基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的博物館主題學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)應(yīng)用

薛瑞昌 何興旺 賈俊

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)校課外學(xué)習(xí)資源更加豐富，博物館展覽學(xué)習(xí)已成為學(xué)生課外了解中華歷史文化的主要途徑之一，而傳統(tǒng)博物館參觀模式下的語(yǔ)音導(dǎo)覽、人工講解、文字注釋等單一學(xué)習(xí)方式已經(jīng)無(wú)法滿足學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)知識(shí)體系的要求。本文基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（以下簡(jiǎn)稱AR）技術(shù)設(shè)計(jì)博物館主題學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供更真實(shí)、更豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升課堂外教育的信息化水平。

一、AR技術(shù)在校內(nèi)課堂中的應(yīng)用

AR技術(shù)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，很多學(xué)生首次接觸AR眼鏡可能是通過(guò)科幻電影或是現(xiàn)實(shí)中接觸AR游戲，如Pokemon go寵物小精靈。如今，中小學(xué)教育領(lǐng)域的教師漸漸開(kāi)始嘗試在校內(nèi)課堂中借助AR技術(shù)，去解決一些學(xué)生由于抽象思維能力不夠、想象力不足而導(dǎo)致不理解知識(shí)點(diǎn)的情況。例如，數(shù)學(xué)課上的立體幾何問(wèn)題：一個(gè)正方體在左下角和右上角各找一個(gè)頂點(diǎn)A和B，畫(huà)對(duì)角線連線，如果將這個(gè)正方體展開(kāi)平攤在平面上，讓學(xué)生計(jì)算出展開(kāi)狀態(tài)下AB的連接線與哪一條垂線成90°角。此題是考查學(xué)生的立體想象思維，利用AR技術(shù)讓這個(gè)正方體出現(xiàn)在學(xué)生們的眼前，展示正方體攤開(kāi)的全過(guò)程，學(xué)生就可以清楚地看到點(diǎn)線之間的關(guān)系。再比如，地理課堂上，學(xué)生最難以記憶的是地球的各大板塊問(wèn)題。如亞歐板塊和哪個(gè)板塊相鄰、時(shí)區(qū)的換算關(guān)系、南半球與北半球、洋流的走向、季風(fēng)的走向等知識(shí)點(diǎn)，課本中僅僅通過(guò)文字圖形呈現(xiàn)，學(xué)生集中理解記憶比較困難。對(duì)此，學(xué)?？梢圆捎肁R技術(shù)將地球以立體球體形式呈現(xiàn)，在AR虛擬操作互動(dòng)中將地球問(wèn)題完美展示從而讓學(xué)生進(jìn)行記憶，但是一般學(xué)校只能采購(gòu)少數(shù)AR設(shè)備供部分信息化專用教室使用，不是所有學(xué)生都可以嘗試參與，也不允許大面積采購(gòu)，所以校內(nèi)課堂使用的局限性比較大。

二、AR技術(shù)在校外課堂中的引入

AR眼鏡作為一種新的AR技術(shù)教學(xué)工具，可以有效提高課外教育的效果，提升參觀者體驗(yàn)。一些機(jī)構(gòu)、組織從公益角度出發(fā)進(jìn)行AR眼鏡的采購(gòu)是符合常規(guī)的，通常也可以采取租賃形式來(lái)滿足大量學(xué)習(xí)者同時(shí)參觀和使用。AR眼鏡可以將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界相結(jié)合，建立真實(shí)的場(chǎng)景空間，讓參觀者可以直接進(jìn)入到虛擬世界中，并進(jìn)行交互式訪問(wèn)。AR眼鏡采用先進(jìn)、便捷、舒適及具有互動(dòng)功能的光學(xué)技術(shù)，將高科技與時(shí)尚融為一體。利用智能手機(jī)、平板電腦和各種VR虛擬設(shè)備，即可通過(guò)簡(jiǎn)單方便的操作來(lái)提示學(xué)習(xí)者相關(guān)展品的歷史背景和知識(shí)，同時(shí)還可以讓用戶將 AR內(nèi)容直接投射到現(xiàn)實(shí)展覽區(qū)環(huán)境中，與他人同時(shí)共享 AR內(nèi)容，克服了學(xué)生參觀中因?yàn)槿硕喽抨?duì)、掃不到二維碼、聽(tīng)不清講解、看不見(jiàn)展品、聲畫(huà)不同步等教育弊端。

三、課外博物館教育應(yīng)用現(xiàn)狀

學(xué)校對(duì)學(xué)生課外博物館教育越來(lái)越重視，全國(guó)各地博物館對(duì)此也大力支持。博物館的屬性從單純展覽慢慢轉(zhuǎn)向多元化發(fā)展，從歷史出土文物展發(fā)展至今天的歷史文化展、藝術(shù)展、文物展、工藝品展、科普展等。但當(dāng)前博物館在教育方面的應(yīng)用大多僅限于大眾視野下的“大設(shè)備”，例如球幕投屏、LED大屏幕等，交互式視頻播放，這些設(shè)備占地面積大、保養(yǎng)和設(shè)備采購(gòu)開(kāi)銷大，且不易升級(jí)改造，更突出的是大多博物館中僅僅不超過(guò)5個(gè)展覽品安裝有此類信息化設(shè)備，其余展品均為櫥窗式展覽+文字描述，部分場(chǎng)館升級(jí)為二維碼掃描獲取展品的文字介紹和圖片。學(xué)校學(xué)生團(tuán)體開(kāi)展博物館參觀學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，會(huì)請(qǐng)一名講解員進(jìn)行耳麥?zhǔn)街v解，學(xué)生通常注意力渙散，走馬觀花式“旅游”成為常態(tài)，教育效果大打折扣。

目前，國(guó)內(nèi)已有少數(shù)地區(qū)博物館開(kāi)展了信息化博物館教育的實(shí)踐，如“‘我在故宮修文物大型體驗(yàn)活動(dòng)”、上?？萍拣^“VR科技+博物館”項(xiàng)目等，但均為單個(gè)項(xiàng)目、極個(gè)別“新穎”項(xiàng)目上的應(yīng)用，全場(chǎng)館其余展品依然采取傳統(tǒng)方式展示與介紹。本文基于AR技術(shù)設(shè)計(jì)博物館主題學(xué)習(xí)方式，為學(xué)生提供更真實(shí)、更豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升課外教育的信息化水平。

四、AR技術(shù)在課外博物館教育中的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.主題學(xué)習(xí)線路智能導(dǎo)引功能

課外博物館教育由于參觀的性質(zhì)突出，導(dǎo)致學(xué)生參觀時(shí)主要以興趣瀏覽為主，多為好奇心驅(qū)使，看到新奇的展品、好看的文物才會(huì)停下腳步看看展物邊上的文字注解，但是注解多為長(zhǎng)篇大論，部分深?yuàn)W難懂，輸出的內(nèi)容不直觀。所以博物館作為教育屬性應(yīng)用時(shí)，第一件事情就是梳理整個(gè)場(chǎng)館的文物，進(jìn)行年代和主題的歸類工作，把符合同一歷史主題和年代發(fā)展的相關(guān)展品設(shè)計(jì)到一條線路當(dāng)中。我們這里以湖南博物院為例，通過(guò)梳理可以確定出幾條主題學(xué)習(xí)線路，例如，“無(wú)限佳麗——明清人物畫(huà)中的文學(xué)與女性形象”“中國(guó)古代青銅器巡禮發(fā)展史”“明清時(shí)期的人物圖像與文化融合”“湖南三湘歷史文化陳列”“辛追夫人——馬王堆漢墓系列”等，給予相關(guān)文物展臺(tái)設(shè)置IP地理位置定位，集成到AR眼鏡交互系統(tǒng)中?！昂先鏆v史文化陳列”主題推薦路線的整個(gè)界面如圖1所示，AR眼鏡可以實(shí)時(shí)指引下一站去學(xué)習(xí)參觀哪個(gè)展臺(tái)，預(yù)載這個(gè)展品的相關(guān)介紹并根據(jù)當(dāng)前IP位置定位進(jìn)行線路導(dǎo)向，以這種參觀學(xué)習(xí)方式帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)知識(shí)建構(gòu)。

2.現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)場(chǎng)景再現(xiàn)功能

學(xué)生知識(shí)的建構(gòu)是需要建立在一定教學(xué)情境中，若只有單純的展品，學(xué)生無(wú)法憑借自己的想象力去詮釋、去重現(xiàn)歷史生活或者朝代場(chǎng)景，也就無(wú)法理解某些文物背后的使用方法、使用場(chǎng)景、存在的意義及在這個(gè)時(shí)期出現(xiàn)的歷史演變過(guò)程。這里以湖南博物院中的馬王堆漢墓為例，整個(gè)博物館的鎮(zhèn)館之寶當(dāng)之無(wú)愧數(shù)“辛追夫人——千年不腐女尸”，學(xué)生非常好奇古代是如何防腐的，而防腐的秘訣就在于整個(gè)墓室+棺槨的特殊結(jié)構(gòu)。對(duì)這個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，我們利用AR眼鏡進(jìn)行現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)重構(gòu)，當(dāng)AR眼鏡對(duì)準(zhǔn)辛追夫人棺槨的時(shí)候跳出虛擬場(chǎng)景，在眼鏡中投屏顯示墓室結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)寬高尺寸、壁厚，緊接著展現(xiàn)棺槨內(nèi)外構(gòu)造，其由四層套棺構(gòu)成，外部填充物分別為黃土、白泥膏、木炭，使深埋地下的槨室形成恒溫、恒濕、缺氧、無(wú)菌環(huán)境，將棺槨、墓主尸體及隨葬物都完好地保存了下來(lái)。AR技術(shù)以動(dòng)態(tài)虛擬畫(huà)面進(jìn)行呈現(xiàn)，讓學(xué)生記憶深刻，知識(shí)點(diǎn)形象生動(dòng)。

3.歷史文化微課系統(tǒng)交互功能

很多博物館與一些高校合作開(kāi)發(fā)了許多不同類型和專題的講座視頻以及動(dòng)漫微課，這些數(shù)字資源大多由于館內(nèi)LED液晶顯示屏的問(wèn)題無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)播放，只能依存于各大博物館官方網(wǎng)站和微博中，而類似這種在線課程視頻的播放量與入館參觀人數(shù)相比僅僅為萬(wàn)分之一，這部分經(jīng)典的資源變?yōu)閿?shù)字廢墟，利用率極低。這里將已有的數(shù)字資源根據(jù)文物主題分布設(shè)置到相關(guān)主題線路中，設(shè)計(jì)邏輯如圖2所示，建立感應(yīng)映熱區(qū)。例如，當(dāng)學(xué)習(xí)者走進(jìn)湖南博物院“印花敷彩絲綿袍”文物時(shí)，相關(guān)微課視頻動(dòng)畫(huà)自動(dòng)播放，介紹絲綢文化發(fā)展歷史。關(guān)于絲綢的起源，我國(guó)古代史籍中流傳著不少神話傳說(shuō)。中國(guó)絲綢文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，至少在距今5000年的新石器時(shí)代，我國(guó)長(zhǎng)江流域和黃河流域已出現(xiàn)了絲綢的蹤跡，其中從新石器時(shí)代到春秋戰(zhàn)國(guó)、魏晉南北朝、唐朝、宋元及近代，絲綢的樣式、紡織水平、用料、顏色、材質(zhì)等均發(fā)生不同的變化，而這些變化與當(dāng)時(shí)的地理、文化、生產(chǎn)水平都緊密相關(guān)。微課系統(tǒng)把這些不同時(shí)期的絲綢樣片通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)復(fù)刻展現(xiàn)，并放在一起對(duì)比，讓學(xué)生們大開(kāi)眼界。在完成一個(gè)歷史文化主題學(xué)習(xí)后，學(xué)生可以與微課系統(tǒng)進(jìn)行交互，從而被引導(dǎo)去下一個(gè)知識(shí)點(diǎn)所在的展廳或展柜，這是一種非常系統(tǒng)也非常生動(dòng)的情境教學(xué)。

4.展品虛擬3D重構(gòu)展現(xiàn)功能

文物的保存極其困難，尤其是完整的歷史文物，由于時(shí)間的沉淀、氧化、殘缺等問(wèn)題讓參觀者無(wú)法完整還原原貌，放置在玻璃展柜中，更加讓參觀者無(wú)法近距離觀察其顏色、圖案、尺寸等細(xì)節(jié)。例如，湖南博物院中的“T形帛畫(huà)”，其尺寸巨大，被平躺放置在地面玻璃展柜中，其花紋繁雜、寓意深刻，所以利用AR技術(shù)將文物復(fù)刻成虛擬3D樣式，用AR眼鏡投屏在展位處，標(biāo)注出相應(yīng)圖案的寓意、文物具體尺寸、材質(zhì)等信息。

五、總結(jié)與展望

隨著 AR技術(shù)的發(fā)展，我們可以預(yù)見(jiàn)，AR博物館將成為未來(lái)博物館發(fā)展的必然趨勢(shì)，它將為參觀者提供更為真實(shí)、更加豐富的體驗(yàn)。對(duì)教育領(lǐng)域來(lái)說(shuō)， AR技術(shù)將成為促進(jìn)教育模式變革的一種重要手段，同時(shí)也可以增強(qiáng)教育效果，促進(jìn)學(xué)習(xí)過(guò)程更為真實(shí)以及更有趣味性。而AR設(shè)備作為新興的技術(shù)手段，其普及必然會(huì)經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，這是一項(xiàng)涉及多學(xué)科領(lǐng)域、多個(gè)行業(yè)相互滲透發(fā)展的系統(tǒng)工程，希望在校企合作中，政府、學(xué)校、企業(yè)三方協(xié)同合作進(jìn)行更多的產(chǎn)學(xué)研合作與轉(zhuǎn)化，發(fā)揮學(xué)校與博物館信息技術(shù)合作的作用，聯(lián)合地方中小學(xué)、教育局開(kāi)展更多的博物館主題教育活動(dòng)。

學(xué)校的第二課堂如果只出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中，學(xué)生和家長(zhǎng)反饋均會(huì)較差，從某種意義上說(shuō)這種網(wǎng)絡(luò)課堂就是一種數(shù)字廢墟；各平臺(tái)設(shè)計(jì)和建立了各種課外的教學(xué)資源，而學(xué)生有多少是靜下心來(lái)去登錄網(wǎng)站或者App學(xué)習(xí)的？想必比較少。學(xué)生業(yè)余時(shí)間被學(xué)業(yè)占據(jù)，有空閑時(shí)間其實(shí)更想打游戲、出去玩，我們?yōu)楹尾粚⑦@個(gè)時(shí)間利用起來(lái)？學(xué)校統(tǒng)一的研學(xué)安排可考慮一些地方的博物館或者展覽院，發(fā)揮這些社會(huì)資源去開(kāi)闊學(xué)生的視野、提高學(xué)生的見(jiàn)識(shí)，在實(shí)踐中創(chuàng)造真知，在實(shí)踐中去發(fā)現(xiàn)歷史，在實(shí)踐中去了解世界和社會(huì)。