教育教學增強現(xiàn)實技術(shù)實踐
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摘要：增強現(xiàn)實作為一種新型媒體，尚未得到廣泛普及。介紹了增強現(xiàn)實的概念，分析了增強現(xiàn)實技術(shù)被融合到教育中的優(yōu)勢，對增強現(xiàn)實技術(shù)與教育之間的融合進行展望，指出研究增強現(xiàn)實在教育教學中的應(yīng)用，不僅能提升教育的發(fā)展，更能夠提高增強現(xiàn)實應(yīng)用的廣泛性，這也是教育信息化環(huán)境下迫切可行的。
關(guān)鍵詞：增強現(xiàn)實；教育教學
在信息化科技日新月異的大環(huán)境下，年輕的學習者可以學習更多更復(fù)雜抽象的知識，而不僅僅是早期教育中一些淺易的基礎(chǔ)性知識，因此傳統(tǒng)教育已經(jīng)跟不上學習者認知理解的步伐。幸運的是，一些新技術(shù)的出現(xiàn)，提高了學習者對復(fù)雜思維概念的理解，同時為學習者進行一些通常環(huán)境下難以實現(xiàn)的實驗提供了機會。筆者以探析增強現(xiàn)實技術(shù)在教育教學中的應(yīng)用為宗旨，介紹了增強現(xiàn)實的相關(guān)概念，以讓讀者對增強現(xiàn)實有一個初步的認識。描述了增強現(xiàn)實技術(shù)被融合到教育中將會為教師和學習者帶來的優(yōu)勢。從理論支持方面呈現(xiàn)了增強現(xiàn)實技術(shù)如何能夠應(yīng)用于教育教學當中。預(yù)測了增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在教育教學中將會面臨的挑戰(zhàn)。并對全文做了總結(jié)，并對增強現(xiàn)實技術(shù)與教育之間的融合進行了展望。目的在于希望增強現(xiàn)實技術(shù)能夠改善提高傳統(tǒng)教學，同時希望能為增強現(xiàn)實技術(shù)在教育教學中的應(yīng)用提供些許意見。增強現(xiàn)實涉及到多種計算機運作技術(shù)，一般是通過移動技術(shù)，以增強物理位置和多個帶有數(shù)字信息的對象。數(shù)字信息可以具有各種形式，包括文本，音頻，視頻，網(wǎng)頁內(nèi)容和3D建模。增強現(xiàn)實是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的延伸，增強現(xiàn)實不同于虛擬現(xiàn)實，因為它不是用合成環(huán)境代替真實的世界。虛擬現(xiàn)實的連續(xù)性描述了不同類型的現(xiàn)實如何相互關(guān)聯(lián)。在這個連續(xù)性上，增強現(xiàn)實是位于居間的現(xiàn)實區(qū)域，即在物理環(huán)境和一個完全的虛擬環(huán)境之間。居間的現(xiàn)實包括位置更靠近物理現(xiàn)實的增強現(xiàn)實和更靠近虛擬環(huán)境的增強虛擬性［1］。增強現(xiàn)實應(yīng)用程序可以在現(xiàn)實世界中疊加虛擬影像，引導(dǎo)給用戶新的使用標志信息或是通過桌面攝像頭和實時處理來看見幾何形狀，而更貼近生活的是地理定位、地理標簽入口和用交互式打印的產(chǎn)品。增強現(xiàn)實技術(shù)提供模擬托管場地和數(shù)字信息。正如新媒體聯(lián)盟地平線項目報告中指出，雖然到目前為止增強現(xiàn)實最普遍的用途是消費領(lǐng)域，如市場營銷、社會參與、娛樂或基于位置的信息，但是新用途似乎每天都在出現(xiàn)，而且創(chuàng)建這些新應(yīng)用的工具甚至都變得更容易使用［2］。
1增強現(xiàn)實技術(shù)融合在教育中的優(yōu)勢
增強現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在諸如醫(yī)學、軍事訓練、工程設(shè)計、機器人及遠程機器人學、制造維護和修理、消費設(shè)計及，娛樂等多個領(lǐng)域得到了發(fā)展。綜合增強現(xiàn)實在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用，分析概括出增強現(xiàn)實所特有的優(yōu)勢，并將這些有利優(yōu)勢融合到教育中，對教育信息化和智慧教育的展開都將會有很大的幫助。
1．1增強現(xiàn)實加強了學習者對知識的感知
增強現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)⒑铣傻母杏X信息融合進用戶對真實世界的感知中，當把增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到教育中，就可將原本教育課程中無法呈現(xiàn)不可抵達的真實世界，或者是僅僅存在于教師和學習者想象中的微觀世界用三維動畫模擬的方式生動形象地展現(xiàn)在教師和學生面前，使教師和學生方便地對其中的事物進行細致入微地觀察，探索事物的本質(zhì)和規(guī)律［3］。增強現(xiàn)實加強了教師和學習者對真實環(huán)境的交互體驗和對知識本體的感知，并從多方位，多角度刺激了學習者的學習。圖1中，為增強現(xiàn)實技術(shù)在歷史課程中的應(yīng)用，教師可以在歷史課堂中利用多重接觸增強現(xiàn)實系統(tǒng)設(shè)備來提高教學過程的質(zhì)量。在歷史課堂中學生們會有很多問題，如找到地圖或是圖像類的視覺數(shù)據(jù)和他們的空間或是時間上的關(guān)系，并把這些關(guān)系讀入文本等問題，教師通過展示不同地圖之間被聯(lián)系在一起的進而幫助學生解決問題，第一個多重接觸增強現(xiàn)實系統(tǒng)展示設(shè)備給學生呈現(xiàn)了實際的歷史地圖，第二個設(shè)備運用3D模型呈現(xiàn)給學生豐富多彩的仿真內(nèi)容，最終形象化的圖像內(nèi)容如圖1所示。圖2、圖3為增強現(xiàn)實技術(shù)在實際應(yīng)用中的例子，圖中給出了托波爾恰尼城堡廢墟形象化的可視圖片，其中包含了該城堡的基本有價值的東西。
1．2對于特殊專業(yè)具有高的應(yīng)用價值
增強現(xiàn)實對于在實踐中學習或者操作具有危險性的專業(yè)而言，具有很強的實用價值。如高等教育中的核工程專業(yè)中有一些課程，存在教師難以教授、學生又難以理解的問題，因為教師難以將抽象的理論知識呈現(xiàn)給學生，只能用語言為學生講解，學生在單調(diào)乏味的環(huán)境難以吸收同化枯燥的理論，加之核工程輻射力非常強具有很大的危險性，學生無法到真實場景中去實踐感知，增強現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)將極大地彌補這樣的不足，增強現(xiàn)實技術(shù)可以為師生提供逼真形象的學習情境，即使不去到真正的核工程現(xiàn)場，也能夠讓學生在幾近真實的情境中有效學習。
1．3增加了學習者之間的互動
增強現(xiàn)實加強了真實世界，讓學習者在虛擬與現(xiàn)實結(jié)合的環(huán)境中真正地投入到學習當中進行了互動和有意義學習。如在天文學方面，增強現(xiàn)實的優(yōu)勢也非常顯著。運用增強現(xiàn)實技術(shù)，教師可以方便地表達幾何形體的變化以及在空間中的關(guān)系，而學生在這種虛實融合的立體環(huán)境中更容易地掌握復(fù)雜的空間概念。
2增強現(xiàn)實應(yīng)用在教育教學中的理論支持
2．1認知主義理論對增強現(xiàn)實的支持
認知學習理論認為，人類的學習是經(jīng)驗的重組，是認知結(jié)構(gòu)的獲得和建構(gòu)過程，強調(diào)有機體與環(huán)境的交互作用通過同化與順應(yīng)的過程取得與環(huán)境的平衡。同時人的認識不是由外界刺激直接給予的，而是外界刺激和認知主體內(nèi)部心理相互作用的結(jié)果。學習過程的實質(zhì)是個體與環(huán)境的相互作用中，認知結(jié)構(gòu)的不斷建構(gòu)過程。認知主義學習理論的教學觀是：為學生提供一種對自身進行認知加工的特定情境和特殊過程，從而在促進學生認知結(jié)構(gòu)的形成過程中推動學生的認知發(fā)展。教師創(chuàng)設(shè)的學習情境能否激發(fā)學習興趣。促進學生主動學習是教學活動的關(guān)鍵點之一，而基于增強現(xiàn)實技術(shù)能夠創(chuàng)設(shè)良好的學習情境。因此，將增強現(xiàn)實應(yīng)用到教育中須從學生的認知心理出發(fā)，注重學生的具體經(jīng)驗和對情景的理解，使得學習者的新舊知識之間的同化順利完成，建構(gòu)起自身的認知結(jié)構(gòu)，促進認知發(fā)展。
2．2建構(gòu)主義學習理論對增強現(xiàn)實的支持
建構(gòu)主義是增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在教育領(lǐng)域中最有力的理論支持。建構(gòu)主義認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得的。由于學習是在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助即通過人際間的協(xié)作活動而實現(xiàn)的意義建構(gòu)過程，因此建構(gòu)主義學習理論認為情境、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)是學習環(huán)境中的四大屬性。增強現(xiàn)實為教育課程所創(chuàng)設(shè)的情境、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)與建構(gòu)主義的四大屬性進行了完美的對接，在應(yīng)用增強現(xiàn)實的教育課堂中，多媒體技術(shù)是創(chuàng)設(shè)真實情景的有效工具，與增強現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合后則能產(chǎn)生身臨其境的逼真效果。超越時空和地域的協(xié)作學習將會成為增強現(xiàn)實學習的一種模式。增強現(xiàn)實的意義建構(gòu)能促進學生自覺、主動去實現(xiàn)教師的教學目標，教師和外界環(huán)境的作用都是為了幫助和促進學生更好地學，建構(gòu)主義學習理論使得增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到教育中更加有理可依。
3增強現(xiàn)實技術(shù)在教育教學領(lǐng)域應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)
3．1教師習慣用熟練的教學方法而不愿嘗試新方法
知識的傳遞，是教師和學生共同學習和交流的一個過程，在這個過程中教師所扮演的角色是主導(dǎo)者，幫助者和傳授者。但有一些知識是需要傳遞的，需要教師的講述，而教師在知識講述的過程中，習慣用自己熟知的手段和方法。有位學者說：每一次新技術(shù)的出現(xiàn)都不會一帆風順的，由此，如果必須讓教師們?nèi)诤显鰪姮F(xiàn)實技術(shù)在教育教學中，教師們可能會出現(xiàn)不會上課的現(xiàn)象，因為多少年來他們已經(jīng)有了一套獨特的直觀經(jīng)驗和教學方法，讓他們快速改變方式，就需要重構(gòu)教學體系，而這些經(jīng)驗豐富的教師們多數(shù)都對技術(shù)的使用不夠熟練，重構(gòu)教學體系過程花費很長時間和較大精力。這也是增強現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用中，教師會遇到的一個極大挑戰(zhàn)。
3．2增強現(xiàn)實作為新型技術(shù)應(yīng)用到教育中，其轉(zhuǎn)變過程會遇到困難
增強現(xiàn)實作為一種新型技術(shù)，在其剛開始出現(xiàn)的時候，除了在考古損毀遺跡的復(fù)原展示和文物保護上有所使用，在其他領(lǐng)域使用得非常少，在教育中的應(yīng)用更是罕見。加之人們在運用新技術(shù)學習時，會產(chǎn)生很多來自環(huán)境和人為的障礙、易受外在增強現(xiàn)實技術(shù)形式的干擾，而忽視教學內(nèi)容本身的學習等問題都說明，增強現(xiàn)實技術(shù)被應(yīng)用到教育教學領(lǐng)域的初期會遇到一些困難，需要教育工作者和技術(shù)工作者預(yù)先設(shè)計出針對可能出現(xiàn)的問題的應(yīng)對方案和策略，以確保增強現(xiàn)實技術(shù)更好地促進教師的教和學生的學，讓可預(yù)想到的問題得到最大化地解決。
4結(jié)語
信息化時代，科學技術(shù)在迅速發(fā)展，增強現(xiàn)實更是發(fā)展的如火如荼，綜合增強現(xiàn)實技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，站在教育的視角下冷靜思考增強現(xiàn)實與教育教學的結(jié)合，不難發(fā)現(xiàn)，今后要解決的是把增強現(xiàn)實技術(shù)轉(zhuǎn)化為可以真正上手的教育教學工具，才能將理想的狀態(tài)變?yōu)榻逃F(xiàn)實。變革需要經(jīng)歷一段時間，如PPT其實在20年前office軟件剛出來的時候就有了，但幾十年后才成為現(xiàn)在課堂中講課工具，所以一項新技術(shù)起初出現(xiàn)時，用的人很少，甚至會受到質(zhì)疑，增強現(xiàn)實也是一樣。未來，基于增強現(xiàn)實技術(shù)自身的特點，其在教育中的應(yīng)用，將較多地體現(xiàn)在教育游戲和e－Learning的學習中，增強現(xiàn)實將能夠為教育游戲提供3D虛擬世界和3D虛擬環(huán)境，對于e－Learning而言，增強現(xiàn)實技術(shù)將可以讓學習者在增強現(xiàn)實的學習空間中進行更高效的學習。
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作者：于丹1 齊明艷2 單位：1．東北師范大學計算機科學與信息技術(shù)學院 2．長春市養(yǎng)正高級中學
