基于增強現實技術的新形態教材研究與實踐

摘? 要：文章采用紙質教材、數字資源、在線課程三位一體的公共計算機新形態教材設計思路，三者建設時需統一設計，用增強現實技術制作3D微型計算機組成課件，介紹重慶旅游職業學院公共計算機新形態教材開發流程與應用效果。實踐結果顯示：與傳統紙質教材相比，公共計算機新形態教材能夠滿足學生在不同時間和空間的學習需求，學生報考全國計算機等級考試人數是2020年6倍，通過率超過重慶市14%，教學效果明顯。

關鍵詞：增強現實技術;新形態教材;公共計算機

中圖分類號：TP39;G434? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）16-0185-04

Research and Practice of New Form Teaching Materials Based on Augmented Reality Technology

ZHENG Jianjiang

（Chongqing Vocational Institute of Tourism， Chongqing? 409099， China）

Abstract： This paper adopts the design idea of public computer new form teaching materials that integrating paper teaching materials， digital resources and online courses. During the construction of the three， they need to be designed uniformly， and 3D microcomputer courseware is made with augmented reality technology. This paper introduces the development process and application effect of public computer new form teaching materials in Chongqing Vocational Institute of Tourism. The practice results show that compared with the traditional paper teaching materials， the public computer new form teaching materials can meet the learning needs of students in different time and space. The number of students applying for the national computer grade examination is six times that in 2020， and the passing rate exceeds 14% in Chongqing. The teaching effect is obvious.

Keywords： augmented reality technology; new form teaching material; public computer

0? 引? 言

2019年12月，教育部教材〔2019〕3號文件《職業院校教材管理辦法》中明確指出，要編排科學合理、梯度明晰，圖文并茂，生動活潑、形式新穎的活頁式、工作手冊式新形態教材，為新時代職業院校教材發展指明方向，這標志著國家對職業院校教材的重視進入了史無前例的歷史高度。突如其來的新冠疫情改變傳統教育的授課方式，暴露傳統紙質教材的弱勢，同時也暴露出使數字資源豐富程度導致學生學習的數字鴻溝越來越大。建設新形態教材是未來教材發展趨勢，特別是新冠疫情的影響，2021年EDUCAUSE 地平線報告（教學版）將高質量在線學習定義為六項關鍵技術和實踐對高等教育產生巨大影響。

新形態教材與傳統教材的功能是相同的，都是知識、技能、素養的載體，是學生和教師教學過程中最重要的材料。新形態教材是在“三教改革”背景下對教材內容組織模式的變革，使教材內容結構更加完善，數字資源及在線課程是對傳統紙質教材內容呈現方式以及功能的增補。

1? 新形態教材發展現狀

1.1? 我國新形態教材發展現狀

清華大學出版社以課程為中心的融合教材，基于互聯網平臺融合了電子教材、“互聯網+”教材、富媒體移動交互教材的形態和優勢，應用云計算、大數據、人工智能、數字媒體等技術圍繞課程標準把各種形態教材有機的組織并融合在一起。“以課程為中心”的教材依據課程標準進行開發，開發紙質、碎片化教學資源，依托文泉云盤為教師備課、課堂實訓、課后練習、考試提供服務。

高等教育出版社從2012年起，依托移動互聯網、中國大學慕課平臺、微課堂等優質資源，在新形態教材建設中進行各種形式的創新，其主要形式有二維碼、A book平臺、MOOC平臺、微信電子書、在線測試等。

1.2? 公共計算機教材現狀

隨著云計算、大數據、多媒體等技術的發展，公共計算機教材呈現的形式打破傳統的紙質局限，發展成與電子教材、微課教材、在線課程等多種數字資源相結合的新形態教材。其中，翟萍、張魏華等編著的《大學計算機基礎（第5版）》，眭碧霞主編的《計算機應用基礎任務化教程（Windows 10+Office 2016）》等教材幾經修訂，反復錘煉，已經成為國內公共計算機課程教材的經典教材。當當自營以“計算機基礎”為關鍵字搜索圖書共19 021件，以“計算機基礎 微課”為關鍵字搜索圖書共306件，以“計算機基礎 增強現實”為關鍵字搜索圖書只有1件。

《高等職業教育專科信息技術課程標準（2021版本）》的頒布，以及全國計算機等級考試大綱的更新，這些教材已經不能滿足高職高專學生需求。一是操作系統和辦公軟件全部更新到Windows 10和Office 2016;二是原有教材沒有體現育人元素，如在信息意識、計算思維、數字化創新與發展、信息社會責任較缺乏;三是紙質教材和數字資源獨立建設;四是教材重點不同，有采用二維碼技術進行微課設計，有以在線課程作為新形態的一種表現形式，但無涉及新技術AR的計算機教材，無將二維碼技術和在線合課程相結合的教材。

2? 公共計算機新形態教材設計思路

新形態教材在內容組織模式以職業能力為單元，按照職業能力遞進原則進行教學內容重構，遞進標準為全國計算機一級、二級考試和專升本考試，這從根本上改變傳統教材面面俱到平鋪直敘帶來的無重點難點、不能激發學生學習積極性等問題。通過教材內容及其組織邏輯，確保學生課程學習完成后處理獲得知識、技能和信息素養外，其具備全國計算機一級（計算機基礎及MS Office應用）能力，在此基礎上可擴展到二級（MS Office高級應用與設計）考試，在大三時能將該能力擴展到專升本計算機基礎考試中。

2.1? 設計一致性

根據教學目標分析確定教材組織模式和教材內容選擇，根據學生和教師需求分析構成教學環境的設計和教材呈現方式設計，最終落腳在建設紙質教材、數字配套資源和在線課程三位一體的新形態教材。

2.2? 設計互補性

通過數字配套資源的建設，并在相關平臺開設在線課程，啟發學生在課堂以外的時間和空間獲得更多的知識、技能和信息素養，通過圖片、視頻、交互等新穎的數字資源激發學生學習的趣味性，與紙質教材形成互補。數字資源建設后可隨時更新以解決紙質教材建設后更新較困難問題。在數字資源建設中通過增強現實技術制作3D課件，增強教材可讀性。

根據公共計算機新形態教材設計思路，開發流程主要分為紙質教材編寫、數字課程資源制作和AR開發三個部分。對三個部分同時設計、整體規劃，如將課程思政與計算機教學內容同時規劃設計，如圖1所示。

新形態教材設計時采用模塊化的思想，將公共計算機劃分為7個模塊，每個模塊以能力為基本單位，組織形式為：工作任務—職業能力，如在模塊4中其設計如表1所示。

3? 公共計算機新形態教材的開發流程

3.1? 紙質教材編寫

在實操技能相關處布置二維碼，學生利用手機微信掃描二維碼即可查看視頻，如圖2所示。在有增強現實案例處圖片有AR標識，手機安裝APP掃描該圖片360度無死角了解計算機硬件組成部分，在交互部分可掌握計算機硬件組裝，如圖3所示。

3.2? 數字資源建設

新冠疫情期間“停課不停學”將數字資源建設推向一個新的高度，在未來在線課程仍是高等教育發展的趨勢。公共計算機新形態教材建設應根據學生特點與需求對數字資源進行建設。數字資源主要包括微課視頻、PPT、試題庫、案例等。教材中的視頻依托清華大學出版社云泉平臺，使用二維碼對視頻進行鏈接;在線課程學習依托超星學銀在線，網址https：//www.xueyinonline.com/detail/217595684，如圖4所示。學銀在線支持教師教學、學生學習、學生考試、評卷、學習過程記錄等功能，鏈接資源根據新技術、新規范等隨時更新。

3.3? 增強現實設計

在增強現實部分通過Vuforia和Unity 3D這兩個軟件來說實現圖像跟蹤和畫面呈現。制作AR標識是按照跟蹤引擎的一個標記圖形，增強現實APP根據這個標記圖形分析和計算它的信息，并通過它來三維模型要顯示的位置和狀態。該AR圖形標識設計原則是見圖知意，圖形不能過于簡單以免識別出錯，如圖所示為微型計算機CPU標識的例子，因該標識在紙質教材中展示，故全部設計為黑白顏色，如圖5所示。

4? 應用效果

公共計算機新形態教材于2019年10月在清華大學出版社出版，在線課程在超星學銀在線上線，在使用兩年后對重慶旅游職業學院使用教材的87個教學班級近2000名學生進行了教材滿意度調查，調查結果如表2所示。從表1可以看出，學生對教材數字資源和在線課程認可度較高，數字資源和在線課程讓學生進行碎片化個性化學習成為可能。在增強現實設計部分，滿意度不高的原因主要在于下載APP后還需在手機安裝，部分學生認為安裝復雜。在2021年6月的全國計算機等級考試中體現較明顯，在數量上參考人數是2020年6倍，報考二級Office的人數為2020年的7倍，在質量上一級過級率超過重慶市14個百分點。通過對學生和教師的調查反饋，教材還需根據信息技術的發展拓展新技術，高效辦公Python等，在線課程可增加計算機二級資源。

5? 結? 論

大數據、人工智能等新的信息技術的發展為新形態教材發展提供無限可能，5G、增強現實技術等新技術的發展讓人們的學習方式發生較大變化，紙質教材、數字資源、在線課程三位一體新形態公共計算機教材具有學習資源豐富、教學效果好等優點。但也存在不足，增強現實APP在教材中要求學生在手機端安裝程序，但未考慮安裝后會不會對手機產生影響，如有無漏洞等，在后續建設中會考慮安全性問題;因開發周期限制此次只做了Android系統的APP開發僅供展示使用。增強現實只選取計算機硬件組成部分作為增強現實開發案例，在后續建設中將開發更多的增強現實案例;公共計算機在Office部分應用較多，學銀在線只是在線平臺而無實訓平臺，學生不能利用碎片化時間在在線平臺完成練習，在后續建設中作為重點之一解決。

參考文獻：

[1] BORGEN K B，ROPP T D，WELDON W T. Assessment of Augmented Reality Technology’s Impact on Speed of Learning and Task Performance in Aeronautical Engineering Technology Education [J].The Intern ational Journal of Aerospace Psychology，2021，31（3）：219-229.

[2] 楊繼林，姚亮，楊彥軍，等.數字教材新形態：AR數字教材的應用與開發 [J].上饒師范學院學報，2021，41（3）：25-31.

[3] 羅海林.職業教育新形態教材研發策略探析 [J].科技與出版，2021（6）：78-82.

[4] ANSHORI H，NOVIANINGSIH K. The development of mathematics teaching materials integrating by Augmented Reality Software and Android for deaf students [J/OL]. Journal of Physics：Conference Series，2021，1882（1）：[2021-07-03].https：//iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1882/1/012043.

[5] 莊紅權.新技術條件下教材的升級與轉型研究 [J].科技與出版，2020（7）：56-61.

[6] 李永強，張英杰，池維超，等.基于增強現實技術的理論力學新形態教材設計與實踐[J].力學與實踐，2020，42（3）：363-367.

[7] 高聚平.光學新形態教材出版的實踐與思考 [J].物理通報，2020（6）：120-122.

[8] 李政.職業教育新形態教材：內涵、特征與編寫策略 [J].職教論壇，2020（4）：21-26.

[9] SHIMABUKU M，HAYASHI K，KANEMUNE S. A Teaching Material of Sort Algorithm using Augmented Reality [J]. Transactions of the Virtual Reality Society of Japan，2017，22（2）：199-208.

[10] 魯文娟，金一強.基于智能手機的Vuforia+Unity3D增強現實技術方案及其教育應用 [J].現代教育技術，2017，27（5）：19-25.

[11] GIASIRANIS S，SOFOS L. Production and Evaluation of Educational Material Using Augmented Reality for Teaching the Module of “Representation of the Information on Computers” in Junior High School [J]. Creative Education，2016，7（9）：1270-1291.

[12] 張晶.增強現實感技術在人機互動式模型教材的應用 [J].電腦知識與技術，2013，9（11）：2642-2643.

[13] 張寶運，惲如偉.增強現實技術及其教學應用探索 [J].實驗技術與管理，2010，27（10）：135-138.

作者簡介：鄭健江（1982.07—），女，回族，重慶黔江人，副教授，碩士，研究方向：教育信息化、課程體系研究等。