AR技術(shù)在教學(xué)演示中運(yùn)用的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢*

（湖南信息學(xué)院 湖南長沙 410151)

引言

演示是教師通過展示各種實(shí)物、教學(xué)工具、進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)或通過現(xiàn)代教學(xué)手段使學(xué)生獲得知識(shí)的一種教學(xué)方法。 隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)演示工具與手段已經(jīng)不能滿足教學(xué)的需求，需要與時(shí)俱進(jìn)不斷改進(jìn)教學(xué)演示形式。將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用在教學(xué)中增加教學(xué)演示的趣味性、交互性與實(shí)用性，從而改變現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學(xué)演示形式。[1]

一、教學(xué)演示存在的問題

教學(xué)演示的主要分為實(shí)物演示與虛擬演示，如實(shí)驗(yàn)演示、直觀實(shí)物和現(xiàn)象演示、過程演示等，主要教學(xué)作用是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、思維發(fā)散、助于突破教學(xué)重難點(diǎn)講解、提高教學(xué)效果、增加知識(shí)容量。但是，目前的教學(xué)演示還存在很多問題，主要有這幾個(gè)方面：一是演示的可操控性不強(qiáng)。教師演示過快或者實(shí)物角度偏移過小等客觀因素都會(huì)影響教學(xué)效果，學(xué)生需要從不同視角，反復(fù)或者暫停分段觀看演示，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行反饋；二是學(xué)生課堂參與度不高。在以往的教學(xué)演示中，不能反復(fù)觀察與演示，師生互動(dòng)性會(huì)比較少，學(xué)生處在被動(dòng)的觀察與接收中，以及缺少獨(dú)自探索研究與問題發(fā)現(xiàn)；三是演示單一課本知識(shí)體現(xiàn)不夠；以往演示多用多媒體或者實(shí)物展現(xiàn)，單一的圖片、聲音、文字等順序播放并不能應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，而且也容易產(chǎn)生視覺疲勞，隨著時(shí)間的推移，它不能激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)。 同時(shí)以往教師也太過依賴多媒體展示，往往華而不實(shí)，并不符合課本知識(shí)內(nèi)容。[2]

二、AR技術(shù)在教學(xué)演示中運(yùn)用現(xiàn)狀

AR技術(shù)，又稱增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息，將虛擬信息應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界，使計(jì)算機(jī)生成虛擬對(duì)象，提高用戶對(duì)真實(shí)世界的感知的技術(shù)，場景或系統(tǒng)提示疊加在真實(shí)場景上，以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

在國外，奧地利維也納大學(xué) Kaufmann H教授.設(shè)計(jì)了一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的數(shù)學(xué)教學(xué)系統(tǒng)，它可以通過眼睛看到真實(shí)空間中的三維數(shù)學(xué)模型；2011年11月，F(xiàn)utuReabb的首席科學(xué)家Richard Sandford在第八屆北京科學(xué)傳播創(chuàng)新與發(fā)展論壇上發(fā)表了一篇演講，主題是“走出教室，回到現(xiàn)實(shí)世界：用手機(jī)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)教科學(xué)課程”，討論了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在移動(dòng)學(xué)習(xí)中的可用性和可行性。

AR技術(shù)在國內(nèi)處于起步階段，在工業(yè)、旅游、文物修復(fù)、展覽和影視娛樂等方面的研究一直很活躍,而涉及到教育教學(xué)演示的研究為數(shù)不多。 2016年，微視酷推出了一款虛擬現(xiàn)實(shí)課堂教學(xué)系統(tǒng)，由陜西省榆林市高新小學(xué)舉辦“神奇星球是哪里”的虛擬現(xiàn)實(shí)演示課，把學(xué)生帶入了虛擬世界，身臨其境的感受宇宙空間，掌握授課內(nèi)容。關(guān)于理論方面的研究，如陳向東，張茜（2012），《基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教學(xué)演示》與周大榮《基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)式教學(xué)演示軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》，論文中初步探討了AR技術(shù)在教學(xué)演示中的形式與方法，并以進(jìn)行案例分析與研究。[3]

三、AR技術(shù)在教學(xué)演示中發(fā)展趨勢與前景

1．具有交互性特色的教學(xué)演示形式

AR技術(shù)在三維尺度空間中增添定位虛擬物體，通過借助特殊設(shè)備進(jìn)行交互操作，給教師與學(xué)生提供一種靈活的交互性、真實(shí)的沉浸感與空間感的教學(xué)演示形式；這種演示不單只有教師操作進(jìn)行，還可以實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)演示、學(xué)生自主演示、學(xué)生合作演示等不同演示形式，達(dá)到了現(xiàn)代新課程理念中以學(xué)生為主體的接受能力、學(xué)習(xí)習(xí)慣及其認(rèn)知規(guī)律的目標(biāo)培養(yǎng)；同時(shí)其掌握容易又方便的操作演示，使學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中能輕松的交流與協(xié)作，提高了學(xué)生課堂的參與度。這樣靈活的交互性教學(xué)演示形式，它也將在今后的課堂教學(xué)中得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

2．三維立體結(jié)構(gòu)展示的教學(xué)演示形式

AR技術(shù)中的聲音技術(shù)、三維影像、動(dòng)漫制作等效果特點(diǎn)，能虛擬出許多現(xiàn)實(shí)世界中難以表現(xiàn)的實(shí)物與環(huán)境，由計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息疊加到真實(shí)的透視場景中，互相增強(qiáng)或互為補(bǔ)充；使信息擬真與多樣化，沉浸與體驗(yàn)，具有良好的表現(xiàn)力、真實(shí)的沉浸感與空間感的教學(xué)演示場景；實(shí)現(xiàn)了一些課程中的物體結(jié)構(gòu)、建筑場景結(jié)構(gòu)與人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)等知識(shí)難點(diǎn)的演示，如：2018年中央美院研發(fā)出了一套《藝用人體動(dòng)態(tài)研究》虛擬教程，是為學(xué)生提供三維虛擬透視環(huán)境，通過與虛擬場景的交互來獲取知識(shí)，解決教學(xué)演示中的諸多問題，極大地提高了趣味性和實(shí)用性的教學(xué)演示，激發(fā)了學(xué)生的興趣和興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3．信息量豐富的教學(xué)演示形式

在以往的教學(xué)中，教科書與多媒體展示的知識(shí)量都太過于局限，不能體現(xiàn)出現(xiàn)代新課程理念里注重教學(xué)內(nèi)容的延展性特點(diǎn)，而通過加入AR技術(shù)可以不僅可以補(bǔ)充戶外場景演示，還能在課后進(jìn)行移動(dòng)教學(xué)演示，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)的擴(kuò)充而且更加豐富；如：講解地理知識(shí)點(diǎn)時(shí)，AR技術(shù)系統(tǒng)利用攝像頭捕捉到區(qū)域國家，學(xué)生將了解到當(dāng)?shù)氐牡孛病⒚娣e、人口、氣候等豐富知識(shí)；還有將AR演示程序安裝在電腦或者手機(jī)里，通過攝像頭捕捉真實(shí)場景，實(shí)現(xiàn)信息疊加，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式教學(xué)，如參觀文物古跡、博物館、藝術(shù)館等；2016年9月5日，鳳凰衛(wèi)視就充分發(fā)揮其在文化數(shù)字科技產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)先優(yōu)勢，借助AR技術(shù)、交互式沉浸技術(shù)等科技手段，將把故宮的國寶收藏作為一種可以體驗(yàn)和傳播的藝術(shù)形式來發(fā)展。[4]

結(jié)語

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)示范中的應(yīng)用是教育技術(shù)發(fā)展的一次質(zhì)的飛躍，為自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一個(gè)環(huán)境，由傳統(tǒng)的被動(dòng)接收知識(shí)教學(xué)演示方式轉(zhuǎn)變成情景化交互性教學(xué)演示新形式，符合新的教學(xué)教育理念。