增強現實技術應用于家具教育的可行性研究

葉彬潔 鐘世祿

摘要：為探究增強現實技術在家具教育中應用的可行性，本文整理增強現實技術在教學中的應用文獻和實例，分析其研究熱點和實踐效果，以及在家具教學中的應用優勢和可行性，得出增強現實技術應用于家具教學，能夠推動學習者高效自主學習，提升實踐動手能力，加深對家具使用環境、家具結構、材料和工藝的認識的結論。

關鍵詞：家具教育;增強現實技術;非正式學習

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）06-00-02

1 研究背景

2020年，國家為進一步提升教學質量，在“十四五”期間重點提出要推動高等教育的創新發展，以及推動虛擬現實、增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）、全息成像等核心應用技術在教育領域的應用。

增強現實技術是一種集成真實世界信息和虛擬信息的技術，家具行業AR技術的融入在商業領域并不少見，如宜家AR家居、創造家AR家居等，能讓用戶便捷地感受到圖紙內容真實生動的展現效果，但AR技術在家具教學培訓中的應用幾乎沒有。在國家大舉推行教育信息化的時期，家具教學與家具產業之間的信息化差距越來越大[1]。

2016年起，AR技術逐漸運用到教學領域，為學習者提供充足的教育信息和多樣化的教學手段。家具設計作為一個系統綜合的實踐應用型學科，既要求學生具備靈活調用和實踐所學知識的能力，也需要學生有將實踐產物與環境空間相匹配的能力[2]，這與AR學習強調給予學習者更多的自主學習環境以及“學習是一種真實情境的體驗”的觀點相符合[3]。AR技術應用于家具教學，能夠幫助學習者沉浸式學習，進而激發學習者的想象力與創造力，使其學習質量得到提升。

2 AR應用于教育的知識圖譜分析

為更好地研究增強現實技術在家具設計教學中應用的可行性，探析增強現實技術在教育中的研究核心和熱點，筆者整理分析了2016—2020年關于增強現實技術在教育中的研究和應用情況的有效文獻資料，共161篇。通過科學圖譜分析關鍵詞的共詞頻次和中心度數據，并繪制共現聚類知識圖譜，便于直觀分析。2016—2020年AR教育應用文獻共現聚類圖譜中，文獻關鍵詞字體越大表明出現頻次越高，越靠近中心表明中心度越高。根據圖譜，可以把握每一年的研究應用重點。2016年的創新研究重點是如何將增強現實技術與學習理論聯系起來，并嘗試將非正式學習、經驗學習、游戲化學習、具身認知理論等與增強現實技術相結合，取得更好的學習效果;2017年主要探索研究增強現實技術與其他科學技術的融合，嘗試將人工智能、大數據等技術應用其中，對AR融入職業教育和創客教育等實踐性教育的研究增多;2018年AR應用于醫學教育的應用嘗試增加，同時AR的交互設計和互動模式設計得到重視;2019年AR大規模實踐應用于兒童教育;2020年，學者們開始將區塊鏈、人工智能、5G、數字化等新興技術與AR結合應用于教育領域，機械制圖、空間設計等設計相關專業課程也開始嘗試與AR技術結合。

綜上所述，增強現實技術在家具教學中的應用具有理論依據和技術支持，且其運用和發展日漸趨向多種技術和理論的復合使用。AR虛實結合的展示效果，能夠提升學習者對環境的敏銳度[4];AR與大數據等技術結合，可以針對學習者的學習偏好，進行智能推送，實現個性化人才培養[5]。因此，在家具設計相關課程應用增強現實技術是一大趨勢。

3 AR教育應用對家具學習的效果分析

以乜勇的國內外40項增強現實教育應用實驗研究[6]為基礎，對學習成效進行分析，通過解析增強現實技術對不同學科、不同學習能力、不同學習方法和學習場所的影響，分析增強現實技術在家具教育中的應用方式和效果。

3.1 AR對不同學科的作用效果

AR對語文、科學、美術和英語均有較明顯的效應，而對數學、物理和其他學科效應較低。根據學科性質判斷，增強現實技術對藝術或人文社科類學科的學習質量提升效應值更明顯，對較基礎的自然科學類學科也有明顯效果。

家具專業包含的家具史、家具設計手繪等課程均屬于藝術或人文社科類課程，與AR契合度較高[7]。以家具史為例，家具史介紹國內外家具發展史，其學習重點是不同時代的設計風格、代表人物及其作品與影響。AR技術與家具史結合，學習者可通過掃描教材中的家具圖片觀看家具模型，直觀感受家具的風格、構造和材料等[8]，使家具史學習更具趣味性，增強學習者的學習動機[9]，提高學習者的空間感知能力;對于中國古代家具，可以通過AR掃描了解榫卯結構等傳統結構，并組裝部件，讓學習者更好地領悟中國傳統家具的魅力，在虛實結合的、生動的AR場景中，感受不同時代的家具設計。

3.2 AR對不同學習能力的作用效果

影響因素排行為學習動機>學習成績>學習興趣>空間感知能力>認知能力>學習態度，且均有較顯著的影響，研究驗證了增強現實技術對學習各方面都有正面作用。

家具設計專業的學習者大多出于興趣選擇該專業，本身具有一定的學習動機和學習興趣，對家具學習充滿期待。如果學習效果和感受沒有達到學習者的預期，學習者很容易對家具設計專業失去學習動力。AR應用于家具教育，有利于展示各種經典家具模型和結構細節，讓學習者了解不同家具的適用場景，從各個維度滿足學習者的期待，激發學習者的學習興趣，提高學習者的成績，增強學習者的學習信心。

3.3 AR對不同學習方法的作用效果

學習方法包括探究法、測評法、任務法和講授法四種。研究表明，增強現實技術對被測試的四種學習方式均有成效，其中對探究法有最顯著的影響，對講授法影響較小，但依舊有提升學習質量的作用。

根據家具專業各門課程的性質，家具制圖、家具制作工藝等對學習過程要求嚴謹的科目，適合講授法，可融合AR技術展示制圖模型不同角度2D—3D的轉換或AR實操制作流程幫助理解，優化學習效果;家具設計、家具史等講究思維領悟和發散的科目，可采用探究法或任務法，由學習者自主探索發現，在過程中配合AR查找，節約查找時間，減少探索阻礙[10]。

3.4 AR對不同學習場所的作用效果

增強現實技術應用于不同學習場所的效應值同樣有所區別，室外的效果最好，驗證了AR應用于家具知識非正式學習的可行性。其次是在課堂上，最后是在校內實驗室。AR在校內實驗室應用效果并不顯著這點值得注意和思考，實驗室本身是注重動手實踐能力的場所，AR對其的增益并不明顯，這也意味著AR在實操運用中對學習的效果影響和真實操作并沒有拉開差距，在實操方面的技術和體驗設計仍需優化。如果家具中的工藝流程與AR實操體驗相結合，畫面和操作的設計需要更加注意真實性和可操作性等，避免誤導學習者。

4 AR應用于家具教學的優勢

4.1 二維靜止學習轉變為三維動態學習

目前，我國高校家具教育趨于理論化，設計作品概念性高于實用性。主要原因是實踐作業太少，學習者難以經常使用所學知識，難以將設計知識內化為自己可用的知識。家具知識的實踐學習能夠讓基礎知識更加扎實[11]，而家具知識的理論學習能夠讓學習者對家具未來的發展、家具的商業價值產生更多的創新思考，AR教學正是解決高校家具教學理論化程度較高問題的利器。通過讓學習者親自操控三維動態模型，增進對家具結構材料的理解;利用虛實結合的模型，增強對現實情境的感知能力;通過家具加工、組裝交互游戲加深學習者的記憶，提高對家具的系統認識。在學習者設計建模家具產品時，也可以利用AR技術，將模型與現實世界匹配，查看設計尺寸、環境配合等方面的優秀或不足之處。

AR模擬操作可以很好地彌補高校家具學習實踐性的不足，讓學習者對基礎知識有更深入的學習。此外，可以加入動態家具行業資訊模塊，拓展學習者的視野，鍛煉學習者的創新思維。

4.2 正式與非正式學習相結合

家具設計專業的院校通常會安排學生參觀各類展覽會，如上海家具展、廣東家具展等，這是家具專業中比較典型的非正式學習，這類非正式學習與正式學習的區別在于學習者能夠獲得的知識與自身的知識積累和觀察能力有關，因此正式學習中對知識掌握不足的學習者在非正式學習中的收獲比較少。正式學習與非正式學習之間聯系較少，學習者難以通過兩種學習方式達到理想效果。

移動AR教學系統可以讓正式的學校學習與非正式的參觀學習建立聯系，在非正式學習中利用AR教學系統能加深學習者對家具知識的認識，如利用AR觀察家具在不同環境中的擺放效果，識別環境中的家具材料結構[12]，或將系統中的結構模型與現實家具結構進行對比等，并將有疑惑的地方記錄下來，在正式學習中尋找答案。在非正式學習中驗證正式學習的成果，并借此查漏補缺，能彌補正式學習的不足。

5 結語

AR應用于家具教學有理論和技術支持，研究顯示，使用AR教學能優化各個維度的學習效果，不僅能夠幫助教師傳遞完整的知識，也能夠幫助學習者保持學習狀態，促進自主學習，把握學習時的主體地位。AR與教材相結合，不僅能讓學習者充分利用教材，還拓展了教材的深度，有利于學習者隨時隨地進行情景式學習，并將正式學習與非正式學習有機結合，從學習中獲得最大收益。AR在家具教育中的合理運用，能推動家具學習者各方面能力的發展，使其設計出更具使用價值、商業價值和藝術價值的家具。

參考文獻：

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[11] 顧顏婷，徐偉.探索我國家具專業人才培養的新模式——以南京林業大學“梁希家具卓越班”為例[J].科學大眾（科學教育），2016（11）：131-132.

[12] 呂一心，周橙旻，李臻瑜.我國家具新材料發展現狀綜述[J].家具與室內裝飾，2020（07）：20-22.

作者簡介：葉彬潔（1995—），女，浙江溫州人，碩士在讀，研究方向：工業設計工程。

鐘世祿（1971—），男，江西贛州人，博士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：家具設計與工程、人體工程學、數字化設計與制造及信息管理。