增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于家具教育的可行性研究

葉彬潔 鐘世祿

摘要：為探究增強現(xiàn)實技術(shù)在家具教育中應(yīng)用的可行性，本文整理增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用文獻(xiàn)和實例，分析其研究熱點和實踐效果，以及在家具教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢和可行性，得出增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于家具教學(xué)，能夠推動學(xué)習(xí)者高效自主學(xué)習(xí)，提升實踐動手能力，加深對家具使用環(huán)境、家具結(jié)構(gòu)、材料和工藝的認(rèn)識的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：家具教育;增強現(xiàn)實技術(shù);非正式學(xué)習(xí)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）06-00-02

1 研究背景

2020年，國家為進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，在“十四五”期間重點提出要推動高等教育的創(chuàng)新發(fā)展，以及推動虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR）、全息成像等核心應(yīng)用技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。

增強現(xiàn)實技術(shù)是一種集成真實世界信息和虛擬信息的技術(shù)，家具行業(yè)AR技術(shù)的融入在商業(yè)領(lǐng)域并不少見，如宜家AR家居、創(chuàng)造家AR家居等，能讓用戶便捷地感受到圖紙內(nèi)容真實生動的展現(xiàn)效果，但AR技術(shù)在家具教學(xué)培訓(xùn)中的應(yīng)用幾乎沒有。在國家大舉推行教育信息化的時期，家具教學(xué)與家具產(chǎn)業(yè)之間的信息化差距越來越大[1]。

2016年起，AR技術(shù)逐漸運用到教學(xué)領(lǐng)域，為學(xué)習(xí)者提供充足的教育信息和多樣化的教學(xué)手段。家具設(shè)計作為一個系統(tǒng)綜合的實踐應(yīng)用型學(xué)科，既要求學(xué)生具備靈活調(diào)用和實踐所學(xué)知識的能力，也需要學(xué)生有將實踐產(chǎn)物與環(huán)境空間相匹配的能力[2]，這與AR學(xué)習(xí)強調(diào)給予學(xué)習(xí)者更多的自主學(xué)習(xí)環(huán)境以及“學(xué)習(xí)是一種真實情境的體驗”的觀點相符合[3]。AR技術(shù)應(yīng)用于家具教學(xué)，能夠幫助學(xué)習(xí)者沉浸式學(xué)習(xí)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)者的想象力與創(chuàng)造力，使其學(xué)習(xí)質(zhì)量得到提升。

2 AR應(yīng)用于教育的知識圖譜分析

為更好地研究增強現(xiàn)實技術(shù)在家具設(shè)計教學(xué)中應(yīng)用的可行性，探析增強現(xiàn)實技術(shù)在教育中的研究核心和熱點，筆者整理分析了2016—2020年關(guān)于增強現(xiàn)實技術(shù)在教育中的研究和應(yīng)用情況的有效文獻(xiàn)資料，共161篇。通過科學(xué)圖譜分析關(guān)鍵詞的共詞頻次和中心度數(shù)據(jù)，并繪制共現(xiàn)聚類知識圖譜，便于直觀分析。2016—2020年AR教育應(yīng)用文獻(xiàn)共現(xiàn)聚類圖譜中，文獻(xiàn)關(guān)鍵詞字體越大表明出現(xiàn)頻次越高，越靠近中心表明中心度越高。根據(jù)圖譜，可以把握每一年的研究應(yīng)用重點。2016年的創(chuàng)新研究重點是如何將增強現(xiàn)實技術(shù)與學(xué)習(xí)理論聯(lián)系起來，并嘗試將非正式學(xué)習(xí)、經(jīng)驗學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)、具身認(rèn)知理論等與增強現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，取得更好的學(xué)習(xí)效果;2017年主要探索研究增強現(xiàn)實技術(shù)與其他科學(xué)技術(shù)的融合，嘗試將人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用其中，對AR融入職業(yè)教育和創(chuàng)客教育等實踐性教育的研究增多;2018年AR應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育的應(yīng)用嘗試增加，同時AR的交互設(shè)計和互動模式設(shè)計得到重視;2019年AR大規(guī)模實踐應(yīng)用于兒童教育;2020年，學(xué)者們開始將區(qū)塊鏈、人工智能、5G、數(shù)字化等新興技術(shù)與AR結(jié)合應(yīng)用于教育領(lǐng)域，機(jī)械制圖、空間設(shè)計等設(shè)計相關(guān)專業(yè)課程也開始嘗試與AR技術(shù)結(jié)合。

綜上所述，增強現(xiàn)實技術(shù)在家具教學(xué)中的應(yīng)用具有理論依據(jù)和技術(shù)支持，且其運用和發(fā)展日漸趨向多種技術(shù)和理論的復(fù)合使用。AR虛實結(jié)合的展示效果，能夠提升學(xué)習(xí)者對環(huán)境的敏銳度[4];AR與大數(shù)據(jù)等技術(shù)結(jié)合，可以針對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)偏好，進(jìn)行智能推送，實現(xiàn)個性化人才培養(yǎng)[5]。因此，在家具設(shè)計相關(guān)課程應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)是一大趨勢。

3 AR教育應(yīng)用對家具學(xué)習(xí)的效果分析

以乜勇的國內(nèi)外40項增強現(xiàn)實教育應(yīng)用實驗研究[6]為基礎(chǔ)，對學(xué)習(xí)成效進(jìn)行分析，通過解析增強現(xiàn)實技術(shù)對不同學(xué)科、不同學(xué)習(xí)能力、不同學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)場所的影響，分析增強現(xiàn)實技術(shù)在家具教育中的應(yīng)用方式和效果。

3.1 AR對不同學(xué)科的作用效果

AR對語文、科學(xué)、美術(shù)和英語均有較明顯的效應(yīng)，而對數(shù)學(xué)、物理和其他學(xué)科效應(yīng)較低。根據(jù)學(xué)科性質(zhì)判斷，增強現(xiàn)實技術(shù)對藝術(shù)或人文社科類學(xué)科的學(xué)習(xí)質(zhì)量提升效應(yīng)值更明顯，對較基礎(chǔ)的自然科學(xué)類學(xué)科也有明顯效果。

家具專業(yè)包含的家具史、家具設(shè)計手繪等課程均屬于藝術(shù)或人文社科類課程，與AR契合度較高[7]。以家具史為例，家具史介紹國內(nèi)外家具發(fā)展史，其學(xué)習(xí)重點是不同時代的設(shè)計風(fēng)格、代表人物及其作品與影響。AR技術(shù)與家具史結(jié)合，學(xué)習(xí)者可通過掃描教材中的家具圖片觀看家具模型，直觀感受家具的風(fēng)格、構(gòu)造和材料等[8]，使家具史學(xué)習(xí)更具趣味性，增強學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)[9]，提高學(xué)習(xí)者的空間感知能力;對于中國古代家具，可以通過AR掃描了解榫卯結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并組裝部件，讓學(xué)習(xí)者更好地領(lǐng)悟中國傳統(tǒng)家具的魅力，在虛實結(jié)合的、生動的AR場景中，感受不同時代的家具設(shè)計。

3.2 AR對不同學(xué)習(xí)能力的作用效果

影響因素排行為學(xué)習(xí)動機(jī)>學(xué)習(xí)成績>學(xué)習(xí)興趣>空間感知能力>認(rèn)知能力>學(xué)習(xí)態(tài)度，且均有較顯著的影響，研究驗證了增強現(xiàn)實技術(shù)對學(xué)習(xí)各方面都有正面作用。

家具設(shè)計專業(yè)的學(xué)習(xí)者大多出于興趣選擇該專業(yè)，本身具有一定的學(xué)習(xí)動機(jī)和學(xué)習(xí)興趣，對家具學(xué)習(xí)充滿期待。如果學(xué)習(xí)效果和感受沒有達(dá)到學(xué)習(xí)者的預(yù)期，學(xué)習(xí)者很容易對家具設(shè)計專業(yè)失去學(xué)習(xí)動力。AR應(yīng)用于家具教育，有利于展示各種經(jīng)典家具模型和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，讓學(xué)習(xí)者了解不同家具的適用場景，從各個維度滿足學(xué)習(xí)者的期待，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)者的成績，增強學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)信心。

3.3 AR對不同學(xué)習(xí)方法的作用效果

學(xué)習(xí)方法包括探究法、測評法、任務(wù)法和講授法四種。研究表明，增強現(xiàn)實技術(shù)對被測試的四種學(xué)習(xí)方式均有成效，其中對探究法有最顯著的影響，對講授法影響較小，但依舊有提升學(xué)習(xí)質(zhì)量的作用。

根據(jù)家具專業(yè)各門課程的性質(zhì)，家具制圖、家具制作工藝等對學(xué)習(xí)過程要求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目颇?，適合講授法，可融合AR技術(shù)展示制圖模型不同角度2D—3D的轉(zhuǎn)換或AR實操制作流程幫助理解，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果;家具設(shè)計、家具史等講究思維領(lǐng)悟和發(fā)散的科目，可采用探究法或任務(wù)法，由學(xué)習(xí)者自主探索發(fā)現(xiàn)，在過程中配合AR查找，節(jié)約查找時間，減少探索阻礙[10]。

3.4 AR對不同學(xué)習(xí)場所的作用效果

增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于不同學(xué)習(xí)場所的效應(yīng)值同樣有所區(qū)別，室外的效果最好，驗證了AR應(yīng)用于家具知識非正式學(xué)習(xí)的可行性。其次是在課堂上，最后是在校內(nèi)實驗室。AR在校內(nèi)實驗室應(yīng)用效果并不顯著這點值得注意和思考，實驗室本身是注重動手實踐能力的場所，AR對其的增益并不明顯，這也意味著AR在實操運用中對學(xué)習(xí)的效果影響和真實操作并沒有拉開差距，在實操方面的技術(shù)和體驗設(shè)計仍需優(yōu)化。如果家具中的工藝流程與AR實操體驗相結(jié)合，畫面和操作的設(shè)計需要更加注意真實性和可操作性等，避免誤導(dǎo)學(xué)習(xí)者。

4 AR應(yīng)用于家具教學(xué)的優(yōu)勢

4.1 二維靜止學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S動態(tài)學(xué)習(xí)

目前，我國高校家具教育趨于理論化，設(shè)計作品概念性高于實用性。主要原因是實踐作業(yè)太少，學(xué)習(xí)者難以經(jīng)常使用所學(xué)知識，難以將設(shè)計知識內(nèi)化為自己可用的知識。家具知識的實踐學(xué)習(xí)能夠讓基礎(chǔ)知識更加扎實[11]，而家具知識的理論學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)習(xí)者對家具未來的發(fā)展、家具的商業(yè)價值產(chǎn)生更多的創(chuàng)新思考，AR教學(xué)正是解決高校家具教學(xué)理論化程度較高問題的利器。通過讓學(xué)習(xí)者親自操控三維動態(tài)模型，增進(jìn)對家具結(jié)構(gòu)材料的理解;利用虛實結(jié)合的模型，增強對現(xiàn)實情境的感知能力;通過家具加工、組裝交互游戲加深學(xué)習(xí)者的記憶，提高對家具的系統(tǒng)認(rèn)識。在學(xué)習(xí)者設(shè)計建模家具產(chǎn)品時，也可以利用AR技術(shù)，將模型與現(xiàn)實世界匹配，查看設(shè)計尺寸、環(huán)境配合等方面的優(yōu)秀或不足之處。

AR模擬操作可以很好地彌補高校家具學(xué)習(xí)實踐性的不足，讓學(xué)習(xí)者對基礎(chǔ)知識有更深入的學(xué)習(xí)。此外，可以加入動態(tài)家具行業(yè)資訊模塊，拓展學(xué)習(xí)者的視野，鍛煉學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新思維。

4.2 正式與非正式學(xué)習(xí)相結(jié)合

家具設(shè)計專業(yè)的院校通常會安排學(xué)生參觀各類展覽會，如上海家具展、廣東家具展等，這是家具專業(yè)中比較典型的非正式學(xué)習(xí)，這類非正式學(xué)習(xí)與正式學(xué)習(xí)的區(qū)別在于學(xué)習(xí)者能夠獲得的知識與自身的知識積累和觀察能力有關(guān)，因此正式學(xué)習(xí)中對知識掌握不足的學(xué)習(xí)者在非正式學(xué)習(xí)中的收獲比較少。正式學(xué)習(xí)與非正式學(xué)習(xí)之間聯(lián)系較少，學(xué)習(xí)者難以通過兩種學(xué)習(xí)方式達(dá)到理想效果。

移動AR教學(xué)系統(tǒng)可以讓正式的學(xué)校學(xué)習(xí)與非正式的參觀學(xué)習(xí)建立聯(lián)系，在非正式學(xué)習(xí)中利用AR教學(xué)系統(tǒng)能加深學(xué)習(xí)者對家具知識的認(rèn)識，如利用AR觀察家具在不同環(huán)境中的擺放效果，識別環(huán)境中的家具材料結(jié)構(gòu)[12]，或?qū)⑾到y(tǒng)中的結(jié)構(gòu)模型與現(xiàn)實家具結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比等，并將有疑惑的地方記錄下來，在正式學(xué)習(xí)中尋找答案。在非正式學(xué)習(xí)中驗證正式學(xué)習(xí)的成果，并借此查漏補缺，能彌補正式學(xué)習(xí)的不足。

5 結(jié)語

AR應(yīng)用于家具教學(xué)有理論和技術(shù)支持，研究顯示，使用AR教學(xué)能優(yōu)化各個維度的學(xué)習(xí)效果，不僅能夠幫助教師傳遞完整的知識，也能夠幫助學(xué)習(xí)者保持學(xué)習(xí)狀態(tài)，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)，把握學(xué)習(xí)時的主體地位。AR與教材相結(jié)合，不僅能讓學(xué)習(xí)者充分利用教材，還拓展了教材的深度，有利于學(xué)習(xí)者隨時隨地進(jìn)行情景式學(xué)習(xí)，并將正式學(xué)習(xí)與非正式學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，從學(xué)習(xí)中獲得最大收益。AR在家具教育中的合理運用，能推動家具學(xué)習(xí)者各方面能力的發(fā)展，使其設(shè)計出更具使用價值、商業(yè)價值和藝術(shù)價值的家具。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳智慧.再談我國高等教育家具專業(yè)和學(xué)科的形成與發(fā)展[J].家具，2019（03）：1-6.

[2] 于娜，郁舒蘭.工業(yè)設(shè)計（家具設(shè)計）專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練模式的探討與實踐——基于德國雙元制教育模式的思考[J].家具，2016（03）：81-84.

[3] 蔡蘇，張晗，薛曉茹，王濤，等.增強現(xiàn)實（AR）在教學(xué)中的應(yīng)用案例評述[J].中國電化教育，2017（03）：1-9，30.

[4] 吳沛雯，于娜.基于增強現(xiàn)實技術(shù)的家具類APP研究[J].家具與室內(nèi)裝飾，2018（03）：98-99.

[5] 蔡蘇，宋倩，唐瑤.增強現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境的架構(gòu)與實踐[J].中國電化教育，2011（08）：114-119，133.

[6] 祁文曄，苗艷鳳.基于幼兒行為的幼兒園家具設(shè)計[J].美術(shù)教育研究，2020（14）：89-90.

[7] 乜勇，萬文靜.增強現(xiàn)實技術(shù)能提升學(xué)習(xí)成效嗎？——基于國內(nèi)外40項實驗與準(zhǔn)實驗研究的元分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2021，31（02）：40-47.

[8] 周橙旻，于夢楠.基于用戶體驗的家具展示類網(wǎng)站設(shè)計研究[J].包裝工程，2019（22）：181-189.

[9] 蔡蘇，王沛文，楊陽，等.增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的教育應(yīng)用綜述[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2016，34（05）：27-40.

[10] 熊偉，吳智慧，陳慧敏.高職院校家具設(shè)計與制造專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊訪學(xué)研修項目的實踐——以江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例[J].中國林業(yè)教育，2019，37（03）：76-78.

[11] 顧顏婷，徐偉.探索我國家具專業(yè)人才培養(yǎng)的新模式——以南京林業(yè)大學(xué)“梁希家具卓越班”為例[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2016（11）：131-132.

[12] 呂一心，周橙旻，李臻瑜.我國家具新材料發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].家具與室內(nèi)裝飾，2020（07）：20-22.

作者簡介：葉彬潔（1995—），女，浙江溫州人，碩士在讀，研究方向：工業(yè)設(shè)計工程。

鐘世祿（1971—），男，江西贛州人，博士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：家具設(shè)計與工程、人體工程學(xué)、數(shù)字化設(shè)計與制造及信息管理。