增強現(xiàn)實技術(shù)的教育應用情況分析

高千茗，莊天寶

（沈陽師范大學 新聞與傳播學院，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

AR 是廣義上虛擬現(xiàn)實的加強版。 AR［1］通過計算機技術(shù)將虛擬的信息疊加到真實世界,真實的環(huán)境和虛擬的物體實時融合到同一個畫面中,是伴隨計算機圖形學、人機接口技術(shù)和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展而成長起來的一項技術(shù)。 AR 技術(shù)除了具備VR 技術(shù)所具備的“3I 特征”(沉浸性、交互性和構(gòu)想性)外,還可以增強真實世界的體驗感,但這不是取代現(xiàn)實。

隨著技術(shù)的進步,AR 技術(shù)的應用領(lǐng)域逐漸拓寬。在藝術(shù)領(lǐng)域中,2013 年蛇年春晚歌曲《風吹麥浪》的舞臺效果就運用了AR 技術(shù),構(gòu)建出樹木、蝴蝶、金色的麥浪等自然風光。 在情感領(lǐng)域中,日本市一公司利用“AR+GPS”技術(shù),推出“Spot message”軟件,當用戶置身于充滿回憶的景點時,可再現(xiàn)故人的身影。 在醫(yī)療領(lǐng)域中,微軟HoloLen 全息眼鏡應用AR 技術(shù),可視化復雜的人體結(jié)構(gòu)。 除此之外,AR 技術(shù)在整容手術(shù)、監(jiān)測患者生命體征方面都有涉獵。

近年來,AR 技術(shù)的應用范圍逐步擴大,同時教育在國家的發(fā)展中占據(jù)極高的地位,在教學中適當?shù)剡\用AR 技術(shù),能夠顯著提升學生的學習質(zhì)量,具有極高的研究價值。

1 AR 技術(shù)應用于教育的情況分析

1.1 國外AR 應用于教育的現(xiàn)狀

1.1.1 AR 技術(shù)應用于課堂教學

國外有多家技術(shù)公司可以提供實現(xiàn)AR 功能的支持技術(shù),AR 軟件的開發(fā)持續(xù)掀起熱潮。 Shelton 和Hedley 將AR 技術(shù)運用到課堂教學中,進行九大行星課程的教學實驗。 根據(jù)美國最新的《新一代科學教育標準》,作為工具的Z Space 開發(fā)出了包含2—12 年級多門學科的課件,課件分布在6 款軟件之中,教師可采用軟件自帶課件實施教學計劃,也可創(chuàng)造性地開發(fā)新課程。 教育是發(fā)展中不可或缺的部分,將技術(shù)與教育深度融合也逐步成為開發(fā)的熱點方向。

1.1.2 AR 技術(shù)智能終端應用情況

隨著AR 技術(shù)在手機和平板電腦中的應用,國外設計了一款基于AR 的手機學習卡片(ARSC),將卡片和立體模型相結(jié)合,提供豐富的體驗。 該工具支持在線和離線兩種不同方式的學習,并可檢驗卡片學習的效果。 國外AR 應用于教育的現(xiàn)象逐漸增多,設計方式趨于多元化,功能開發(fā)體現(xiàn)其多樣性,進而創(chuàng)造出適應學習者學習方式的教輔工具。

1.2 國內(nèi)AR 在教育中的應用現(xiàn)狀

1.2.1 “AR+教育”CNKI 發(fā)表趨勢分析

在CNKI 資料庫以“增強現(xiàn)實+教育”和“增強現(xiàn)實+教學”為主題詞,對近10 年相關(guān)文獻進行檢索,剔除無關(guān)的關(guān)鍵詞并篩選全部文章后,整理得知與文章相關(guān)的主題剩余640 篇。 其中學術(shù)期刊327 篇、學位論文211 篇、國內(nèi)會議8 篇、國際會議5 篇,近10 年發(fā)表趨勢如圖1 所示。

圖1 近10 年發(fā)表趨勢分析

從表1 中可以看出,2012—2016 年“AR+教育”的引用量較低,持續(xù)在相對穩(wěn)定的階段。 2016 年起出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)折點,連續(xù)3 年引用量飛速上漲,并于2019 年達到近10 年峰值。 至2020 年引用量有所下降,2021年又逐步提升。

除分析近10 年發(fā)表的整體趨勢外,在CNKI 上對“增強現(xiàn)實AND 教育”的主題分布情況進行細致分析,其中文獻發(fā)表情況如圖2—3 所示。

圖2 主要主題分布

圖3 次要主題分布

由圖可知,以“增強現(xiàn)實AND 教育”為主題詞搜索時,相關(guān)文獻多以介紹AR,AR 技術(shù)為主。 隨著技術(shù)的不斷變革,近年來AR 技術(shù)應用于各個領(lǐng)域,例如建筑、醫(yī)療、旅游等。 圖1 數(shù)據(jù)顯示AR 技術(shù)在教學中的應用發(fā)表文獻量處于第三的位置。

1.2.2 AR 技術(shù)對教學模式的構(gòu)建

李小平等［2］擴展構(gòu)建了教學系統(tǒng)框架,為提升智能增強現(xiàn)實或虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的教學質(zhì)量提出了一種可行的方法。 王培霖等［3］分析目前在教學中對AR 技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的需求,結(jié)合目前市場上AR 類產(chǎn)品的特點,提出了AR 出版物應滿足的特點,從而真正實現(xiàn)產(chǎn)學一體化。 “增強現(xiàn)實+教育”核心技術(shù)在于AR 是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的進一步深化,最終實現(xiàn)智慧教育的目標。

2 當前AR 研究存在的問題分析

不同于以前的新興技術(shù)工具走進課堂,AR 的引進有著太多的爭議。 通過文獻分析,當前AR 與教育的融合主要有兩大類問題,一種是技術(shù)問題,關(guān)注的主體是AR,主要分析當前的技術(shù)發(fā)展并不能滿足“增強現(xiàn)實+教育”繪制的藍圖；另一種是教育問題,關(guān)注的主體是教育,主要分析教育教學實施前后的問題,筆者將根據(jù)這兩點分開總結(jié)。

2.1 技術(shù)方面

2.1.1 AR 技術(shù)分析

“人工智能+教育”對數(shù)據(jù)的采集是多方面、動態(tài)的、及時的,包括學生課上課下的狀況、不同學科之間的狀況、人機交互時的狀況等,數(shù)據(jù)量大且范圍廣,同時還要及時進行識別篩選。 目前來看,AR 并不能完全分析處理所有的數(shù)據(jù)。

2.1.2 技術(shù)與教育的融合問題

AR 技術(shù)與教育融合已成為現(xiàn)階段熱議的話題。教育是個復雜的系統(tǒng),涉及領(lǐng)域?qū)拸V,包括眾多的學科知識,不同學科、同一學科的不同章節(jié)都會有教學方法和教學模式的差異,同時教學過程中教師和學生的主觀因素影響較大,作為課堂助手的AR 也要進行實時調(diào)整,目前的技術(shù)也是很難達到的。

2.2 教育方面

2.2.1 學校準備方面

王德宇等［4］研究了AR 技術(shù)在高校創(chuàng)客教育中的應用,借助AR 技術(shù),將不同地點的教學內(nèi)容或研發(fā)對象,進行異地實時交互呈現(xiàn),實現(xiàn)協(xié)同設計、協(xié)同開發(fā),甚至協(xié)同生產(chǎn)。 AR 是新興信息技術(shù),學校是否有條件更新設備對接AR 教育,是否擁有符合專業(yè)水準的教師和管理者勝任AR 教育應用,這些都是不確定的。 但現(xiàn)階段學校將AR 應用于教育教學的方式逐步改進,從原有的投影設備到iPad、手機App,設備的優(yōu)化為教學創(chuàng)造了便利條件。

2.2.2 學生對AR 的認同

AR 作為一種新型教學手段,可以將復雜的實驗過程簡單化。 通過創(chuàng)設仿真實驗室場景進而解決教學環(huán)境受限的問題。 AR 技術(shù)雖然會創(chuàng)造一種疊加于真實情境中的環(huán)境,但實踐起來對學校的經(jīng)費需求較高,容易出現(xiàn)受現(xiàn)實條件的制約而無法實施的情況［5］。 不僅如此,師生交互、生生交互和人機交互依舊存在差別,學生對AR 頻繁出現(xiàn)在教育教學中的適應程度如何,低年級的學生在同AR 的交互中是否產(chǎn)生角色困惑,仍是值得關(guān)注的問題。 在大數(shù)據(jù)時代下,AR 技術(shù)是否會因為數(shù)據(jù)信息泄露而對個體產(chǎn)生傷害,進而不利于學生的成長仍舊需要思考和關(guān)注。

2.3 “AR+教育”發(fā)展評述

AR 技術(shù)與課程教學的融合,在很多課程中已被證實是有效的［6］。 在應用AR 的學習活動中,學生分析問題、解決問題的能力有所提高,但是部分學生由于對AR 技術(shù)不熟悉,存在動手性較弱的情況。 課程教學過程中,還存在某些不足,例如:處理AR 設備的細節(jié)問題,正確的使用方式會減少眩暈感；教師應做好課前準備,避免過多依賴媒體屬性進行教學,同時應把握好教學進程,講授知識的同時應注重學生的反饋。

3 結(jié)語

AR 和教育的融合前景是光明的,但是通往智慧教育的道路是坎坷的,這需要教育工作者和技術(shù)研究者的共同努力,也需要國家和社會的支持。 教育工作者積極探索教學模式,做好學術(shù)研究,為“增強現(xiàn)實+教育”搭好框架,探索可行的教學模式。 技術(shù)研究者應逐步加快AR 技術(shù)的研究,讓AR 可以更好地對接教育,更好地服務于教育教學。