◆田悅 張秀琦

0 引言

隨著新課程改革的深入推進(jìn)，信息技術(shù)教學(xué)也迎來(lái)新一輪的挑戰(zhàn)，對(duì)學(xué)生和教師同時(shí)提出新的要求，更加關(guān)注學(xué)生在信息技術(shù)課堂中的主體性，激發(fā)學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容的熱情，讓學(xué)生能夠更加主動(dòng)地參與到課堂中來(lái)，促進(jìn)教師不斷提升自我，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)課堂的轉(zhuǎn)型。AR 技術(shù)是一種能夠讓虛擬世界被人類(lèi)的不同感覺(jué)器官所感知，從而帶來(lái)一種超越現(xiàn)實(shí)、身臨其境的主觀感受，實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界“無(wú)縫”融合的新型交互式人工智能技術(shù)，為升級(jí)信息技術(shù)課堂提供了新思路。

1 AR技術(shù)

AR（Augmented Reality，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)是一種可以將現(xiàn)實(shí)環(huán)境與虛擬世界中的歷史特征“無(wú)縫”融合的新型技術(shù)手段，也就是說(shuō)可以把真實(shí)環(huán)境中的信息與虛構(gòu)的歷史事件真實(shí)地疊加到一起，或者同時(shí)發(fā)生在一個(gè)場(chǎng)景中。AR 技術(shù)可以把存在于真實(shí)世界中的在特定時(shí)間甚至是空間中人們很難感受到的信息（包括視覺(jué)信息、聲音信息、味覺(jué)信息等）通過(guò)多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)融合、場(chǎng)景融合、實(shí)時(shí)交互等科學(xué)技術(shù)，模擬后再進(jìn)行疊加，將原本不存在的信息應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，使人類(lèi)能夠感受到，從而實(shí)現(xiàn)超越現(xiàn)實(shí)的主觀感受[1]。

這種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，既能把真實(shí)的信息呈現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)中，又能同時(shí)呈現(xiàn)虛擬信息，兩者相互補(bǔ)充、疊加。在可視增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，使用者使用虛擬頭盔，將現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)圖像進(jìn)行多重組合，使其能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)中看到周?chē)恼鎸?shí)世界[2]。

2 AR技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

AR 技術(shù)在教學(xué)活動(dòng)中的作用表現(xiàn)在能夠?qū)⒊橄蟮氖挛锟梢暬?shí)現(xiàn)自然交互、對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行一定的補(bǔ)充等，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境[3]。AR技術(shù)能夠?qū)F(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬信息結(jié)合起來(lái)，為學(xué)生提供身臨其境的真實(shí)感受，教師要鼓勵(lì)學(xué)生從多個(gè)角度進(jìn)行探索[4]。

2.1 AR 技術(shù)在代數(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

四川省成都市郫都區(qū)第一中學(xué)進(jìn)行相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，從高一和高三分別選擇六人，教師在引入復(fù)數(shù)概念后，利用AR 技術(shù)來(lái)描述復(fù)平面與復(fù)矢量。學(xué)生用兩張有記號(hào)的牌表示不同的復(fù)數(shù)，然后把它們的位置轉(zhuǎn)換為兩個(gè)復(fù)矢量，并給出復(fù)數(shù)的表示。通過(guò)移動(dòng)兩個(gè)記號(hào)的位置，可以看出不同的復(fù)數(shù)以及它們的加法和，學(xué)生可以自己歸納出它們的加法公式[5]。通過(guò)實(shí)際的使用效果可以看出，AR 技術(shù)的應(yīng)用能夠極大地激發(fā)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的熱情，學(xué)生可以使用AR 技術(shù)來(lái)觀察復(fù)數(shù)及其相關(guān)的運(yùn)算，同時(shí)能夠更好地了解和掌握復(fù)數(shù)的含義和實(shí)際應(yīng)用，從而取得理想的教學(xué)效果。

2.2 基于AR 技術(shù)的校園導(dǎo)覽系統(tǒng)

基于移動(dòng)AR 技術(shù)和位置服務(wù)的校園導(dǎo)覽系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是實(shí)景導(dǎo)航、目標(biāo)地查詢(xún)以及文化導(dǎo)覽[6]。導(dǎo)航系統(tǒng)以用戶(hù)端的攝像頭所看到的實(shí)時(shí)景象作為主界面，通過(guò)比較用戶(hù)所處的位置和數(shù)據(jù)庫(kù)中所有建筑預(yù)先存儲(chǔ)的位置來(lái)確定該區(qū)域所有建筑的所有信息，利用AR 技術(shù)將信息呈現(xiàn)在使用者的界面上。目標(biāo)查詢(xún)功能作為一個(gè)針對(duì)實(shí)景導(dǎo)航的補(bǔ)充功能，用戶(hù)可以在搜索欄輸入特定的目的地，系統(tǒng)就會(huì)計(jì)算出各種距離、方位等信息并利用AR技術(shù)在真實(shí)場(chǎng)景中顯示出來(lái)，用戶(hù)可以獲得更好的導(dǎo)覽體驗(yàn)。文化導(dǎo)覽功能是當(dāng)使用者想要了解某個(gè)建筑的文化背景或者細(xì)節(jié)時(shí)，可以將客戶(hù)端的攝像頭朝向建筑物，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)該功能找到對(duì)應(yīng)的資料，并向該服務(wù)器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫(kù)中找到與之對(duì)應(yīng)的內(nèi)容并以3D 模型的方式呈現(xiàn)在用戶(hù)的屏幕前，從而實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)情境的相互交融。研究實(shí)踐表明：利用AR 技術(shù)能夠使空間信息可視化，從而拓寬研究的框架，并為地理學(xué)科的發(fā)展指明新的方向。

2.3 基于AR 技術(shù)的磁場(chǎng)可視化

國(guó)外比較早地使用AR 技術(shù)展示可視化磁場(chǎng)，主要包括靜態(tài)可視化電磁場(chǎng)和實(shí)時(shí)的可視化電磁場(chǎng)。Buchau 等人率先利用AR 技術(shù)對(duì)靜態(tài)可視化電磁場(chǎng)進(jìn)行嘗試，將AR 技術(shù)用在電動(dòng)力學(xué)的授課活動(dòng)中，從而在三維空間中對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算并將結(jié)果展示給學(xué)生。但靜態(tài)可視化電磁場(chǎng)仍然停留在靜態(tài)的層面，AR 技術(shù)只是被當(dāng)作一種媒體用來(lái)展示不能直接觀察的事物。實(shí)時(shí)的可視化電磁場(chǎng)是由Matsutomo 等人設(shè)計(jì)的更好地利用AR 技術(shù)展示磁感線的圖像。另外，他們還設(shè)計(jì)了一種可以進(jìn)行互動(dòng)的磁鐵等儀器，可以讓學(xué)生在電磁場(chǎng)中觀察磁感線的分布和變化，利用攝像機(jī)實(shí)時(shí)捕獲條形磁體，生成磁感線，并將其實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，學(xué)生可以通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行操作，提高對(duì)物理的理解并掌握相關(guān)知識(shí)[7]。

這兩個(gè)案例都是利用AR 技術(shù)進(jìn)行模擬，讓學(xué)生可以在沒(méi)有理論知識(shí)作為指導(dǎo)的情況下進(jìn)行學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：使用AR 技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)部分的學(xué)習(xí)優(yōu)于未使用AR 技術(shù)的學(xué)生。利用AR 技術(shù)學(xué)習(xí)可以使學(xué)生高度投入其中，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程中保持更好的專(zhuān)注程度。

3 利用AR技術(shù)升級(jí)信息技術(shù)課堂的探索

3.1 優(yōu)化教學(xué)形式，增強(qiáng)教學(xué)效果

目前的信息技術(shù)課堂仍存在灌輸式教學(xué)形式，對(duì)這種傳統(tǒng)的教學(xué)形式，大部分學(xué)生只是機(jī)械地接受教師傳授的知識(shí)，并不能做到真正地主動(dòng)吸收知識(shí)。信息技術(shù)課程的知識(shí)具有一定的抽象性和復(fù)雜性，很多內(nèi)容與實(shí)際操作有關(guān)，教師只是通過(guò)多媒體展示結(jié)合語(yǔ)言描述，學(xué)生很難對(duì)其理解和掌握，由此影響到學(xué)習(xí)效果。

AR 技術(shù)大部分采用的是聲光影像技術(shù)，通過(guò)引入視頻、圖像等豐富的資源，可以用多種形式展示課程內(nèi)容，當(dāng)課堂需要無(wú)法直接呈現(xiàn)的教學(xué)情境時(shí)，可以采用搭建沉浸式場(chǎng)景的方式，讓學(xué)生身臨其境地體驗(yàn)課程情境，從而對(duì)其中隱藏的理論知識(shí)產(chǎn)生興趣。同時(shí)，AR 技術(shù)有實(shí)時(shí)交互的特點(diǎn)，在信息技術(shù)教學(xué)過(guò)程中，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和頭盔顯示器等技術(shù)，打破時(shí)空的局限性，使更多的學(xué)生參與互動(dòng)交流。AR 技術(shù)具備傳統(tǒng)教學(xué)方式所沒(méi)有的思維構(gòu)想性，可以構(gòu)建與現(xiàn)實(shí)結(jié)合的虛擬環(huán)境，使學(xué)生在現(xiàn)實(shí)情境的基礎(chǔ)上對(duì)事物產(chǎn)生更多的理解和感悟，進(jìn)而擴(kuò)展學(xué)生的體驗(yàn)范圍。

如在講授“人工智能及其應(yīng)用”部分的內(nèi)容時(shí)，為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于這部分內(nèi)容的理解，在應(yīng)用部分利用AR 技術(shù)，能夠通過(guò)事物所對(duì)應(yīng)的全方位的立體模型，讓學(xué)生真實(shí)地感受智能家居、智能制造、智能交通、智能安防等課堂無(wú)法直接呈現(xiàn)的授課內(nèi)容，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)直觀的教學(xué)情境。這種教學(xué)方式相較于教師傳統(tǒng)的結(jié)合書(shū)本中的圖片使用語(yǔ)言描述，能夠讓學(xué)生產(chǎn)生更加深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)可以拉近學(xué)生與信息技術(shù)課堂之間的距離，提高教師的授課效率。

3.2 提升學(xué)生的參與感和專(zhuān)注度，建立良好的師生關(guān)系

信息技術(shù)課堂常用的是教學(xué)游戲這種類(lèi)型的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件，能夠加強(qiáng)學(xué)生的存在感，使學(xué)生的注意力更加集中，讓他們沉浸其中。

首先，AR 技術(shù)為學(xué)生提供了一個(gè)空間，這樣學(xué)生就會(huì)覺(jué)得自己與其他學(xué)生是處于同一位置的，學(xué)生之間能夠進(jìn)行即時(shí)交互，形成學(xué)生更容易接受的學(xué)習(xí)小組。

其次，AR 技術(shù)能夠?qū)⑻摂M的信息、學(xué)生和其他信息在一個(gè)真實(shí)存在的環(huán)境中融合起來(lái)。AR 技術(shù)作為沉浸式媒體，可以為學(xué)生提供各種及時(shí)的反饋，讓學(xué)生產(chǎn)生一種身臨其境的感受，但這其實(shí)是學(xué)生的一種真實(shí)主觀感受，這種感受可以不斷提醒學(xué)生使其處于專(zhuān)注狀態(tài)[8]。

教師的授課方式以及教師的性格特點(diǎn)都會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)課程產(chǎn)生一定的影響，教師要結(jié)合學(xué)生的心理發(fā)展趨勢(shì)和興趣愛(ài)好與學(xué)生保持較好的師生關(guān)系。學(xué)生并非學(xué)習(xí)機(jī)器，在學(xué)習(xí)過(guò)程中是極具感情的。對(duì)于沒(méi)有形成獨(dú)立思想和性格的學(xué)生，教師要加以引導(dǎo)；對(duì)于已經(jīng)有獨(dú)立思想和個(gè)性的學(xué)生，教師要給予學(xué)生足夠的尊重，不能將自己的想法強(qiáng)加于學(xué)生身上。AR 技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，能夠激起學(xué)生的探索欲望，從而拉近師生之間的距離。AR 設(shè)備也是教師親近學(xué)生的重要設(shè)施。當(dāng)可以讓學(xué)生感受到自己的尊重和熱情時(shí)，教師便能夠更好地完成預(yù)設(shè)的教學(xué)任務(wù)，達(dá)到預(yù)想的教學(xué)效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)也會(huì)變得更加高效。

3.3 創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化習(xí)題模式

教學(xué)內(nèi)容來(lái)自教材，而教材來(lái)自實(shí)際生活，教師要善于發(fā)掘生活中關(guān)于信息技術(shù)的資訊，使學(xué)生在書(shū)本之外獲得更多的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。更重要的是改變傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，使其變得更生動(dòng)、更有趣，學(xué)生不是灌輸式地接受知識(shí)，而是能夠進(jìn)行自我建構(gòu)，從而達(dá)成知識(shí)內(nèi)化。

物聯(lián)網(wǎng)最常見(jiàn)的就是智慧家居，運(yùn)用AR 技術(shù)為學(xué)生呈現(xiàn)智慧家居的構(gòu)造，讓智慧家居不再是教材上的圖片，而是一個(gè)立體的全景家居。智慧家居主要指的是全屋互聯(lián)，包括窗簾、電視、水壺、燈、煙霧報(bào)警器等所有設(shè)備，房主可以通過(guò)手機(jī)進(jìn)行一鍵控制。目前，全屋設(shè)備互聯(lián)并不常見(jiàn)，教師可以運(yùn)用AR 演示為學(xué)生提供直觀體驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)其產(chǎn)生興趣，從教師的描述、提問(wèn)變?yōu)閷W(xué)生能夠主動(dòng)發(fā)掘問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是其由各種傳感器組成，對(duì)學(xué)生來(lái)講稍有難度，但也是很好的擴(kuò)展內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)具有重要作用。只有信息技術(shù)課堂充滿(mǎn)活力，學(xué)生才能全身心地參與課堂，從而不僅提升教學(xué)效率，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也會(huì)不斷優(yōu)化。

信息技術(shù)課程的課時(shí)安排少，學(xué)生對(duì)于信息技術(shù)學(xué)科并不重視，部分學(xué)生通過(guò)背題的方式通過(guò)考試，并沒(méi)有真正了解信息技術(shù)這門(mén)課程，對(duì)知識(shí)缺乏意義建構(gòu)，實(shí)踐操作也是考后即忘，并不能達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)、計(jì)算思維的目標(biāo)。因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)課程較少，教師在上課前進(jìn)行內(nèi)容回顧是必要的，有利于學(xué)生進(jìn)行知識(shí)遷移。這就需要利用AR 技術(shù)為學(xué)生提供游戲模式的習(xí)題攻略，針對(duì)重難點(diǎn)進(jìn)行合理操作演示，對(duì)學(xué)生錯(cuò)誤多的習(xí)題進(jìn)行收集且集中講解，講解時(shí)注意放慢速度，幫助學(xué)生理解并掌握知識(shí)點(diǎn)。

3.4 提升教師專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)

作為一個(gè)隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展需要不斷進(jìn)行創(chuàng)新的學(xué)科，信息技術(shù)課程改革日益趨向于要求學(xué)生具備簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)能力，教師也要針對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維做好訓(xùn)練，為其他內(nèi)容的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)路上的引導(dǎo)者，同樣需要擁有足夠的知識(shí)儲(chǔ)備，不只是包括信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容，還需要對(duì)其他方面的知識(shí)內(nèi)容有所了解，這樣在上課時(shí)講授的內(nèi)容就可以不被課本框住，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也會(huì)大大提高。

教師要通過(guò)不斷提高專(zhuān)業(yè)技能為學(xué)生提供更好的幫助。專(zhuān)業(yè)技能是作為一名教師必須具備的基本能力。信息技術(shù)教師應(yīng)持續(xù)接受并掌握最新的技術(shù)，不斷進(jìn)行觀念更新，如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等。學(xué)校要定期組織優(yōu)秀教師就教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法等進(jìn)行交流，針對(duì)教師專(zhuān)業(yè)技能進(jìn)行考核，提升教師綜合素養(yǎng)。教師要認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)學(xué)科的重要地位，信息技術(shù)課程無(wú)論是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，還是實(shí)踐操作的鍛煉，對(duì)學(xué)生都是有益的。適當(dāng)使用AR 技術(shù)能夠活躍信息技術(shù)課堂，這就需要學(xué)校對(duì)教師進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)。教師對(duì)于學(xué)科的重視會(huì)讓學(xué)生受到很大的影響，學(xué)生也會(huì)更加重視這門(mén)課的學(xué)習(xí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，AR 技術(shù)的相關(guān)設(shè)備價(jià)格過(guò)于昂貴，應(yīng)用場(chǎng)景較少，并沒(méi)有出現(xiàn)在大部分學(xué)校的信息技術(shù)課堂中[9]。但AR 技術(shù)具有遠(yuǎn)大的前景，推動(dòng)AR 技術(shù)進(jìn)入信息技術(shù)課堂，能有效地促進(jìn)教師和學(xué)生快速成長(zhǎng)。教師不僅要緊跟技術(shù)的變化，做好資源的及時(shí)更新工作，配好相關(guān)設(shè)備，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索挖掘知識(shí)的重難點(diǎn)。教師也要提高專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，以便能夠在信息技術(shù)課堂教學(xué)中合理安排使用AR 技術(shù)，做好AR 技術(shù)的推廣工作，讓AR 技術(shù)與信息技術(shù)課堂深度融合，從而不斷提高教學(xué)質(zhì)量。