劉世平 安文博 韓可 馬梓焱 張俐 阮春紅

摘 要：“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)”因?yàn)榫哂歇?dú)特的實(shí)時交互性和可以在三維視頻空間中添加虛擬物體的特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域都成為了備受關(guān)注的熱點(diǎn)。文章以工程制圖專業(yè)基礎(chǔ)課為例，提出將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到輔助教學(xué)中。學(xué)生無需下載安裝專用APP，使用微信掃描二維碼或直接打開教學(xué)輔助系統(tǒng)網(wǎng)頁即可使用，操作便利，降低了課程的理解難度，有助于快速提升學(xué)生的圖感?；诖讼到y(tǒng)，在相關(guān)技術(shù)支持的前提下，提出了移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)多層次教學(xué)策略場域模型，這個模型由一個核心（學(xué)生掌握知識）、一個智慧學(xué)習(xí)場域、三個支持點(diǎn)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持、教師需求和技術(shù)人員）和兩個反饋關(guān)系組成。圍繞這個模型進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用，從對象層、教育層以及技術(shù)層三個層面展開分析，對于使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教學(xué)研究者具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);教學(xué)模型

一、移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢

近年來，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，AR）越發(fā)得到人們的重視。與傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）所要達(dá)到的完全沉浸的效果不同，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一種實(shí)時地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，致力于將計(jì)算機(jī)生成的物體疊加到真實(shí)場景上，以便使它們一起出現(xiàn)在使用者的視場中。[1]這種基于現(xiàn)實(shí)世界、由虛擬數(shù)據(jù)增強(qiáng)的交互手段，給教育者提供了一種新的教學(xué)方式，對于抽象內(nèi)容的教學(xué)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。[2]在數(shù)學(xué)立體幾何教學(xué)中，根據(jù)三視圖唯一的原理，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將二維平面圖形與三維立體模型相結(jié)合，免去傳統(tǒng)教學(xué)中手工制作模型的麻煩，這一類的應(yīng)用展示了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在幾何學(xué)科應(yīng)用中的巨大優(yōu)勢。在化學(xué)學(xué)科中涉及大量無法直接觀察到的內(nèi)容（例如分子結(jié)構(gòu)等），有的研究者設(shè)計(jì)了若干個化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的虛實(shí)融合操作實(shí)驗(yàn)，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的理解。大量的實(shí)證研究表明，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在學(xué)習(xí)支持和教學(xué)上具有很大的潛力與應(yīng)用前景。

移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的一個分支本。傳統(tǒng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)多以可穿戴外接設(shè)備為載體，這種設(shè)備攜帶困難且不易維護(hù)。隨著科技的發(fā)展，以手機(jī)、平板電腦為主的移動設(shè)備極大地推動了移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用[3]，讓增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，交互手段也更加人性化。本文在相關(guān)教育、學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，以移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為技術(shù)支持，完善設(shè)計(jì)策略，構(gòu)建深度學(xué)習(xí)場域策略模型，從而為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用給予指導(dǎo)，對于使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教學(xué)研究者有著一定的借鑒意義。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)主要具有如下優(yōu)勢。

（一）豐富的交互手段，創(chuàng)造移動學(xué)習(xí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)的是虛實(shí)結(jié)合，將虛擬的物體疊加到真實(shí)的世界上，是對真實(shí)世界的補(bǔ)充。它允許使用者看得到真實(shí)世界。對于一些“抽象認(rèn)知”的知識，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以將其轉(zhuǎn)化為具體的情景，不同的知識都可以塑造不同的情景，讓學(xué)生可以更加直接地獲得學(xué)習(xí)知識。

傳統(tǒng)的教學(xué)方法一般分為課堂教學(xué)和課后練習(xí)兩個環(huán)節(jié)。學(xué)生遇到難點(diǎn)，很多時候都要自己去理解、消化。碰到不能理解的難點(diǎn)，也很難及時解決。而且增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以實(shí)現(xiàn)移動學(xué)習(xí)，打破了教學(xué)條件的限制，教師只是一個輔導(dǎo)者。即使不在課堂，學(xué)生也能夠在課后通過移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)再一次沉浸在學(xué)習(xí)情景中。解決了因?yàn)椴糠纸處煴硎霾幻鞔_所造成的理解盲區(qū)。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)的時候，不再受限于場地。通過電子設(shè)備和書本，就能隨時隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)是無縫連續(xù)的，實(shí)現(xiàn)了移動學(xué)習(xí)。

（二）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，降低認(rèn)知難度

在很多大學(xué)基礎(chǔ)課程上，都存在一些難以用語言去描述的知識。例如機(jī)械專業(yè)的工程制圖以及其他專業(yè)一些需要學(xué)生去進(jìn)行空間想象的課程。對于一些“圖感”不夠強(qiáng)的學(xué)生而言，這無疑阻礙了他們的學(xué)習(xí)。對于一些“圖感”較強(qiáng)的學(xué)生而言，即使他們能夠想象出大部分，但是一些細(xì)節(jié)還是難以想象，在得不到及時解答的情況下，也會讓學(xué)生產(chǎn)生挫敗感。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠直接、生動地將抽象化的東西以三維的形式表達(dá)出來，通過虛實(shí)結(jié)合，更加利于學(xué)生的理解和記憶，提高了學(xué)生的自主性，降低了對學(xué)習(xí)認(rèn)知者的遷移能力的要求。這種交互方式，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，滿足了學(xué)生的好奇心，讓學(xué)習(xí)變得簡單和自然。

（三）更深的沉浸式學(xué)習(xí)，強(qiáng)化知識認(rèn)知

心理學(xué)家維果斯研究發(fā)現(xiàn)，人是社會的產(chǎn)物，學(xué)習(xí)與人也是分不開的?；诰S果斯理論和其他學(xué)科理論，產(chǎn)生了情景認(rèn)知理論。這個理論主要是強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是情景化的。在課堂上，教師要盡可能逼真地反映知識的應(yīng)用場景，要與人類的社會實(shí)踐情景有聯(lián)系。開展情景學(xué)習(xí)常用的方法主要有三個：1.在真實(shí)的戶外開展;2.在課堂上進(jìn)行實(shí)踐體驗(yàn)，給學(xué)生創(chuàng)造情景認(rèn)知機(jī)會;3.借助現(xiàn)代科技真實(shí)模擬地將這一場景進(jìn)行再現(xiàn)。方法1的效果應(yīng)該是最貼合人類的認(rèn)知行為的，但是受限于各種客觀因素，大多數(shù)情況下只能選擇方法2和3。

移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)地將虛與實(shí)結(jié)合了起來，使得認(rèn)知情景能夠進(jìn)一步接近方法1的效果。和傳統(tǒng)教學(xué)資源相比，最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在所構(gòu)建的沉浸學(xué)習(xí)環(huán)境上。[4]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的元素多為三維元素，學(xué)生在這種環(huán)境中學(xué)習(xí)，他們的感官體驗(yàn)得到了極大的提升，感覺到的不再是二維抽象的知識難點(diǎn)，而是三維立體的知識再現(xiàn)，將一些抽象、復(fù)雜的過程形象化、可視化，使得學(xué)生能夠同時同步感受到真實(shí)世界中虛擬事物的變化，轉(zhuǎn)換手機(jī)視角，不同的視角下呈現(xiàn)的內(nèi)容也不一樣。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)營造的三維沉浸式教學(xué)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)感，使學(xué)生能夠更加快速地學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深對知識的認(rèn)知，達(dá)到深度學(xué)習(xí)。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與工作流程

雖然很多教學(xué)研究工作在課程中使用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，但大都是在Android/iOS平臺實(shí)現(xiàn)的，或者通過Unity3D發(fā)布，用戶在使用前至少需要下載一個應(yīng)用程序并安裝在手機(jī)中。繁瑣的安裝過程既占空間，也易激發(fā)學(xué)生的抵抗情緒。基于網(wǎng)頁的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)則很好地解決了這個問題。本文在WebAR技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了網(wǎng)頁移動端工程圖學(xué)教學(xué)輔助系統(tǒng)，學(xué)生可通過微信掃描二維碼實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互式教學(xué)。

（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文AR系統(tǒng)由云服務(wù)器端和網(wǎng)頁端組成。云服務(wù)器端主要功能為提供Web服務(wù)器，同時托管系統(tǒng)代碼，提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)標(biāo)識庫和三維模型庫資源的存取。網(wǎng)頁端通過移動瀏覽器進(jìn)行域名解析、調(diào)用攝像頭和服務(wù)器資源，完成視頻采集、標(biāo)識檢測、三維注冊和虛實(shí)融合、頁面顯示等。[5]

根據(jù)教學(xué)需求，網(wǎng)頁端AR系統(tǒng)應(yīng)具備的主要功能包括：面向微信瀏覽器開發(fā)以及無需安裝、快速識別AR標(biāo)識并疊加等功能。設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。

（二）系統(tǒng)使用流程

本教學(xué)輔助系統(tǒng)基于網(wǎng)頁設(shè)計(jì)，可在移動端和PC端支持WEBRTC技術(shù)的任意瀏覽器中直接運(yùn)行。學(xué)生變換手機(jī)觀察位置，能夠觀察到不同角度的三維模型，達(dá)到直觀理解的目的。系統(tǒng)的工作流程主要有以下幾點(diǎn)。

建立模型：三維模型是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，模型的準(zhǔn)確程度直接影響教學(xué)的效果。根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)選擇習(xí)題集中的典型圖樣，利用PRO/E軟件進(jìn)行三維建模。采用基礎(chǔ)、復(fù)合和多邊形相結(jié)合的建模方法，嚴(yán)格控制每個模型的面數(shù)以保證系統(tǒng)的流暢運(yùn)行和良好的顯示效果。[6]

網(wǎng)頁獲取視頻流后，將其按幀轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制圖像，隨后在其中搜索所有的正方形（方形標(biāo)識）;如果找到并且匹配和識別方形標(biāo)識（方形和嵌入的圖像）后，則認(rèn)為搜尋成功，并建立標(biāo)識ID和模型庫的對應(yīng)聯(lián)系。

虛實(shí)融合：在用戶視場中，疊加在標(biāo)識上的虛擬模型應(yīng)與標(biāo)識的位姿一致，三維注冊過程已將當(dāng)前姿態(tài)對應(yīng)的變換矩陣給出，可直接用于模型疊加。

實(shí)際應(yīng)用效果如圖2所示。顯示效果符合預(yù)期，測量表明，本系統(tǒng)運(yùn)行時幀數(shù)穩(wěn)定在57～60幀/秒，符合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的要求。

三、建立多層次教學(xué)策略場域模型

（一） 建立模型基礎(chǔ)

1.學(xué)習(xí)場域

“場域”一詞起源于19世紀(jì)中葉的物理學(xué)，現(xiàn)在作為社會學(xué)的重要領(lǐng)域之一，揭示了“場景會影響人的每一個行動”這一現(xiàn)實(shí)。我們的學(xué)習(xí)也算是一種場域?！皩W(xué)習(xí)場域”一般指的是學(xué)生和學(xué)習(xí)資源間的一種交互。多位學(xué)者已經(jīng)論證了場域?qū)τ趯W(xué)習(xí)的重要性。不同的環(huán)境下學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也不相同。閻乃勝將深度學(xué)習(xí)總結(jié)為一種基于場景的學(xué)習(xí)技巧，從深度學(xué)習(xí)的兩個情景屬性進(jìn)行了論證，證明了場景深度對于學(xué)習(xí)的重要性。創(chuàng)建真實(shí)批判的課堂場景，學(xué)生的思維會更加活躍，更加能夠激發(fā)自己的動力去學(xué)習(xí)。[7]相比于傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)場域，深度學(xué)習(xí)場域主要具有以下幾個特征：（1）學(xué)習(xí)目標(biāo)更高，學(xué)生在該場域中能夠更深入地理解知識，具有深層次的學(xué)習(xí)思維和較強(qiáng)的問題思考能力。（2）學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性更高。（3）淡化形式教育，著眼于學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。同時，深度學(xué)習(xí)場域分為內(nèi)在場域和外在場域。內(nèi)在場域由交互、體驗(yàn)以及反思等構(gòu)成。外在場域則由技術(shù)平臺、學(xué)習(xí)設(shè)備以及其他工具等用來輔助學(xué)習(xí)的物理載體構(gòu)成。

2.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

社會認(rèn)知理論認(rèn)為學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)生學(xué)習(xí)效果之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性。最初的學(xué)習(xí)環(huán)境只包括物理環(huán)境和心理環(huán)境。20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)逐漸普及，到了21世紀(jì)，便攜電腦、傳感器技術(shù)、無線通信等極大地推動了學(xué)習(xí)環(huán)境的發(fā)展，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境由此產(chǎn)生。李海峰、王煒把學(xué)習(xí)環(huán)境從對象層面分為了物理學(xué)習(xí)環(huán)境、技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境、資源學(xué)習(xí)環(huán)境和情感學(xué)習(xí)環(huán)境。[8]物理學(xué)習(xí)環(huán)境主要由自然環(huán)境和人為元素構(gòu)成。技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境是利用各種技術(shù)組成的學(xué)習(xí)設(shè)備，決定了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。資源學(xué)習(xí)環(huán)境則涉及移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)用到的學(xué)習(xí)資源以及在線學(xué)習(xí)時生成的學(xué)習(xí)資源。情感環(huán)境的關(guān)注焦點(diǎn)主要在于學(xué)習(xí)者的思維狀態(tài)和情感波動。Kinshuk教授認(rèn)為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境更應(yīng)該是技術(shù)和實(shí)體的有機(jī)結(jié)合。

3.教學(xué)策略

《辭?！穼τ凇安呗浴币辉~的解釋是計(jì)謀策略。對于這個詞較為普遍的一種認(rèn)知是為了達(dá)到特定的目的所采取的所有方式的總和。教學(xué)策略指的是為了達(dá)到教學(xué)效果，所采取的方法、技術(shù)的總和。C.M.Reigeluth將教學(xué)策略分為了組織、傳遞和管理三個策略。David Merrill將教學(xué)策略解讀為能夠讓實(shí)用技術(shù)和內(nèi)容相互匹配的教學(xué)策略。教學(xué)策略是一個宏觀的模型，是對于教學(xué)的一種論述。教學(xué)策略對于教學(xué)系統(tǒng)以及教學(xué)模型的運(yùn)作有著舉足輕重的意義。在課堂上具體表現(xiàn)為教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)是否符合學(xué)生的接受能力，教學(xué)安排能否順利完成，以及是否能夠達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，等等?！袄眯录夹g(shù)來做什么”“現(xiàn)實(shí)存在什么問題”等都應(yīng)該考慮在內(nèi)。

（二） 建立模型

國外學(xué)者Chris Dede通過自己設(shè)計(jì)的EcoMUVE系統(tǒng)并且結(jié)合采訪對施教者的態(tài)度和意見進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果表明更加積極高效的監(jiān)督能夠改善教學(xué)質(zhì)量。所以本文把教師督察也放入到模型中。

學(xué)習(xí)是一個漸進(jìn)的過程，深度學(xué)習(xí)亦是如此。趙晶嫻將認(rèn)知、構(gòu)建、遷移、應(yīng)用作為深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵。[9]在這個模型中，我們以學(xué)生的掌握程度作為終極目標(biāo)，通過技術(shù)和理論支持，拋開了傳統(tǒng)的依靠自身的重復(fù)性練習(xí)式教學(xué)，以學(xué)習(xí)特征分析為基礎(chǔ)，結(jié)合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、深度學(xué)習(xí)場域相關(guān)理論知識，提出了一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的深度學(xué)習(xí)場域策略模型。該模型由一個核心（學(xué)生掌握知識）、一個深度學(xué)習(xí)場域（深度學(xué)習(xí)內(nèi)在場域和深度學(xué)習(xí)外在場域）、兩個反饋關(guān)系（學(xué)生與教師之間的反饋和教師與技術(shù)人員之間的反饋）以及三個支持點(diǎn)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持、教師需求和需求轉(zhuǎn)化工具）組成。（見圖3）

四、教學(xué)策略模型應(yīng)用

為了驗(yàn)證基于移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)策略模型的效果，本研究選取了華中科技大學(xué)147名本科生作為研究對象。具體的應(yīng)用過程如下：按照大班教學(xué)，將147名學(xué)生分為A、B組，一組采用傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)，另外一組采用基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的深度學(xué)習(xí)策略教學(xué)模型教學(xué)，具體步驟是“知識預(yù)習(xí)——教師講解——深度學(xué)習(xí)——疑問解答——意見反饋”。首先，學(xué)生圍繞教師提前布置的知識點(diǎn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，遇到難以想象的模型時可以借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助工具加深理解，教師采用將技術(shù)與內(nèi)容相匹配的教學(xué)策略進(jìn)行教學(xué)，之后，進(jìn)入深度學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，通過認(rèn)知、構(gòu)建、遷移、應(yīng)用四個環(huán)節(jié)讓學(xué)生自主理解知識，然后進(jìn)行疑難解答，對學(xué)生還沒有消化的問題進(jìn)行講解。最后就是意見反饋，學(xué)生提出該教學(xué)環(huán)節(jié)中的不足，以促進(jìn)下次更好的教學(xué)改進(jìn)。

為了更好地了解將該教學(xué)模型應(yīng)用到工程制圖當(dāng)中的效果，我們采用了兩種方法對模型的效果進(jìn)行分析。

問卷調(diào)查法：本研究編制了課程滿意度問卷，采用李克特五點(diǎn)量表方法設(shè)計(jì)了LAAM問卷，通過有效性、易用度等四個維度來進(jìn)行檢測。在課程結(jié)束后的最后一節(jié)課，通過團(tuán)體測試的方法發(fā)放了測試問卷147份，回收有效問卷144份，有效率達(dá)98%，通過問卷調(diào)查，研究的用戶接受度如表1所示。

由表1可知，在對于學(xué)習(xí)認(rèn)知方面的探索式學(xué)習(xí)方法上，平均得分在4分以上，而且高分占比超過了85%，說明學(xué)生更加認(rèn)同該教育模式的探索式學(xué)習(xí)模型，但是對于反省思維的打分偏低，說明該教育模式對于反省思維的培養(yǎng)方式還有待改進(jìn)。

關(guān)于該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的體驗(yàn)，我們這里主要列舉了滿意度、樂用度和豐富度三個度，其中，滿意度和樂用度的評分都在4分以上，表明該產(chǎn)品對學(xué)生思維的培養(yǎng)得到了學(xué)生的認(rèn)可，但是豐富度的評分過低，還需要后續(xù)對課件以及課后習(xí)題的內(nèi)容作出進(jìn)一步的完善。

成績分析法：等到該學(xué)期結(jié)束時，對兩組學(xué)生的試卷進(jìn)行評分，并對試卷結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，實(shí)驗(yàn)組的平均成績明顯高于傳統(tǒng)教學(xué)組，最高分與標(biāo)準(zhǔn)差的差別不是很大。實(shí)驗(yàn)組的最低分相比于傳統(tǒng)教學(xué)組的最低分要高，同時，在高分人群占比方面，實(shí)驗(yàn)組的高分占比達(dá)到了一半以上，比傳統(tǒng)教學(xué)組提升了17.2%。我們可以得到如下結(jié)論：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的沉浸式教學(xué)能明顯提高學(xué)生的成績。

五、多層次教學(xué)策略模型分析

（一）對象層分析

1.激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)，創(chuàng)造移動學(xué)習(xí)機(jī)會

陳大鵬的《大學(xué)生學(xué)習(xí)觀現(xiàn)狀、原因及對策》一文已經(jīng)說明了當(dāng)代大學(xué)生厭倦學(xué)習(xí)的主要原因不是學(xué)習(xí)壓力過大，而是學(xué)習(xí)的動力和信心不足。[10]學(xué)不懂、問題得不到及時解決都成為了學(xué)生學(xué)習(xí)信心不足的原因。新時代大學(xué)生這個群體，有著很多的新型特征，不同于上一輩的學(xué)習(xí)者，作為在數(shù)字環(huán)境中成長起來的一代，他們能夠熟練地使用電子產(chǎn)品，對于新事物都有著強(qiáng)烈的好奇心。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為近幾年比較熱門的領(lǐng)域，將其引入到教學(xué)中，也會引發(fā)學(xué)生的興趣。通過對系統(tǒng)的不斷摸索，將會讓學(xué)生更加輕松地理解知識，做到快樂學(xué)習(xí)。

對于知識的傳授，建構(gòu)主義理論是這樣認(rèn)為的：知識是學(xué)習(xí)者在特定的情景下利用相關(guān)的資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得，教師是有意重構(gòu)的幫助和促進(jìn)者，這是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)認(rèn)知過程的普遍認(rèn)知規(guī)律。這個觀點(diǎn)也表明了知識主要來自于學(xué)生自己的體驗(yàn)和感悟而不是教師的傳授。將移動增強(qiáng)系統(tǒng)引入到教學(xué)中去，會給學(xué)生創(chuàng)造移動式學(xué)習(xí)和更多自主學(xué)習(xí)的機(jī)會。

再好的系統(tǒng)也有自己的缺點(diǎn)。所以在本模型中還設(shè)有反饋環(huán)節(jié)，學(xué)生與教師的反饋主要有兩個方面。一個是對于課堂環(huán)節(jié)的反饋，是對于知識疑點(diǎn)的反饋，希望能夠得到教師的解答。另外一個是對于教學(xué)系統(tǒng)的總結(jié)性評價反饋，學(xué)生根據(jù)自己真實(shí)的使用體驗(yàn)提出合理的意見。

2.打造高效課堂，解決傳統(tǒng)教學(xué)弊端

具體來講，該系統(tǒng)對教師的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）2018年8月，教育部、財(cái)政部、國家發(fā)展改革委印發(fā)的《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》明確指出要更加注重人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，推動信息技術(shù)、智能技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式。在“雙一流”建設(shè)背景下，教師的科研任務(wù)也很多，如果將移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入到部分學(xué)習(xí)難度較高的課程中去，會讓學(xué)生的學(xué)習(xí)變得相對容易，讓課堂更加高效，從另外一個角度來說，也會減輕教師的教學(xué)壓力和負(fù)但，讓教師輕松教學(xué)。（2）教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和教學(xué)的主導(dǎo)者，在傳統(tǒng)教育課堂中，教師需要幫助學(xué)生建立知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，搭建完整的知識框架，其對知識和技能的講解，受限于技術(shù)和硬件條件，大多數(shù)情況下只能用言語展開，為了讓所有人都能理解透徹，還需要對一些知識難點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)講解，這無形中增加了教師的負(fù)擔(dān)，而且對于掌握這個知識點(diǎn)的學(xué)生來說，會降低他們的學(xué)習(xí)效率。教師的知識難點(diǎn)講解不透徹，會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生知識困惑。使用該系統(tǒng)，可以減輕學(xué)生對于教師的依賴，即使有學(xué)生沒有理解透徹，他（她）也可以在課后使用該系統(tǒng)進(jìn)行二次學(xué)習(xí)，讓教學(xué)脫離教室場地的限制。

教師不但是技術(shù)設(shè)計(jì)需求的提出者，也是技術(shù)開發(fā)的監(jiān)督者和建議者。為了提高教學(xué)的質(zhì)量，教師必須親自參與技術(shù)的資源設(shè)計(jì)，這也要求教師要有更敏銳的眼光，先對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行充分的理解，而不是急于將其與現(xiàn)有的知識融合，當(dāng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)中時，不斷提高自身知識水平，領(lǐng)悟這項(xiàng)技術(shù)本身的優(yōu)劣勢，能夠?qū)⒅R的核心在技術(shù)上表現(xiàn)出來，真正做到移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和教育的深度融合。教師和技術(shù)人員的關(guān)系，更多的是合作共贏關(guān)系，技術(shù)人員是滿足學(xué)生需求和教師要求的工具締造者。學(xué)生使用該系統(tǒng)能將自己的意見通過系統(tǒng)或者直接傳達(dá)給教師，讓其知曉。然后教師會對這些意見進(jìn)行整理。最后將問題的核心再反饋給技術(shù)人員，由技術(shù)人員進(jìn)行問題的處理和改進(jìn)。在該場域中形成了一個積極的正反饋循環(huán)。

（二）教育層分析

學(xué)生對于知識的掌握和理解程度的高低是衡量一個模型好壞的重要評判標(biāo)準(zhǔn)，也是模型教育層面分析的重要指標(biāo)。國內(nèi)外學(xué)者現(xiàn)在統(tǒng)一將深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵分為元認(rèn)知能力、主動交流合作能力、深加工能力、創(chuàng)造性思維和共情體驗(yàn)?zāi)芰Φ染S度。

元認(rèn)知能力主要表現(xiàn)為學(xué)生自我管理的能力，包括是否有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，是否有學(xué)習(xí)動力及自身的學(xué)習(xí)計(jì)劃，等等。工程制圖作為機(jī)械工程專業(yè)的入門學(xué)科，重要性不言而喻。但是學(xué)習(xí)工程制圖所需要的空間想象能力和前期一些較難理解的知識點(diǎn)會在很大程度上阻礙一些學(xué)生的元認(rèn)知發(fā)展。如果學(xué)習(xí)中一開始就不理解而且課后得不到解決，問題會越積越大。既影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，也影響了教師的教學(xué)質(zhì)量。移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)很好地解決了這個問題，作為課堂的第二個教師，這個系統(tǒng)可以從根本上增強(qiáng)學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)動力，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來有路可循，有問必解。

主動交流能力是學(xué)生在課堂上與教師、同學(xué)進(jìn)行互動并在課下能夠自主實(shí)踐的能力，它也能夠從側(cè)面反映出學(xué)生的聽課活躍度。移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中每一個模型、每一個場景的設(shè)定都是教師經(jīng)過深思熟慮的，具有一定的示范性、典型性和參考性。使用移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)輔助教學(xué)，避免了部分學(xué)生因?yàn)楹π叨桓遗c教師、同學(xué)進(jìn)行主動交流的現(xiàn)象發(fā)生。

深加工能力和創(chuàng)造性思維更多的是學(xué)習(xí)層次上的一種衍生，具體涵蓋了記憶、推理、思考?xì)w納等多種能力，體現(xiàn)了知識的深度和廣度。在移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)，學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)，真正做到“哪里不會掃哪里”，減少了因?yàn)橥饨鐥l件和思維卡頓造成的學(xué)習(xí)不能專心的弊端。與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法相比較，相同的時間投入成本下，學(xué)生使用這個系統(tǒng)能夠更快地沉浸在深度學(xué)習(xí)中。

（三）技術(shù)層分析

移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的核心分為三個方面：虛實(shí)空間跟蹤注冊、虛實(shí)景物融合、人機(jī)交互。跟蹤注冊是移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵。借助于手機(jī)相機(jī)的快速發(fā)展，跟蹤注冊通過手機(jī)相機(jī)中的“掃一掃”就能實(shí)現(xiàn)，模型和場景的顯示也能夠在瀏覽器中完成。

本技術(shù)采用人工標(biāo)記的方法，手機(jī)攝像頭通過采集真實(shí)環(huán)境中的標(biāo)記即可實(shí)現(xiàn)對虛擬模型的定位和跟蹤。這種方法操作簡單、穩(wěn)定且具有較高的平臺支持性。

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（責(zé)任編輯 黃銘釗）