XR技術(shù)在教育出版融合發(fā)展中的應(yīng)用探究

［摘要］教育出版的融合發(fā)展不僅是出版業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵，還是教育數(shù)字化戰(zhàn)略實(shí)施的重要一環(huán)。隨著5G、人工智能、微顯示等關(guān)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，一直受限于網(wǎng)絡(luò)帶寬、內(nèi)容生態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)備的XR技術(shù)，將在教育出版領(lǐng)域得到更多的重視和應(yīng)用。文章通過闡述教育出版XR融合發(fā)展相關(guān)案例，剖析XR技術(shù)在教育出版融合發(fā)展中的應(yīng)用，分析教育出版XR融合發(fā)展的未來方向和趨勢(shì)，以期為教育出版深度融合發(fā)展以及教育數(shù)字化提供參考。

［關(guān)鍵詞］擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)；虛擬現(xiàn)實(shí)；教育出版；融合發(fā)展；教育應(yīng)用

早在21世紀(jì)初，AR技術(shù)就開始應(yīng)用于出版領(lǐng)域。到了2016年，AR、VR技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于出版行業(yè)，國(guó)內(nèi)AR、VR融合出版進(jìn)入快速發(fā)展期。之后，隨著5G、AI、云計(jì)算等關(guān)聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，大眾對(duì)AR、VR技術(shù)的認(rèn)可度不斷提升，催生“云課堂”“云展覽”等新業(yè)態(tài)。2021年，“元宇宙”概念紅遍全球，作為元宇宙基礎(chǔ)技術(shù)之一的XR技術(shù)也得到了二次發(fā)展。2023年，“AIGC”成為科技和數(shù)字經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的熱門概念，其在內(nèi)容生成、智能學(xué)習(xí)等方面給出版業(yè)與XR技術(shù)的進(jìn)一步融合發(fā)展帶來了新的契機(jī)。雖然，目前看來XR技術(shù)并沒有給出版業(yè)帶來顛覆性的變革，但是其相關(guān)應(yīng)用確實(shí)給讀者帶來了非凡的體驗(yàn)，促進(jìn)了讀者與作者、出版單位的互動(dòng)，給出版業(yè)提供了新的創(chuàng)新發(fā)力點(diǎn)［1］。

在教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式存在交互性不足、體驗(yàn)感不強(qiáng)等缺陷，許多抽象概念、復(fù)雜實(shí)驗(yàn)、微觀或宏觀情境難以在課堂上呈現(xiàn)，使得教學(xué)效果大打折扣。而XR技術(shù)具有視覺效果高度擬真、抽象知識(shí)具象化、學(xué)習(xí)反饋及時(shí)、快速消除語言障礙等特點(diǎn)［2］，可以很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的相關(guān)缺陷。具身認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)身體活動(dòng)及體驗(yàn)過程對(duì)認(rèn)知塑造的重要性，這為XR技術(shù)用于教育領(lǐng)域奠定了理論基礎(chǔ)［3］。在融入XR技術(shù)的課堂中，學(xué)生可以通過視覺、聽覺和觸覺等感官直接參與互動(dòng)，從而將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為具象的互動(dòng)資源，進(jìn)一步形成有效的認(rèn)知［4］。

一、XR技術(shù)概述

XR 是“擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)”（Extended Reality）的英文縮寫，指通過計(jì)算機(jī)技術(shù)將真實(shí)世界與虛擬世界相結(jié)合，打造一個(gè)可人機(jī)交互的虛擬環(huán)境。XR旨在模糊真實(shí)世界與虛擬世界的界限，構(gòu)建沉浸式虛擬體驗(yàn)環(huán)境，其包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）、混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）、觸感（Haptic）技術(shù)等［5］。

AR是將可交互的虛擬物體或信息疊加在真實(shí)環(huán)境中，使用者可通過智能手機(jī)、平板電腦以及AR眼鏡等設(shè)備，在看到現(xiàn)實(shí)世界的同時(shí)獲取虛擬信息或與虛擬物體互動(dòng)。VR是為使用者完全模擬一個(gè)虛擬環(huán)境，使用者通過頭顯設(shè)備和傳感器設(shè)備來沉浸式參與虛擬環(huán)境中的活動(dòng)。MR是將現(xiàn)實(shí)世界和虛擬環(huán)境相融合，通過全息圖打破現(xiàn)實(shí)世界與虛擬環(huán)境的界限，可以被認(rèn)為是AR與VR的組合，使用者能夠與現(xiàn)實(shí)世界和虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行交互。元宇宙本身不是一種技術(shù)，其整合了XR、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等不同的技術(shù)，更加強(qiáng)調(diào)虛實(shí)相融，是一種仍在演變和發(fā)展的概念。元宇宙需要XR提供技術(shù)支持，而XR則需要元宇宙促進(jìn)技術(shù)和應(yīng)用突破，兩者相輔相成。因此，自元宇宙誕生以來，便給XR技術(shù)和相關(guān)行業(yè)帶來新的發(fā)展契機(jī)。當(dāng)前，XR偏向于“手眼+語音”的多模態(tài)交互以及跨平臺(tái)連接，正朝著軟硬件系統(tǒng)集成和內(nèi)容生態(tài)協(xié)同發(fā)展的方向演進(jìn)［6］。

二、XR技術(shù)在教育出版中的應(yīng)用

當(dāng)前，隨著5G、AI、元宇宙等關(guān)聯(lián)技術(shù)和概念的發(fā)展，XR技術(shù)已開始應(yīng)用于各行各業(yè)。例如，XR技術(shù)與廣電媒體的深度融合，不僅可以應(yīng)用于綜藝節(jié)目的制作，還可以應(yīng)用于展會(huì)等旅游文化活動(dòng)［7］。在課堂教學(xué)中，教師借助XR技術(shù)能夠在生物學(xué)課堂上開展交互式教學(xué)和虛擬實(shí)驗(yàn)［8］。在教育出版領(lǐng)域，諸多出版單位將原有的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容通過XR技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化、具象化出版。

（一）融媒體圖書

對(duì)XR技術(shù)的出版應(yīng)用，最主要、最常見的切入點(diǎn)就是融媒體圖書。例如，諸多出版單位巧妙地將紙質(zhì)圖書的內(nèi)容嵌入XR軟件，然后借助手機(jī)、平板或者頭顯設(shè)備為讀者提供新奇、互動(dòng)式的閱讀體驗(yàn)。這類融媒體圖書主要集中于少兒、科普、教育等細(xì)分領(lǐng)域，XR技術(shù)提供的動(dòng)畫特效、互動(dòng)設(shè)計(jì)等，使得圖書更加立體，內(nèi)容更加豐滿，從而深受讀者的喜愛。例如，武漢出版社聯(lián)合武漢市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)出版的《身邊的鳥》AR/3D互動(dòng)科普?qǐng)D書，就是根據(jù)《身邊的鳥》紙質(zhì)圖書，通過三維建模、智能交互等技術(shù)生動(dòng)還原了書中鳥類的模樣和聲音，將科普性和趣味性相融合［9］。

（二）XR教材教具

教材教具是XR技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的主要媒介。在教育出版場(chǎng)景中，XR技術(shù)的引入能夠革新教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式，諸如AR教材、VR教輔、3D多功能地球儀等，通過3D建模和交互設(shè)計(jì)將二維圖片轉(zhuǎn)化為三維模型，將靜態(tài)展示轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)演示，讓課堂教學(xué)更加有趣、具象，使學(xué)生能夠邊觀察、邊操作、邊思考。例如，人民教育出版社開發(fā)的小學(xué)英語AR識(shí)別課本，學(xué)生通過手機(jī)掃描課本上的二維碼便可欣賞課本中人物的動(dòng)畫場(chǎng)景。這種情景式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，可以幫助學(xué)生理解文章，從而提高語言交流和溝通能力。此外，該AR教材還提供了實(shí)時(shí)翻譯功能，能夠協(xié)助學(xué)生更好地理解文本內(nèi)容，進(jìn)而增強(qiáng)他們的語言綜合運(yùn)用能力。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室是XR技術(shù)一種重要的教育創(chuàng)新應(yīng)用。XR技術(shù)的沉浸式體驗(yàn)功能能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)提供情境體驗(yàn)，其交互功能能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)提供實(shí)踐模擬。XR虛擬實(shí)驗(yàn)相較于傳統(tǒng)的幻燈片具有沉浸度高、真實(shí)性強(qiáng)、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)，而相較于實(shí)際操作又具有易開展、局限少、場(chǎng)景多等特點(diǎn)，有助于學(xué)生掌握真實(shí)環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn)、危險(xiǎn)性高、成本高昂的實(shí)踐內(nèi)容。2018年，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物理、化學(xué)、生物、地理等實(shí)驗(yàn)性、演示性課程中的應(yīng)用，構(gòu)建虛擬教室、虛擬實(shí)驗(yàn)室等教育教學(xué)環(huán)境［10］。為此，不少出版單位開發(fā)了虛擬實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，如廣東教育出版社針對(duì)中小學(xué)物理、化學(xué)、生物等科學(xué)類課程實(shí)驗(yàn)開發(fā)了“粵教虛擬實(shí)驗(yàn)室”。該實(shí)驗(yàn)室基于廣東教育出版社出版的實(shí)驗(yàn)冊(cè)、操作手冊(cè)等圖書內(nèi)容，借助XR技術(shù)在科學(xué)類實(shí)驗(yàn)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)覆蓋初高中物理、化學(xué)、生物三科近800項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，旨在促進(jìn)中小學(xué)生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

（四）XR教學(xué)/學(xué)習(xí)系統(tǒng)

XR技術(shù)在教育出版領(lǐng)域另一個(gè)重要應(yīng)用是XR教學(xué)/學(xué)習(xí)系統(tǒng)。自AR、VR技術(shù)面世以來，就有出版單位和互聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)構(gòu)探索將其融入教學(xué)/學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，尤其是在新冠疫情期間，不少出版單位和互聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)構(gòu)紛紛加入這一應(yīng)用的開發(fā)行列中。出版單位可以應(yīng)用XR技術(shù)賦能智慧課堂，通過將XR技術(shù)與圖書、教材教具、虛擬實(shí)驗(yàn)室等產(chǎn)品和應(yīng)用深度融合，結(jié)合其他多樣化的教學(xué)資源和工具，構(gòu)建一個(gè)集成化的統(tǒng)一教學(xué)平臺(tái)或系統(tǒng)。這一平臺(tái)或系統(tǒng)能夠輔助教師將抽象的知識(shí)內(nèi)容具象化、形象化、直觀化地展示給學(xué)生，從而增強(qiáng)課堂教學(xué)的趣味性、吸引力，引導(dǎo)學(xué)生更加主動(dòng)、高效地探索和學(xué)習(xí)。例如，上海人民出版社開發(fā)的“黨史學(xué)習(xí)教育智慧研讀平臺(tái)”，其以紙質(zhì)黨史學(xué)習(xí)出版物的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容為依托，構(gòu)建VR思政教育課程資源庫，利用人工智能、空氣成像系統(tǒng)等，打造VR多人沉浸式交互平臺(tái)、VR全景漫游式學(xué)習(xí)體驗(yàn)館、“AI+VR”黨建智慧沙盤系統(tǒng)等場(chǎng)景式互動(dòng)產(chǎn)品。

三、教育出版XR融合發(fā)展探究

（一）聯(lián)合新一代信息技術(shù)融合發(fā)展

隨著5G、AI、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)合新一代信息技術(shù)的XR技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。出版單位可以利用5G等新一代無線通信技術(shù)的高速率和低時(shí)延特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無線化，支持多用戶的實(shí)時(shí)交互，探索高清交互式課堂教學(xué)、實(shí)時(shí)情景化遠(yuǎn)程教學(xué)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)等“5G+XR”的教學(xué)模式，這樣一方面能夠提高教學(xué)資源的動(dòng)態(tài)性、豐富性，另一方面能在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)形式單一的缺陷［11］。出版單位借助光學(xué)透視技術(shù)，通過半透明的光學(xué)合成器將虛擬環(huán)境圖像與真實(shí)世界光線直接合成，從而擺脫傳統(tǒng)鍵鼠交互方式的束縛，大大拓寬了XR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景。此外，以AIGC為代表的智能技術(shù)的迅猛發(fā)展以及云計(jì)算技術(shù)的不斷迭代，為XR的深入應(yīng)用提供了相應(yīng)的智能化和算力保障。盡管新一代信息技術(shù)還未完全融合XR技術(shù)，也未給教育出版領(lǐng)域帶來明顯變化，但其在教育出版領(lǐng)域已經(jīng)具備巨大的發(fā)展?jié)摿?。相信在不久的將來，在XR、5G、AI、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的支持下，教育和出版的整體形態(tài)、模式將變得更加智能化。

（二）元宇宙教育出版

教育出版XR融合發(fā)展的重要方向就是元宇宙教育出版。XR技術(shù)與元宇宙具有天然耦合性，人們普遍認(rèn)為元宇宙是XR技術(shù)實(shí)現(xiàn)再次突破的關(guān)鍵點(diǎn)。目前，出版行業(yè)已出現(xiàn)基于XR技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)的元宇宙平臺(tái)探索案例。例如，數(shù)傳集團(tuán)2022年推出的元宇宙品牌沐然星Metabookstore，包含元宇宙書店、元宇宙圖書、數(shù)字藏品在內(nèi)的元宇宙體系。在教育出版領(lǐng)域，相較于XR技術(shù)，元宇宙通過創(chuàng)設(shè)虛實(shí)交融新場(chǎng)景，為用戶提供了前所未有的沉浸交互體驗(yàn)，并成功構(gòu)建了技術(shù)深度融入教育的新格局，從而在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了顯著的超越［12］。但是，XR技術(shù)畢竟只是一種融合出版的新媒介，其發(fā)展時(shí)間短，技術(shù)和產(chǎn)品形式還不太成熟，尤其是元宇宙概念目前尚有爭(zhēng)議，存在諸多發(fā)展亂象。因此，我們要在肯定元宇宙發(fā)展前景和創(chuàng)新活力的基礎(chǔ)上，拒絕盲目炒作和概念泛化，要回歸其技術(shù)本身，對(duì)元宇宙保持理性認(rèn)識(shí)［13］。

四、結(jié)語

近幾年，AR、VR、MR等XR技術(shù)以及元宇宙一直都是教育、出版等行業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)。一些教育和出版領(lǐng)域的學(xué)者圍繞XR技術(shù)本身、行業(yè)應(yīng)用、場(chǎng)景拓展開展了相關(guān)研究，許多一線教師和出版單位也進(jìn)行了教學(xué)和出版方面的實(shí)踐探索，取得了諸如情境式互動(dòng)教學(xué)、XR融媒圖書、XR教材教具、虛擬實(shí)驗(yàn)室、XR教學(xué)/學(xué)習(xí)系統(tǒng)等成果。同時(shí)，隨著5G、AI、元宇宙等先進(jìn)技術(shù)和概念的飛速發(fā)展，曾經(jīng)因技術(shù)滯后和基礎(chǔ)設(shè)施不完善而受限的XR技術(shù)，如今從多個(gè)方面展現(xiàn)了前所未有的廣闊發(fā)展前景。當(dāng)然，教育出版XR融合發(fā)展的過程中，也存在諸如內(nèi)容單一化、用戶體驗(yàn)缺乏持久性、行業(yè)融合型人才匱乏、審查監(jiān)管不完善等問題?！笆奈濉睍r(shí)期是我國(guó)出版業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和教育數(shù)字化戰(zhàn)略實(shí)施的關(guān)鍵時(shí)期，將更多新技術(shù)高效、有機(jī)地融入教育出版中，開發(fā)出更多融合出版新模式，出版更多教育出版精品，推進(jìn)教育出版深度融合發(fā)展，是當(dāng)下教育出版從業(yè)者的時(shí)代使命。

［參考文獻(xiàn)］

［1］王揚(yáng).新聞出版VR融合發(fā)展研究報(bào)告（2022）：首屆虛擬現(xiàn)實(shí)新聞出版創(chuàng)新應(yīng)用案例［M］.北京：中國(guó)書籍出版社，2023.

［2］歐湘慶.在XR技術(shù)助力下，教育領(lǐng)域的質(zhì)變將超出你的認(rèn)知［J］.科學(xué)之友，2024（01）：120-122.

［3］張志禎.虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用：追求身心一體的教育：從北京師范大學(xué)“智慧學(xué)習(xí)與VR 教育應(yīng)用學(xué)術(shù)周”說起［J］.中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2016（06）：5-15.

［4］李曉樂.“5G”時(shí)代智慧課堂教學(xué)模式的創(chuàng)新性研究［J］.中國(guó)管理信息化，2020（04）：226-227.

［5］金慧，王夢(mèng)鈺，王陳欣.促進(jìn)教育創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐：2015-2020《地平線報(bào)告》的分析與比較［J］.遠(yuǎn)程教育雜志，2020（03）：25-37.

［6］范麗亞，馬介淵，劉希濤，等.2023年擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）熱點(diǎn)回眸［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2024（01）：296-305.

［7］陳潔超，和伶俐，段俊峰.XR技術(shù)在交互體驗(yàn)中的應(yīng)用：以云南廣播電視臺(tái)實(shí)踐為例［J］.廣播電視信息，2024（02）：18-20.

［8］吳志強(qiáng).XR技術(shù)在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.教育與裝備研究，2023（06）：49-52.

［9］鄧楊.新聞出版與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的融合發(fā)展［J］.印刷文化（中英文），2023（04）：185-192.

［10］工業(yè)和信息化部關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見［EB/OL］.（2018-12-21）［2024-05-02］.https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5442943.htm.

［11］范文蓉，劉峰.“5G+XR”教育場(chǎng)域的構(gòu)建、要素創(chuàng)新及應(yīng)用場(chǎng)景［J］.計(jì)算機(jī)時(shí)代，2023（01）：116-119.

［12］魯崢.從擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)到元宇宙：教育與數(shù)字技術(shù)融合的新趨勢(shì)［J］.教育信息技術(shù)，2023（01）：105-109.

［13］劉革平，秦渝超.教育元宇宙的概念厘定、結(jié)構(gòu)框架與生態(tài)圖景［J］.新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2023（05）：54-66.