基于“增強現實技術”的高職院教學資源庫構建研究

摘要：本文針對當前高職院教學資源庫建設的實際情況以及基于“增強現實技術”情境的教學資源的現狀，提出了基于“增強現實技術”情境的教學資源庫建設方案，探討了基于“增強現實技術”的教學資源庫的建設意義、軟硬件建設以及具體的教學資源庫設計方案，為高職院校教學資源庫建設提供了參考。

關鍵詞：增強現實技術 高職院 教學資源庫

0 引言

在教學資源庫建設的過程中，教師利用豐富的素材資源并結合自身的教學設計，形成若干門課程資源，讓學生在線自主學習、教師教學參考，同時起到在線答疑、討論的作用。在教學資源庫建設過程中應包含多種形式的教學資源，如專業級資源、課程級資源、素材級資源等等。根據教育理論的認知過程、情感過程、教與學的交融過程，在設計教學資源時必須根據學習者的教學認知能力并遵循教學規律來設計不同類型教學模式、各種表現形式的教學資源，滿足不同類型、不同目的、不同課程類型的學習者。增強現實技術（Augmented Reality，AR）類型的資源庫素材能再現真實的教學實踐過程、本質地表現真實的教學實踐過程、陳述與解釋真實的教學實踐過程。教學資源中運用增強現實技術，可將仿真生成的虛擬物體或其它信息疊加到真實實踐場景中，實現對現實的“增強”，增強現實技術教學資源素材實現了在真實場景中融入仿真的虛擬信息的能力，加強了觀察者與真實世界之間的聯系，促進了學習者掌握知識和技能的目的。因此，我們在教學資源庫開發過程中采用增強現實技術設計了大量的實踐教學資源。

1 “增強現實技術”在教學中的重要性

在傳統的計算機教學資源庫建設過程中，為了激發學生的興趣，大多采用了教學視頻、實物模型、資料圖片等教學素材，這雖能激發學習的興趣，但由于實際教學情境變化少、交互方式單一，沒有給學生以生動活潑的表現力、豐富的多感官刺激，學習者在學習過程中就會感到單調乏味。如果利用增強現實技術來創設教學學習情景就能加強學生的交互性、現場感，優化教學效果。

利用增強現實技術開發的教學資源素材，可以在仿真的虛擬情境中增加輔助語境信息，學習者可將真實日常生活情境和所學習的內容進行真實自然的融合。增強現實技術進行教學設計時可實現3D交互，不僅突破傳統計算機教學方式中所普遍采用的觀察法、實踐法，而且使實踐教學的操作過程、空間抽象知識更加直觀化、形象化，使學習者更易于理解。學習者可操縱角色與增強現實場景中的對象實現3D交互，學習過程中具備沉浸感和現場操作的逼真性。綜上，增強現實技術制作的教學資源庫素材與傳統的教學媒體相比有更大的優越性、獨特性。

2 基于“增強現實技術”教學資源庫建設的意義

2.1 增強現實技術教學資源庫是一項系統工程。增強現實技術體現了計算機圖形、融合顯示、圖像處理、計算機視覺等多門學科的綜合，由于硬件環境的建立、軟件的開發極具復雜性，所以我們開發的增強現實教學資源的建立要有系統性。利用增強現實技術，可以建立各種虛擬實驗室，如計算機硬件組裝、機械車床的構造、汽車發動機的裝配、化學工程涉及危險性實驗等等，這些資源和傳統實驗室相比具備無比的優勢，有利于學生的技能訓練。如計算機維護課的各種硬件裝配，汽車發動機的故障檢修，化學課上的化學分子結構，高分子材料的配方實驗等知識全部都可以以三維的形式呈現出來，學生可以實時參與進去，并與其中物體進行實時3D互動，增強現實技術創設的虛擬信息和實物信息情景，可充分調動學生學習的積極性，大大提升學習效率。

2.2 增強現實技術在高職院多媒體教學中有廣泛的應用空間。對于高職院的學生來說，學習中易于接受直觀形象的事物，喜歡課堂中融入趣味性學習素材。根據建構主義的學習理論，創建直觀形象、趣味性的學習情境可提高學生的學習興趣。增強現實技術教學資源素材包含豐富的聲音技術、三維影像、動漫制作等媒體信息，能刺激學習者的感官，激發學習者的學習動機，學習者也可以進行交互式的操作，增強現實教學資源庫通過學習環境設計、多媒體呈現的感官刺激、交互操作、多重任務設計、合作交流、及時反饋等環節，極大地提高了學習者的學習效率和學習興趣。

2.3 建立專業的開發團隊。除了高職學院的教學資源庫以外，還可以拓展到學前教育，多媒體游戲開發、角色扮演、景點旅游導航等各個方面。尤其是多媒體課件、網絡課程的開發應建立專業的開發團隊，多出精品，更好地為教育教學服務。

3 “基于增強現實技術”教學資源庫的建設

3.1 專業軟件。基于增強現實技術教學資源庫開發過程中，成熟的軟件有ARToolKit、Coin3D和MR Platform等。利用增強現實技術軟件可以方便地創設教育情景，對學生進行教育。情境-陶冶教學策略創始人心理學家洛扎諾（G. Lozanov）認為，創設與現實生活類似的情境，讓學生在思想高度集中但精神完全放松的情境下進行學習。在學習中通過與他人的充分交流和合作，提高學生的合作精神和自主能力，以達到陶冶個性和培養人格的目的。增強現實于教育的歷史上有幾個比較知名的案例，如哥倫比亞大學開發的移動增強現實系統（MARS），可為校園景觀添加虛擬的多媒體信息，幫助學習者了解學校的歷史；北京理工大學王涌天教授利用增強現實技術創作的大型主題景觀《雪山忠魂》，成為進行愛國主義教育的典范。

3.2 學習終端。隨著計算機與通信技術的發展，如何建設增強現實技術在線網絡資源庫是一個重要的發展方向。本教學資源庫的建立，學習者可利用移動終端通過GPS、無線接入網絡連上因特網（如圖1所示）進行學習。我們為學習者開發了基于Flash技術的增強現實Web方案，該Web方案在使用過程中無需安裝軟件和下載插件，就能為廣大學習者提供豐富多彩的增強現實教學資源。

■

圖1

學習者可以利用智能手機在線學習教學資源庫中的內容。基于Flash技術的增強現實Web方案通過GPS、手機攝像頭和移動AR軟件的結合，組成一個全新的Web教學技術系統。在各種教學資源案例中，虛擬仿真信息被疊加在實時捕捉的真實環境上，實現了真實信息與虛擬信息疊加，現場感觸手可及。利用移動終端學習增強現實技術教學資源是AR應用的一個發展趨勢，如果能和目前流行大型開放式網絡課程（massive open online courses，簡稱MOOC）相結合，把豐富多彩的增強現實技術教學資源課程提供給廣大學習者，有利于中國大學教育現狀的改革，促進高考升學選拔制度的優化，可全面貫徹素質教育方針，逐步實現大學教育的普及，有著一定的現實意義。

4 資源庫設計方案

主要是針對教學資源的形式、類型不足，利用增強現實技術開發沉浸感、交互性教學資源課件開發，以彌補傳統教學資源庫課件形式的單一。

4.1 基于增強現實技術的傳遞接受式教學課件開發及資源庫建設

■

4.2 基于增強現實技術的個別化教學課件開發及資源庫建設

■

4.3 基于增強現實技術的研討型教學課件開發及資源庫建設

■

4.4 基于增強現實技術的探索式教學課件開發及資源庫建設

■

4.5 基于增強現實技術的自主學習型教學課件開發及資源庫建設

■

5 結語

在傳統教學資源庫建設中，無法實時觀察具體實踐操作的具體細節，所以我們研發了基于增強現實技術的教學資源庫，實現了教學情境的真實和虛擬相融合交互。增強現實教學資源庫建設是一個系統的工程，教學資源的開發極具復雜性，因此需要越來越多專業人士組成專業團隊進行開發研究。增強現實作為教學中的新型學習工具，在網絡教學中有較大的發展空間和應用前景，應和目前流行大型開放式網絡課程（massive open online courses，簡稱MOOC）相結合。迄今為止，利用增強現實技術開發的教學資源素材還比較少，雖然建立基于增強現實技術的教學資源庫比較復雜，但我們真誠希望有志之士能夠積極投身于增強現實技術教學資源庫開發事業中，擴大其在教學中的應用深度和廣度，促進中國大學教育現狀的改革、促進高考升學選拔制度的優化，全面貫徹素質教育方針。

參考文獻：

[1]徐媛.增強現實技術的教學應用研究[J].中國遠程教育，2007（10）.

[2]張寶運，惲如偉.增強現實技術及其教學應用探索[J].實驗技術與管理，2010（10）.

[3]劉雍漸主編.學與教的理論與方式[M].北京：北京大學出版社，2011.

[4]Chris Dede，Matt Dunleavy，Rebecca Mitchell.Affordances and Limitations of Immersive Participatory Augmented RealitySimulations for Teaching and Learning[J].Journal of science Education and TechnoLogy，2009（2）.

[5]Chetan KumarG Shetty.Mahesh Kolur Interactive E-Learning System Using Pattern Recognition And Augmented Reality[J].JoumaI of Educational and Social Reseacrh，2011（11）.

項目來源：

本文系江蘇徐州工業職業技術學院教學改革研究課題《基于“增強現實技術”的高職院教學資源庫構建研究》（項目編號：11150886

4999021705）研究成果。

作者簡介：

張敬齋（1970-），男，江蘇徐州人，碩士，徐州工業職業技術學院信息管理技術學院副教授，現為中國傳媒大學訪問學者，研究方向：計算機軟件技術、多媒體實用技術。