中小學(xué)階段增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助非正式科學(xué)教育探析

邵巾倩 祝懷新

[摘要]AR在教育領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿?，早期文獻(xiàn)缺乏對(duì)非正式環(huán)境下科學(xué)教育教學(xué)的探討，為了彌補(bǔ)這一空白，基于18篇國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)的研究，分析了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在非正式科學(xué)教育中對(duì)學(xué)習(xí)者的影響，以及不同場(chǎng)景下的教學(xué)策略。發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域主要探討AR在營(yíng)造沉浸體驗(yàn)感、提升認(rèn)知水平、包容性別差異方面的優(yōu)勢(shì)，以及呈現(xiàn)出4種不同的教學(xué)策略：基于環(huán)境觀察的綜合學(xué)習(xí)模式、基于游戲敘事探究的角色扮演模式、基于探究教學(xué)的發(fā)現(xiàn)模式以及基于展品互動(dòng)的支架模式。

[關(guān)鍵詞]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）;科學(xué)教育;非正式教育;教學(xué)策略

[中圖分類號(hào)]G642.4

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1005-4634（2020）01-0085-08

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）可以被定義為“與位置和場(chǎng)景有關(guān)的虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境下動(dòng)態(tài)重疊的情況”。在這種情況下，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為用戶提供技術(shù)指導(dǎo)的沉浸式體驗(yàn)，其中真實(shí)世界和虛擬世界交疊融合在一起。2011年的地平線報(bào)告中描述了AR在未來(lái)教育教學(xué)中的發(fā)展?jié)摿?，AR具有可視化和支持高度交互學(xué)習(xí)的特征，使得數(shù)字模擬疊加的內(nèi)容如同現(xiàn)實(shí)世界中操作一樣簡(jiǎn)單，AR還具有對(duì)用戶輸入做出及時(shí)反饋的特征，這種特征賦予了學(xué)習(xí)和評(píng)估巨大的潛力。學(xué)生在與虛擬對(duì)象相互作用的基礎(chǔ)上構(gòu)建新的理解。

按照Gerber等人的定義，發(fā)生在學(xué)校之外的教育統(tǒng)稱為非正式教育。非正式教育根據(jù)是否有課程組織，分為兩個(gè)部分：第一部分是專門為支持正規(guī)教育成就而在非正式條件下獲得的經(jīng)驗(yàn)（如作為學(xué)校任務(wù)的一部分參觀學(xué)習(xí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)單）：第二部分是采用非正式方法學(xué)習(xí)具有社會(huì)價(jià)值知識(shí)的活動(dòng)（如博物館、動(dòng)物園、植物園等場(chǎng)館參觀體驗(yàn)）。國(guó)外學(xué)者曾用二八法則來(lái)形象地描述非正式學(xué)習(xí)的價(jià)值，在人們實(shí)際用到的知識(shí)中，80%來(lái)源于非正式學(xué)習(xí)活動(dòng)?！度耸侨绾螌W(xué)習(xí)》的主編Bransford認(rèn)為：“我們正步入正式學(xué)習(xí)、非正式學(xué)習(xí)和內(nèi)隱學(xué)習(xí)共同整合服務(wù)學(xué)習(xí)者的十年中?！?/p>

美國(guó)國(guó)家科學(xué)教學(xué)研究協(xié)會(huì)于1999年成立了非正式科學(xué)教育特設(shè)委員會(huì)，專門關(guān)注非正式科學(xué)領(lǐng)域。據(jù)Crane等人的定義：非正式科學(xué)教育是指發(fā)生在學(xué)校環(huán)境之外，并非主要為學(xué)校使用而開(kāi)發(fā)，沒(méi)有發(fā)展為正在進(jìn)行的學(xué)校課程的一部分的科學(xué)教育。與學(xué)校環(huán)境相比，非正式環(huán)境教育由學(xué)習(xí)者主導(dǎo)，依賴內(nèi)在動(dòng)機(jī)。從學(xué)校教育的角度來(lái)看，非正式環(huán)境科學(xué)教育經(jīng)常顯得不連貫。但是，這種學(xué)習(xí)是內(nèi)部而不是外部驅(qū)動(dòng)的，因此其作用通常是持久的。從事科學(xué)相關(guān)的人員表示，早期的非正式科學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)歷激發(fā)了他們對(duì)科學(xué)的興趣，并加強(qiáng)了他們與學(xué)?？茖W(xué)課程的聯(lián)系，對(duì)他們的職業(yè)道路產(chǎn)生了影響。這表明，非正式科學(xué)教育在傳統(tǒng)科學(xué)教育遇到的學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和志向下降的問(wèn)題上大有可為，當(dāng)前，真實(shí)情境的體驗(yàn)和互動(dòng)成為突破傳統(tǒng)科學(xué)教育局限的有力抓手，非正式科學(xué)教育成為了學(xué)?？茖W(xué)教育必不可少的重要補(bǔ)充。我國(guó)發(fā)布了《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要（2006-2010-2020）》和《中國(guó)中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，基本上確立了公民科學(xué)素質(zhì)的總體目標(biāo)，表明政府政策層面已經(jīng)意識(shí)到非正式科學(xué)教育的重要性?？萍嫉难该桶l(fā)展，為非正式教育打開(kāi)了更廣闊的大門，關(guān)注新興技術(shù)在非正式科學(xué)教育的研究，將更加有助于學(xué)習(xí)者為中心的新學(xué)習(xí)樣態(tài)的構(gòu)建，研究關(guān)注中小學(xué)年齡階段的AR使用，目的在于促進(jìn)基礎(chǔ)教育的技術(shù)變革，為基礎(chǔ)教育提供更加豐富的科學(xué)學(xué)習(xí)樣態(tài)，使學(xué)生在早期獲得學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和動(dòng)力。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用做過(guò)相應(yīng)的綜述，但討論主要側(cè)重于AR概念、使用設(shè)備以及在教育教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)和不足。個(gè)別學(xué)者研究了AR在科學(xué)教育視域下的教學(xué)應(yīng)用，但其討論側(cè)重點(diǎn)是AR特點(diǎn)在科學(xué)教育（主要是化學(xué)教育）中的價(jià)值以及AR教學(xué)發(fā)展模型，沒(méi)有研究關(guān)注AR在非正式情境下的科學(xué)教育教學(xué)中的使用策略以及非正式科學(xué)教育領(lǐng)域AR的優(yōu)勢(shì)。因此，本研究試圖以非正式科學(xué)教育為切口，著重關(guān)注AR在中小學(xué)階段非正式科學(xué)教育領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)以及采用的教學(xué)策略。

1研究方法

本研究通過(guò)ProQuest、EBSCOhost（Academic Search Premier）、Web of Sciences和Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，來(lái)收集原始文獻(xiàn)。為了盡可能多地包含數(shù)據(jù)，使用“augmented reality”、“science”O(jiān)R“scientific”“education”O(jiān)R“l(fā)earn*”O(jiān)R“teach*”O(jiān)R“Inquiry”O(jiān)R“investigation”等特定英文構(gòu)建檢索式在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行高級(jí)檢索，結(jié)果僅限于同行評(píng)審的學(xué)術(shù)期刊，語(yǔ)言限定為英語(yǔ)，時(shí)間限定為2011～2018年。將4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)搜索結(jié)果導(dǎo)入Endnote文獻(xiàn)管理軟件，剔除重復(fù)篇目，從剩下的文獻(xiàn)中層級(jí)篩選符合AR輔助科學(xué)教育、義務(wù)教育階段、非正式情境、實(shí)證研究4個(gè)條件的文獻(xiàn)。層級(jí)篩選主要通過(guò)閱讀文章標(biāo)題和摘要進(jìn)行，如非正式情境按照非正式的定義，剔除學(xué)校課堂上的AR使用：在研究對(duì)象方面，特意排除了專門針對(duì)大學(xué)生、學(xué)齡前兒童、教師培訓(xùn)等文章;在使用AR的學(xué)科方面，主要包含科學(xué)學(xué)科所涉及的物理、化學(xué)、生物，排除社會(huì)科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)方面的應(yīng)用。在系統(tǒng)篩選的過(guò)程中無(wú)可避免地會(huì)遺漏一些文章，但是為了提高流程的清晰度、客觀性以及可行性，就要進(jìn)行一些困難的抉擇。相對(duì)其他領(lǐng)域，AR在科學(xué)教育領(lǐng)域應(yīng)用較多，但由于AR作為新興技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)，文章總量較少，尤其是在非正式科學(xué)教育領(lǐng)域較為缺乏，最后篩選出最符合條件的18篇，具體信息見(jiàn)表1。筆者重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：（1）AR輔助非正式科學(xué)教育教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)者有哪些影響;（2）AR輔助非正式科學(xué)教育的教學(xué)策略有哪些？接下來(lái)將重點(diǎn)討論研究結(jié)果。

2AR輔助非正式科學(xué)教育的優(yōu)勢(shì)

AR輔助非正式科學(xué)教育優(yōu)勢(shì)涉及多個(gè)方面，該領(lǐng)域的研究者主要關(guān)注營(yíng)造沉浸體驗(yàn)感，提升認(rèn)知水平，包容性別差異這幾個(gè)方面。

2.1營(yíng)造沉浸體驗(yàn)感

“沉浸體驗(yàn)感”（Immersion）是一種將個(gè)人精力完全投注在某活動(dòng)中所產(chǎn)生的積極情緒感受與體驗(yàn)，該體驗(yàn)有助于學(xué)生獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。沉浸感可以分為心理沉浸（Psychological immersion）、感官沉浸（Sensory immersion）、敘事和象征性沉浸（Narrative and symbolic immersion）、動(dòng)作沉浸（Actional immersion）。營(yíng)造沉浸感是AR較為獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，學(xué)習(xí)者可以在AR中感受到自己的存在，在敘事中摒除懷疑、沉浸其中，在里面進(jìn)行全神貫注的心理和動(dòng)作交互。

沉浸體驗(yàn)感的研究往往在同游戲相結(jié)合的AR學(xué)習(xí)中進(jìn)行，因游戲性質(zhì)引入的沉浸感體驗(yàn)就被AR游戲?qū)W習(xí)研究考慮其中。研究者著重關(guān)注引起沉浸體驗(yàn)相關(guān)因素的考察。例如在Bressler和Bodzin有關(guān)法醫(yī)科學(xué)AR游戲研究案例中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的沉浸體驗(yàn)與性別、科學(xué)興趣無(wú)顯著關(guān)系，而與游戲態(tài)度呈現(xiàn)顯著相關(guān)。然而研究者認(rèn)為前面兩個(gè)無(wú)顯著關(guān)系可能是研究本身的特殊性導(dǎo)致的，需要進(jìn)一步研究。Georgiou等人的研究更為具體，關(guān)注特定領(lǐng)域的動(dòng)機(jī)和認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)與沉浸感之間的關(guān)系，以及沉浸感與學(xué)習(xí)成績(jī)之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)十分有趣：低程度的沉浸感在標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)習(xí)收益上比高程度沉浸感更相關(guān)，而科學(xué)方面的動(dòng)機(jī)與低程度沉浸感相關(guān)。然而，正如研究者指出的那樣，高級(jí)別的沉浸感并非沒(méi)有益處，而是可能與其他類型的學(xué)習(xí)成果有更強(qiáng)的關(guān)系，這有待進(jìn)一步研究。

2.2提升認(rèn)知水平

2009年美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究委員會(huì)（National Research Council，簡(jiǎn)稱NRC）報(bào)告提出了一種科學(xué)學(xué)習(xí)模式，強(qiáng)調(diào)讓兒童參與科學(xué)推理和科學(xué)活動(dòng)反思以及科學(xué)興趣發(fā)展的重要性。AR在提升學(xué)生深層次認(rèn)知能力、創(chuàng)造力和批判性思考上展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)，AR能夠在沉浸式安全的環(huán)境中，化抽象為具體，通過(guò)模擬體驗(yàn)縮小理論和實(shí)踐的差距，降低認(rèn)知負(fù)荷，通過(guò)持續(xù)的刺激和反饋，學(xué)習(xí)者的知識(shí)留存度也得到了提升。除此之外，有研究表明，通過(guò)AR學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者的注意力和節(jié)奏控制能力增強(qiáng)，甚至在學(xué)習(xí)動(dòng)力、興趣、自信心等方面都有所提高。

學(xué)者對(duì)科學(xué)博物館的相關(guān)研究表明，AR的互動(dòng)性、動(dòng)態(tài)可視化特征，能夠提供更加細(xì)致且聚焦的動(dòng)態(tài)信息，抓住學(xué)生的注意力，達(dá)到概念理解的目的，不論是簡(jiǎn)單概念，還是復(fù)雜概念，都能起到促進(jìn)概念理解的效果。

還有一部分的研究采用對(duì)比試驗(yàn)的方法，證明AR與其他教學(xué)方法相比，學(xué)習(xí)成績(jī)有更大的提升。此外，AR還能提高和促進(jìn)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的注意力、置信度和相關(guān)性等。如Huang等人在植物園中，對(duì)比試驗(yàn)了導(dǎo)游組、AR組和AR+導(dǎo)游組3種教學(xué)過(guò)程，研究表明：AR的引入比傳統(tǒng)導(dǎo)游更能提高學(xué)生的成績(jī)，促進(jìn)學(xué)生的積極情緒。除了其他教學(xué)方式與AR的對(duì)比試驗(yàn)以外，研究者也關(guān)注AR本身輔助策略的改善。例如Hwang的蝴蝶生態(tài)園研究，在移動(dòng)AR學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上引入游戲中的競(jìng)爭(zhēng)博弈策略，發(fā)現(xiàn)形成競(jìng)爭(zhēng)性移動(dòng)AR游戲更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，激發(fā)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度。

Tscholl和Lindgren的研究表明，在科學(xué)中心支持親子對(duì)話交互表演AR展品，有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解和反思，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。家庭創(chuàng)建邀請(qǐng)反思和迭代的交互式表演空間——MEteor，并在其中明確地加入會(huì)話支架（指的是把復(fù)雜任務(wù)分解，以便于將學(xué)習(xí)者的理解逐步引向深入），促進(jìn)了父母與孩子的對(duì)話互動(dòng)，支持了對(duì)物體在空間中的運(yùn)動(dòng)、重力影響、軌道的性質(zhì)等行星運(yùn)動(dòng)的物理學(xué)的理解。這些對(duì)話互動(dòng)不僅包括直接的感知對(duì)話支持，還通過(guò)提出和回答問(wèn)題，逐漸迭代地構(gòu)建對(duì)小行星模擬軌跡的理解的對(duì)話支持。他們的后續(xù)研究進(jìn)一步證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。

另外，支持互動(dòng)的移動(dòng)式AR系統(tǒng)也同樣有利于學(xué)生科學(xué)推理等高階思維的發(fā)展。Chiang等人在基于探究的移動(dòng)AR系統(tǒng)與傳統(tǒng)移動(dòng)學(xué)習(xí)在學(xué)生的學(xué)習(xí)模式和互動(dòng)方面進(jìn)行差異研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組（AR組）相比于對(duì)照組（傳統(tǒng)）更能實(shí)現(xiàn)高階知識(shí)建構(gòu)和高水平的思考和認(rèn)知，在學(xué)習(xí)模式中AR組能呈現(xiàn)更多超越引導(dǎo)的探究交互，能夠發(fā)生更多的知識(shí)構(gòu)建行為，從而產(chǎn)生更具創(chuàng)造性的結(jié)論。

2.3包容性別差異

AR技術(shù)能夠提供協(xié)作式學(xué)習(xí)環(huán)境，還能幫助不同學(xué)習(xí)者進(jìn)行個(gè)性化定制，提高學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)的積極性，激勵(lì)學(xué)習(xí)者自主探索。除此之外，AR能夠針對(duì)不同群體的學(xué)習(xí)者提供一個(gè)包容的學(xué)習(xí)環(huán)境，在18篇論文中，體現(xiàn)較為明顯的群體差異為男女群體差異，研究者認(rèn)可敘事+競(jìng)爭(zhēng)策略的共同引進(jìn)，以包容男女群體偏好的差異。

在以敘事推動(dòng)的移動(dòng)AR游戲中，不同性別在游戲中的表現(xiàn)、對(duì)游戲的感知以及互動(dòng)的方式方面有顯著的差異。Bressler和Bodzin的法醫(yī)科學(xué)AR游戲的研究發(fā)現(xiàn)，游戲過(guò)程中，男生和女生有著不同的表現(xiàn)，女生在游戲中看起來(lái)更有條理，她們徹底閱讀并穩(wěn)步前進(jìn)，男生滿意于技術(shù)和游戲形式，有時(shí)會(huì)更傾向于選擇奔跑至下一個(gè)地點(diǎn)。Inal等人認(rèn)為女生更加關(guān)注敘事，男生更加關(guān)注游戲規(guī)則和游戲，性別可能決定了游戲中哪些方面是令人愉快的口嗣。性別在互動(dòng)中具有差異這一現(xiàn)象在其他研究中進(jìn)一步被證實(shí)，Atwood-Blaine探討了在敘事性交互AR游戲中，男生和女生之間的游戲感知和互動(dòng)差異。結(jié)果顯示，女性更喜歡努力工作和合作的樂(lè)趣，男性則更傾向于輕松有趣和體驗(yàn)競(jìng)爭(zhēng)力的樂(lè)趣。因此，AR游戲設(shè)計(jì)同時(shí)包含不同性別乃至不同群體（如自閉癥、閱讀障礙）適應(yīng)性元素，有助于營(yíng)造一個(gè)包容的學(xué)習(xí)環(huán)境，減少學(xué)生之間的差距。

3AR輔助非正式科學(xué)教學(xué)的基本策略

AR學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)采用了多種教學(xué)方法，基于本文研究的文獻(xiàn)，根據(jù)最顯著的特征，歸納了4種非正式教學(xué)策略。每種策略可能包含幾種學(xué)習(xí)方法，并且某些子方法可能會(huì)重疊。表2呈現(xiàn)了非正式科學(xué)教學(xué)基本策略的區(qū)別。

4種策略中，AR的使用特點(diǎn)各有不同。相較而言，基于環(huán)境觀察的綜合學(xué)習(xí)模式更加注重與物理環(huán)境的交互，基于游戲敘事探究角色扮演模式則更加強(qiáng)調(diào)將游戲內(nèi)部的情節(jié)、角色扮演、競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)等嵌入到真實(shí)的環(huán)境中。前者以現(xiàn)實(shí)環(huán)境為主，后者以虛擬環(huán)境為主?；谔骄拷虒W(xué)的發(fā)現(xiàn)模式，強(qiáng)調(diào)相關(guān)領(lǐng)域的探索發(fā)現(xiàn)，注重探究過(guò)程中問(wèn)題的設(shè)計(jì)。而基于展品互動(dòng)的支架模式，一般發(fā)生在以概念原理為展覽主體的科技場(chǎng)館，為了某一事物概念或原理的理解和掌握，設(shè)置一系列任務(wù)讓學(xué)習(xí)者去完成，逐步加深對(duì)知識(shí)的理解。

AR輔助非正式科學(xué)教學(xué)的策略與非正式環(huán)境息息相關(guān)，在植物園環(huán)境下，AR技術(shù)與人工導(dǎo)覽相結(jié)合的方式更能輔助學(xué)習(xí)者的知識(shí)構(gòu)建;在以教育游戲?yàn)閷W(xué)習(xí)載體的環(huán)境下，AR游戲內(nèi)嵌入故事敘述方式、個(gè)人或團(tuán)體競(jìng)爭(zhēng)策略能明顯包容性別差異;在池塘和生態(tài)園等實(shí)地考察環(huán)境下，融入探究教學(xué)設(shè)計(jì)的AR輔助能激發(fā)學(xué)生有意識(shí)地進(jìn)行探究并深入了解相關(guān)概念;科技館中展品本身為AR載體，輔以相應(yīng)的學(xué)習(xí)支架，能讓學(xué)習(xí)效果最佳。

3.1基于環(huán)境觀察的綜合學(xué)習(xí)模式

在植物園探究式生態(tài)教育中，學(xué)生往往依賴環(huán)境的觀察和環(huán)境的互動(dòng)，且以植物園中的植物（或動(dòng)物）為學(xué)習(xí)主線。這種基于環(huán)境觀察的“技術(shù)一人”綜合學(xué)習(xí)模式不會(huì)給學(xué)生帶來(lái)額外的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，而是產(chǎn)生互補(bǔ)效應(yīng)。工作人員的友好指導(dǎo)有助于彌補(bǔ)學(xué)生因使用不熟悉的技術(shù)而產(chǎn)生的潛在異化，而個(gè)性化技術(shù)則克服了人力資源缺乏所帶來(lái)的問(wèn)題，有利于學(xué)習(xí)效果的最大化。

Zimmerman等人利用移動(dòng)AR設(shè)備和自然工作者輔助的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，其中自然工作者起到導(dǎo)覽、鼓勵(lì)掃描二維碼、鼓勵(lì)家庭成員之間進(jìn)行談話、使移動(dòng)設(shè)備中的內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)環(huán)境中植物特征相對(duì)應(yīng)的作用。研究者發(fā)現(xiàn)，雖然自然教育工作者基本不提供科學(xué)內(nèi)容信息，但他們能夠很好地調(diào)節(jié)家庭的注意力，從而促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)觀察、理解和反思的相互作用。但研究者不確定自然工作者輔助支架是否是臨時(shí)性的支架。

與Zimmerman的研究中強(qiáng)調(diào)的自然工作者輔助作用不同，Huang等人的研究直接證實(shí)了“技術(shù)一人”結(jié)合模式在生態(tài)教育中的有效性。他們將AR+自然工作者作為實(shí)驗(yàn)組B，該組通過(guò)AR系統(tǒng)和自然工作者共同指導(dǎo)完成學(xué)習(xí)。其他兩組分別是AR組和導(dǎo)游組。研究表明，B組對(duì)學(xué)生情緒、參與水平、學(xué)生成績(jī)都有最顯著的積極影響。相比而言，AR組學(xué)生僅依靠系統(tǒng)的建議學(xué)習(xí)和導(dǎo)游組，只能進(jìn)行有限的信息搜索、觀察、記憶和理解植物相關(guān)信息，混合學(xué)習(xí)組更具有優(yōu)勢(shì)。因此，雖然技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)信息傳遞，但人機(jī)交往和支持對(duì)于提高學(xué)習(xí)者參與度仍然至關(guān)重要。

3.2基于游戲敘事探究的角色扮演模式

早期關(guān)于教育游戲中性別差異的研究表明，相較于男孩，女孩玩視頻游戲的經(jīng)驗(yàn)普遍少于男孩，女孩對(duì)視頻游戲的關(guān)注度往往比較低。對(duì)于移動(dòng)AR科學(xué)教育游戲而言，那些在玩視頻游戲方面更有經(jīng)驗(yàn)的人更有可能接受使用數(shù)字游戲?qū)W習(xí)。因此，更好地理解女孩與教育游戲互動(dòng)的不同方式，對(duì)于如何通過(guò)教育游戲讓女孩參與科學(xué)教育具有重要意義。

研究表明，敘事推動(dòng)的基于探究的角色扮演AR游戲，對(duì)男孩和女孩都具有強(qiáng)大的吸引力（性別差異在互動(dòng)形式上的差異已經(jīng)在上文“包容群體差異”中詳述，這里不再贅述）。它通過(guò)敘事吸引女孩，女孩可以基于游戲故事線索，在與其他角色協(xié)作的過(guò)程中獲得樂(lè)趣。它也為男孩提供了吸引人的游戲特征，男孩體驗(yàn)游戲作為學(xué)習(xí)的輕松形式，在合作中與其他小組產(chǎn)生對(duì)抗和競(jìng)爭(zhēng)，享受競(jìng)技的樂(lè)趣。由此，男生和女生都能夠具有類似程度的沉浸體驗(yàn)。

3.3基于探究教學(xué)的發(fā)現(xiàn)模式

當(dāng)AR課程關(guān)注探究式教學(xué)本身時(shí)，AR應(yīng)用本身就需要遵循探究學(xué)習(xí)互動(dòng)教學(xué)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。Chiang等人根據(jù)Bruce和Bishop提出的圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)4大類水生植物的形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)和分類的學(xué)習(xí)目標(biāo)，利用基于探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)五步法設(shè)計(jì)AR設(shè)備的引導(dǎo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容，即詢問(wèn)、調(diào)查、創(chuàng)造、分享、反思。該設(shè)備側(cè)重創(chuàng)造、分享的討論過(guò)程，學(xué)習(xí)者通過(guò)知識(shí)共享參與探究學(xué)習(xí)，促進(jìn)知識(shí)轉(zhuǎn)移創(chuàng)新，達(dá)到個(gè)人知識(shí)構(gòu)建的目的。

除五步探究教學(xué)法以外，Huang等人將AR技術(shù)與Kolb的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)周期的4個(gè)階段相結(jié)合，構(gòu)建了基于生態(tài)發(fā)現(xiàn)的AR學(xué)習(xí)模型EDALM。包括具體經(jīng)驗(yàn)、反思觀察、抽象概念、積極體驗(yàn)4個(gè)部分，具體如圖1所示，該系統(tǒng)主要起到引導(dǎo)學(xué)習(xí)者關(guān)注學(xué)習(xí)區(qū)域，豐富現(xiàn)實(shí)世界的探究體驗(yàn)的作用。

3.4基于展品互動(dòng)的支架模式

支架思想來(lái)源于維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論，學(xué)生在教師搭建的輔助支架的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)，跨越最近發(fā)展區(qū)。科學(xué)中心或科學(xué)博物館中以AR技術(shù)為依托呈現(xiàn)的展品，往往以較為具體的概念作為學(xué)習(xí)內(nèi)容的切入點(diǎn)（如伯努利概念、重力星球軌道、磁體和磁場(chǎng)等），幫助學(xué)生理解相關(guān)概念?；谡蛊坊?dòng)的探究模式涉及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)支架、基于文本支架、協(xié)作支架的配合使用，用來(lái)增進(jìn)對(duì)具體科學(xué)概念的理解。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和各種其他學(xué)習(xí)支架如何在科學(xué)博物館中促進(jìn)參觀者更深層次的概念和認(rèn)知理解？Yoon為主的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)此展開(kāi)了一系列研究，并為如何展開(kāi)基于AR展品探究學(xué)習(xí)提供了有益的建議。研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)字增強(qiáng)、發(fā)布問(wèn)題和參與協(xié)作組可能是改善概念學(xué)習(xí)（內(nèi)容知識(shí)）的最佳設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)在改善概念學(xué)習(xí)時(shí)能夠同時(shí)保留非正式參與行為。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步深入探究增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)支架、文本支架、協(xié)作支架對(duì)學(xué)習(xí)者協(xié)作最重要的方面，分別在于訪問(wèn)隱藏信息的能力、提供如何進(jìn)行展覽交互的說(shuō)明、接受有關(guān)自己理解的反饋3個(gè)方面。AR用來(lái)顯示隱藏的信息，文本支架提供了信息和討論主題（學(xué)生試圖回答的問(wèn)題是科學(xué)的基本方面），協(xié)作支架幫助他們獲取其他學(xué)生的想法以及小組對(duì)自己想法的反饋。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最終表明，與只使用一部分支架的人相比，能夠運(yùn)用所有支架的學(xué)生對(duì)概念有著更加深入的理解。

4結(jié)論與未來(lái)展望

研究發(fā)現(xiàn)，首先雖然有少數(shù)的研究者關(guān)注更高階科學(xué)思維的發(fā)展，以及情感中沉浸體驗(yàn)的獲得，但絕大多數(shù)研究者關(guān)注AR對(duì)學(xué)生知識(shí)方面的積累和提升，直觀的成績(jī)影響和間接與成績(jī)相關(guān)的影響經(jīng)常被考慮在內(nèi)，兩者與科學(xué)教育的知識(shí)與技能培養(yǎng)目的相關(guān)聯(lián)。AR輔助知識(shí)增長(zhǎng)的確是需要考慮的重要范圍，但大部分的實(shí)驗(yàn)僅僅是短期的測(cè)試結(jié)果，長(zhǎng)期的效果并未證實(shí)，學(xué)生剛接觸AR教學(xué)的新鮮感可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定影響，長(zhǎng)期接觸是否會(huì)有不同的效果，該猜測(cè)尚未證實(shí)。

其次，相對(duì)于知識(shí)增長(zhǎng)而言，AR在未來(lái)對(duì)科學(xué)教育的態(tài)度、興趣等心理層面，以及情感層面的提升和科學(xué)思維的發(fā)展等，能夠?qū)W(xué)習(xí)者產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，但這些層面更加隱晦，研究者關(guān)注較少，也是未來(lái)研究需要繼續(xù)探索的方向。

再次，AR可以幫助教學(xué)達(dá)到個(gè)性化學(xué)習(xí)的目的，對(duì)不同需求人群學(xué)習(xí)需求的關(guān)注則能更好地推動(dòng)AR輔助教學(xué)的發(fā)展。研究中主要出現(xiàn)了對(duì)不同性別人群需求的分析，讓更多人在AR輔助下在非正式場(chǎng)景中享受學(xué)習(xí)科學(xué)的樂(lè)趣。

最后，研究還發(fā)現(xiàn)，非正式環(huán)境的不同，AR的輔助模式需要發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)出不同的教學(xué)策略。植物園中的非正式教育采用的探究模式基于觀察，以物為學(xué)習(xí)主線，在“技術(shù)一人”綜合學(xué)習(xí)模式下能夠體現(xiàn)較好的教學(xué)效果。游戲敘事推動(dòng)角色扮演探究模式有助于平衡性別差異，幫助女學(xué)生體驗(yàn)到與男學(xué)生同等的沉浸效果。在探究教學(xué)的發(fā)現(xiàn)模式中，AR學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循探究教學(xué)的理論模式，更能滿足戶外探究學(xué)習(xí)的需求。在科學(xué)場(chǎng)館中，AR互動(dòng)展品在多種支架的配合下能夠達(dá)到更好的知識(shí)建構(gòu)和內(nèi)容理解。2013年，教育部首次提出并倡導(dǎo)“研學(xué)旅行”，由此研學(xué)旅行在全國(guó)范圍內(nèi)如火如荼地開(kāi)展起來(lái)，在此背景下，非正式環(huán)境下的學(xué)習(xí)也逐漸成為了中國(guó)學(xué)生學(xué)習(xí)的一部分，正在發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，根據(jù)非正式環(huán)境的特點(diǎn)為學(xué)生提供科學(xué)學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，能夠?yàn)閷W(xué)生帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、更深入的探究和自我提升。

基于研究，筆者發(fā)現(xiàn)在AR輔助非正式科學(xué)教育方面，還有存在諸多值得深入挖掘的地方。研究中主要涵蓋的科學(xué)主題為物理和生命科學(xué)，AR在其他科學(xué)領(lǐng)域，單科的如化學(xué)或者多學(xué)科交叉融合主題AR到底有什么發(fā)展?jié)撃埽枰嗟难芯筷P(guān)注。研究中關(guān)注的學(xué)習(xí)成績(jī)往往是對(duì)概念內(nèi)容的理解測(cè)試，對(duì)于概念應(yīng)用于具體問(wèn)題的解決以及其他技能方面的發(fā)展沒(méi)有過(guò)多地深入研究，研究也缺乏動(dòng)機(jī)對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)影響機(jī)制探究。除了在性別方面，AR在不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生，如身體障礙的學(xué)生中又有怎樣的差異體現(xiàn)？也有待探索。上述研究上的局限也意味著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助非正式科學(xué)教育仍需要進(jìn)一步的研究。

在本研究中，筆者歸納梳理了不同的教學(xué)策略，未來(lái)的研究也許可以在同一學(xué)習(xí)內(nèi)容的情況下，探究不同學(xué)習(xí)策略之間的差異，展開(kāi)對(duì)“技術(shù)一人”模式中“人”的輔助是臨時(shí)的還是永久的討論，以及探索或者補(bǔ)充更多有效的教學(xué)策略。

[責(zé)任編輯 馬曉寧]