增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育出版數(shù)字化中的應(yīng)用

朱曉莉 張 耀 王 維

（蘇州工業(yè)園區(qū)服務(wù)外包職業(yè)學(xué)院,江蘇 蘇州 215123）

1 前言

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)是指利用計(jì)算機(jī)制作的三維數(shù)據(jù)、視頻、音頻和不同傳感器融合，通過(guò)硬件將生成的虛擬物體與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行信息的無(wú)縫集成，使虛擬信息疊加到現(xiàn)實(shí)世界形成仿真的感官體驗(yàn)。例如，科普類AR互動(dòng)繪本，將圖形圖像元素進(jìn)行三維立體塑造，讓讀者能夠通過(guò)客戶端掃描設(shè)計(jì)MARK，了解人物、動(dòng)物等相關(guān)科普知識(shí)。又如，利用AR技術(shù)對(duì)歷史遺跡、傳統(tǒng)技藝進(jìn)行呈現(xiàn)，達(dá)到歷史文物的還原和“復(fù)活”。

自媒體時(shí)代，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)隨著不斷發(fā)展逐漸被大眾所廣泛應(yīng)用，也逐漸深入到教育與文化領(lǐng)域當(dāng)中，推動(dòng)教育教學(xué)工作。我國(guó)教育部等五部門發(fā)布的《教師教育振興行動(dòng)計(jì)劃（2018—2022）》提出要“充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)，推進(jìn)教師教育信息化教學(xué)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用，推動(dòng)以自主、合作、探究為主要特征的教學(xué)方式變革”。對(duì)于教育出版來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種交互性應(yīng)用型的新興技術(shù)，適用于不同階段和學(xué)科的教育內(nèi)容，可以促進(jìn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展。如何科學(xué)地尋找教育出版數(shù)字化的方向是亟待思考的問(wèn)題[1]。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教育出版中的新視野

2.1 增加多元化閱讀體驗(yàn)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合音頻、視頻、文字、動(dòng)畫等元素，能改變教育出版物的閱讀體驗(yàn)，通過(guò)多感官沉浸式體驗(yàn)提升教育樂(lè)趣。該技術(shù)可以使學(xué)習(xí)者通過(guò)智能移動(dòng)終端（智能手機(jī)、穿戴式終端、AR眼鏡）和小程序、APP將虛擬交互內(nèi)容從聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)沉浸到三維虛擬場(chǎng)景，與虛擬角色進(jìn)行互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容的虛擬構(gòu)建。原本枯燥的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容變得可視化，把抽象、復(fù)雜的閱讀內(nèi)容以數(shù)字化的方式呈現(xiàn)出來(lái)，學(xué)習(xí)者能更直觀且身臨其境地感受閱讀樂(lè)趣[2]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提供大量的教學(xué)資源，通過(guò)教育出版物UI選項(xiàng)，學(xué)習(xí)者可有選擇性地學(xué)習(xí)章節(jié)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教育內(nèi)容的拓展，掌握系統(tǒng)化的知識(shí)；還可以把教育過(guò)程融入游戲式學(xué)習(xí)過(guò)程中，有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，比如AR課件（如圖1所示）。

圖1 AR課件

2.2 激發(fā)學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性思維

由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字內(nèi)容都是三維立體的，區(qū)別于傳統(tǒng)教育出版物二維平面圖像，非常直觀、立體、形象，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等不同感官的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，可將難以實(shí)現(xiàn)的教育情境進(jìn)行展現(xiàn)，在教授技能的同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性思維。很多枯燥的教學(xué)內(nèi)容融入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有更強(qiáng)表現(xiàn)力和吸引力。例如特殊的地理環(huán)境、歷史事件、歷史古跡等受環(huán)境場(chǎng)地限制的事物都可以通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建教育情境進(jìn)行展示，讓學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生更多創(chuàng)造性理解。又如用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作，體驗(yàn)陶瓷、石雕、核雕等非物質(zhì)文化遺產(chǎn)傳承，教學(xué)情境使用移動(dòng)客戶端或網(wǎng)絡(luò)獲得數(shù)字藝術(shù)自主創(chuàng)作，學(xué)習(xí)新知，動(dòng)手做，用腦想，將傳統(tǒng)的理論講授過(guò)程變成互動(dòng)沉浸式體驗(yàn)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)成就感和創(chuàng)作熱情。如圖2所示，整合教育資源，構(gòu)建教育情境，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入教育出版物中，構(gòu)建基于數(shù)字媒體環(huán)境下的混合教育情境，最大限度激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維。

圖2 “AR”教育情境

2.3 學(xué)習(xí)信息數(shù)據(jù)反饋

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流形式對(duì)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和內(nèi)容進(jìn)行報(bào)告反饋。這種信息獲取方式極大地提高了教師教學(xué)內(nèi)容反饋的效率，也具有一定的教學(xué)情況分析參考價(jià)值，有助于了解學(xué)生學(xué)習(xí)掌握情況、授課應(yīng)用情況，幫助老師尋找最適合的教學(xué)計(jì)劃。通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育出版物進(jìn)行學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的標(biāo)記，教師可以從數(shù)據(jù)記錄和分析內(nèi)容中找到學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的內(nèi)容難點(diǎn)，有針對(duì)性地為學(xué)生提供解答以及在下次教學(xué)過(guò)程當(dāng)中重點(diǎn)分析講解，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。傳統(tǒng)的數(shù)字出版物無(wú)法與學(xué)習(xí)者進(jìn)行互動(dòng)，也存在無(wú)法對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行信息化數(shù)據(jù)跟蹤的情況。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助學(xué)習(xí)者通過(guò)學(xué)習(xí)內(nèi)容通關(guān)模式進(jìn)行循序漸進(jìn)的認(rèn)知和提升，數(shù)字化學(xué)習(xí)使學(xué)習(xí)內(nèi)容具有穩(wěn)定性和拓展性。

2.4 教學(xué)模式智能數(shù)字化

自媒體時(shí)代的到來(lái)，將數(shù)字化、信息化教學(xué)方式融入傳統(tǒng)教學(xué)方式當(dāng)中，是信息化教學(xué)改革的重要現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合傳統(tǒng)教學(xué)出版物應(yīng)用于課堂教學(xué)，是教學(xué)改革發(fā)展的重要趨勢(shì)?？梢詫W(xué)習(xí)內(nèi)容匯編為圖書(shū)、報(bào)紙、期刊等各種印刷品，讓移動(dòng)電子設(shè)備的攝像頭掃描這些印刷品上設(shè)計(jì)好的圖片或者標(biāo)志印記，電子設(shè)備攝像頭會(huì)對(duì)二維圖片進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)電子客戶端的屏幕顯示器獲得虛擬的數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)融合教育出版物為教師提供新的信息化教學(xué)手段，拓展課堂教學(xué)數(shù)字化內(nèi)容，將2D紙質(zhì)平面的知識(shí)內(nèi)容變成沉浸式的3D互動(dòng)知識(shí)內(nèi)容，將不同學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容變成知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，讓學(xué)生通過(guò)數(shù)字化實(shí)時(shí)成像方式更直觀地了解學(xué)習(xí)內(nèi)容，并對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容全方位切合實(shí)際地理解和認(rèn)知。這種促進(jìn)教學(xué)模式智能化的方法轉(zhuǎn)變，改變了傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程僅通過(guò)文字或者2D圖片方式傳達(dá)的枯燥的學(xué)習(xí)過(guò)程，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，多角度推動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。

3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教育出版中的局限性

3.1 教學(xué)資源不足的局限性

盡管增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教育領(lǐng)域?yàn)榻逃龓?lái)了很多益處，但是現(xiàn)有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育資源仍舊不足。目前市場(chǎng)上有一部分教育游戲APP、以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)制作的智能圖書(shū)或者繪本，但對(duì)于巨大的教育教學(xué)市場(chǎng)需求來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源非常少，并且教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)場(chǎng)景相對(duì)單一和局限，缺乏了解教學(xué)方法的應(yīng)用型學(xué)者參與開(kāi)發(fā)，目前還不能滿足大量學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。

3.2 技術(shù)內(nèi)容的局限性

在資源開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)者對(duì)教學(xué)資源充分地了解，教學(xué)情境資源的互動(dòng)內(nèi)容需要更多的計(jì)算機(jī)研發(fā)人才和教育工作者合作進(jìn)行開(kāi)發(fā)。很多教育工作者不了解增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，甚至接觸過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育工作者少之又少，更加難以開(kāi)發(fā)相應(yīng)的教學(xué)資源。而通過(guò)市場(chǎng)上的相關(guān)科技公司幫助開(kāi)發(fā)移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源，存在著技術(shù)內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容銜接的靈活性不足以及局限性，對(duì)開(kāi)發(fā)者自身的技術(shù)水平和綜合水平的要求更高。硬件設(shè)備如VR眼鏡或者頭盔，會(huì)或多或少使人產(chǎn)生佩戴的眩暈感，影響學(xué)習(xí)者的視覺(jué)體驗(yàn)；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能不佳、開(kāi)發(fā)速度較慢、互動(dòng)效果不充分等問(wèn)題都需要技術(shù)的支持。目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)處于發(fā)展的初期，還不能完全滿足學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)的全部細(xì)節(jié)要求，需要更長(zhǎng)的時(shí)間、更全面的技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)領(lǐng)域，推動(dòng)教育系統(tǒng)的發(fā)展。

3.3 開(kāi)發(fā)成本的局限性

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的基本硬件需求、數(shù)字資源開(kāi)發(fā)和制作以及程序編寫人員的成本都相對(duì)較高，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育出版物數(shù)量上和類別上仍較為有限，因此增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育出版數(shù)字化領(lǐng)域的普及還有一定的困難。例如，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)類教育出版物在開(kāi)發(fā)過(guò)程中會(huì)配套提供教育類APP，但一些舒適度高的VR眼鏡價(jià)格高達(dá)幾千元，1本AR繪本的內(nèi)容模型、動(dòng)畫等制作成本可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)元，因而開(kāi)發(fā)成本較高，如果降低成本，教育出版數(shù)字化的效果就會(huì)大打折扣，比如運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)卡頓、內(nèi)容顯示質(zhì)量降低、內(nèi)容結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、3D模型精細(xì)度較低等。

4 推進(jìn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教育出版中的建議

4.1 重視教育出版數(shù)字化人才的培養(yǎng)

基于目前移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源相對(duì)較少，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教師的信息化綜合素質(zhì)要求比較高，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)深入應(yīng)用到教學(xué)過(guò)程中需要一系列技術(shù)支持，亟待重點(diǎn)培育數(shù)字內(nèi)容設(shè)計(jì)以及數(shù)字技術(shù)整合的復(fù)合型人才。教育出版數(shù)字化人才培養(yǎng)可以采用項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)模式，讓學(xué)生通過(guò)多看、多聽(tīng)、多操作的方式，將理論與實(shí)際相互結(jié)合。例如，選擇一門數(shù)字繪本教育案例，學(xué)生以完成案例為路線進(jìn)行應(yīng)用技術(shù)的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，收集參考圖片和素材，應(yīng)用3Ds max、Maya、C4D等三維數(shù)字建模軟件對(duì)圖片素材進(jìn)行數(shù)字模型制作，通過(guò)引擎軟件Unity 3D進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)，生成可執(zhí)行文件，學(xué)習(xí)者可以應(yīng)用智能移動(dòng)客戶端掃描生成的Mark觀看3D數(shù)字繪本項(xiàng)目成果。完善針對(duì)數(shù)字教育人才的激勵(lì)制度，結(jié)合項(xiàng)目資金和資源分配，鼓勵(lì)培養(yǎng)對(duì)象到行業(yè)或者專門的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行技能提升。對(duì)于優(yōu)秀的數(shù)字教育人才要提供重點(diǎn)支持，將其作為教育重點(diǎn)資助人才培養(yǎng)。高校也可以和企業(yè)進(jìn)行合作，讓數(shù)字出版人才實(shí)現(xiàn)特定人才培養(yǎng)，充分吸收多學(xué)科的方法和理念，結(jié)合業(yè)界和學(xué)界聯(lián)合培養(yǎng)數(shù)字出版人才。

4.2 創(chuàng)新內(nèi)容形式，完善教育出版實(shí)際需求

利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)新內(nèi)容形式，使教育出版內(nèi)容形成趣味知識(shí)傳遞，給學(xué)習(xí)者帶來(lái)新鮮感。虛擬數(shù)字化出版方式誕生新型知識(shí)傳播方法，突破傳統(tǒng)出版方式的教育模式，滿足學(xué)習(xí)者需求，打造大量的數(shù)字資源。以找準(zhǔn)教育對(duì)象以及教育內(nèi)容為出發(fā)點(diǎn)，剖析、整合、創(chuàng)新、完善教育出版內(nèi)容，貼近學(xué)習(xí)者需求。通過(guò)掃描二維平面的圖案或者標(biāo)記進(jìn)行識(shí)別和計(jì)算，讓學(xué)習(xí)者可以獲得獨(dú)特和個(gè)性化教學(xué)內(nèi)容，數(shù)字內(nèi)容可以多形象、多元化地呈現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解和記憶，提高學(xué)習(xí)興趣和注意力。比如，在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)環(huán)境中，設(shè)計(jì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)輔助APP，讓學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中全方位地觀摩、學(xué)習(xí)、操作臨床知識(shí)，包括觀察和解剖人體器官，提高臨床熟練程度，體驗(yàn)不一樣的教育形式。

4.3 加強(qiáng)教育資源與技術(shù)的融合實(shí)現(xiàn)增值

數(shù)字化的教育資源出版內(nèi)容與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合，可豐富教育信息資源，實(shí)現(xiàn)高附加值。隨著創(chuàng)意經(jīng)濟(jì)時(shí)代數(shù)字媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)技能的過(guò)程中，越來(lái)越傾向于電子與紙質(zhì)結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，電子閱讀學(xué)習(xí)時(shí)間的比重越來(lái)越大于紙質(zhì)閱讀，教育內(nèi)容和形式也趨于多樣化。設(shè)計(jì)優(yōu)秀的數(shù)字媒體教材，并應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程，可以組織數(shù)字媒體相關(guān)企業(yè)導(dǎo)師和有經(jīng)驗(yàn)的教師自編教材，根據(jù)行業(yè)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)修訂，保證專業(yè)核心課程內(nèi)容技術(shù)和成果與行業(yè)對(duì)接。相對(duì)于傳統(tǒng)意義的單一模式來(lái)說(shuō)，教育數(shù)字出版內(nèi)容可以通過(guò)不同的傳遞渠道交叉?zhèn)鬟f信息，形成復(fù)合型模式環(huán)境，構(gòu)建高效個(gè)性化交互式課堂。例如，運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行生物、化學(xué)、物理等危險(xiǎn)以及不可控的實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬，虛擬實(shí)驗(yàn)包含操作的每個(gè)步驟和實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需要的工具，以及文字說(shuō)明，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作技能。應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境融合的虛擬場(chǎng)景，避免因?yàn)槲ｋU(xiǎn)環(huán)境以及場(chǎng)地人數(shù)限制產(chǎn)生環(huán)境的破壞或者人員傷亡，使學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中模擬實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用虛擬設(shè)備訓(xùn)練，提升實(shí)驗(yàn)設(shè)備或裝置的代入感，零風(fēng)險(xiǎn)、低成本地提高訓(xùn)練效果，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。

4.4 創(chuàng)新教育出版產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的經(jīng)營(yíng)模式

積極探索教育出版產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)盈利模式和商業(yè)模式，把握國(guó)家政策導(dǎo)向，推動(dòng)出版產(chǎn)業(yè)與教育資源的整合業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)，以及教育數(shù)字出版行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。國(guó)家新聞出版署發(fā)布并于2019年7月開(kāi)始實(shí)施《出版物AR技術(shù)應(yīng)用規(guī)范》，對(duì)于有一定影響力的出版社，應(yīng)該融合教育資源以及技術(shù)部門，合作推進(jìn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育數(shù)字出版中的應(yīng)用，通過(guò)第三方電商平臺(tái)、出版方自建數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行推廣發(fā)行，構(gòu)建自媒體時(shí)代新型產(chǎn)業(yè)合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。完善售后服務(wù)，對(duì)于出版的媒體內(nèi)容應(yīng)該有專門的維護(hù)和升級(jí)功能，保證隨著教育發(fā)展過(guò)程知識(shí)點(diǎn)的變化進(jìn)行更新；轉(zhuǎn)換更加合理的閱讀操作模式，提升閱讀體驗(yàn)，完善管理水平，增加增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)字出版物的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)教育出版數(shù)字化領(lǐng)域應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處于發(fā)展初期，還存在著交互內(nèi)容局限性以及呈現(xiàn)的數(shù)字素材相對(duì)較少的問(wèn)題，但是應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于教育數(shù)字出版教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)效率以及興趣的提高有很大幫助。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還處于新型技術(shù)的前沿，需要更多的復(fù)合型技術(shù)人員進(jìn)行開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的設(shè)備更新以及技術(shù)發(fā)展將會(huì)在教育領(lǐng)域扮演重要角色。