增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及對(duì)策研究

張菊芳?王海燕

摘 要：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但目前國內(nèi)的教育應(yīng)用還不夠成熟，就市場需求來說，其發(fā)展空間巨大。本文通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，主要論述了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在正式學(xué)習(xí)和非正式學(xué)習(xí)領(lǐng)域的教育應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上分析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢和不足，并提出相應(yīng)的建議，從而為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國內(nèi)教育領(lǐng)域的應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù);正式學(xué)習(xí);非正式學(xué)習(xí);建議對(duì)策

一、引言

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）是虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）的延伸，它是將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界無縫融合，從而豐富現(xiàn)實(shí)世界的一種技術(shù)應(yīng)用。在教育領(lǐng)域，AR在最貼近現(xiàn)實(shí)情景的基礎(chǔ)上為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建探索性的學(xué)習(xí)氛圍，以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者在現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，AR的用途越來越廣，迄今為止，AR已應(yīng)用于工業(yè)、觀光、學(xué)具開發(fā)、游戲、學(xué)科教學(xué)、圖書出版、職業(yè)培訓(xùn)、文物的復(fù)原和保護(hù)、醫(yī)學(xué)、市場營銷、建筑等多個(gè)領(lǐng)域。目前關(guān)于AR在教育領(lǐng)域的探索大多集中于產(chǎn)品開發(fā)及針對(duì)技術(shù)本身的研究，在教育市場中的應(yīng)用研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，為了更為深入地了解技術(shù)及其應(yīng)用背后的影響因素，有必要回顧以往的研究和闡明當(dāng)前的現(xiàn)狀，為接下來的教育實(shí)踐研究提供借鑒參考。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

筆者以“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”為主題詞進(jìn)行專業(yè)學(xué)術(shù)檢索，中文文獻(xiàn)選擇中國知網(wǎng)中文期刊全文數(shù)據(jù)庫，截至2018年7月，共檢索到3246篇，與教育相關(guān)的研究有287篇，其中2042篇期刊文章。從2011年開始文獻(xiàn)數(shù)量呈快速上升趨勢，且多數(shù)文獻(xiàn)來自計(jì)算機(jī)、信息、工業(yè)領(lǐng)域。英文文獻(xiàn)選擇SSCI引文索引數(shù)據(jù)庫Web of Science，并選擇所有內(nèi)含數(shù)據(jù)庫，以“augmented reality”為主題共檢索到6322篇，其中科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域5304篇，社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域2535篇，藝術(shù)人文領(lǐng)域542篇。在這個(gè)檢索結(jié)果里以“in education”為檢索主題，共檢索到918篇，并且從2015年教育領(lǐng)域的研究開始呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。

由上可得，相對(duì)計(jì)算機(jī)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展稍顯遜色，但是隨著AR技術(shù)的日漸成熟，其在教育領(lǐng)域的研究成果越來越多，國內(nèi)外涌現(xiàn)諸多特色應(yīng)用，AR技術(shù)作為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，在未來教育市場發(fā)展空間巨大。結(jié)合國內(nèi)外的研究文獻(xiàn)，筆者認(rèn)為AR在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為正式學(xué)習(xí)領(lǐng)域和非正式學(xué)習(xí)領(lǐng)域。其中正式學(xué)習(xí)領(lǐng)域主要包括教學(xué)學(xué)具開發(fā)、教育游戲開發(fā)、學(xué)科教學(xué)等;非正式學(xué)習(xí)領(lǐng)域主要包括電子書開發(fā)、物體建模、職業(yè)培訓(xùn)、展覽參觀、古跡復(fù)原和數(shù)字化遺產(chǎn)保護(hù)等。

（一）正式學(xué)習(xí)領(lǐng)域

1.教學(xué)學(xué)具開發(fā)

基于AR技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)具將傳統(tǒng)的學(xué)具和計(jì)算機(jī)所制作的虛擬的、數(shù)字化資源結(jié)合起來，為學(xué)習(xí)者更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)、開發(fā)學(xué)習(xí)工具提供條件?？挤蚵↘aufman）教授在教學(xué)過程中利用名為Construct 3D

的AR教具將復(fù)雜抽象的空間幾何圖形以三維立體形式呈現(xiàn)，在增強(qiáng)師生興趣的同時(shí)也提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率[1]。為解決傳統(tǒng)教材的局限，有研究團(tuán)隊(duì)將AR技術(shù)與現(xiàn)行的教學(xué)資料相結(jié)合[2]，利用3Ds Max、Unity 3D、Node.JS、MySQL等軟件和技術(shù)，基于Vuforia AR平臺(tái)以及Easy AR圖像識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)了一款跨平臺(tái)的輔助學(xué)習(xí)類軟件系統(tǒng)，主要立足于機(jī)械制圖等課程，具有自主識(shí)別、實(shí)時(shí)展示立體模型以及動(dòng)態(tài)形成過程、手觸控制、多場景選擇等功能，為學(xué)習(xí)者提供多場景、多學(xué)科、跨領(lǐng)域的知識(shí)。

AR學(xué)具也能夠引導(dǎo)和提示學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的真實(shí)性和自主性。劉立云等人闡述了利用Metaio軟件包制作電子電路可視化的教學(xué)學(xué)具[3]，即AR電路學(xué)具，學(xué)習(xí)者可以通過自己選擇串聯(lián)、并聯(lián)的模式來觀察電路不同的效果，也可以通過自主控制電路元件的屬性來觀察電流、電壓的各種變化。

2.教育游戲開發(fā)

當(dāng)前尋寶游戲和拼圖游戲是基于AR技術(shù)的兩種主要教育游戲類型，尋寶游戲的任務(wù)主要是在物理環(huán)境中搜索AR標(biāo)記，并且通過移動(dòng)設(shè)備（如照相機(jī)）找到并激活標(biāo)記來呈現(xiàn)各種游戲內(nèi)容。在拼圖游戲中，玩家通過選擇正確的選項(xiàng)來完成挑戰(zhàn)。如在Tangram AR中，玩家必須通過選擇拼圖并將其排列成所需形狀來完成挑戰(zhàn)。此外，以故事展開的冒險(xiǎn)類游戲也是AR技術(shù)在教育游戲應(yīng)用中的代表，其中一些還提供了跨越虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的游戲場景，如在游戲Luostarinm?ki Adventure中，玩家不僅可以在生活博物館中體驗(yàn)冒險(xiǎn)，同時(shí)還可以與過去的虛擬角色交談。在國內(nèi)，2015年，徐敏等人在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究中也提到了基于AR Tool Kit制作3D教學(xué)游戲。

3.學(xué)科教學(xué)

近年，AR技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于數(shù)學(xué)、物理、生物、化學(xué)、地理、語言等多種學(xué)科領(lǐng)域中。如為了清楚解釋物理學(xué)中磁場的概念，借助AR技術(shù)和體感技術(shù)，就可以將肉眼不可見的磁場可視化[4]。化學(xué)與物理有很多相似之處，在學(xué)習(xí)分子、原子結(jié)構(gòu)，觀察有機(jī)物分子化學(xué)反應(yīng)過程中原子位置的空間變化時(shí)，可以借助AR展現(xiàn)虛實(shí)融合的操作實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)者雖然身處真實(shí)世界，卻能夠?qū)μ摂M出來的微觀世界中的分子、原子進(jìn)行操作[5]。當(dāng)然對(duì)某一門學(xué)科也可以有針對(duì)性地開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)，如為幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)地理學(xué)科中關(guān)于大氣知識(shí)而開發(fā)的天氣系統(tǒng) Weather Observers、為幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)同一詞語在不同語種中的表達(dá)而開發(fā)的系統(tǒng)MOW及外國學(xué)者給學(xué)齡前兒童開發(fā)的識(shí)字游戲“ABC3D”等都很好地借助了AR獨(dú)特的優(yōu)勢。

（二）非正式學(xué)習(xí)領(lǐng)域

1.電子書開發(fā)

AR卡片、AR電子書的出現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)紙質(zhì)書籍帶來了挑戰(zhàn)，AR電子書利用攝像機(jī)標(biāo)定、三維注冊等技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，例如實(shí)現(xiàn)與恐龍互動(dòng)的《恐龍》一書、用于兒童認(rèn)物識(shí)字的“AR涂涂樂”等。國內(nèi)較近的應(yīng)用案例就是2017年西北工業(yè)大學(xué)發(fā)出的首封AR高考錄取通知書?；贏R的電子書使用過程相當(dāng)簡單，如“AR涂涂樂”的操作過程包括用手機(jī)掃描書本上的二維碼→下載安裝應(yīng)用程序→打開軟件激活，通過借助手持終端進(jìn)行涂鴉、掃描、跟讀、互動(dòng)等過程完成認(rèn)物識(shí)字的學(xué)習(xí)，這樣就可以巧妙地將紙質(zhì)書籍與移動(dòng)終端（如手機(jī)、平板電腦等）結(jié)合，不僅充分利用了現(xiàn)存的學(xué)習(xí)資源，而且使學(xué)習(xí)過程更加輕松。

2.物體建模

利用AR技術(shù)可以展示三維立體物體和場景，還可以針對(duì)教學(xué)場景中一些難以用傳統(tǒng)媒體表現(xiàn)或復(fù)雜難懂的內(nèi)容，建立三維模型來輔助教育教學(xué)。通過手動(dòng)控制三維模型來形象地了解所學(xué)知識(shí)，解決了傳統(tǒng)課堂的技術(shù)局限性問題。

由于物體模型的創(chuàng)建是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，通常需要專業(yè)的建模工具或設(shè)備，而對(duì)于那些想要?jiǎng)?chuàng)建簡單三維模型的非專家用戶來講，他們也需要深入研究和學(xué)習(xí)復(fù)雜的建模工具。有團(tuán)隊(duì)基于AR技術(shù)開發(fā)了一個(gè)建模系統(tǒng)，允許業(yè)余愛好者以交互方式創(chuàng)建簡單的三維模型，還在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一種有形設(shè)備——AR筆，為用戶選擇、翻譯、旋轉(zhuǎn)和修改模型提供便利[6]。Alexandre Borrel（亞歷山大·博雷爾）等人設(shè)計(jì)了Reality Convert軟件工具和相關(guān)網(wǎng)站，它們主要用于輔助生物和化學(xué)教學(xué)[7]。在化學(xué)學(xué)科中，軟件允許用戶輕松地將分子對(duì)象轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的三維模型，除了生成物質(zhì)的三維模型，Reality Convert還可以生成圖像跟蹤器，用于使用AR應(yīng)用程序時(shí)調(diào)用和掃描特定的三維模型。

3.職業(yè)培訓(xùn)

基于AR技術(shù)的技能培訓(xùn)，為技術(shù)類學(xué)習(xí)者開展實(shí)踐課程提供了便捷直觀的教學(xué)環(huán)境。例如工程類教學(xué)可以使用AR技術(shù)清楚識(shí)別零部件，模擬組裝專業(yè)設(shè)備;人體教學(xué)利用AR技術(shù)深刻了解人的身體構(gòu)造;醫(yī)學(xué)院可應(yīng)用AR技術(shù)提高認(rèn)知的準(zhǔn)確度;等等。如相關(guān)團(tuán)隊(duì)基于AR技術(shù)為認(rèn)知障礙人群開發(fā)了一個(gè)職業(yè)任務(wù)提示系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了圖片提示，實(shí)時(shí)識(shí)別不正確的任務(wù)步驟，并幫助用戶進(jìn)行更正[8]。同樣喬興媚等人研究了AR技術(shù)在職業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用[9]，提到在有專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的技術(shù)領(lǐng)域，可以通過設(shè)置AR觸發(fā)點(diǎn)，提示學(xué)習(xí)者在操作過程中應(yīng)該注意的節(jié)點(diǎn)，再提醒學(xué)習(xí)者的操作是否出現(xiàn)偏差，這樣可以有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)動(dòng)作技能類知識(shí)的熟練掌握。

4.展覽

蔡蘇等人在2010年第17屆北京國際圖書博覽會(huì)上利用AR技術(shù)展示了“未來之書”[10]，即一本增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用演示方面的書，書中選取了物理學(xué)中的單擺、牛頓定律等實(shí)驗(yàn)，為讀者呈現(xiàn)了虛實(shí)相結(jié)合的效果。作為國內(nèi)較早的關(guān)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的立體化書籍，2010年第17屆北京國際圖書博覽會(huì)上“未來之書”參展獲得了與會(huì)者的一致好評(píng)。

歐洲列支敦士登大學(xué)開展的運(yùn)用AR技術(shù)的數(shù)學(xué)展覽，旨在研究AR對(duì)非正式學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識(shí)建構(gòu)過程的影響。實(shí)驗(yàn)者招募了101名參與者，通過 Aurasma Studio 2.0設(shè)計(jì)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，體驗(yàn)AR的參與者的測試成績明顯優(yōu)于未體驗(yàn)者[11]。未來AR技術(shù)在展覽館里的角色不再是簡單的學(xué)習(xí)工具，更會(huì)作為一門新興的技術(shù)來更好地服務(wù)社會(huì)。

5.古跡復(fù)原和數(shù)字化遺產(chǎn)保護(hù)

古跡和文化遺產(chǎn)將我們與歷史自然地聯(lián)系在一起，由于種種客觀原因，它們給予我們一種永遠(yuǎn)無法了解其前世今生的神秘感。然而，利用AR技術(shù)就可以模擬各種工藝流程，再現(xiàn)人們當(dāng)時(shí)生產(chǎn)、建設(shè)以及制作的活動(dòng)場景，讓學(xué)習(xí)者參與其中，充分感受、感知，幫助他們更好地理解古代歷史各種文化的奧秘和精髓。如Isabel Pedersen（伊莎貝爾·彼得森）等人開發(fā)的Tomb Seer是一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序[12]，旨在通過全息攝影的界面讓用戶沉浸在博物館空間中，用戶通過視覺觀看和手勢觸摸兩種方式進(jìn)行操作，其中，手勢交互還可以將虛擬的歷史文物“恢復(fù)生機(jī)”。

此外，Tinaj AR也是一個(gè)基于AR的應(yīng)用程序[13]，為AR在文化遺產(chǎn)保護(hù)中提供了諸多可能性，如Tinaj AR采用基于視頻的多標(biāo)記AR技術(shù)，通過虛擬陶瓷碎片解釋陶器的形成過程，還基于西班牙北部儲(chǔ)藏葡萄酒的酒窖AR標(biāo)記，向大眾解釋酒窖的用途。Tinaj AR不僅是文化傳遞的載體，也是一種藝術(shù)表現(xiàn)形式，在西班牙拉里奧哈的陶瓷展期間獲得了廣泛好評(píng)。

三、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展優(yōu)勢

（一）有效的技術(shù)支持

硬件方面，AR是在VR的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，相比于VR硬件要求較低，因?yàn)锳R用戶不再需要戴沉重的頭盔，一般情況下只需配置一臺(tái)電腦和一個(gè)攝像頭，或者是僅需平板電腦/手機(jī)就可以在適宜的場所使用。如借助AR學(xué)習(xí)車輛構(gòu)造時(shí)，學(xué)習(xí)者可以利用手機(jī)終端任意掃描隨處可見的汽車，從而了解汽車的構(gòu)造板塊、工作原理及組裝過程。

軟件方面，AR系統(tǒng)軟件可以實(shí)時(shí)查看學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)軌跡和學(xué)習(xí)狀態(tài)，并在其操作錯(cuò)誤的地方及時(shí)給予提醒，這些提示功能有助于學(xué)習(xí)者減少錯(cuò)誤和試錯(cuò)時(shí)間，同時(shí)能防止任務(wù)中斷，使得移動(dòng)學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)更加容易實(shí)現(xiàn)。除此之外，利用AR技術(shù)還可以開發(fā)多種支持學(xué)習(xí)的系統(tǒng)軟件，如在獸醫(yī)學(xué)和外科教學(xué)中，神經(jīng)解剖對(duì)于師生來說都極具挑戰(zhàn)，為了創(chuàng)建一個(gè)簡單的學(xué)習(xí)解剖的途徑，教師可以借助AR技術(shù)創(chuàng)建基于動(dòng)物頭部解剖的程序軟件，讓學(xué)生利用此軟件進(jìn)行交互學(xué)習(xí)[14]。

（二）豐富的學(xué)習(xí)資源

AR使學(xué)習(xí)內(nèi)容的表現(xiàn)形式更加豐富，除了利用3D顯示和多點(diǎn)觸摸技術(shù)，還融合了多媒體技術(shù)的各種元素，使得視聽效果非常好。AR提供的現(xiàn)成學(xué)習(xí)資源，不僅避免了教學(xué)工作中技術(shù)開發(fā)所帶來的人力、物力消耗，還能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者參與和協(xié)作，學(xué)習(xí)者在一個(gè)既定的系統(tǒng)程序中學(xué)習(xí)，通過在給定的學(xué)習(xí)任務(wù)中與他人一起觀察和討論，有效地加強(qiáng)了學(xué)習(xí)的深度。同時(shí)AR提供現(xiàn)實(shí)世界很難獲取或者接觸到的教學(xué)資源，有助于為學(xué)習(xí)者再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中無法觀察到的事物及事物的變化過程，如學(xué)習(xí)者可以觀看火山爆發(fā)時(shí)火山噴涌的現(xiàn)象，感受地表的移動(dòng)和巖漿流淌過程中溫度的變化等。

（三）真實(shí)的學(xué)習(xí)場景

AR使學(xué)習(xí)感受更加真實(shí)、深刻，人機(jī)互動(dòng)更加高效，比如我們在借助AR進(jìn)行文字輸入時(shí)，利用真實(shí)的鍵盤，而不是像VR一樣在虛幻的環(huán)境中輸入，這種觸摸的真實(shí)感使輸入更加精準(zhǔn)。如在職業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域，可利用AR展示的功能為學(xué)習(xí)者展現(xiàn)拆卸和組裝汽車器件的工作場景，這與教師現(xiàn)場演示的一樣真實(shí)。

由于AR技術(shù)的真實(shí)情景感受、跨越時(shí)空界限、動(dòng)感交互穿越的特點(diǎn)極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提供的可觀察、可操作的實(shí)踐機(jī)會(huì)使學(xué)習(xí)者更容易自己探索和建構(gòu)知識(shí)，這種新穎的學(xué)習(xí)方式和豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)極大地提升了課堂的趣味性。同時(shí)AR為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)微觀的事物提供了更加真實(shí)的情景，可以將數(shù)學(xué)的立體幾何、物理的電磁場、生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、化學(xué)的微觀粒子、地理的天體運(yùn)動(dòng)等表現(xiàn)得真實(shí)可見。這為教師教學(xué)提供了極大的便利，使那些用文字語言無法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)過程變得生動(dòng)直觀，這無疑能幫助學(xué)習(xí)者更好地理解和記憶。

四、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用過程中存在的問題及對(duì)策分析

（一）技術(shù)帶來的問題及未來發(fā)展路徑

1.技術(shù)帶來的問題

第一，由于技術(shù)的不成熟，AR顯示常常有使人眩暈、畫面不清晰和不穩(wěn)定的問題伴隨，再加上相關(guān)教學(xué)資源的匱乏，一些資源往往是Flash動(dòng)畫等內(nèi)容的移植，并未凸顯出AR的獨(dú)特性與優(yōu)越性，更談不上提供針對(duì)學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)的個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源。除此之外，AR設(shè)備價(jià)格高昂，就像計(jì)算機(jī)剛剛面世一樣，不容易在大范圍內(nèi)快速推廣。由于AR技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)、相關(guān)軟件與學(xué)校教育教學(xué)的實(shí)際需求并不完全對(duì)口，導(dǎo)致廣大教師不知道如何將教學(xué)內(nèi)容與之融合。

第二，AR技術(shù)剛剛起步，除技術(shù)與資源的不足之外，AR方面的探索者也僅限于高校專家學(xué)者及高端企業(yè)，即使是在經(jīng)濟(jì)條件較好的中小學(xué)應(yīng)用也不是很廣泛，中小學(xué)教師沒有接觸過AR，怎么能將此技術(shù)更好地應(yīng)用于教育教學(xué)呢？

第三，AR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)至少需要一臺(tái)電腦和一個(gè)攝像頭，或者是平板電腦和手機(jī)，對(duì)于一般的中小學(xué)校教學(xué)，學(xué)習(xí)者帶手機(jī)上課是絕對(duì)不允許的，更何況貧困地區(qū)的學(xué)習(xí)者不具備人手一機(jī)的條件。同時(shí)AR技術(shù)還需要無線網(wǎng)絡(luò)和GPS定位，當(dāng)前應(yīng)用除了定位的準(zhǔn)確性，在這些條件的支持上還有困難。

第四，AR系統(tǒng)一般都是由多種硬件和軟件設(shè)備組成的，導(dǎo)致設(shè)備之間的接口眾多;多設(shè)備傳輸時(shí)信息量分配并不均勻，導(dǎo)致畫面停頓或延遲。此外，使用的設(shè)備多使得出現(xiàn)故障的概率增加，所以保持多臺(tái)設(shè)備的兼容與穩(wěn)定將成為問題的關(guān)鍵。

2.未來發(fā)展路徑

針對(duì)上述問題，目前AR系統(tǒng)出現(xiàn)的畫面眩暈感已經(jīng)在逐步得到控制，此后應(yīng)思考如何更好地增強(qiáng)用戶在情境中的沉浸感和存在感。此外，GPS系統(tǒng)定位不精確甚至定位錯(cuò)誤給師生帶來諸多不便，但慶幸的是，由于無線移動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展，系統(tǒng)的兼容性和穩(wěn)定性都可以解決。同時(shí)可以肯定的是，隨著移動(dòng)設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)等）的CPU處理速度越來越快，內(nèi)存和硬盤容量越來越大，AR系統(tǒng)的技術(shù)問題將隨著智能手機(jī)和穿戴式設(shè)備的成熟逐漸得以解決。

高校專家學(xué)者通過講座及項(xiàng)目的方式將AR技術(shù)往教育教學(xué)方面滲透，企業(yè)也緊緊抓住商機(jī)，以期AR技術(shù)更好地與教育教學(xué)融合。為設(shè)計(jì)基于AR技術(shù)的課堂教學(xué)方案，促進(jìn)各方面的人才培養(yǎng)，AR未來課堂教學(xué)形式可以根據(jù)其特點(diǎn)分為三個(gè)形式，分別是全沉浸式、環(huán)幕互動(dòng)式、實(shí)踐教學(xué)式[15]。全沉浸式與AR技術(shù)的沉浸式特點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，如數(shù)學(xué)中學(xué)習(xí)立體幾何時(shí)可以借助AR將二維的書本知識(shí)轉(zhuǎn)化成三維的立體知識(shí)，學(xué)習(xí)者借助可視化和可觸摸的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)踐操作，全身心地沉浸于教學(xué)場景，有助于提高注意力，加強(qiáng)記憶和理解;環(huán)幕互動(dòng)式是借助AR創(chuàng)建一個(gè)四維的互動(dòng)討論區(qū)，通過三通道偏振立體環(huán)幕技術(shù)，將學(xué)習(xí)內(nèi)容投放到120度環(huán)形大屏幕中，讓學(xué)習(xí)者在動(dòng)態(tài)的知識(shí)情境中親身體驗(yàn)每堂課的內(nèi)容，主要是借助身臨其境的氛圍促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí);實(shí)踐教學(xué)式是為加強(qiáng)教學(xué)的實(shí)踐性，結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，借助AR技術(shù)創(chuàng)建特定的模擬場景，讓學(xué)習(xí)者自己動(dòng)手模擬操作或者使用手勢與移動(dòng)設(shè)備交互，形象生動(dòng)的三維場景使得實(shí)踐內(nèi)容不再枯燥，操作過程更貼近生活實(shí)際，從而增加學(xué)習(xí)者的興趣。

（二）教育應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及對(duì)策

1.教育應(yīng)用中面臨的問題

第一，AR系統(tǒng)中包含的教學(xué)資源往往是針對(duì)既定的教學(xué)過程開發(fā)的，在實(shí)際應(yīng)用中缺乏靈活性和通用性，造成了與其他類型的教學(xué)過程不匹配，使得教師無法根據(jù)教學(xué)需求自主選擇資源。

第二，雖然AR能直觀迅速地呈現(xiàn)出真實(shí)的場景，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，不可避免的是AR同樣會(huì)限制學(xué)習(xí)者的想象力，將知識(shí)立體化的同時(shí)阻塞了知識(shí)其他方面的表現(xiàn)路徑，同樣會(huì)限制學(xué)習(xí)者個(gè)性化的發(fā)展。

第三，利用AR設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)目前僅限于觀察、體驗(yàn)，交互性不強(qiáng)，從演示的內(nèi)容中獲取知識(shí)，但僅是教師操作、學(xué)習(xí)者觀看，學(xué)習(xí)者很難參與其中，而且只能按照設(shè)定的程序走，觀看完畢則是繼續(xù)按照傳統(tǒng)的方式授課。由于技術(shù)的阻礙，教師很難將AR融入教學(xué)的全過程，因此并沒有帶給學(xué)習(xí)者明顯的學(xué)習(xí)效果。

第四，AR提供的信息量過大，在完成復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，學(xué)習(xí)者不得不處理陌生的技術(shù)，很容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)者認(rèn)知超載，使他們手忙腳亂、不知所措。比如空間導(dǎo)航、互動(dòng)協(xié)作、技術(shù)操作和數(shù)量估算等。

第五，在實(shí)際的教學(xué)實(shí)施過程中，平衡虛擬與現(xiàn)實(shí)是很難做到的。比如AR系統(tǒng)中GPS定位可以極大地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的情境化學(xué)習(xí)，但是不一定所有活動(dòng)都要去實(shí)際情境中調(diào)研，因?yàn)槿敉鈩荼禺a(chǎn)生大量時(shí)間和交通成本。

2.未來發(fā)展路徑

針對(duì)前三個(gè)問題，教師可以根據(jù)實(shí)際的課堂活動(dòng)個(gè)性化地設(shè)計(jì)、開發(fā)相應(yīng)的資源，不過這會(huì)對(duì)教師的信息素養(yǎng)、時(shí)間精力等提出較高的要求，所以需要教師不斷提高相應(yīng)的專業(yè)理論素養(yǎng)和實(shí)踐技能。此外，高質(zhì)量的AR教育資源開發(fā)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要借助一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)平臺(tái)來創(chuàng)建。但是由于企業(yè)的生存問題，教師想獲得免費(fèi)易用的優(yōu)質(zhì)資源平臺(tái)也是不易的，故政府需要給予資金及政策支持。當(dāng)然還有研究者建議通過增強(qiáng)軟件平臺(tái)的開放性和授權(quán)工具的使用來強(qiáng)化師生對(duì)AR資源的個(gè)性化選擇和設(shè)計(jì)[16]，讓師生有權(quán)在軟件平臺(tái)上創(chuàng)建和修改屬于自己的AR作品，以滿足個(gè)性化的需求。針對(duì)第四個(gè)關(guān)于學(xué)習(xí)者的困惑和迷失于游戲的問題，應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)AR平臺(tái)的易用性，如操作簡易流暢，設(shè)置特別操作提醒學(xué)生回到現(xiàn)實(shí)世界。針對(duì)第五個(gè)問題，因?yàn)锳R自身的虛擬創(chuàng)造性、生成增強(qiáng)性也同時(shí)可以幫助學(xué)生給自己熟悉的地點(diǎn)位置設(shè)計(jì)新的內(nèi)涵，在身邊的環(huán)境中找到替代，所以可根據(jù)實(shí)際情況選擇是否去實(shí)地調(diào)研。

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Research on the Application Status and Countermeasures of Augmented Reality Technology in Education

ZHANG Jufang，WANG Haiyan

（School of Education，Shaanxi Normal University，Xian，Shaanxi，China 710062）

Abstract： Augmented Reality（AR）technology has been widely used in various fields.However，currently the application of AR technology in education in China is not mature enough.In terms of market demand，it has huge room to expand.Through consulting relevant literatures at home and abroad，this paper mainly reviews the educational applications of AR technology in formal learning and informal learning.On this basis，it analyzes the advantages and disadvantages of AR technology in the field of education，and puts forward corresponding suggestions.Hence，it will provide valuable references for the application of AR technology in the education field in China.

Key words： Augmented Reality technology;formal learning;informal learning;recommended countermeasures