《創(chuàng)新與未來》學(xué)習(xí)工具制作綜述

楊曉光

特色與亮點

增強現(xiàn)實技術(shù)的展示與應(yīng)用是本學(xué)習(xí)工具最大的特色。本學(xué)習(xí)工具中應(yīng)用了大量圖片、識別碼、三維模型、三維動畫等原創(chuàng)素材，結(jié)合微視頻、說明書、任務(wù)表等生動地展現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容，能夠使學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教育思想成為現(xiàn)實。無論是開課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，還是學(xué)生作品展示環(huán)節(jié)，增強現(xiàn)實技術(shù)的運用都最大化地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情。

制作背景

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR）技術(shù)，是一種可以將現(xiàn)實世界信息與虛擬世界信息相結(jié)合，從而使觀察者得到超越現(xiàn)實感官體驗的新技術(shù)。相對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，AR技術(shù)更多是軟件方面的拓展應(yīng)用，其硬件配置起點低，軟件方面則以編程和三維模型制作為主。在智能手機、平板設(shè)備和帶有攝像頭的電腦上均可實現(xiàn)增強現(xiàn)實的展示和交互，非常適合在教育教學(xué)中廣泛使用。

作為走在時代前沿的一門學(xué)科，信息技術(shù)教學(xué)不僅要讓學(xué)生掌握教材中的知識技能，還要讓學(xué)生了解最新的信息技術(shù)動態(tài)，擴大知識面，并在實踐探究中發(fā)展創(chuàng)造性思維。

《創(chuàng)新與未來》學(xué)習(xí)工具所對應(yīng)的課程是一堂城鄉(xiāng)交流課，其教學(xué)目的是使偏遠地區(qū)的孩子也能夠了解一些信息技術(shù)領(lǐng)域的前沿科技。由于農(nóng)村地區(qū)學(xué)校的計算機房硬件配置普遍不高，所以我選用了增強現(xiàn)實技術(shù)作為學(xué)習(xí)工具中的主角，配合課堂任務(wù)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)教材知識的同時有一個拓展視野、發(fā)揮想象力的機會。

教學(xué)策略

教師通過現(xiàn)場展示增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用、微視頻介紹增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展前景引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并借助講解拓展學(xué)生的知識寬度。學(xué)生則以小組合作、互幫互助、微視頻自學(xué)等方式參與學(xué)習(xí)，他們選擇自己喜歡的幻燈片背景作場地，挑選合適的識別圖形，經(jīng)過移動、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作規(guī)劃建筑的位置及大小，設(shè)計未來校園，并借助增強現(xiàn)實技術(shù)欣賞自己的創(chuàng)新成果。

設(shè)計思路及內(nèi)容結(jié)構(gòu)

小學(xué)中年級階段的學(xué)生具有豐富的想象力，但抽象思維能力不足，這導(dǎo)致了學(xué)生對資料的分析、篩選以及整理尚不能完全獨立完成。學(xué)習(xí)工具以此為切入點，為學(xué)生提供了微視頻、圖片素材、說明書等多種參考性媒體資源，使學(xué)生能按照自己的設(shè)計意圖對有限的資源進行整合，鍛煉了學(xué)生的邏輯判斷能力。

本學(xué)習(xí)工具分為下述四個部分，我使用PowerPoint軟件將各個板塊做了線性連接，盡量做到條理清晰，操作簡單。

1.導(dǎo)入

此環(huán)節(jié)以增強現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬禮盒與課堂環(huán)境的融合，通過交互動畫顯示打開虛擬禮盒，虛擬禮物生長過程，激發(fā)學(xué)生的好奇心（如上頁圖1），從而引出實現(xiàn)現(xiàn)場效果的增強現(xiàn)實技術(shù)，為下一環(huán)節(jié)的教學(xué)做鋪墊。

2.介紹

此環(huán)節(jié)為增強現(xiàn)實技術(shù)的視頻介紹，我挑選了AR技術(shù)在教育、娛樂、生活、未來應(yīng)用等方面的內(nèi)容，對其進行整合，并配了文字介紹（如圖2），使學(xué)生能在短時間內(nèi)對增強現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用有大概的了解。視頻包括以下演示內(nèi)容：美國國家地理增強現(xiàn)實技術(shù)、微軟HoloLens增強現(xiàn)實眼鏡技術(shù)、基于增強現(xiàn)實技術(shù)的概念視頻和美國THE VOID公司虛擬現(xiàn)實主題公園（實際上其場景被稱作混合現(xiàn)實MR，混合了真實、增強現(xiàn)實、增強虛擬和虛擬現(xiàn)實技術(shù)）。

學(xué)生在欣賞了視頻案例后，會因其逼真的視覺效果、宏大的場景、廣闊的應(yīng)用前景而產(chǎn)生耳目一新的感覺。

3.任務(wù)

作為本課的重點，該環(huán)節(jié)通過逐層遞進的方式分解了課堂任務(wù)，任務(wù)部分包含以下內(nèi)容。

（1）校園場地的概念解析

由于學(xué)生理解能力存在個體差異，部分學(xué)生對任務(wù)環(huán)節(jié)中校園場地的概念理解不夠清晰，我在本學(xué)習(xí)工具中提供了一段三維動畫（如圖3），用以幫助學(xué)生快速理解校園場地的用途，同時以部分實例暗示學(xué)生發(fā)揮自身的想象力，創(chuàng)造出有特色的未來校園。

（2）校園場地的設(shè)計制作

使用Adobe Captivate軟件制作的一段微視頻，用于演示PowerPoint軟件中更改幻燈片背景的設(shè)置，考慮到學(xué)生自學(xué)時會不自覺地重復(fù)操作過程，視頻在演示各項功能之后均會恢復(fù)到默認值。看起來別扭的視頻教學(xué)過程卻會讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中由模仿過程轉(zhuǎn)換為理解功能，為學(xué)生靈活應(yīng)用軟件、發(fā)揮想象力創(chuàng)造了必要的條件。同時，本工具也為有豐富想象力卻對軟件操作不熟悉的學(xué)生準(zhǔn)備了多種不同環(huán)境的場地背景，方便其直接使用。

（3）道路規(guī)劃素材的疊加

PowerPoint的插入圖片功能也屬于本課中要求學(xué)生掌握的技能，學(xué)習(xí)工具在這一環(huán)節(jié)除了提供多種道路規(guī)劃素材，還用文字提示了更高難度的道路設(shè)計方案，即使用軟件的自選圖形功能進行繪制，以滿足水平較高和有設(shè)計意圖的學(xué)生的自由發(fā)揮的需要。

（4）校園建筑的設(shè)計規(guī)劃

作為本課中難度最高的建筑規(guī)劃設(shè)計，我將Word文檔“未來校園設(shè)計說明書”作為學(xué)生創(chuàng)作的唯一參考資料（如上頁圖4），其意義在于：①圖文并茂的說明書使學(xué)生更容易理解設(shè)計規(guī)范，從而減少設(shè)計失敗的可能性。②說明書的內(nèi)容多為參考性意見與功能說明，學(xué)生在沒有完整案例的前提下只能發(fā)揮想象力自行設(shè)計，保證了學(xué)生可以獨立思考。③使學(xué)生熟悉在不同格式的文檔間復(fù)制、粘貼所需資源的Windows操作技能。

（5）設(shè)計成果展示與講解

使用增強現(xiàn)實技術(shù)將學(xué)生設(shè)計好的未來校園轉(zhuǎn)化為實景場地與三維虛擬建筑相結(jié)合的動態(tài)畫面（如圖5），學(xué)生可移動電腦攝像頭變換觀察角度，并對自己規(guī)劃的建筑功能進行介紹，進一步拓展想象力與口頭表達能力。氣勢恢宏的體育館、高聳的飛船發(fā)射場、搖頭擺尾的老虎、空中盤旋的飛艇等立體畫面，將學(xué)生的設(shè)計變得更加生動有趣。教師可在展示優(yōu)秀作品時與畫面交互，即可在教學(xué)樓建筑上方燃放禮花，以最大化地調(diào)動學(xué)生的積極性。

4.拓展

受到課堂環(huán)境和硬件的雙重限制，學(xué)生在課堂上很難身臨其境看到自己的設(shè)計成果。用攝像頭鳥瞰，觀察到的畫面像微縮景觀，甚至更像玩具沙盤，效果并不理想。

于是我嘗試制作了一段三維漫游動畫作為學(xué)習(xí)工具的結(jié)束部分（如圖6），目的是在降低觀察者的視角、保持畫面風(fēng)格的前提下，以預(yù)渲染的方式加強畫面真實感，并配合禮花、解說、背景音樂、飛船發(fā)射等效果，使學(xué)生產(chǎn)生臨場感，從而在心中認可自己的設(shè)計，產(chǎn)生“在將來大展身手，為社會做貢獻”的情感升華。

關(guān)鍵技術(shù)處理

1.增強現(xiàn)實

學(xué)習(xí)工具我選用了以微軟公司Microsoft Visual Studio C++軟件為主，Metaio公司Metaio SDK開發(fā)工具包為輔的制作方案，只需編寫少量代碼即可調(diào)用攝像頭、公共庫、屏幕參數(shù)、三維模型、XML等資源進行增強現(xiàn)實效果的演示。

軟件編寫過程中制作三維模型占用了很多時間，這是因為Metaio SDK的渲染引擎采用早期的OpenGL標(biāo)準(zhǔn)，不支持粒子、光線追蹤、高級材質(zhì)等功能。為保證三維模型與實景的融合，我在制作過程中將每個模型的UV手工展開并進行貼圖烘焙，配合透明貼圖實現(xiàn)了真實的光影效果。

2.三維動畫

學(xué)習(xí)工具中的所有三維動畫都是使用3ds Max軟件制作并渲染而成，制作過程中使用了軟件自帶的大量功能，如Poly模型編輯、控制器分配、虛擬物體、多維材質(zhì)、高級材質(zhì)、貼圖展開、PF粒子、粒子動力學(xué)、骨骼動畫等。只有處理好動畫細節(jié)，將增強現(xiàn)實演示與三維動畫無縫結(jié)合，才能使學(xué)生將自己的設(shè)計作品與漫游動畫銜接起來，從而感受到創(chuàng)作的成就感。

評價與反思

學(xué)習(xí)工具作為輔助課堂教學(xué)的一種方式，已經(jīng)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展。我從1994年接觸信息技術(shù)至今，制作了大大小小無數(shù)學(xué)習(xí)工具。期間走過不少彎路：曾經(jīng)把學(xué)習(xí)工具作為炫技術(shù)、秀難度的展示平臺，為了華而不實的效果放棄了學(xué)習(xí)工具應(yīng)有的操作性；也曾將學(xué)習(xí)工具當(dāng)成課堂主體，過于追求功能上的大而全，最終導(dǎo)致資源浪費，偏離了教學(xué)目標(biāo)，也影響了教學(xué)進度。

經(jīng)過多年的實踐，我不僅掌握了各種流行學(xué)習(xí)工具的制作技巧，而且對學(xué)習(xí)工具的創(chuàng)新也有了一定的認知。當(dāng)前，學(xué)習(xí)工具應(yīng)用已經(jīng)逐漸成為課堂教學(xué)的必要手段，僅僅是圖文并茂的展示方式已經(jīng)不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。在學(xué)習(xí)工具中融合最新科技并靈活運用教學(xué)手段進行拓展，不僅能刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，也能為學(xué)生創(chuàng)造更多開闊視野和獨立思考的機會，使學(xué)生在提高認知水平的同時能大膽創(chuàng)新。

幕前幕后

第一次參加NOC活動，我的心情自然無比忐忑。雖然之前也有過多次參賽經(jīng)驗，但參加這么高級別的現(xiàn)場答辯還是頭一遭。在這里要感謝NOC活動為參賽選手提供了觀摩和學(xué)習(xí)的機會，大賽過程中，我觀摩了多位參賽選手精心制作的學(xué)習(xí)工具，在軟件使用、智慧課堂、碎片化學(xué)習(xí)等方面有了新的感悟。

然而本次比賽最大的收獲卻是在決賽之后，應(yīng)主辦方邀請，我有幸參加了由數(shù)字化學(xué)習(xí)工具評優(yōu)賽項裁判長初娜娜教授組織的小型研討會，初教授、劉館長以及多位專家評委對我此次參賽的作品提出了指導(dǎo)意見，同時他們站在不同層面、從不同角度對增強現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用，對未來學(xué)習(xí)工具的發(fā)展趨勢進行了深入探討。專家們的博學(xué)多識讓我大開眼界。會后經(jīng)過反復(fù)思考，我對數(shù)字化學(xué)習(xí)工具評優(yōu)賽項有了以下兩點想法。

1.學(xué)習(xí)工具擁有與時俱進的前沿優(yōu)勢

各學(xué)科不同版本的教材，凝聚了一線骨干教師多年教學(xué)經(jīng)驗的精華，所以一套教材使用多年理所應(yīng)當(dāng)。得益于互聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備和交流平臺的進步，我們每天都可以在文學(xué)、藝術(shù)、科技等各方面獲取到大量的新信息，而配套的教材往往受限于傳統(tǒng)媒體的形式，不能做到及時更新。因此，教師在制作學(xué)習(xí)工具時，應(yīng)當(dāng)注意教材中知識點與現(xiàn)實的差異，以適當(dāng)?shù)男问秸宫F(xiàn)自己的作品，以補充教材的不足。

例如，在以計算機為代表的信息技術(shù)快速發(fā)展的時代，有關(guān)計算機及外設(shè)軟硬件的功能創(chuàng)新層出不窮，其中部分知識在傳統(tǒng)教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上已經(jīng)進行了更新，而且還增加了很多教材中沒有提到的應(yīng)用技術(shù)。3D打印、云計算、混合現(xiàn)實、人工智能等均屬于信息技術(shù)范疇，教師完全可以在完成教學(xué)目標(biāo)的前提下選取部分新技術(shù)、新知識融入到學(xué)習(xí)工具制作中，使學(xué)生變以往僅能從視頻、圖像、文字等單向傳播方式獲取知識的認知形式為以互動交流的方式進行深度體驗，從而打破了固有的教學(xué)模式，也進一步強調(diào)了學(xué)生的主體作用。

2.學(xué)習(xí)工具制作需要教師不斷提高自身專業(yè)技術(shù)水平

縱觀本次NOC活動的現(xiàn)場答辯過程可知，現(xiàn)在評價一款學(xué)習(xí)工具的優(yōu)劣，除了技術(shù)難度，還有與課程目標(biāo)的契合度以及學(xué)習(xí)工具的創(chuàng)新應(yīng)用程度這兩個標(biāo)準(zhǔn)。但我仍然認為，不斷提高教師自身專業(yè)技能是能夠制作優(yōu)秀學(xué)習(xí)工具的重要因素之一，這是在本次學(xué)習(xí)工具制作過程中的深刻體會。

增強現(xiàn)實技術(shù)是一項全新的技術(shù)，雖然相關(guān)的科技文章、視頻很多，但我查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，盡管網(wǎng)絡(luò)上有符合條件的開發(fā)工具包可使用，但有關(guān)具體應(yīng)用的中文資料卻少之又少。面對唯一可做參考的英文文檔，我只有借助翻譯軟件，一點一滴地理解、猜測并實踐制作過程。由于沒有制作經(jīng)驗，再加上信息的缺失，單單是前期對三維模型的轉(zhuǎn)換和調(diào)試就耗費了大量時間與精力。在后期軟件開發(fā)階段，我因?qū)S編程一竅不通而再一次陷入困境。為保證教學(xué)進度，我決定迎接挑戰(zhàn)，提高自身的專業(yè)技術(shù)水平。我先以網(wǎng)絡(luò)教程為參考寫了一段小程序，理解了編程思路，又嘗試著自己編譯了一款看圖軟件，總結(jié)出軟件流程，這才對照文檔中提供的函數(shù)循序漸進地完成了增強現(xiàn)實軟件的制作，最終掌握了該技術(shù)的關(guān)鍵流程，并能夠自如地實現(xiàn)相對簡單的增強現(xiàn)實技術(shù)。

由此可見，不斷提高自身的專業(yè)技術(shù)水平是挑戰(zhàn)極限、實現(xiàn)創(chuàng)新的有效途徑。故步自封不僅限制了自身發(fā)展，還會在不遠的將來落后于信息時代的前進腳步。Macromedia Authorware 3.0曾因其強大的功能、多樣的交互性、簡便的操作風(fēng)靡全球在線教育市場，而如今我用它制作的學(xué)習(xí)工具卻找不到一臺能夠正常運行的實體機。即便是被Adobe公司收購后出品的Adobe Authorware 7，也在2007年8月被官方確認停止研發(fā)，不再支持Microsoft Windows Vista及以后的操作系統(tǒng)（官方說明，實際仍可運行于32位系統(tǒng)），被后來居上的Adobe Flash和Adobe Captivate軟件瓜分了市場。時至今日，曾經(jīng)如日中天的Flash軟件也開始處于尷尬境地，眾多領(lǐng)域開始被HTML5蠶食，如果沒有革命性的創(chuàng)新，必將成為下一個Authorware。

信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，停止進步意味著開始落后。我們必須不斷提高自身的專業(yè)技術(shù)水平，才能在信息技術(shù)大潮中劈波斬浪，不斷前行，才能在學(xué)習(xí)工具的制作上加以創(chuàng)新，為未來課堂教學(xué)打下更加堅實的基礎(chǔ)。