基于微信小程序的WebAR在醫用物理學教學中的應用探索

王伊文

摘? 要：WebAR作為增強現實的實現形式之一，為增強現實應用的開發提供了新的可能。本研究將微信小程序作為應用終端，立足醫用物理課程的特點，結合當下的教學現狀和需求，嘗試結合WebAR技術與醫用物理學教學，構建相關教學資源。

關鍵詞：增強現實;WebAR;醫用物理學;微信小程序

中圖分類號：G40-057? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）27-0127-03

近年來，信息技術正經歷著快速發展，新一代科技革命以數字化、網絡化、智能化為根本特征，增強現實作為其中一種高新技術手段，連續三年以影響高等教育變革的重要技術在地平線報告[1]中被提及，該技術正在與教育進行融合，在教學中發揮越來越重要的作用。

與目前研究較多的移動增強現實不同，WebAR可以輕松地運行在各個系統的Web瀏覽器上。在5G網絡的支持下，WebAR將繼續大力發展。本研究嘗試將WebAR運用于醫用物理學課程教學中，針對該門課程設計教學資源，以微信小程序為平臺，利用增強現實技術將創設的虛擬模型融合于真實的課程環境中，為學習者提供一種針對性較強的人機互動數字資源，為醫用物理學學科的教學創新帶來新的契機。

一、WebAR概述

增強現實（Augmented Reality，AR）是虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）的一個重要分支，其可以延伸用戶的視覺功能，增強用戶的視覺感受，并能于真實世界和虛擬信息相疊加的環境里進行交互。

增強現實主要有三種實現形式：基于專用硬件設備的AR、基于移動設備原生能力的AR、基于瀏覽器端的AR（WebAR）。基于專用硬件設備的AR常用于專業領域，如戶外運動、3d游戲、醫療等[2-3]，其存在專用設備成本高、攜帶不方便的缺點;基于移動設備原生能力的AR將各類增強現實場景增加到移動設備上，移動終端有著良好的便攜性和易用性，但不具有跨平臺性，需要占據用戶設備內存，不易傳播。

由此，基于Web的AR技術開始逐漸萌芽，用戶可以利用網頁超鏈接機制將AR的功能嵌入到各種Web網頁中，并且能夠方便地進行轉發、分享和傳播。這解決了專用設備成本高、不易攜帶以及開發App需要跨平臺、開發成本高，消耗用戶流量和內存的問題，為實現AR應用的大規模、跨平臺的傳播和分享奠定了基礎，為解決AR的普適化應用難題提供了一種新的研究方向和技術可能。

二、醫用物理課程教學存在的相關問題

1. 課時少。醫用物理僅有32課時，但知識內容眾多，因此教師在上課過程中僅能關注到課堂知識內容，而無法拓展講解對于物理學的一些科普、物理學與醫學知識的融合等激發學生學習興趣的內容。2. 學生的理科基礎各不相同。醫學專業的學生在物理方面部分基礎扎實、部分基礎薄弱，對知識的理解速度不同，教師在上課時無法進行針對性的教學。3. 教學知識和醫學脫節。醫用物理學作為一門物理學與醫學相融合的學科，面向的是醫學專業的學生，但缺少醫學部分的內容，將物理學知識作為主要的學習內容，與物理專業學生所學習的大學物理課程相似，沒有體現出醫用物理學的學科特色。對于醫學專業的學生而言，無法結合自己的專業實際，也就不能完全理解物理學與醫學應用之間的聯系。4. 授課方式單調。在目前的醫用物理課程教學中，幻燈片是常見的教學資源，知識的呈現形式較為單一，基本為文字圖片等二維素材，或是微課類的視頻教學資源。

三、WebAR在醫用物理課程教學中的應用設計

1. 融合教學目標設計可視化教學資源。醫用物理學旨在授予學生比較系統的物理學知識，使學生能夠掌握物理的基本概念、原理及應用。其中，部分物理概念和原理較為抽象，利用增強現實技術開發三維模型，可將抽象的學習內容形象化、可視化，將原本枯燥、難以理解的學習內容直接以三維立體的形式呈現出來，直觀的模型與原理演示有助于提高學習者學習興趣，提高他們對知識內容的認知水平。

2. 激發學生自主學習和探究性學習。首先，學習者在通過接觸教學資源中的知識內容開展學習時，基于增強現實的教學資源與其他多媒體學習資源庫相比，能夠最大限度增強學習者的學習體驗;其次，需要為學習者提供相關例題以及實際醫學中的適用案例，分析各個理論上的知識點如何運用在試題以及實際生活中，激發學習者的好奇心，使學習者可以根據自己的興趣和需要，開展自主學習以及探究性學習;最后，通過測試題進行反饋，學習者可以根據反饋結果，對未完全掌握的知識內容繼續開展學習活動。

3. 增加教學評價模式。通過微信小程序可以方便地獲得各種學習過程中的相關數據，這些監控為督促學習者自主學習、養成良好的學習習慣、提高學習的質量提供了保障，同時也是教師對學習者進行個性化教育的一個非常有效的手段[4]。學習者的賬號中可以保存各知識板塊的測試題并得到錯題反饋，教師可以通過學習者的測試成績、學習時長、交互參與度等數據，利用信息技術進行綜合評價，使其成為完整教學評價的一部分參考。由此，設計了教學資源的六個主要功能板塊。如圖1所示為基于六個主要功能板塊設計的小程序功能結構。

①模型演示與交互——根據課本圖片和教師教案，將單元中涉及到的二維圖片以三維模型的形式進行可視化展示，并支持學習者對模型中的參數進行調節，觀察模型的實時變化以提高對知識內容的認知水平，為學生提供在物理空間多角度觀察和交互的操作。②概念介紹與原理講解——采用視頻和音頻相結合的方式，對知識點進行詳細介紹，學生可重復觀看以確保理解概念及原理。③醫學實例拓展——將物理學知識點與醫學中的應用實例結合在一起，如流體和藥物通過毛細血管擴散有關、超聲波在醫學中的應用等，以此提高學生的學習興趣。④相關知識推薦——學生掃描書本圖片后，屏幕上出現該圖片的現象演示模型以及相關知識點，如掃描伯努利方程的原理圖片后出現伯努利方程的部分應用，以此增加知識點的關聯性與梯度性，使學生能夠更好地進行探究性學習。⑤例題探究與分析——在學生對知識點進行學習后，提供相關的例題以提高學生對知識的掌握程度。例題與單元知識點息息相關，學生可通過對例題的探究對知識擁有進一步的理解與掌握，促進學生的自主學習和探究性學習。⑥測試與反饋——向學生提供測試試題與反饋，學生可通過測試的反饋了解自己對該單元的學習掌握情況，對尚未掌握或仍存有疑惑的部分可進行再次學習，以達到完全理解和掌握的狀態。

四、結語

本文對醫用物理學目前存在的課程問題進行了歸納總結，設計了基于WebAR的醫用物理教學資源，旨在進一步教學改進醫用物理學，為學習者提供新形式的教學資源。將三維模型以增強現實的形式呈現給學習者，并且提供與模型的實時交互，為學生提供直觀的演示、沉浸體驗有助于激發學生的學習積極性，加深學生對知識的記憶，促進學生對知識的理解，提高教學效果。并且，讓學生參與到對知識的主動發現和主動構建的過程中，提高學習者的自主學習能力，同時也提供給學習者一種個性化的學習方式。

5G時代來臨，基于瀏覽器端的增強現實技術突破了過去幾年的困境，解決了部分移動增強現實無法解決的問題，為增強現實帶來新的實現形式以及承載方式。本文中以微信小程序為該WebAR教學資源的載體，微信小程序擁有優質的開發性能，設計者能夠快速利用微信小程序搭建學習體系[5]，從開發角度，降低了教學資源的開發難度，這將有助于一線教師直接參與教學資源的設計與開發，對課程有著積極影響。

參考文獻：

[1] 蘭國帥，郭倩，張怡，等. 影響未來高等教育教學的宏觀趨勢、技術實踐和未來場景——《2020年EDUCAUSE地平線報告（教學版）》要點與思考[J]. 開放教育研究，2020，26（02）：27-39.

[2] Kuhn，J.，Lukowicz，P.，Hinth，M.. gPhysics-Using Smart Glasses for Head-Centered，Context-Aware Learning in Physics Experiments[J]. IEEE Transactions on Learning Technologies，2016，9（04）：304-317.

[3] 梁佳博. 智能眼鏡的設計與功能研究[D]. 西安：西安科技大學，2017.

[4] 朱學偉，朱昱，徐小麗. 微信支持下的移動學習平臺研究與設計[J]. 中國遠程教育，2014（04）：77-83.

[5] 劉艷. 微信小程序視域下移動學習平臺的搭建與研究[J]. 信息與電腦，2019（14）：78-80.

（薦稿人：武荷嵐，同濟大學副教授）

（責任編輯：汪旦旦）