《創(chuàng)新與未來(lái)》學(xué)習(xí)工具制作綜述

楊曉光

特色與亮點(diǎn)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展示與應(yīng)用是本學(xué)習(xí)工具最大的特色。本學(xué)習(xí)工具中應(yīng)用了大量圖片、識(shí)別碼、三維模型、三維動(dòng)畫(huà)等原創(chuàng)素材，結(jié)合微視頻、說(shuō)明書(shū)、任務(wù)表等生動(dòng)地展現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容，能夠使學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教育思想成為現(xiàn)實(shí)。無(wú)論是開(kāi)課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，還是學(xué)生作品展示環(huán)節(jié)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用都最大化地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情。

制作背景

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)AR）技術(shù)，是一種可以將現(xiàn)實(shí)世界信息與虛擬世界信息相結(jié)合，從而使觀察者得到超越現(xiàn)實(shí)感官體驗(yàn)的新技術(shù)。相對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，AR技術(shù)更多是軟件方面的拓展應(yīng)用，其硬件配置起點(diǎn)低，軟件方面則以編程和三維模型制作為主。在智能手機(jī)、平板設(shè)備和帶有攝像頭的電腦上均可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的展示和交互，非常適合在教育教學(xué)中廣泛使用。

作為走在時(shí)代前沿的一門(mén)學(xué)科，信息技術(shù)教學(xué)不僅要讓學(xué)生掌握教材中的知識(shí)技能，還要讓學(xué)生了解最新的信息技術(shù)動(dòng)態(tài)，擴(kuò)大知識(shí)面，并在實(shí)踐探究中發(fā)展創(chuàng)造性思維。

《創(chuàng)新與未來(lái)》學(xué)習(xí)工具所對(duì)應(yīng)的課程是一堂城鄉(xiāng)交流課，其教學(xué)目的是使偏遠(yuǎn)地區(qū)的孩子也能夠了解一些信息技術(shù)領(lǐng)域的前沿科技。由于農(nóng)村地區(qū)學(xué)校的計(jì)算機(jī)房硬件配置普遍不高，所以我選用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為學(xué)習(xí)工具中的主角，配合課堂任務(wù)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)教材知識(shí)的同時(shí)有一個(gè)拓展視野、發(fā)揮想象力的機(jī)會(huì)。

教學(xué)策略

教師通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)展示增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用、微視頻介紹增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展前景引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并借助講解拓展學(xué)生的知識(shí)寬度。學(xué)生則以小組合作、互幫互助、微視頻自學(xué)等方式參與學(xué)習(xí)，他們選擇自己喜歡的幻燈片背景作場(chǎng)地，挑選合適的識(shí)別圖形，經(jīng)過(guò)移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作規(guī)劃建筑的位置及大小，設(shè)計(jì)未來(lái)校園，并借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)欣賞自己的創(chuàng)新成果。

設(shè)計(jì)思路及內(nèi)容結(jié)構(gòu)

小學(xué)中年級(jí)階段的學(xué)生具有豐富的想象力，但抽象思維能力不足，這導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)資料的分析、篩選以及整理尚不能完全獨(dú)立完成。學(xué)習(xí)工具以此為切入點(diǎn)，為學(xué)生提供了微視頻、圖片素材、說(shuō)明書(shū)等多種參考性媒體資源，使學(xué)生能按照自己的設(shè)計(jì)意圖對(duì)有限的資源進(jìn)行整合，鍛煉了學(xué)生的邏輯判斷能力。

本學(xué)習(xí)工具分為下述四個(gè)部分，我使用PowerPoint軟件將各個(gè)板塊做了線(xiàn)性連接，盡量做到條理清晰，操作簡(jiǎn)單。

1.導(dǎo)入

此環(huán)節(jié)以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬禮盒與課堂環(huán)境的融合，通過(guò)交互動(dòng)畫(huà)顯示打開(kāi)虛擬禮盒，虛擬禮物生長(zhǎng)過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的好奇心（如上頁(yè)圖1），從而引出實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)效果的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為下一環(huán)節(jié)的教學(xué)做鋪墊。

2.介紹

此環(huán)節(jié)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的視頻介紹，我挑選了AR技術(shù)在教育、娛樂(lè)、生活、未來(lái)應(yīng)用等方面的內(nèi)容，對(duì)其進(jìn)行整合，并配了文字介紹（如圖2），使學(xué)生能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用有大概的了解。視頻包括以下演示內(nèi)容：美國(guó)國(guó)家地理增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、微軟HoloLens增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡技術(shù)、基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念視頻和美國(guó)THE VOID公司虛擬現(xiàn)實(shí)主題公園（實(shí)際上其場(chǎng)景被稱(chēng)作混合現(xiàn)實(shí)MR，混合了真實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)虛擬和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）。

學(xué)生在欣賞了視頻案例后，會(huì)因其逼真的視覺(jué)效果、宏大的場(chǎng)景、廣闊的應(yīng)用前景而產(chǎn)生耳目一新的感覺(jué)。

3.任務(wù)

作為本課的重點(diǎn)，該環(huán)節(jié)通過(guò)逐層遞進(jìn)的方式分解了課堂任務(wù)，任務(wù)部分包含以下內(nèi)容。

（1）校園場(chǎng)地的概念解析

由于學(xué)生理解能力存在個(gè)體差異，部分學(xué)生對(duì)任務(wù)環(huán)節(jié)中校園場(chǎng)地的概念理解不夠清晰，我在本學(xué)習(xí)工具中提供了一段三維動(dòng)畫(huà)（如圖3），用以幫助學(xué)生快速理解校園場(chǎng)地的用途，同時(shí)以部分實(shí)例暗示學(xué)生發(fā)揮自身的想象力，創(chuàng)造出有特色的未來(lái)校園。

（2）校園場(chǎng)地的設(shè)計(jì)制作

使用Adobe Captivate軟件制作的一段微視頻，用于演示PowerPoint軟件中更改幻燈片背景的設(shè)置，考慮到學(xué)生自學(xué)時(shí)會(huì)不自覺(jué)地重復(fù)操作過(guò)程，視頻在演示各項(xiàng)功能之后均會(huì)恢復(fù)到默認(rèn)值?？雌饋?lái)別扭的視頻教學(xué)過(guò)程卻會(huì)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中由模仿過(guò)程轉(zhuǎn)換為理解功能，為學(xué)生靈活應(yīng)用軟件、發(fā)揮想象力創(chuàng)造了必要的條件。同時(shí)，本工具也為有豐富想象力卻對(duì)軟件操作不熟悉的學(xué)生準(zhǔn)備了多種不同環(huán)境的場(chǎng)地背景，方便其直接使用。

（3）道路規(guī)劃素材的疊加

PowerPoint的插入圖片功能也屬于本課中要求學(xué)生掌握的技能，學(xué)習(xí)工具在這一環(huán)節(jié)除了提供多種道路規(guī)劃素材，還用文字提示了更高難度的道路設(shè)計(jì)方案，即使用軟件的自選圖形功能進(jìn)行繪制，以滿(mǎn)足水平較高和有設(shè)計(jì)意圖的學(xué)生的自由發(fā)揮的需要。

（4）校園建筑的設(shè)計(jì)規(guī)劃

作為本課中難度最高的建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)，我將Word文檔“未來(lái)校園設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)”作為學(xué)生創(chuàng)作的唯一參考資料（如上頁(yè)圖4），其意義在于：①圖文并茂的說(shuō)明書(shū)使學(xué)生更容易理解設(shè)計(jì)規(guī)范，從而減少設(shè)計(jì)失敗的可能性。②說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容多為參考性意見(jiàn)與功能說(shuō)明，學(xué)生在沒(méi)有完整案例的前提下只能發(fā)揮想象力自行設(shè)計(jì)，保證了學(xué)生可以獨(dú)立思考。③使學(xué)生熟悉在不同格式的文檔間復(fù)制、粘貼所需資源的Windows操作技能。

（5）設(shè)計(jì)成果展示與講解

使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將學(xué)生設(shè)計(jì)好的未來(lái)校園轉(zhuǎn)化為實(shí)景場(chǎng)地與三維虛擬建筑相結(jié)合的動(dòng)態(tài)畫(huà)面（如圖5），學(xué)生可移動(dòng)電腦攝像頭變換觀察角度，并對(duì)自己規(guī)劃的建筑功能進(jìn)行介紹，進(jìn)一步拓展想象力與口頭表達(dá)能力。氣勢(shì)恢宏的體育館、高聳的飛船發(fā)射場(chǎng)、搖頭擺尾的老虎、空中盤(pán)旋的飛艇等立體畫(huà)面，將學(xué)生的設(shè)計(jì)變得更加生動(dòng)有趣。教師可在展示優(yōu)秀作品時(shí)與畫(huà)面交互，即可在教學(xué)樓建筑上方燃放禮花，以最大化地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

4.拓展

受到課堂環(huán)境和硬件的雙重限制，學(xué)生在課堂上很難身臨其境看到自己的設(shè)計(jì)成果。用攝像頭鳥(niǎo)瞰，觀察到的畫(huà)面像微縮景觀，甚至更像玩具沙盤(pán)，效果并不理想。

于是我嘗試制作了一段三維漫游動(dòng)畫(huà)作為學(xué)習(xí)工具的結(jié)束部分（如圖6），目的是在降低觀察者的視角、保持畫(huà)面風(fēng)格的前提下，以預(yù)渲染的方式加強(qiáng)畫(huà)面真實(shí)感，并配合禮花、解說(shuō)、背景音樂(lè)、飛船發(fā)射等效果，使學(xué)生產(chǎn)生臨場(chǎng)感，從而在心中認(rèn)可自己的設(shè)計(jì)，產(chǎn)生“在將來(lái)大展身手，為社會(huì)做貢獻(xiàn)”的情感升華。

關(guān)鍵技術(shù)處理

1.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

學(xué)習(xí)工具我選用了以微軟公司Microsoft Visual Studio C++軟件為主，Metaio公司Metaio SDK開(kāi)發(fā)工具包為輔的制作方案，只需編寫(xiě)少量代碼即可調(diào)用攝像頭、公共庫(kù)、屏幕參數(shù)、三維模型、XML等資源進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果的演示。

軟件編寫(xiě)過(guò)程中制作三維模型占用了很多時(shí)間，這是因?yàn)镸etaio SDK的渲染引擎采用早期的OpenGL標(biāo)準(zhǔn)，不支持粒子、光線(xiàn)追蹤、高級(jí)材質(zhì)等功能。為保證三維模型與實(shí)景的融合，我在制作過(guò)程中將每個(gè)模型的UV手工展開(kāi)并進(jìn)行貼圖烘焙，配合透明貼圖實(shí)現(xiàn)了真實(shí)的光影效果。

2.三維動(dòng)畫(huà)

學(xué)習(xí)工具中的所有三維動(dòng)畫(huà)都是使用3ds Max軟件制作并渲染而成，制作過(guò)程中使用了軟件自帶的大量功能，如Poly模型編輯、控制器分配、虛擬物體、多維材質(zhì)、高級(jí)材質(zhì)、貼圖展開(kāi)、PF粒子、粒子動(dòng)力學(xué)、骨骼動(dòng)畫(huà)等。只有處理好動(dòng)畫(huà)細(xì)節(jié)，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)演示與三維動(dòng)畫(huà)無(wú)縫結(jié)合，才能使學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)作品與漫游動(dòng)畫(huà)銜接起來(lái)，從而感受到創(chuàng)作的成就感。

評(píng)價(jià)與反思

學(xué)習(xí)工具作為輔助課堂教學(xué)的一種方式，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展。我從1994年接觸信息技術(shù)至今，制作了大大小小無(wú)數(shù)學(xué)習(xí)工具。期間走過(guò)不少?gòu)澛罚涸?jīng)把學(xué)習(xí)工具作為炫技術(shù)、秀難度的展示平臺(tái)，為了華而不實(shí)的效果放棄了學(xué)習(xí)工具應(yīng)有的操作性；也曾將學(xué)習(xí)工具當(dāng)成課堂主體，過(guò)于追求功能上的大而全，最終導(dǎo)致資源浪費(fèi)，偏離了教學(xué)目標(biāo)，也影響了教學(xué)進(jìn)度。

經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，我不僅掌握了各種流行學(xué)習(xí)工具的制作技巧，而且對(duì)學(xué)習(xí)工具的創(chuàng)新也有了一定的認(rèn)知。當(dāng)前，學(xué)習(xí)工具應(yīng)用已經(jīng)逐漸成為課堂教學(xué)的必要手段，僅僅是圖文并茂的展示方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。在學(xué)習(xí)工具中融合最新科技并靈活運(yùn)用教學(xué)手段進(jìn)行拓展，不僅能刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，也能為學(xué)生創(chuàng)造更多開(kāi)闊視野和獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，使學(xué)生在提高認(rèn)知水平的同時(shí)能大膽創(chuàng)新。

幕前幕后

第一次參加NOC活動(dòng)，我的心情自然無(wú)比忐忑。雖然之前也有過(guò)多次參賽經(jīng)驗(yàn)，但參加這么高級(jí)別的現(xiàn)場(chǎng)答辯還是頭一遭。在這里要感謝NOC活動(dòng)為參賽選手提供了觀摩和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，大賽過(guò)程中，我觀摩了多位參賽選手精心制作的學(xué)習(xí)工具，在軟件使用、智慧課堂、碎片化學(xué)習(xí)等方面有了新的感悟。

然而本次比賽最大的收獲卻是在決賽之后，應(yīng)主辦方邀請(qǐng)，我有幸參加了由數(shù)字化學(xué)習(xí)工具評(píng)優(yōu)賽項(xiàng)裁判長(zhǎng)初娜娜教授組織的小型研討會(huì)，初教授、劉館長(zhǎng)以及多位專(zhuān)家評(píng)委對(duì)我此次參賽的作品提出了指導(dǎo)意見(jiàn)，同時(shí)他們站在不同層面、從不同角度對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用，對(duì)未來(lái)學(xué)習(xí)工具的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入探討。專(zhuān)家們的博學(xué)多識(shí)讓我大開(kāi)眼界。會(huì)后經(jīng)過(guò)反復(fù)思考，我對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)工具評(píng)優(yōu)賽項(xiàng)有了以下兩點(diǎn)想法。

1.學(xué)習(xí)工具擁有與時(shí)俱進(jìn)的前沿優(yōu)勢(shì)

各學(xué)科不同版本的教材，凝聚了一線(xiàn)骨干教師多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的精華，所以一套教材使用多年理所應(yīng)當(dāng)。得益于互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備和交流平臺(tái)的進(jìn)步，我們每天都可以在文學(xué)、藝術(shù)、科技等各方面獲取到大量的新信息，而配套的教材往往受限于傳統(tǒng)媒體的形式，不能做到及時(shí)更新。因此，教師在制作學(xué)習(xí)工具時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意教材中知識(shí)點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)的差異，以適當(dāng)?shù)男问秸宫F(xiàn)自己的作品，以補(bǔ)充教材的不足。

例如，在以計(jì)算機(jī)為代表的信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，有關(guān)計(jì)算機(jī)及外設(shè)軟硬件的功能創(chuàng)新層出不窮，其中部分知識(shí)在傳統(tǒng)教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上已經(jīng)進(jìn)行了更新，而且還增加了很多教材中沒(méi)有提到的應(yīng)用技術(shù)。3D打印、云計(jì)算、混合現(xiàn)實(shí)、人工智能等均屬于信息技術(shù)范疇，教師完全可以在完成教學(xué)目標(biāo)的前提下選取部分新技術(shù)、新知識(shí)融入到學(xué)習(xí)工具制作中，使學(xué)生變以往僅能從視頻、圖像、文字等單向傳播方式獲取知識(shí)的認(rèn)知形式為以互動(dòng)交流的方式進(jìn)行深度體驗(yàn)，從而打破了固有的教學(xué)模式，也進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的主體作用。

2.學(xué)習(xí)工具制作需要教師不斷提高自身專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平

縱觀本次NOC活動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)答辯過(guò)程可知，現(xiàn)在評(píng)價(jià)一款學(xué)習(xí)工具的優(yōu)劣，除了技術(shù)難度，還有與課程目標(biāo)的契合度以及學(xué)習(xí)工具的創(chuàng)新應(yīng)用程度這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。但我仍然認(rèn)為，不斷提高教師自身專(zhuān)業(yè)技能是能夠制作優(yōu)秀學(xué)習(xí)工具的重要因素之一，這是在本次學(xué)習(xí)工具制作過(guò)程中的深刻體會(huì)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)全新的技術(shù)，雖然相關(guān)的科技文章、視頻很多，但我查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，盡管網(wǎng)絡(luò)上有符合條件的開(kāi)發(fā)工具包可使用，但有關(guān)具體應(yīng)用的中文資料卻少之又少。面對(duì)唯一可做參考的英文文檔，我只有借助翻譯軟件，一點(diǎn)一滴地理解、猜測(cè)并實(shí)踐制作過(guò)程。由于沒(méi)有制作經(jīng)驗(yàn)，再加上信息的缺失，單單是前期對(duì)三維模型的轉(zhuǎn)換和調(diào)試就耗費(fèi)了大量時(shí)間與精力。在后期軟件開(kāi)發(fā)階段，我因?qū)S編程一竅不通而再一次陷入困境。為保證教學(xué)進(jìn)度，我決定迎接挑戰(zhàn)，提高自身的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平。我先以網(wǎng)絡(luò)教程為參考寫(xiě)了一段小程序，理解了編程思路，又嘗試著自己編譯了一款看圖軟件，總結(jié)出軟件流程，這才對(duì)照文檔中提供的函數(shù)循序漸進(jìn)地完成了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件的制作，最終掌握了該技術(shù)的關(guān)鍵流程，并能夠自如地實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

由此可見(jiàn)，不斷提高自身的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平是挑戰(zhàn)極限、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的有效途徑。故步自封不僅限制了自身發(fā)展，還會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)落后于信息時(shí)代的前進(jìn)腳步。Macromedia Authorware 3.0曾因其強(qiáng)大的功能、多樣的交互性、簡(jiǎn)便的操作風(fēng)靡全球在線(xiàn)教育市場(chǎng)，而如今我用它制作的學(xué)習(xí)工具卻找不到一臺(tái)能夠正常運(yùn)行的實(shí)體機(jī)。即便是被Adobe公司收購(gòu)后出品的Adobe Authorware 7，也在2007年8月被官方確認(rèn)停止研發(fā)，不再支持Microsoft Windows Vista及以后的操作系統(tǒng)（官方說(shuō)明，實(shí)際仍可運(yùn)行于32位系統(tǒng)），被后來(lái)居上的Adobe Flash和Adobe Captivate軟件瓜分了市場(chǎng)。時(shí)至今日，曾經(jīng)如日中天的Flash軟件也開(kāi)始處于尷尬境地，眾多領(lǐng)域開(kāi)始被HTML5蠶食，如果沒(méi)有革命性的創(chuàng)新，必將成為下一個(gè)Authorware。

信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，停止進(jìn)步意味著開(kāi)始落后。我們必須不斷提高自身的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，才能在信息技術(shù)大潮中劈波斬浪，不斷前行，才能在學(xué)習(xí)工具的制作上加以創(chuàng)新，為未來(lái)課堂教學(xué)打下更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。