增強現實（AR）技術在教育教學中的設計與應用

李軼

摘 要：借助移動平臺將增強現實（AR）技術應用于教育教學設計中，能在有效提高教學質量的基礎上，結合教學特性開展相應的教學活動，從而建構更加高效的課堂體系。本文從增強現實技術的技術思維和優勢入手，對增強現實技術在教育教學中的設計和應用展開了討論，最后對其在教育教學中的發展趨勢做了預測。

關鍵詞：增強現實技術（AR）;教育;教學;設計;應用

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0069（2018）05-0028-04

一、增強現實（AR）技術概述

（一）技術思維

將增強現實（AR）技術應用在教育教學中，能借助藝術化的手段建立相應的教學體系和教學機制，能在一定程度上完成教學類型轉換和教學空間轉換，進一步為學生提供更加多元化的課堂，提高個性化教學的實效性。另外，在增強現實技術應用后，能建立新媒體框架結構，確保影像風格和文學結構都能呈現出多元化趨勢。教師在應用增強現實技術的過程中，主要是建構不同視覺效果的教育教學模式，為學生營造更加真實的課堂體驗，促進學生進一步建立有效的知識框架體系。

此外，在教育教學中應用增強現實技術，也是差異化教育表現形態提高課堂教學效果的根本，能在應用人工智能技術和三維立體技術的同時，完善教學流程和教育體系，確保學生能在互動中獲得更多的學習體驗，真正實現教育教學信息化的發展。

（二）優勢

增強現實技術具備較為突出的教學優勢。

一是能為學生自主學習創設空間。在增強現實技術建立基本教學框架后，能利用差異化教學設備，有效整合教學資源，并且保證網絡運營平臺和設備運行的完整性，學生的學習過程無須受到空間和時間的限制，確保學生能隨時隨地完成相關內容的學習，并且可以隨時復習，全面提升學生對于知識的內化能力，強化知識鞏固和理解的程度。需要注意的是，在增強現實技術逐步開展的進程中，翻轉課堂、微課導學體系等也逐漸成為重要的課堂中的主體，實現了教學方式的全面創新。[1]

二是能為學生深入踐行情境化教學。傳統教學的媒介一般有文字和圖片，就算是將計算技術融入課堂，也只是視頻或音頻，學生只能通過觀看進行知識點的識記;而在增強現實技術中，教師能將知識點以三維立體的效果展示給學生，學生能直觀感受到相關情境內容，也為后續教學工作的開展奠定堅實基礎。

三是能有效激發學生的學習興趣。在課堂教學中，要想保證學生有效內化相關知識點，就要積極制定完整的興趣教學引導策略。傳統教學中教師要對教學法予以整合，而在利用增強現實技術后，學生能借助情境體驗和動感交互，激發學習興趣。學生在增強現實技術的輔助下能感受到新穎的學習方式，生動的學習場景也能有效調動學生的積極性。

四是能完善資源的均衡管理。不同學校存在資源分配不均衡的問題，尤其是經濟落后地區或偏僻地區。基于此，各級政府將教育均衡發展作為目標，將增強現實技術作為重要手段，能在一定程度上緩解資源分配不均衡問題，擴大教育資源的共享范圍。

二、增強現實技術在教育教學中的設計

（一）敘事設計

將增強現實技術應用在教育教學過程中，主要是借助空間知識的描述有效提高知識點的敘述夸張性，保證學生能在良好的學習環境中感知到相關知識。借助這種夸張的知識呈現方式，學生能對人物刻畫及環境氣氛有更加直觀的理解，真正內化事物相關情節。[2]

另外，在課堂教學體系建立的過程中，要想有效判定課堂教學效果的好壞，課堂的張力和吸引力也非常關鍵，因此，教育心理學中將認知規律和敘事教學體系結合在一起。教師要想從根本上建構更加系統化的教學體系，就要打破傳統教學中現實的生活邏輯，有效應用更加直觀且有效的表達形式為學生創設良好的學習空間。一定程度上，發揮增強現實技術的優勢，可以減少信息不平衡帶來的教學難題，為學生有效填補知識缺陷，維護教學環節的完整性。并且，教師在打造高效課堂的過程中，借助增強現實技術也能結合學生的學習特征以及個性特征實現相應的空間控制和設計，確保具體角色的形象貼合學生自身。也就是說，在增強現實技術中能將不同結合元素進行配置和重新處理，指導學生在獲得學習體驗的過程中將相關知識點轉換為自己掌握的內容。值得一提的是，在增強現實技術應用的過程中，不同人物、情節以及環境之間能建立統一的協調機制，這種方式能在展示知識體系的基礎上，引導學生在沖突中深度感受虛擬課堂的優勢。[3]

（二）空間設計

在教學流程中應用增強現實技術不僅能建立單一化教學體系，也能借助相應的手段完成內容和目標的融合，真正提高教學內容設計的實效性，為后續教學內容的進一步開展提供保障。在具體的設計中，主要涉及具體教學內容中出現的活動場所、時代背景以及宏觀世界結構等，從而構建學生只能通過想象完成的空間結構，提高學生的課堂代入感。另外，教師借助增強現實技術能將整個場景展示給學生，確保學生能在感受具體環境因素的過程中有效判定相關知識要點。例如，教師要想為學生提供具體的情境，只需要進行鏡頭調動和運動主體場面調度，就能創設出具體的視點和視距，確保事物之間的關系都能更加直觀地呈現在學生面前，完成資源的整合，從整體把握設計結構。[4]

（三）形態設計

目前，我國國內教學中應用增強現實技術的主要形式為以下幾種：第一種，淺度引用，借助增強現實技術完成課程教學主要是為了顯示出技術的優越性。第二種，中度引用，要將增強現實技術和課程相關內容結合在一起，但是整個呈現方式依舊存在空間轉換的痕跡。第三種，高度引用，能保證課堂內容和增強現實技術之間無論是內容還是空間都能保持同步，從而有效提高內容呈現的完整性。第四種，深度引用，在教學體系建立的過程中，能保障技術和課堂教學內容的無痕轉化。基于此，教師要想有效整合教學資源，確保教學流程的完整性，就要結合教學目標和教學需求，進行更加系統化的技術應用規劃。[5]

除此之外，增強現實技術在教學課堂任務設計體系中，要建立教師任務、團隊任務以及學生任務。（1）教師任務，教師要在應用增強現實技術的過程中結合學生的基本學情，轉變傳統的教學思維和教學結構，在整合教學資源的基礎上，優化教學設計，并且要秉持創新的意識，將邏輯思維和形象思維結合在一起，真正提高教學效果。教師在分析教學目標后，要確定教學的基本對象，完善教學結構和教學心理學的應用效果，在滿足知識點講解和約束的基礎上，深度完成知識點分解工作。（2）制作團隊任務，要結合教學知識點進行設計，并且按照教學任務有效落實問題和故事之間的轉化，完善增強現實技術編程及課程設計，真正建立互動化空間運行機制。（3）學生任務，學生在完成知識體驗的基礎上，能在增強現實技術創設的環境中內化相關知識點，并且及時對空間感受給予教師相應的反饋，以保證教師能有效結合學生的基本需求建立相應的教學策略。[6]

三、增強現實技術在教育教學中的應用

增強現實技術在教學中具有較大的教學潛力，能在激發學生學習興趣的基礎上，為學生創設良好的教學情境，并能在一定程度上完善動感交互學習，融合不同知識重點。增強現實技術輔助下的課堂能有效激發學生的學習興趣，為學生營造多元化的學習空間，轉變傳統的教學理念和教學氛圍，提高學生對知識的內化能力，踐行教學改革的理念，提升學生核心素養的培養水平。[7]

（一）增強現實技術在頭戴式設備中的應用

頭戴式虛擬現實設備配置的是位置跟蹤器和數據手套等，主要分為移動版的虛擬現實頭盔和分體式虛擬現實頭盔。將其應用在課堂中，學生能借助設備體驗真實的感受，獲取沉浸式學習體驗，能從不同角度感受知識點，并且對一些情境有更加直觀的認知。例如，將設備應用在地理課堂中，學生戴上相應的設備，就如同置身于銀河系中一般，近距離觀察不同行星的運行軌跡，甚至能直觀地了解到地表形態和內部結構。2016年微視曾經推出一款教學增強現實技術設備，此設備能實現一鍵操作和一鍵統計，為學生提供更加個性化的教學。相較于傳統的課堂，增強現實技術建構的課堂體系能為學生帶來身臨其境的感受，提高學生的學習積極性，創設更加活躍且靈活度高的課堂結構。[8]此外，一些科技公司還設計了一些和頭戴式設備相匹配的設備，其中光學投影系統、耳機、麥克風等都具有較為突出的教學價值和意義。學生甚至能擺脫電腦和手機，鍵盤也完全可以在空氣中完成操作，真正落實3D建模設計任務。

（二）增強現實技術在手持式設備中的應用

教師在課堂中應用的手持式教學設備主要是移動設備和APP軟件，結合相應APP能有效完成課堂教學流程，借助手機能完善虛擬形象的有效整合，確保特殊化顯示效果有效助力學生獲取相應的教學體驗。一方面，使用APP和配套圖書進行共同學習，能借助手機攝像頭掃描圖片，然后轉變為例題狀態或者是演示效果。另一方面，使用APP對增強現實技術應用的資源進行處理，確保學生整個的學習過程更加真實有效，提高學生的體驗感和沉浸感，真正優化課堂教學效果。[9]

（三）增強現實技術在桌面式設備中的應用

應用桌面式教學設備能為學生打造有效的教學環境，教師采取系統平臺創設的自主開發課件，能在優化素材資源處理效果的同時，確保學生能進一步內化相關知識。近幾年應用較為廣泛的桌面式增強現實技術設備主要是美國的zSpaceZ300，APP本身包括了集中在6款軟件中的多門基礎性課件，借助系統內教學計劃完成教學工具的應用，能在為學生提供教學資源的同時，確保教學流程更加有效。在平臺結構中，學生借助眼鏡利用激光筆進行操作，從而創設有效的虛擬現實環境，優化教學效果。或者是應用平息攝像頭，利用設備將影像直接投影在平板電腦中，有效形成裸眼3D立體的感受。[10]

四、增強現實技術在教育教學中的發展趨勢

（一）優化性能

為了有效提升增強現實技術的應用效果，教育投資公司要對教學資源進行系統化管理和開發，并且積極落實統籌性教學管理工作，在滿足技術發展需求的同時，將沉浸式、交互式、構想式教學等模塊融合在一起，提高教學水平并為教學應用的系統化升級提供保障。也即未來要想建立更加高效的增強現實技術應用課堂，就要轉變傳統教學理念，利用更加個性化的教學機制，將因材施教的教學理念和技術體系結合在一起，保證學生能在虛擬環境中完成互動交流。[11]

（二）教學創新

借助增強現實技術為學生創設多元化的教學環境和教學體系，保證教學結構的完整性，教師要將數字教學內容和虛擬教學技術結合在一起，為學生創設更加系統化、情境化的學習環境，有效提高學生的課堂存在感和沉浸感，完善技術體系和現實學習環境的融合，為后續交流溝通提供保障，這種教學方式能在一定程度上提高學生自主學習的能力，真正培養學生的學習興趣。增強現實技術的應用也能為創客學習創造良好的空間，維護技術運行機制，保證動手操作實踐和創新設計工作的實效性，真正提高教學技能和知識的融合效果，開展更加有效的課程教學。

在我國教育體系內，培養學生核心素養是非常關鍵的內容，教師要整合創新教育體系，充分發揮增強現實技術的優勢，確保創客教育和核心素養教育結構更加有效且立體，建構貼合我國學生實際學情的增強現實技術教育模型，實現教學效果的全面優化。[12]總而言之，在人工智能、大數據技術以及物聯網技術不斷發展的時代背景下，增強現實技術和教育教學的融合已經成為順應時代發展趨勢的必然選擇。

參考文獻

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[12]李晶，何元清.“互聯網+”背景下的教育教學模式探析[J].軟件導刊·教育技術，2018，17（1）：1-3.

The Design and Application of Augmented Reality Technology in Education and Teaching

LI Yi

（Library，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou，Jiangxi，China 341000）

Abstract： With the help of the mobile platform，the Augmented Reality（AR）technology can be applied to the design of education and teaching.On one hand，it can effectively improve teaching quality，and on the other hand，teaching activities can be carried out in accordance with the teaching characteristics.Thus，it can help to construct a more efficient classroom system.Starting with the technical thinking and advantages of the AR technology，this paper discusses in detail the design and application of the AR technology in education and teaching.Finally，it makes a prediction on the development trend of AR technology in future education and teaching.

Key words： Augmented Reality technology;education;teaching;design;application