教育教學(xué)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)踐
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摘要：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為一種新型媒體，尚未得到廣泛普及。介紹了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的概念，分析了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)被融合到教育中的優(yōu)勢(shì)，對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育之間的融合進(jìn)行展望，指出研究增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，不僅能提升教育的發(fā)展，更能夠提高增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)；教育教學(xué)
在信息化科技日新月異的大環(huán)境下，年輕的學(xué)習(xí)者可以學(xué)習(xí)更多更復(fù)雜抽象的知識(shí)，而不僅僅是早期教育中一些淺易的基礎(chǔ)性知識(shí)，因此傳統(tǒng)教育已經(jīng)跟不上學(xué)習(xí)者認(rèn)知理解的步伐。幸運(yùn)的是，一些新技術(shù)的出現(xiàn)，提高了學(xué)習(xí)者對(duì)復(fù)雜思維概念的理解，同時(shí)為學(xué)習(xí)者進(jìn)行一些通常環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)提供了機(jī)會(huì)。筆者以探析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用為宗旨，介紹了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的相關(guān)概念，以讓讀者對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。描述了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)被融合到教育中將會(huì)為教師和學(xué)習(xí)者帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。從理論支持方面呈現(xiàn)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何能夠應(yīng)用于教育教學(xué)當(dāng)中。預(yù)測(cè)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在教育教學(xué)中將會(huì)面臨的挑戰(zhàn)。并對(duì)全文做了總結(jié)，并對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育之間的融合進(jìn)行了展望。目的在于希望增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠改善提高傳統(tǒng)教學(xué)，同時(shí)希望能為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用提供些許意見(jiàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)涉及到多種計(jì)算機(jī)運(yùn)作技術(shù)，一般是通過(guò)移動(dòng)技術(shù)，以增強(qiáng)物理位置和多個(gè)帶有數(shù)字信息的對(duì)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(yè)內(nèi)容和3D建模。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的延伸，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不同于虛擬現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樗皇怯煤铣森h(huán)境代替真實(shí)的世界。虛擬現(xiàn)實(shí)的連續(xù)性描述了不同類型的現(xiàn)實(shí)如何相互關(guān)聯(lián)。在這個(gè)連續(xù)性上，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是位于居間的現(xiàn)實(shí)區(qū)域，即在物理環(huán)境和一個(gè)完全的虛擬環(huán)境之間。居間的現(xiàn)實(shí)包括位置更靠近物理現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和更靠近虛擬環(huán)境的增強(qiáng)虛擬性［1］。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序可以在現(xiàn)實(shí)世界中疊加虛擬影像，引導(dǎo)給用戶新的使用標(biāo)志信息或是通過(guò)桌面攝像頭和實(shí)時(shí)處理來(lái)看見(jiàn)幾何形狀，而更貼近生活的是地理定位、地理標(biāo)簽入口和用交互式打印的產(chǎn)品。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供模擬托管場(chǎng)地和數(shù)字信息。正如新媒體聯(lián)盟地平線項(xiàng)目報(bào)告中指出，雖然到目前為止增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)最普遍的用途是消費(fèi)領(lǐng)域，如市場(chǎng)營(yíng)銷、社會(huì)參與、娛樂(lè)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合在教育中的優(yōu)勢(shì)
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在諸如醫(yī)學(xué)、軍事訓(xùn)練、工程設(shè)計(jì)、機(jī)器人及遠(yuǎn)程機(jī)器人學(xué)、制造維護(hù)和修理、消費(fèi)設(shè)計(jì)及，娛樂(lè)等多個(gè)領(lǐng)域得到了發(fā)展。綜合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用，分析概括出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所特有的優(yōu)勢(shì)，并將這些有利優(yōu)勢(shì)融合到教育中，對(duì)教育信息化和智慧教育的展開(kāi)都將會(huì)有很大的幫助。
1．1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)加強(qiáng)了學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的感知
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)⒑铣傻母杏X(jué)信息融合進(jìn)用戶對(duì)真實(shí)世界的感知中，當(dāng)把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教育中，就可將原本教育課程中無(wú)法呈現(xiàn)不可抵達(dá)的真實(shí)世界，或者是僅僅存在于教師和學(xué)習(xí)者想象中的微觀世界用三維動(dòng)畫模擬的方式生動(dòng)形象地展現(xiàn)在教師和學(xué)生面前，使教師和學(xué)生方便地對(duì)其中的事物進(jìn)行細(xì)致入微地觀察，探索事物的本質(zhì)和規(guī)律［3］。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)加強(qiáng)了教師和學(xué)習(xí)者對(duì)真實(shí)環(huán)境的交互體驗(yàn)和對(duì)知識(shí)本體的感知，并從多方位，多角度刺激了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。圖1中，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)備來(lái)提高教學(xué)過(guò)程的質(zhì)量。在歷史課堂中學(xué)生們會(huì)有很多問(wèn)題，如找到地圖或是圖像類的視覺(jué)數(shù)據(jù)和他們的空間或是時(shí)間上的關(guān)系，并把這些關(guān)系讀入文本等問(wèn)題，教師通過(guò)展示不同地圖之間被聯(lián)系在一起的進(jìn)而幫助學(xué)生解決問(wèn)題，第一個(gè)多重接觸增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)展示設(shè)備給學(xué)生呈現(xiàn)了實(shí)際的歷史地圖，第二個(gè)設(shè)備運(yùn)用3D模型呈現(xiàn)給學(xué)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)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(jià)值的東西。
1．2對(duì)于特殊專業(yè)具有高的應(yīng)用價(jià)值
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)于在實(shí)踐中學(xué)習(xí)或者操作具有危險(xiǎn)性的專業(yè)而言，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)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(xué)生又難以理解的問(wèn)題，因?yàn)榻處熾y以將抽象的理論知識(shí)呈現(xiàn)給學(xué)生，只能用語(yǔ)言為學(xué)生講解，學(xué)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(qiáng)具有很大的危險(xiǎn)性，學(xué)生無(wú)法到真實(shí)場(chǎng)景中去實(shí)踐感知，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)將極大地彌補(bǔ)這樣的不足，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為師生提供逼真形象的學(xué)習(xí)情境，即使不去到真正的核工程現(xiàn)場(chǎng)，也能夠讓學(xué)生在幾近真實(shí)的情境中有效學(xué)習(xí)。
1．3增加了學(xué)習(xí)者之間的互動(dòng)
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)加強(qiáng)了真實(shí)世界，讓學(xué)習(xí)者在虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合的環(huán)境中真正地投入到學(xué)習(xí)當(dāng)中進(jìn)行了互動(dòng)和有意義學(xué)習(xí)。如在天文學(xué)方面，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢(shì)也非常顯著。運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可以方便地表達(dá)幾何形體的變化以及在空間中的關(guān)系，而學(xué)生在這種虛實(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用在教育教學(xué)中的理論支持
2．1認(rèn)知主義理論對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的支持
認(rèn)知學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，人類的學(xué)習(xí)是經(jīng)驗(yàn)的重組，是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的獲得和建構(gòu)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)有機(jī)體與環(huán)境的交互作用通過(guò)同化與順應(yīng)的過(guò)程取得與環(huán)境的平衡。同時(shí)人的認(rèn)識(shí)不是由外界刺激直接給予的，而是外界刺激和認(rèn)知主體內(nèi)部心理相互作用的結(jié)果。學(xué)習(xí)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是個(gè)體與環(huán)境的相互作用中，認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不斷建構(gòu)過(guò)程。認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)觀是：為學(xué)生提供一種對(duì)自身進(jìn)行認(rèn)知加工的特定情境和特殊過(guò)程，從而在促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程中推動(dòng)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。教師創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情境能否激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)是教學(xué)活動(dòng)的關(guān)鍵點(diǎn)之一，而基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情境。因此，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用到教育中須從學(xué)生的認(rèn)知心理出發(fā)，注重學(xué)生的具體經(jīng)驗(yàn)和對(duì)情景的理解，使得學(xué)習(xí)者的新舊知識(shí)之間的同化順利完成，建構(gòu)起自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)認(rèn)知發(fā)展。
2．2建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的支持
建構(gòu)主義是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(rèn)為，知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)的方式而獲得的。由于學(xué)習(xí)是在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人的幫助即通過(guò)人際間的協(xié)作活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過(guò)程，因此建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為情境、協(xié)作、會(huì)話和意義建構(gòu)是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大屬性。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為教育課程所創(chuàng)設(shè)的情境、協(xié)作、會(huì)話和意義建構(gòu)與建構(gòu)主義的四大屬性進(jìn)行了完美的對(duì)接，在應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育課堂中，多媒體技術(shù)是創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景的有效工具，與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(shí)空和地域的協(xié)作學(xué)習(xí)將會(huì)成為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)的一種模式。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的意義建構(gòu)能促進(jìn)學(xué)生自覺(jué)、主動(dòng)去實(shí)現(xiàn)教師的教學(xué)目標(biāo)，教師和外界環(huán)境的作用都是為了幫助和促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教育中更加有理可依。
3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)
3．1教師習(xí)慣用熟練的教學(xué)方法而不愿嘗試新方法
知識(shí)的傳遞，是教師和學(xué)生共同學(xué)習(xí)和交流的一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)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(shí)是需要傳遞的，需要教師的講述，而教師在知識(shí)講述的過(guò)程中，習(xí)慣用自己熟知的手段和方法。有位學(xué)者說(shuō)：每一次新技術(shù)的出現(xiàn)都不會(huì)一帆風(fēng)順的，由此，如果必須讓教師們?nèi)诤显鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中，教師們可能會(huì)出現(xiàn)不會(huì)上課的現(xiàn)象，因?yàn)槎嗌倌陙?lái)他們已經(jīng)有了一套獨(dú)特的直觀經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)方法，讓他們快速改變方式，就需要重構(gòu)教學(xué)體系，而這些經(jīng)驗(yàn)豐富的教師們多數(shù)都對(duì)技術(shù)的使用不夠熟練，重構(gòu)教學(xué)體系過(guò)程花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間和較大精力。這也是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用中，教師會(huì)遇到的一個(gè)極大挑戰(zhàn)。
3．2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為新型技術(shù)應(yīng)用到教育中，其轉(zhuǎn)變過(guò)程會(huì)遇到困難
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為一種新型技術(shù)，在其剛開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)候，除了在考古損毀遺跡的復(fù)原展示和文物保護(hù)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(jiàn)。加之人們?cè)谶\(yùn)用新技術(shù)學(xué)習(xí)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很多來(lái)自環(huán)境和人為的障礙、易受外在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)形式的干擾，而忽視教學(xué)內(nèi)容本身的學(xué)習(xí)等問(wèn)題都說(shuō)明，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)被應(yīng)用到教育教學(xué)領(lǐng)域的初期會(huì)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(jì)出針對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題的應(yīng)對(duì)方案和策略，以確保增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)更好地促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)，讓可預(yù)想到的問(wèn)題得到最大化地解決。
4結(jié)語(yǔ)
信息化時(shí)代，科學(xué)技術(shù)在迅速發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)更是發(fā)展的如火如荼，綜合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)與教育教學(xué)的結(jié)合，不難發(fā)現(xiàn)，今后要解決的是把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)轉(zhuǎn)化為可以真正上手的教育教學(xué)工具，才能將理想的狀態(tài)變?yōu)榻逃F(xiàn)實(shí)。變革需要經(jīng)歷一段時(shí)間，如PPT其實(shí)在20年前office軟件剛出來(lái)的時(shí)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(xiàng)新技術(shù)起初出現(xiàn)時(shí)，用的人很少，甚至?xí)艿劫|(zhì)疑，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)也是一樣。未來(lái)，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)自身的特點(diǎn)，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(xué)習(xí)中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將能夠?yàn)榻逃螒蛱峁?D虛擬世界和3D虛擬環(huán)境，對(duì)于e－Learning而言，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將可以讓學(xué)習(xí)者在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)空間中進(jìn)行更高效的學(xué)習(xí)。
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作者：于丹1 齊明艷2 單位：1．東北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 2．長(zhǎng)春市養(yǎng)正高級(jí)中學(xué)
