信息技術(shù)在新形態(tài)一體化教材中的應(yīng)用與實踐

溫鵬飛

高等教育出版社 北京 100029

引言

當前，在職業(yè)教育領(lǐng)域隨著信息技術(shù)促進教育教學改革的不斷深化，傳統(tǒng)的教學模式和學習方式正在發(fā)生巨大的變化，傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材已經(jīng)遠遠不能滿足信息化時代教育教學的需要[1]。與此同時，新形態(tài)一體化教材作為一種結(jié)合了眾多信息技術(shù)手段的新型教材應(yīng)運而生，并逐漸成為高職教材的主要形式，它的出現(xiàn)體現(xiàn)了現(xiàn)代職業(yè)教育教學創(chuàng)新的發(fā)展方向，滿足了教育信息化背景下教與學的需求，是高等職業(yè)教育領(lǐng)域教材發(fā)展的一次重大的革新[2]。

1 新形態(tài)一體化教材的概念和特點

新形態(tài)一體化教材是以紙介質(zhì)教材為核心，數(shù)字化資源相配合的新型教材產(chǎn)品。通過紙質(zhì)教材和數(shù)字化資源的一體化設(shè)計，充分發(fā)揮紙質(zhì)教材體系完整、數(shù)字化資源呈現(xiàn)多樣等特點，并通過二維碼技術(shù)、AR技術(shù)等信息技術(shù)手段，結(jié)合新穎的版式設(shè)計和內(nèi)容編排，建立紙質(zhì)教材和數(shù)字化資源的有機聯(lián)系，支持學習者使用移動終端進行學習，形成相互配合、相互支撐的知識體系，從而提高教材的適用性和服務(wù)課程教學的能力。

2 二維碼技術(shù)在新形態(tài)一體化教材中的應(yīng)用

2.1 二維碼技術(shù)的特點和優(yōu)勢

二維碼是利用在平面的二維方向上按一定規(guī)律分布的、黑白相間的幾何圖形來記錄數(shù)據(jù)、信息的條碼，可通過圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。伴隨著我國手機移動上網(wǎng)用戶的爆發(fā)式增長，二維碼技術(shù)已從一項單純的圖形存儲技術(shù)，迅速普及到信息查詢、文化傳播、商務(wù)應(yīng)用等方面，成為互聯(lián)網(wǎng)的重要接入口。當前，二維碼技術(shù)在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，得益于它自身的如下特點和優(yōu)勢：

2.1.1 高密度編碼，信息容量大：二維碼通過利用垂直方向的尺寸來提高條形碼的信息密度，通常情況下其密度是一維條形碼的幾十到幾百倍。

2.1.2 編碼范圍廣：文字、圖片、音頻、視頻等可以數(shù)字化的信息均可進行編碼，用二維碼表示出來。

2.1.3 容錯能力強，具有糾錯功能：二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，照樣可以正確得到識讀，損毀面積達30%仍可恢復信息。

2.1.4 形狀、尺寸、比例均可改變，不影響條碼內(nèi)容的識別，因而便于屏幕顯示和印刷使用。

2.2 二維碼技術(shù)在教材中的應(yīng)用

傳統(tǒng)教材內(nèi)容是以“文字+圖片”的形式來呈現(xiàn)的，而與教材配套的微課、動畫、課件等數(shù)字資源無法直接隨教材呈現(xiàn)。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，二維碼技術(shù)被引入教材中，將教材的配套數(shù)字資源做成二維碼，并把二維碼印在與教材內(nèi)容相對應(yīng)的位置上，學習者在學習教材知識內(nèi)容時，可以通過移動設(shè)備隨時掃描書上的二維碼進行自主學習，豐富的數(shù)字資源提高了學習者的學習興趣，提升了學習效果。可以說，將二維碼技術(shù)引入紙質(zhì)教材中去，成功實現(xiàn)了紙質(zhì)教材與數(shù)字資源的一體化結(jié)合。當前，“紙質(zhì)教材+二維碼”形式的新形態(tài)一體化教材已成為高職教材的主流形式，它主要有以下幾方面的特點和優(yōu)勢：

2.2.1 可以承載多樣化的數(shù)字資源。通過二維碼技術(shù)，可以承載現(xiàn)今幾乎所有類型的教學資源，除了可以通過掃碼展現(xiàn)電子教案、課件等文本類資源，還可以展現(xiàn)微課、動畫等視頻類資源，甚至掃碼測試、掃碼完成虛擬仿真任務(wù)等交互式學習任務(wù)也可以通過二維碼技術(shù)實現(xiàn)。多樣化的數(shù)字資源通過二維碼與紙質(zhì)教材結(jié)合起來，大大拓展了教材內(nèi)容的表現(xiàn)形式，提升了教師的教學質(zhì)量和學生的學習效果。

2.2.2 資源內(nèi)容可以實時更新。傳統(tǒng)紙質(zhì)教材一旦印刷出版，內(nèi)容就已固定，在教材下次修訂再版前無法對內(nèi)容實施更新，教材中的錯誤和過時內(nèi)容將會一直存在。而二維碼所鏈接的數(shù)字資源，一旦需要修改，只需用新的資源替換服務(wù)器中的原有資源，二維碼所鏈接的資源就實現(xiàn)了實時更新，而書中所印的二維碼無須做任何改動，這就使得專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的新發(fā)展、新知識、新工藝可以通過數(shù)字化教學資源及時補充到教材中去。

2.2.3 提升學習者的自主學習能力。傳統(tǒng)教材以“文字+圖片”作為主要的內(nèi)容展現(xiàn)形式，學習者通過教材進行自主學習時，遇到問題無法及時得到解決，學習后也缺少及時的測試手段，學習效果無法及時得到反饋。而使用新形態(tài)一體化教材，學習者可以通過掃描書上的微課二維碼，觀看帶有教師講解的微課視頻；也可以掃描書上的小測試二維碼，進行在線測試，測試后可實時看到測試結(jié)果和題目解析。可以說，二維碼技術(shù)將教學資源直接引入了教材學習過程中，改變了傳統(tǒng)單一的學習形式，大大提高了學習者的自主學習能力。

3 AR技術(shù)在新形態(tài)一體化教材中的應(yīng)用

3.1 AR技術(shù)的特點和優(yōu)勢

AR技術(shù)，即增強現(xiàn)實技術(shù)，是一種全新的人機交互技術(shù)，它將原本在現(xiàn)實世界的空間范圍內(nèi)比較難以進行體驗的實體信息在信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，實施模擬仿真處理，將虛擬信息內(nèi)容疊加在真實世界中加以有效應(yīng)用，使真實環(huán)境和虛擬物體能夠在同一個畫面以及空間中同時存在，從而實現(xiàn)超越現(xiàn)實的感官體驗[3]。AR技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用到教育、醫(yī)療、建筑等多個領(lǐng)域，得益于它自身的以下特點和優(yōu)勢：

3.1.1 虛實結(jié)合性。AR技術(shù)實現(xiàn)了真實世界與虛擬世界的結(jié)合，使用者只需要通過相應(yīng)的外部設(shè)備便可以將真實世界與計算機所生成的虛擬場景重疊成為一體，使使用者在視覺上形成一個真實完整的使用場景。

3.1.2 實時交互性。AR技術(shù)將虛擬場景中的圖像、聲音、觸覺等變化同步到真實世界中，具有實時交互性，使使用者沉浸到“現(xiàn)實+虛擬”的場景中，大大增強了使用的趣味性。

3.1.3 3D定位性。AR技術(shù)使虛、實場景融合為一體，可實現(xiàn)在三維空間中自由增添、定位虛擬物體，這項應(yīng)用前景廣闊，具有很強的實用性。

3.2 AR技術(shù)在教材中的應(yīng)用

傳統(tǒng)教材是以“文字+圖片”的形式來組織教材內(nèi)容，文字內(nèi)容用來進行理論知識的介紹，輔以圖片來讓學習者對所學知識建立更直觀、立體的理解，但是限于圖片只能展示二維、單一角度、靜態(tài)內(nèi)容的局限性，學習者只能通過自身的想象力來重構(gòu)教材內(nèi)容，這就大大提高了教師的講授難度和學習者的學習難度，這種問題對專業(yè)課內(nèi)容涉及立體化、動態(tài)化、實操要求高的專業(yè)表現(xiàn)得尤其明顯。但是，在教材中引入AR技術(shù)后，上述問題均得到了很好的解決，例如，在建筑類專業(yè)中，二維圖片難以反映建筑結(jié)構(gòu)的立體形態(tài)，難以多角度呈現(xiàn)復雜的建筑結(jié)構(gòu)特征，AR技術(shù)可以在虛擬空間對建筑結(jié)構(gòu)的三維模型進行立體、多角度展示，對建造過程進行分步驟動態(tài)演示；在機械類專業(yè)中，AR技術(shù)可以展現(xiàn)二維圖片無法展現(xiàn)的機械零件的裝配過程，以及以動態(tài)形式展現(xiàn)機械零件運轉(zhuǎn)情況；在醫(yī)學類專業(yè)中，人體組織也可以在AR模型空間中多角度、動態(tài)展示，還可以在虛擬空間模擬整個治療過程。AR技術(shù)應(yīng)用于教材中后，給傳統(tǒng)教材帶來的改變和提升主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.2.1 AR技術(shù)提升了教材內(nèi)容的呈現(xiàn)力。傳統(tǒng)教材受制于紙質(zhì)書籍內(nèi)容表現(xiàn)形式單一的限制，無法以多種形式呈現(xiàn)多樣化的教材內(nèi)容，而AR技術(shù)應(yīng)用于教材中很好地解決了這個問題。AR技術(shù)可以立體化、360°展現(xiàn)教材中的內(nèi)容，可以動態(tài)化地演示教材中需要表達的動態(tài)過程內(nèi)容（如圖1），給學習者提供了全方位的體驗式教學場景，大大提升了學習的直觀性，并顯著降低了教師的教授難度和學習者的學習難度，提升了學習效果。

圖1 AR技術(shù)提升內(nèi)容表現(xiàn)力

3.2.2 AR資源和教材內(nèi)容實現(xiàn)一體化結(jié)合。一般的新形態(tài)一體化教材多采用二維碼技術(shù)實現(xiàn)多種數(shù)字化資源與紙質(zhì)教材的結(jié)合，但是二維碼需要專門印刷在教材的特定位置，使用移動終端掃碼時需要有WiFi或者移動網(wǎng)絡(luò)支持，這就使二維碼技術(shù)的使用受到網(wǎng)絡(luò)條件的限制。而使用AR技術(shù)，可以將數(shù)字資源直接內(nèi)嵌于紙質(zhì)教材的內(nèi)容版面中，提前安裝好專門的App，使用時無須連接網(wǎng)絡(luò)，直接打開App掃描印有AR標識的版面即可進入AR模型空間，就可以利用展現(xiàn)出的AR資源進行學習。使用AR技術(shù)的新形態(tài)一體化教材，在外觀、版面上與普通紙質(zhì)教材沒有任何差異，但是卻實現(xiàn)了AR資源和教材內(nèi)容的深度一體化結(jié)合。

3.2.3 AR技術(shù)實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合。傳統(tǒng)紙質(zhì)教材只能實現(xiàn)教材內(nèi)容對學生的單向傳遞，學習者與所學內(nèi)容缺乏交互，無法進行直接體驗書中所描述的操作過程。使用AR技術(shù)，學習者可以在虛擬空間完成對所學內(nèi)容的交互式體驗，可以在虛擬場景下便捷體驗教材中所描述的操作過程。AR技術(shù)拓展了教材內(nèi)容的呈現(xiàn)范圍，完成了現(xiàn)實學習場景與虛擬學習空間的有效結(jié)合，這種互動式的學習方式，可以激發(fā)學習者的學習興趣，提升自主學習能力。

4 結(jié)束語

在當前高等職業(yè)教育領(lǐng)域教育信息化大發(fā)展的時代背景下，以二維碼技術(shù)、AR技術(shù)為代表的信息技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于新形態(tài)一體化教材的教學實踐中，下一步，要緊跟信息技術(shù)的最新發(fā)展方向，努力將更多先進的信息技術(shù)應(yīng)用于教材的發(fā)展與變革中，使新形態(tài)一體化教材成為高職教育教學的重要支撐，進一步推動高等職業(yè)教育事業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。