增強(qiáng)現(xiàn)實的教學(xué)媒體功能及選擇模型分析

曹 知

（文山學(xué)院 信息科學(xué)學(xué)院，云南 文山 663099）

增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality）作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種延伸，是將計算機(jī)產(chǎn)生的虛擬對象與真實世界結(jié)合起來，構(gòu)造出虛實結(jié)合的虛擬空間[1]。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)具有虛實結(jié)合、實時交互、三維沉浸的特點[2]。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中有一定的應(yīng)用前景，相較傳統(tǒng)多媒體技術(shù)，它擴(kuò)展了交互方式，增加教學(xué)形象性與直觀性。

近幾年有不少學(xué)者探討增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的教育應(yīng)用，CNKI數(shù)據(jù)（表1）反映出相關(guān)研究逐步升溫的態(tài)勢。從學(xué)科上來看，研究范疇較廣，物理、數(shù)學(xué)、生物、地理、化學(xué)以及語言學(xué)習(xí)等學(xué)科均有涉及，同時在STEAM教育、創(chuàng)客教育等模式上也有一些研究。

表1 CNKI中“增強(qiáng)現(xiàn)實/AR”同時包含“教學(xué)/教育”主題檢索結(jié)果

從績效的角度來看，作為新興的媒體技術(shù)，準(zhǔn)確把握其媒體特征及功能，才能在不同情景的教學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮其優(yōu)勢。

1 增強(qiáng)現(xiàn)實的媒體特征

媒體特征的分析，可以從呈現(xiàn)力、重現(xiàn)力、傳送能力、可控性、參與性等方面考慮[3]。

在呈現(xiàn)力、重現(xiàn)力、參與性方面，增強(qiáng)現(xiàn)實有其優(yōu)勢。呈現(xiàn)力上，增強(qiáng)現(xiàn)實在呈現(xiàn)事物的空間、時間、運(yùn)動、顏色、聲音等屬性上的能力較強(qiáng)，能夠較為全面的表征事物的運(yùn)動狀態(tài)與規(guī)律。重現(xiàn)力上，增強(qiáng)現(xiàn)實的模型和場景都是可以重復(fù)呈現(xiàn)的，甚至交互的過程也可以記錄下來。參與性方面，增強(qiáng)現(xiàn)實具有較強(qiáng)的人機(jī)交互特性，作為教學(xué)媒體開展教學(xué)活動時，多感官和沉浸式的參與方式，使學(xué)習(xí)者可以在行為和情感上高度融入。增強(qiáng)現(xiàn)實所提供的極強(qiáng)的表現(xiàn)力和感染力，更容易促進(jìn)學(xué)習(xí)者的身心投入，引起學(xué)習(xí)者注意，提高學(xué)習(xí)興趣。

表2 增強(qiáng)現(xiàn)實的媒體特性

2 增強(qiáng)現(xiàn)實的媒體功能

“經(jīng)驗之塔”理論對于探討增強(qiáng)現(xiàn)實的媒體功能和進(jìn)行媒體選擇具有一定的指導(dǎo)意義。

根據(jù)美國視聽教育家埃德加·戴爾（Edger Dale）的理論，在教學(xué)中經(jīng)驗可以直接得到，也可以間接獲得，經(jīng)驗按照其抽象程度，可以分為三大類十個層級，稱為“經(jīng)驗之塔”（Cone of Experience）。抽象的經(jīng)驗位于塔頂端，做的經(jīng)驗位于塔底層，而處于中間層的媒體彌合著抽象經(jīng)驗與做的經(jīng)驗之間的鴻溝。

新的媒體出現(xiàn)之后，在教學(xué)領(lǐng)域往往較晚得到普及，增強(qiáng)現(xiàn)實目前已經(jīng)具備了一些普及的條件，相關(guān)的軟硬件正在不斷發(fā)展。作為新興的教學(xué)媒體，增強(qiáng)現(xiàn)實在“經(jīng)驗之塔”中的地位值得探討。

增強(qiáng)現(xiàn)實在“經(jīng)驗之塔”中的地位問題，涉及“經(jīng)驗之塔”理論的演進(jìn)。石長征、許坦等人探討過計算機(jī)在“經(jīng)驗之塔”中的位置問題，認(rèn)為國內(nèi)的改進(jìn)方式有三類[4]，一是植入說，二是夾層說，三是重構(gòu)說。植入說和夾層說都是在原框架上的修補(bǔ)更新，而重構(gòu)說是對“經(jīng)驗之塔”的再造。增強(qiáng)現(xiàn)實與計算機(jī)相比，它的媒體屬性更加豐富，如果使用重構(gòu)方式進(jìn)行劃分，產(chǎn)生的新問題可能會影響理論的權(quán)威性和實踐指導(dǎo)價值?！敖?jīng)驗之塔”理論是在20世紀(jì)40年代發(fā)表的，之所以彌久不衰，一個重要的因素是其易用性和普適性。從這個角度出發(fā)，保留經(jīng)驗之塔的原有框架不失為一種具有實際意義的方式。

增強(qiáng)現(xiàn)實置入“經(jīng)驗之塔”哪一層較為合適？“經(jīng)驗之塔”理論按抽象程度進(jìn)行分類，認(rèn)為媒體處在“觀察的經(jīng)驗”層次，提供替代性的經(jīng)驗。增強(qiáng)現(xiàn)實的媒體本質(zhì)也決定了其應(yīng)屬“觀察的經(jīng)驗”這一大類。張燕翔等人通過實驗實證發(fā)現(xiàn)，與實物模型教學(xué)媒體相比，增強(qiáng)現(xiàn)實教學(xué)媒體在“做的經(jīng)驗”上得分稍低，但是在“觀察的經(jīng)驗”和“抽象的經(jīng)驗”上略高[5]，這說明將增強(qiáng)現(xiàn)實劃入“觀察的經(jīng)驗”這一層并沒有與原有的理論框架沖突。具體到層級，除了考慮提供的經(jīng)驗的具體程度，還應(yīng)考慮操作難度、成本等方面。增強(qiáng)現(xiàn)實的集成性、交互性、沉浸性特征，使其能提供更為具體的經(jīng)驗，比“電影、電視”更能刺激感官通道。綜合考慮，增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)置入“電影、電視”與“參觀展覽”之間。這一劃分對教學(xué)中的媒體選擇具有重要意義。

圖1 “增強(qiáng)現(xiàn)實”在“經(jīng)驗之塔”中的位置

3 增強(qiáng)現(xiàn)實的教學(xué)媒體選擇模型

一些學(xué)者基于不同的角度提出過媒體選擇模型。馮曉英等人基于遠(yuǎn)程教育環(huán)境提出了圍繞技術(shù)、教學(xué)、實現(xiàn)三個維度的模型[6]。石長征等人結(jié)合“經(jīng)驗之塔”與其提出的“體驗之塔”，給出了一個嵌套型的選擇模型，力求搭建一種不受媒體發(fā)展影響的可持續(xù)發(fā)展框架[4]。本文傾向于從績效的角度考慮媒體選擇，采用K.Lonigo提出的教學(xué)媒體選擇模型，主要考慮學(xué)習(xí)類型、成本、效能等因素[3]。

3.1 學(xué)習(xí)類型

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)而確定的學(xué)習(xí)行為可以分為五個類型：學(xué)習(xí)事實性信息；學(xué)習(xí)對多種事物的識別能力；學(xué)習(xí)抽象的原理、概念、法則；學(xué)習(xí)解決某種問題的程序與方法；學(xué)習(xí)操作性技巧。

3.2 成本

成本包含費(fèi)用、人力、時間等方面。目前增強(qiáng)現(xiàn)實在媒體制作成本上低于電影和計算機(jī)輔助教學(xué)，成本花費(fèi)趨近于中等水平（M）。成本主要集中在資源的制作、設(shè)備費(fèi)用上，得益于手持式設(shè)備的普及和軟件資源的商業(yè)化開發(fā)，近兩年使用成本已有所降低。

3.3 效能

媒體的效能用三個等級表示：高效能（HP）、局部效能（MP）、低效能（LP）。效能級別越高，說明越能迅速、準(zhǔn)確、有效的完成教學(xué)任務(wù)。針對不同學(xué)習(xí)類型，同一媒體會有不同的效能。與傳統(tǒng)電子媒體不同的是，增強(qiáng)現(xiàn)實在學(xué)習(xí)操作性技能時，由于其虛擬與現(xiàn)實的混合特征，可以達(dá)到較高的效能（HP）。波音公司較早嘗試將增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)用于飛機(jī)裝配上[7]，提高了飛機(jī)線纜的布線效率，降低了錯誤率。增強(qiáng)現(xiàn)實在職業(yè)技能培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)、工程教育等方面的操作技能學(xué)習(xí)上也有較大的應(yīng)用潛力[8]。

在常用于教學(xué)的媒體中，靜止圖片、配音幻燈這兩種媒體綜合效能及能效比均較高，可以作為參照。成本上，靜止圖片的制作成本相對較低（L），配音幻燈的成本處于低到中水平（L-M）；效能上，靜止圖片在五種學(xué)習(xí)類型中的效能分別為MP-HPMP-MP-LP（按3.1中出現(xiàn)先后排序），配音幻燈分別為MP-HP-MP-HP-LP[3]。綜合考慮學(xué)習(xí)類型、成本、效能，將各項指標(biāo)形象化展示，可以得出增強(qiáng)現(xiàn)實的媒體選擇范圍模型（圖2）。

圖2 增強(qiáng)現(xiàn)實媒體選擇范圍圖

通過對比發(fā)現(xiàn)：這三種媒體中，增強(qiáng)現(xiàn)實在學(xué)習(xí)操作性技能時是最優(yōu)的；由于當(dāng)前的成本因素，在其他學(xué)習(xí)類型中增強(qiáng)現(xiàn)實并不是最優(yōu)媒體。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)電子媒體相比，增強(qiáng)現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實都在沉浸感、交互性方面具有優(yōu)勢，但增強(qiáng)現(xiàn)實的虛實結(jié)合特點，使其在教學(xué)應(yīng)用中有更廣泛的前景。根據(jù)增強(qiáng)現(xiàn)實的媒體本質(zhì)，可以將其劃分在“經(jīng)驗之塔”中“觀察的經(jīng)驗”類別，為學(xué)習(xí)提供替代性的經(jīng)驗。尤其是在操作性技能經(jīng)驗的獲得上，增強(qiáng)現(xiàn)實是較優(yōu)的選擇。

安東尼·貝茨認(rèn)為不存在面面俱到的“超級媒體”，但有適合某一教學(xué)目標(biāo)的較優(yōu)媒體[3]。盡管增強(qiáng)現(xiàn)實在呈現(xiàn)力、重現(xiàn)力、參與性等方面有顯著優(yōu)勢，但綜合分析當(dāng)前成本和效能，在進(jìn)行教學(xué)媒體選擇時，增強(qiáng)現(xiàn)實并非不同學(xué)習(xí)類型下的普適最優(yōu)解。