增強現實技術在高職院校教學中的應用研究

郭飛雁

摘 要： 針對當前高職院校在教學中存在的問題，在增強現實技術的內涵上進行深入分析，探討增強現實技術應用于高職院校教學中的可行性。結合增強現實技術的特點， 通過教學情景創設及情境體驗，搭建增強現實技術教學環境，并選用Vuforia（一款面向移動智能終端的增強現實技術開發平臺）動態呈現增強現實技術教學資源，采用非線性復合模式教學法對傳統教學模式進行改革，最終達到預期教學效果，為信息化教學提供了一種新途徑。

關鍵詞： 增強現實技術； 高職院校； 教學； 信息化教學

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）07-91-02

Research on the application of AR technology in teaching of higher vocational colleges

Guo Feiyan

（Hunan Electric Vocational and Technical College Department of Economic Management， Xiangtan， Hunan 410000， China）

Abstract： In view of the problems existing in the teaching of higher vocational colleges， this paper analyzes the connotation of AR（augmented reality）technology， and discusses the feasibility of application of AR technology in higher vocational colleges. According to the characteristics of AR technology， through the teaching situation creation and experience， the AR teaching environment is built， Vuforia （an AR development platform for mobile intelligent terminal） is used to dynamically present the teaching resources of AR technology， and the nonlinear composite mode teaching method is used to reform the traditional teaching mode. The expected teaching effect is eventually obtained， which provides a new approach to the information-based teaching.

Key words： AR； higher vocational college； teaching； information-based teaching

0 引言

目前，我國對增強現實技術的研究日趨成熟，增強現實技術在文物復原、會議展覽、娛樂、醫學、軍事、教育等領域有廣泛應用。在教育領域，增強現實技術能為學習者提供虛擬學習環境，對于促進教育發展，發展學生興趣具有明顯優勢，在教學情景創設，學習模式創新，互動課件設計，拓展學習空間，開展課外活動等方面具有廣泛的應用前景。

高職院校畢業生就業問題受到社會關注，一邊是對技術技能型人才的大量需求，一邊是大量高職畢業生就業率低，高職院校培養出來的學生與社會要求脫節。高職教育重在培養動手能力。培養高素質技術/技能型人才最重要的途徑就是實踐教學。我們在教學過程中，借助于增強現實技術，以學生實踐操作能力為目標，對高職院校的實踐教學進行深入的改革研究。

1 增強現實技術教學應用概述

增強現實技術，是一種新興技術，簡稱AR，它是基于虛擬現實技術發展起來的一個典型交叉學科，它集顯示技術、交互技術、多種傳感技術和計算機圖形與多媒體技術于一身，具有虛擬技術所不具備的虛實結合、實時交互、三維注冊等特征。

增強現實技術在高校教學中有許多應用。沈克（2010）[1]，基于增強現實的大學計算機基礎課程教學研究，討論了增強現實技術在大學計算機基礎教學中應用的可行性。張連峰（2012）[2]，基于虛擬現實技術的高職院校實踐教學基地構建，提出了構建虛實結合校內實踐教學基地的基本思路。陳錦錫（2015）[3]在高職院校船機電專業教學過程中，基于虛擬現實技術設計開發虛擬訓練系統，滿足高職院校船機電士官專業教學訓練需求。

國外研究人員對于增強現實技術教學應用研究大部分集中在教學的某一方面，例如教學場景的創造、教學實驗的模擬、課間活動、課外閱讀等方面。Hsiao和Chang[4]開發了一個增強現實的天氣系統 Weather observers，可以幫助學習者學習地理學科中關于大氣系統的知識。Santos，Lübke，Taketomi， Yamamoto，Rodrigo，Sandor和Kato[5]將AR技術融入詞匯教學程序中，學習者通過掃描實景可以獲得相關的詞匯進行學習。Nd，Ryffel，Magnenat，Phane，Marra，Nitti，Kapa-dia，Noris，Mitchell和Gross[6]運用AR技術對故事進行整合，開發了可讓學習者自主講故事創造情節的交互式圖書。

綜上所述，AR技術教學應用主要是在教學情境的創設、教學實驗的模擬、教學活動的組織這幾個方面。對AR技術教學應用的研究大部分只給出了應用模式或理論方法，而對于實際應用方面的研究還很少。

2 增強現實技術在高職院校教學中的應用

2.1 AR教學環境的搭建

增強現實技術在高職院校教學中的應用，首先是教學環境的搭建，其主要體現在知識表達的方式、交互界面的設計及方式上。圖1描述了AR實踐教學環境的搭建過程。通過增強現實技術，對老師即將教授的實踐技能要點和情境進行表征與模擬，根據教學的需要設計教學情景，構成一種真實的情景來對學生進行相關知識或技能的教學，從而讓學生得到情境體驗，獲得新知。

2.2 AR教學資源的呈現

增強現實技術教學資源是不斷變化和更新的，它會隨著時間和空間的變化而變化，隨著學習者的興趣和學習偏好而變化。因此，我們要對學習者興趣偏好進行識別、動態地跟蹤地理位置，采用實時變化的方式來呈現AR教學資源。

圖2描述了AR教學資源的呈現過程。通過Vuforia （一款面向移動智能終端的AR開發平臺）在實踐教學真實環境中設置教學情景標志物（Marker），再通過移動終端攝像頭捕獲真實場景，Vuforia會對教學情景標志物進行跟蹤，監控場景視頻中的每一幀圖像，并搜索與教學情景標志物（Marker）匹配的圖形標志，尋找到Marker標志以后，通過衛星定位技術，獲取移動終端攝像頭位置，將AR場景所設置的內容渲染到Marker所在的地理位置，從而將AR教學場景在真實教學場景中展現，并通過移動終端展示出來。

[虛擬教學場景渲染在真實教學場景中][教學情景Marker][虛擬教學場景][移動終端攝像頭][Vuforia AR軟件][移動終端

展示]

2.3 AR教學模式改革

在當今信息時代，新生代的高職院校學生，對于電子產品有著極度偏愛和依賴性，偏向主動而非被動，偏向非線性地處理信息。因此，在AR教學模式上，可采用非線性復合模式教學法。

非線性復合教學模式，如圖3所示，首先以教師為主導，分析學生特點，制定學習案例，并準備AR教學資源，同時創設AR教學情境，搭建AR教學環境；其次以學生為中心，讓學生通過AR教學環境，獲得AR教學資源，進入非線性學習模式中，構建出各種不同的學習解決方案；最后師生共同進行學習成果的展示和點評，從而達到教學目的，學生獲得技能。

[教師] [分析學生、制定案例、準備教學資源][學生] [教師和學生] [創設AR教學情境、搭建AR教學環境][進入教學情境、獲得教學資源、準備教學資源][進入非線性學習模式、構建學習解決方案][學習成果展示及點評][達到教學目的、學生獲得技能]

3 結束語

增強現實技術作為一種新興技術，有著巨大的生命力。本文在增強現實技術的基礎上，對高職院校的教學展開了應用研究，通過AR教學情景創設及情境體驗，搭建增強現實技術教學環境，選用Vuforia AR開發平臺工具動態呈現增強現實技術教學資源，采用非線性復合模式教學法對傳統教學模式進行改革，最終達到預期的教學效果。下一步將圍繞如何更好地創設更為接近現實的AR教學場景，并選用更為合適的AR開發平臺來動態地展示各種形式的AR教學資源，以更好地實施非線性復合模式教學法，提升學習效果。

參考文獻（References）：

[1] 沈克.基于增強現實的大學計算機基礎課程教學研究[J].電

腦知識與技術，2010.5：4079-4080

[2] 張連峰.基于虛擬現實技術的高職院校實踐教學基地構建[J].

教育與職業，2012.24：164-165

[3] 陳錦錫.虛擬現實技術在高職院校船機電專業教學中的應用

研究[J].職教論壇，2015.18：164-165，167

[4] Hsiao H. S.， Chang C. S.. Weather observers： a

manipulative aug-mented reality system for weather simulations at home ，in the class-room， and at a museum[J]. Interactive Learning Environments，2016.24（1）：1-19

[5] Santos M. E. C.L. Bke A. I. W， Taketomi T.， et al.

Augmented reality as multimedia： the case for situated vocabulary learning[J]. Research & Practice in Technology Enhanced Learning，2016.11（1）：1-23