增強現實的教學媒體功能及選擇模型分析

曹 知

（文山學院 信息科學學院，云南 文山 663099）

增強現實技術（Augmented Reality）作為虛擬現實技術的一種延伸，是將計算機產生的虛擬對象與真實世界結合起來，構造出虛實結合的虛擬空間[1]。增強現實技術具有虛實結合、實時交互、三維沉浸的特點[2]。增強現實技術在教學中有一定的應用前景，相較傳統多媒體技術，它擴展了交互方式，增加教學形象性與直觀性。

近幾年有不少學者探討增強現實技術的教育應用，CNKI數據（表1）反映出相關研究逐步升溫的態勢。從學科上來看，研究范疇較廣，物理、數學、生物、地理、化學以及語言學習等學科均有涉及，同時在STEAM教育、創客教育等模式上也有一些研究。

表1 CNKI中“增強現實/AR”同時包含“教學/教育”主題檢索結果

從績效的角度來看，作為新興的媒體技術，準確把握其媒體特征及功能，才能在不同情景的教學應用中發揮其優勢。

1 增強現實的媒體特征

媒體特征的分析，可以從呈現力、重現力、傳送能力、可控性、參與性等方面考慮[3]。

在呈現力、重現力、參與性方面，增強現實有其優勢。呈現力上，增強現實在呈現事物的空間、時間、運動、顏色、聲音等屬性上的能力較強，能夠較為全面的表征事物的運動狀態與規律。重現力上，增強現實的模型和場景都是可以重復呈現的，甚至交互的過程也可以記錄下來。參與性方面，增強現實具有較強的人機交互特性，作為教學媒體開展教學活動時，多感官和沉浸式的參與方式，使學習者可以在行為和情感上高度融入。增強現實所提供的極強的表現力和感染力，更容易促進學習者的身心投入，引起學習者注意，提高學習興趣。

表2 增強現實的媒體特性

2 增強現實的媒體功能

“經驗之塔”理論對于探討增強現實的媒體功能和進行媒體選擇具有一定的指導意義。

根據美國視聽教育家埃德加·戴爾（Edger Dale）的理論，在教學中經驗可以直接得到，也可以間接獲得，經驗按照其抽象程度，可以分為三大類十個層級，稱為“經驗之塔”（Cone of Experience）。抽象的經驗位于塔頂端，做的經驗位于塔底層，而處于中間層的媒體彌合著抽象經驗與做的經驗之間的鴻溝。

新的媒體出現之后，在教學領域往往較晚得到普及，增強現實目前已經具備了一些普及的條件，相關的軟硬件正在不斷發展。作為新興的教學媒體，增強現實在“經驗之塔”中的地位值得探討。

增強現實在“經驗之塔”中的地位問題，涉及“經驗之塔”理論的演進。石長征、許坦等人探討過計算機在“經驗之塔”中的位置問題，認為國內的改進方式有三類[4]，一是植入說，二是夾層說，三是重構說。植入說和夾層說都是在原框架上的修補更新，而重構說是對“經驗之塔”的再造。增強現實與計算機相比，它的媒體屬性更加豐富，如果使用重構方式進行劃分，產生的新問題可能會影響理論的權威性和實踐指導價值。“經驗之塔”理論是在20世紀40年代發表的，之所以彌久不衰，一個重要的因素是其易用性和普適性。從這個角度出發，保留經驗之塔的原有框架不失為一種具有實際意義的方式。

增強現實置入“經驗之塔”哪一層較為合適？“經驗之塔”理論按抽象程度進行分類，認為媒體處在“觀察的經驗”層次，提供替代性的經驗。增強現實的媒體本質也決定了其應屬“觀察的經驗”這一大類。張燕翔等人通過實驗實證發現，與實物模型教學媒體相比，增強現實教學媒體在“做的經驗”上得分稍低，但是在“觀察的經驗”和“抽象的經驗”上略高[5]，這說明將增強現實劃入“觀察的經驗”這一層并沒有與原有的理論框架沖突。具體到層級，除了考慮提供的經驗的具體程度，還應考慮操作難度、成本等方面。增強現實的集成性、交互性、沉浸性特征，使其能提供更為具體的經驗，比“電影、電視”更能刺激感官通道。綜合考慮，增強現實應置入“電影、電視”與“參觀展覽”之間。這一劃分對教學中的媒體選擇具有重要意義。

圖1 “增強現實”在“經驗之塔”中的位置

3 增強現實的教學媒體選擇模型

一些學者基于不同的角度提出過媒體選擇模型。馮曉英等人基于遠程教育環境提出了圍繞技術、教學、實現三個維度的模型[6]。石長征等人結合“經驗之塔”與其提出的“體驗之塔”，給出了一個嵌套型的選擇模型，力求搭建一種不受媒體發展影響的可持續發展框架[4]。本文傾向于從績效的角度考慮媒體選擇，采用K.Lonigo提出的教學媒體選擇模型，主要考慮學習類型、成本、效能等因素[3]。

3.1 學習類型

根據教學目標而確定的學習行為可以分為五個類型：學習事實性信息；學習對多種事物的識別能力；學習抽象的原理、概念、法則；學習解決某種問題的程序與方法；學習操作性技巧。

3.2 成本

成本包含費用、人力、時間等方面。目前增強現實在媒體制作成本上低于電影和計算機輔助教學，成本花費趨近于中等水平（M）。成本主要集中在資源的制作、設備費用上，得益于手持式設備的普及和軟件資源的商業化開發，近兩年使用成本已有所降低。

3.3 效能

媒體的效能用三個等級表示：高效能（HP）、局部效能（MP）、低效能（LP）。效能級別越高，說明越能迅速、準確、有效的完成教學任務。針對不同學習類型，同一媒體會有不同的效能。與傳統電子媒體不同的是，增強現實在學習操作性技能時，由于其虛擬與現實的混合特征，可以達到較高的效能（HP）。波音公司較早嘗試將增強現實技術用于飛機裝配上[7]，提高了飛機線纜的布線效率，降低了錯誤率。增強現實在職業技能培訓、醫學、工程教育等方面的操作技能學習上也有較大的應用潛力[8]。

在常用于教學的媒體中，靜止圖片、配音幻燈這兩種媒體綜合效能及能效比均較高，可以作為參照。成本上，靜止圖片的制作成本相對較低（L），配音幻燈的成本處于低到中水平（L-M）；效能上，靜止圖片在五種學習類型中的效能分別為MP-HPMP-MP-LP（按3.1中出現先后排序），配音幻燈分別為MP-HP-MP-HP-LP[3]。綜合考慮學習類型、成本、效能，將各項指標形象化展示，可以得出增強現實的媒體選擇范圍模型（圖2）。

圖2 增強現實媒體選擇范圍圖

通過對比發現：這三種媒體中，增強現實在學習操作性技能時是最優的；由于當前的成本因素，在其他學習類型中增強現實并不是最優媒體。

4 結語

與傳統電子媒體相比，增強現實與虛擬現實都在沉浸感、交互性方面具有優勢，但增強現實的虛實結合特點，使其在教學應用中有更廣泛的前景。根據增強現實的媒體本質，可以將其劃分在“經驗之塔”中“觀察的經驗”類別，為學習提供替代性的經驗。尤其是在操作性技能經驗的獲得上，增強現實是較優的選擇。

安東尼·貝茨認為不存在面面俱到的“超級媒體”，但有適合某一教學目標的較優媒體[3]。盡管增強現實在呈現力、重現力、參與性等方面有顯著優勢，但綜合分析當前成本和效能，在進行教學媒體選擇時，增強現實并非不同學習類型下的普適最優解。