iPad，因此，單單靠文字對(duì)知識(shí)進(jìn)行描述供學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，可能無(wú)法使組內(nèi)的每個(gè)人都學(xué)習(xí)到知識(shí)。此時(shí)，如果可以即時(shí)播放聲音講解，學(xué)習(xí)效率將大大提升，取得更好的學(xué)習(xí)效果。所以，聲音元素在該軟件中是不可缺少的。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)? 基于上述論述，筆者設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，探索聲音元素在AR教育軟件中對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果的影響，以證明聲音等媒體要素的綜合運(yùn)用在AR教育軟件中的重要性。

1）實(shí)驗(yàn)對(duì)象。選取小學(xué)六年級(jí)的兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，兩個(gè)班級(jí)的絕大部分學(xué)生沒(méi)有青蛙的結(jié)構(gòu)、器官、發(fā)展形態(tài)等方面的知識(shí)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。在開(kāi)始之前進(jìn)行青蛙知識(shí)的相關(guān)測(cè)試（前測(cè)），并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，兩個(gè)班的前測(cè)結(jié)果應(yīng)無(wú)顯著性差異。

2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，兩個(gè)班級(jí)分別采用有即時(shí)聲音講解和無(wú)即時(shí)聲音講解的Froggipedia軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)干預(yù)：實(shí)驗(yàn)班使用配合即時(shí)聲音講解的Froggipedia軟件進(jìn)行青蛙知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)照班使用常規(guī)的沒(méi)有聲音講解的Froggipedia軟件進(jìn)行青蛙知識(shí)的學(xué)習(xí)。兩個(gè)班均分為若干個(gè)3～4人的小組在Froggipedia軟件上開(kāi)展合作探究式學(xué)習(xí)，教師在課堂中觀察記錄，并起到監(jiān)督作用。根據(jù)軟件中青蛙基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)周期為三節(jié)課。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分別對(duì)兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行青蛙基礎(chǔ)知識(shí)的后測(cè)，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。

3）研究方法與測(cè)量工具。本研究以有即時(shí)聲音講解和無(wú)即時(shí)聲音講解的Froggipedia軟件為自變量，以學(xué)生對(duì)青蛙基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度為因變量，探索聲音媒體元素在AR技術(shù)應(yīng)用中的重要性。

研究假設(shè)

1）形成性評(píng)價(jià)。根據(jù)教師觀察，在課堂上的合作探究中，實(shí)驗(yàn)班的課堂氣氛比對(duì)照班的課堂氣氛好，學(xué)習(xí)態(tài)度也更認(rèn)真。

2）總結(jié)性評(píng)價(jià)。根據(jù)后測(cè)結(jié)果，在學(xué)習(xí)效果方面，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對(duì)青蛙基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度比對(duì)照班的掌握程度好。

3 討論與展望

雖然目前AR教育的應(yīng)用已具備一定的效果與規(guī)模，但是也面臨一定的挑戰(zhàn)，表現(xiàn)在以下兩個(gè)層面。

從教師層面看，教師應(yīng)提升信息技術(shù)素養(yǎng)? 首先，教師應(yīng)該提升自己有意識(shí)使用AR類(lèi)教育APP的思維意識(shí)，摒棄電子設(shè)備、具有一定娛樂(lè)性的新應(yīng)用的使用會(huì)擾亂課堂秩序的舊觀念。在AR教育的應(yīng)用中，教師需要注意的是，教學(xué)方法應(yīng)從“教師中心”向“學(xué)生中心”轉(zhuǎn)變[4]。并且在AR教育APP的使用過(guò)程中，教育工作者必須具備與之相匹配的教學(xué)設(shè)計(jì)技能，確保AR教育APP的使用不會(huì)偏離教學(xué)目標(biāo)，并使AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的運(yùn)用價(jià)值實(shí)現(xiàn)最大化。

從技術(shù)層面看，應(yīng)避免出現(xiàn)“唯技術(shù)論”的現(xiàn)象? AR類(lèi)教育應(yīng)用的開(kāi)發(fā)者的教育原理、理論基礎(chǔ)相對(duì)缺乏，在APP開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)重視技術(shù)的應(yīng)用和教育理念的支撐，做到理論與實(shí)踐并重。比如本文提到的Froggipedia軟件，也應(yīng)根據(jù)“多”媒體理論進(jìn)行一些調(diào)整，比如加入即時(shí)的聲音講解等?！?/p>

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