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AR技術在基礎教育領域的應用探析

來源:教育教學論壇?????2019-12-30 17:10:52??????點擊:

  中圖分類號:G434 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2018)12-0167-02

  隨著互聯網技術的不斷發展,一些新興的技術越來越被人們熟知,VR(虛擬現實)技術則是這兩年比較流行的。VR技術通過讓用戶置身于虛擬的三維空間環境中,進行人體感官的模擬操作,用戶完全沉浸其中,是一種可視化的人機交互,因此也被推廣在教育領域,但因其成本較高、對硬件的要求較高,無法在基礎教育領域普及。北師大教育技術學院“移動學習”實驗室副主任蔡蘇博士表示,很多VR教育產品的學科教育與技術融合程度比較低,真正的學科教育專家、一線教師無法參與到VR教育課程、教育產品的開發設計中來,大大影響了VR教學的質量。[1]而AR(增強現實)技術的出現彌補了VR技術的不足,它將虛擬對象置于真實世界中,對其進行分析,產生有意義的探索?;贏R技術的交互手段給教育者提供了新的方式表達給學習對象,也對教育行業產生了巨大的影響。本文主要初探AR技術在基礎教育領域的應用,為深入研究AR與學科教育的融合做鋪墊。

  1 AR技術的概念及特點

  1.1 AR(增強現實)的概念

  AR(增強現實)作為一種新興技術,能夠使用戶在真實環境中就能看到?擬對象,并對其進行操作、旋轉。目前,對AR的定義有多種。MILLGRAM定義AR技術為:是一種混合現實(Mixed Reality,MR)[2],是客觀世界的真實環境與計算機生成的虛擬環境的連續統一體。HRL實驗室的Ronald Azuma把增強現實定義為:虛實融合;實時交互性;三維跟蹤定位。[3]基于以上定義,AR技術并不是將虛擬世界與現實世界隔離,而是將其融合在一起,共處同一空間,使得虛擬世界的信息和現實世界的信息得到“無縫”對接,用戶可以在最自然的狀態下進行三維互動??梢?,AR技術搭起了現實世界和虛擬世界的橋梁,讓使用者在這類融合環境中自由交互。

  1.2 AR技術的應用特點

  增強現實包含多種技術支撐,其技術原理復雜。其中,最主要的技術是顯示技術、跟蹤定位技術和標定技術。[4]增強現實技術提供了在一些特殊情況下難以感知的信息,并將他們立體呈現出來。其應用特點可以概括為:

  1)虛實結合。它通過傳感器掃描,將其信息呈現在真實環境中,用戶可以通過眼鏡觀看,或者使用手指點擊操作,讓三維物體360無死角呈現,用戶還可根據當前任務或需要交互地改變其大小、形狀和外觀。

  2)自然的實時交互。增強現實使用戶處于一種虛實相結合的真實環境中,與交互對象顯得更加真實自然。時間與空間的統一性,讓用戶體驗更加真實的交互感受,這樣自然的實時交互帶來的是更深層次的趣味性和角色帶入感。

  3)實時跟蹤。它是三維注冊的,可根據用戶在真實空間中的位置的變化做出調整,保證人、環境、虛擬信息的同步性。

  4)低成本、便捷實用性。AR技術的實現具有較低的硬件要求,在網絡終端、智能移動終端,人們只需安裝相應的AR軟件,再通過攝像頭進行掃描,便可實現增強現實交互體驗。用戶操作簡便,成本低廉,推廣度大。

  2 AR技術在基礎教育領域的應用形式

  AR技術迅猛發展,覆蓋領域甚廣。AR技術因其自然交互、實時性、虛實結合性等特點,既符合皮亞杰“把實驗室搬到課堂中去的設想和實踐”,又符合建構主義學習理論中關于“學習是一種真實情境的體驗”的觀點。[5]加德納的多元智能理論認為,人有智能包括言語、數理邏輯、視覺空間等九個方面,增強現實技術所創設的情境為學習者提供了多種能力的發展可能。因此,在上述教育理論的支持下,有關AR技術的教育產品也層出不窮。本文,作者從教與學的角度,從學生的認知角度,探討以下AR教育應用。

  2.1 AR卡牌

  AR卡牌通過先進的AR技術使紙質的二維卡片或者卡牌立體化呈現出來。用戶使用裝有相應AR軟件的手機、平板電腦等智能終端中的攝像頭掃描AR卡片,對應的三維模型及動畫即呈現在眼前。如圖1所示。

  這類簡單的AR教育應用更適合學前兒童或者小學低年級學生,他們的注意力和認知能力有限,通過AR技術吸引學生的注意力,對其進行翻轉、縮放或者播放動畫等操作,能夠在現實場景中出現逼真的動物模型,對小學生來說尤其新穎,通過這些卡牌不僅能延長他們的注意力,更能培養學生的觀察和探究能力。

  2.2 AR圖書

  AR圖書類似于傳統圖書,學習者可以使用移動設備掃描圖書中的內容,一些3D動畫、視頻、聲音就會呈現出來。他可以是針對某個知識點的講解,可以是某個2D模型呈現為3D模型,還可以是互動游戲等等。它的出現,讓書本立體化,彌補了在教科書方面的缺陷,學生猶如親身體驗一般去感受書中的內容,這對孩子的認知能力有較高的提升,也改變了學生的學習方式。例如,在解析數學題型中,一款名為“教科書AR”的app能夠將書本的幾何圖形立體化,這不但增強學生的視覺空間能力,更利于解題。如圖2所示。此外,物理課中的凸透鏡成像實驗。利用AR技術,將虛擬的凸透鏡、蠟燭、光源置于真實的學習環境中,學生可以隨意移動桌面上的紙片,探索蠟燭成像的原理。

  2.3 AR教育游戲

  AR游戲應用于教育教學中,有多重優勢,它可以讓學習者沉浸其中,身臨其境的探索,基于任務的游戲,基于位置的游戲,都可以提升學習者的協作能力、問題解決等能力。例如,深圳歡樂動漫股份有限公司開發的一款AR教育游戲《蛋計劃》,包括AR小故事,AR單詞,用戶只需下載APP軟件,掃描“AR龍卡”,即可進行操作。如圖3所示。此外,國內較著名的AR設計平臺有幻眼科技[6]以及視+AR[7],使用者即使不懂編程語言,也可以通過該平臺設計屬于自己的AR作品。未來,真正的學科教育專家、一線教師可以參與到VR教育課程、教育游戲的開發設計中來,大大提高了VR教學的質量。   3 AR對教學的啟示

  增強現實技術因其體現情境化教學、協作學習理論、沉浸理論和建構主義教育思想而被逐步應用于教育領域,也被越來越多的教育者所使用、開發。將AR技術用于教學,因其可視化、三維立體化特性,給學生帶來視覺沖擊,有利于激發學生的學習動機,發展學生的多元化智能。學生處于虛實相結合的空間中,交互更真實,帶來更加沉浸式的學習體驗。此外,增強現實技術的引入,使得課堂教與學的關系得到轉變,學生不再是被迫的學習知識,而是主動的學習、探究,教師則起到設計者、引導者、輔助者的作用。另外,學習者可以拾起一些碎片化的時間,利用移動智能終端設備隨時隨地的學習,拓展了學生的學習時間和空間。教師還可以利用增強現實技術游戲開展德育活動、安全教育活動,例如衛生從我做起、消防演習等等??傊?,將增強現實技術融合于課堂教學,學習者可以真正體驗“做中學”“玩中學”帶來的樂趣,體現其學習主體性的地位,在自主學習、互動探究、以及協作互助下完成知識的建構。

  隨著AR技術的不斷深入研究,必定在基礎教育領域產生深遠的影響,同時為一線教師帶來了新的教學體驗。但無論是VR技術還是AR技術,它們都是一種教學手段,有其優勢和局限性,我們應結合相應的教育教學理論、其他教學手段,合理的開發應用它們,同時需考慮AR過程所帶來的教育經費問題。


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