增強現實技術在兒童教育中的優勢

陸凱+韓帆

【摘 要】增強現實將虛擬環境和真實世界的信息相集成，具有實時交互性，并在立體空間中增添制定虛擬物體。增強現實技術的沉浸性、趣味性和交互性等優勢融合兒童教育的新型理念，展示出知識性、互動性、趣味性強的教育方式，促進了兒童的認知發展。

【關鍵詞】增強現實；兒童教育

中圖分類號：G40-05 文獻標志碼：A 文章編號：1007-0125（2017）11-0205-02

隨著數字媒體技術的發展，虛擬現實技術、增強現實技術、混合現實技術等高新技術不斷涌現。在此之中，增強現實又被稱為廣增現實，是一種實時的計算機攝影機影像的位置及角度并加上相應視頻、圖像、3D模型的技術，目的是借助屏幕把虛擬世界嵌套在現實世界并進行互動。現當代，增強現實技術在教育、醫療、軍事、古跡復原、娛樂游戲等領域中被廣泛應用。其中，在兒童教育方面的應用尤為突出，提高了兒童對游戲活動的積極性，以及促進了認知的發展和自我意識的增強。增強現實技術應用于兒童的教育中是新媒體技術質的飛越，改變了傳統教育領域中以讀物、玩具、繪本等產品為對象的教育形式，讓兒童可以通過移動智能設備將立體動感的虛擬形象實時疊加到真實的場景中并顯示出來，給人以強烈的沉浸感。增強現實技術作為智能科技，在兒童語言學習、藝術啟蒙、科普百科、歷史文化、智能游戲方面應用廣泛，致力于改變傳統的教學模式，以科技的力量，給予兒童趣味性的互動學習新體驗。

增強現實技術在兒童教育領域的應用越來越普遍，加拿大一家公司聯合Layar公司，利用增強現實技術，為兒童設計出可交互性世界地圖，通過智能識別獲取音頻和視頻，讓兒童可以認知不同地區的著名地標和不同種類的動物，促進兒童的好奇心。同時，增強現實技術作為與傳統教育模式與新型科技結合的紐帶，實現了兒童在生活中學習，在游戲中學習，在體驗中學習的教育新模式，交互方式的體驗效果也更加的便捷自然。

一、傳統兒童教育模式

傳統意義上的兒童教育主要以游戲、玩具、動畫的方式給孩子傳遞語言、情感、思想，教學過程中以知識導向來組織游戲為主，忽略了兒童在他們興趣中的重要元素。這種方式讓兒童處于被灌輸知識的位置，沒有互動性，從教學上看降低了學習效率，也間接地削弱了孩子的積極性。在如今新媒體技術發展下，兒童教育需要與新技術相結合，改變原有的單一教學模式，提升教學效率和內容的趣味性。美國學者尼葛洛龐帝在《數字化生存》中提到：“在印刷的書籍中，句子、段落、章節、頁碼按順序排列，由作者決定，也由書籍本身的物理結構所決定”。傳統的書本教育方式在三維空間上受到限制，而增強現實技術將教科內容以圖像、視頻、聲音等形式結合起來，實現新媒體技術與教育的融合。

二、增強現實技術在兒童教育中的特點

兒童階段是人生中最重要的一個階段，思想能力在這一時期逐漸形成，教育模式是兒童教育的關鍵要素。教育模式下的增強現實具有沉浸性、趣味性和交互性。增強現實技術在兒童教育中的普及，極大地推動了教育領域的發展。首先，增強現實技術利用三維立體模型讓兒童學習的內容可視化和形象化，即沉浸性。兒童可以通過AR移動設備來體驗增強現實中的情景物體，并可以從不同角度去觀察事物，達到教學的有效目的。在教育中，老師和兒童可以利用白板、虛擬3D模型、增強現實空間去了解被還原的史前生物。在Google黑科技中就展示了生物還原的一個例子：用AR的移動設備在森林中對樹葉或動物足跡進行掃描識別，通過數據資料的整合追溯到史前時期，探究恐龍生物和環境地貌的變化，讓參與者可以在視覺、聽覺和觸覺上有所體驗，同時也可以提升兒童的認知意識和趣味感。在教育中加入具有增強現實元素的可視化效果，可以增強孩童在概念意義上的形象化的理解，還可以讓兒童實時地與場景中的事物進行互動，使參與者沉浸在虛擬的環節中，體驗各種繪本內容的奇妙經歷。增強現實拓展了傳統紙質書本的感官沉浸，融合視覺、聽覺、觸覺等形成了一種多感官教學的方式。在科教興國的中國，實現增強現實技術教育化，開創教育環境新路線，進而使教育內容具有沉浸性。其次，增強現實將真實世界和虛擬世界結合在一起，在教育類游戲和虛擬空間以增強技術為載體使兒童可以體驗增強現實媒體技術的趣味性，讓他們可以直接接觸，感受到某種意義上的存在感，這種直觀的存在感可以提升兒童在知識層面上的認知度。

最后，增強現實具有一定的交互性。在傳統媒體技術上，是先在動畫模擬中設定了好了參數，繼而以機械單調的模式來展示學習。但AR技術就可以精確迅速的記錄下需要傳達的信息，并可實時地與參與者進行互動。增強現實實現了虛擬場景的自然逼真性，在教學上，更加注重兒童和事物間的接觸和互動。所以，在AR中利用顯示設備、注冊定位、虛擬結合和人機交互技術將教學信息聯系起來使其形象化、音頻化、可視化，讓兒童在增強現實中體驗到學習的樂趣，獲取學習的內容和周圍環境的信息，并通過互動交流來與小伙伴分享。

三、數字化兒童繪本

在兒童教育領域，利用增強現實技術創造出虛擬數字化學習環境是一種新穎的形式。在虛擬學習環境中，兒童可以從視覺、聽覺、觸覺等多角度與環境交互，而且能夠有效地得到反饋效果，并根據反饋效果對繪本讀物做出下一步操作，以此來建立知識與兒童之間的鏈接關系。AR虛擬學習場景中包含了便捷的工具欄目和形式內容，兒童學習中有更多的控制權。在數字化兒童繪本教育中，傳統繪本結合多重類型的技術，發揮了更大的潛能。基于數字化形態的快速發展，兒童教育的方式不再局限于傳統書本之上，處于生理、心理、情智急速發育階段的學齡兒童，更多的是對以肉眼所觀看到的具有趣味性的事物。而數字化繪本把紙質書本上的內容虛擬化通過智能設備以動畫、視頻的形式給兒童傳播科學知識，在虛擬互動中闡釋科學原理。

在虛擬數字化繪本的展現中，注重交互形式的多元化，能夠增進讀者的知識點，又可以帶給讀者不同層次的趣味感。兒童繪本可以通過立體虛擬事物的展示來激發兒童的參與與互動，AR增強現實兒童繪本在這方面有更大的優勢，在傳統的繪本教材上構建立體結構、孔洞、附加裝置可以作為繪本虛擬展示的觸發標志。利用增強現實技術，可以讓讀者回顧過去、直觀地體驗知識要點與美學特征，甚至可以重現經典的人類歷史故事和宇宙的變化形態，而這一切能夠借助于先進的可穿戴智能設備，便能虛實結合地營造出學習氣氛與環境。數字化兒童繪本將紙質書的閱讀感受與虛擬環境的特點結合起來，能提升閱讀體驗，提供信息支持，實現豐富的互動學習。據相關研究表明，具有沉浸感的增強現實讀本能夠提升學習者的學習意愿，高效地展示學習材料與成果，激發學習的興趣與熱情，鞏固長期知識的記憶與凝練。2008年，Freitas和Campos開發了SMART（system of augmented reality for teaching）系統，應用于兒童的概念數學上，例如運輸方式或動物種群等，取得了較好的教學成果。2009年英國廣播公司BBC的Edris利用增強現實技術設計了“地球、月球與太陽的互動游戲”，通過對10歲兒童的教學觀察與體驗，證實了增強現實技術是有效的教學認知工具。在兒童繪本中，增加增強技術的使用，實現增強現實立體書籍，內容形式上的轉變會讓兒童在觀看繪本內容和學習上由被動轉化成主動接受知識內容，提高了他們的趣味意識和知識的擴展。目前，增強現實技術在繪本中的應用主要顯示圖像、動畫、視頻和聲音，使用3D顯示屏、智能手機、智能眼鏡設計的應用程序來整合展示多媒體的教育形式。數字信息化的推動使得AR技術涉及軍事、農業、工業、娛樂和教育領域，其中在兒童繪本中發揮了重要作用。增強現實技術與傳統繪本的結合，展現給觀看者多維度的互動和虛實結合的效果，并加上聲音效果，增強了讀本的趣味性。因為增強現實又具有沉浸性、趣味性和互動性趣的特點，適合兒童課外學習。增強現實在兒童繪本教育中的應用時現代教育的主流形勢，它結合兒童的心理特征，運用3D建模、數字編程和交互技術設計促進傳統紙質教育在多媒體時代下的融合。隨著移動媒體技術的發展，蘋果公司生產的iPad平板電腦擁有領先的技術，有多點觸摸屏顯示，能夠高清地觀察影像信息，移動了增強現實在兒童繪本展示上的便捷度。兒童繪本在增強現實產業上的比重還是比較重的，設計者用智能游戲、歷史故事、科普等內容來吸引大量的兒童，也正是這種教育模式的智能化，兒童在視野和知識儲備上有了新的變化。

四、總結

增強現實技術在當今兒童教育上有很大的前景，但同時增強現實技術也存在一定的局限性。在虛擬現實內容的制作和呈現方式上過于單一，并且在繪本教育中對于虛擬事物的制作由于設備硬件的限制不能夠完全普及到兒童教育中。這需要經過周期性的完善來重塑傳統的教育理念，用虛擬化的方式傳遞給兒童知識內容，保證教學方式的多樣化。

增強現實在兒童教育中的應用提供了嶄新的模式，由原先的單一機械地從書本上獲取信息，轉變成孩子可以主動地去從不同角度觀察學習知識內容，這是互動技術在教育中的突破。增強現實技術在兒童教育中的建立，也是一種新的教育模式和方法的誕生。

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作者簡介：

陸 凱（1992-），男，江蘇常州人，南京信息工程大學傳媒與藝術學院數字媒體藝術研究生；

韓 帆（1962-），女，湖南人，南京信息工程大學傳媒與藝術學院教授。

基金項目：江蘇省研究生教育教學改革研究與實踐重點課題，JGZZ16 038；江蘇省大學生實踐創新訓練計劃重點項目，201610300011Z；南京信息工程大學教學改革研究重點課題，2015JY012。