XR技術在教育出版融合發展中的應用探究

［摘要］教育出版的融合發展不僅是出版業轉型升級的關鍵，還是教育數字化戰略實施的重要一環。隨著5G、人工智能、微顯示等關聯技術的發展，一直受限于網絡帶寬、內容生態、基礎設備的XR技術，將在教育出版領域得到更多的重視和應用。文章通過闡述教育出版XR融合發展相關案例，剖析XR技術在教育出版融合發展中的應用，分析教育出版XR融合發展的未來方向和趨勢，以期為教育出版深度融合發展以及教育數字化提供參考。

［關鍵詞］擴展現實；虛擬現實；教育出版；融合發展；教育應用

早在21世紀初，AR技術就開始應用于出版領域。到了2016年，AR、VR技術開始廣泛應用于出版行業，國內AR、VR融合出版進入快速發展期。之后，隨著5G、AI、云計算等關聯技術的不斷發展，大眾對AR、VR技術的認可度不斷提升，催生“云課堂”“云展覽”等新業態。2021年，“元宇宙”概念紅遍全球，作為元宇宙基礎技術之一的XR技術也得到了二次發展。2023年，“AIGC”成為科技和數字經濟領域的熱門概念，其在內容生成、智能學習等方面給出版業與XR技術的進一步融合發展帶來了新的契機。雖然，目前看來XR技術并沒有給出版業帶來顛覆性的變革，但是其相關應用確實給讀者帶來了非凡的體驗，促進了讀者與作者、出版單位的互動，給出版業提供了新的創新發力點［1］。

在教育領域，傳統課堂教學模式存在交互性不足、體驗感不強等缺陷，許多抽象概念、復雜實驗、微觀或宏觀情境難以在課堂上呈現，使得教學效果大打折扣。而XR技術具有視覺效果高度擬真、抽象知識具象化、學習反饋及時、快速消除語言障礙等特點［2］，可以很好地彌補傳統課堂教學模式的相關缺陷。具身認知理論強調身體活動及體驗過程對認知塑造的重要性，這為XR技術用于教育領域奠定了理論基礎［3］。在融入XR技術的課堂中，學生可以通過視覺、聽覺和觸覺等感官直接參與互動，從而將抽象的知識轉化為具象的互動資源，進一步形成有效的認知［4］。

一、XR技術概述

XR 是“擴展現實”（Extended Reality）的英文縮寫，指通過計算機技術將真實世界與虛擬世界相結合，打造一個可人機交互的虛擬環境。XR旨在模糊真實世界與虛擬世界的界限，構建沉浸式虛擬體驗環境，其包括增強現實（Augmented Reality，AR）、虛擬現實（Virtual Reality，VR）、混合現實（Mixed Reality，MR）、觸感（Haptic）技術等［5］。

AR是將可交互的虛擬物體或信息疊加在真實環境中，使用者可通過智能手機、平板電腦以及AR眼鏡等設備，在看到現實世界的同時獲取虛擬信息或與虛擬物體互動。VR是為使用者完全模擬一個虛擬環境，使用者通過頭顯設備和傳感器設備來沉浸式參與虛擬環境中的活動。MR是將現實世界和虛擬環境相融合，通過全息圖打破現實世界與虛擬環境的界限，可以被認為是AR與VR的組合，使用者能夠與現實世界和虛擬環境中的物體進行交互。元宇宙本身不是一種技術，其整合了XR、數字孿生、區塊鏈、大數據等不同的技術，更加強調虛實相融，是一種仍在演變和發展的概念。元宇宙需要XR提供技術支持，而XR則需要元宇宙促進技術和應用突破，兩者相輔相成。因此，自元宇宙誕生以來，便給XR技術和相關行業帶來新的發展契機。當前，XR偏向于“手眼+語音”的多模態交互以及跨平臺連接，正朝著軟硬件系統集成和內容生態協同發展的方向演進［6］。

二、XR技術在教育出版中的應用

當前，隨著5G、AI、元宇宙等關聯技術和概念的發展，XR技術已開始應用于各行各業。例如，XR技術與廣電媒體的深度融合，不僅可以應用于綜藝節目的制作，還可以應用于展會等旅游文化活動［7］。在課堂教學中，教師借助XR技術能夠在生物學課堂上開展交互式教學和虛擬實驗［8］。在教育出版領域，諸多出版單位將原有的優質內容通過XR技術進行數字化、具象化出版。

（一）融媒體圖書

對XR技術的出版應用，最主要、最常見的切入點就是融媒體圖書。例如，諸多出版單位巧妙地將紙質圖書的內容嵌入XR軟件，然后借助手機、平板或者頭顯設備為讀者提供新奇、互動式的閱讀體驗。這類融媒體圖書主要集中于少兒、科普、教育等細分領域，XR技術提供的動畫特效、互動設計等，使得圖書更加立體，內容更加豐滿，從而深受讀者的喜愛。例如，武漢出版社聯合武漢市科學技術協會出版的《身邊的鳥》AR/3D互動科普圖書，就是根據《身邊的鳥》紙質圖書，通過三維建模、智能交互等技術生動還原了書中鳥類的模樣和聲音，將科普性和趣味性相融合［9］。

（二）XR教材教具

教材教具是XR技術在教育領域應用的主要媒介。在教育出版場景中，XR技術的引入能夠革新教學內容的呈現形式，諸如AR教材、VR教輔、3D多功能地球儀等，通過3D建模和交互設計將二維圖片轉化為三維模型，將靜態展示轉變為動態演示，讓課堂教學更加有趣、具象，使學生能夠邊觀察、邊操作、邊思考。例如，人民教育出版社開發的小學英語AR識別課本，學生通過手機掃描課本上的二維碼便可欣賞課本中人物的動畫場景。這種情景式學習體驗，可以幫助學生理解文章，從而提高語言交流和溝通能力。此外，該AR教材還提供了實時翻譯功能，能夠協助學生更好地理解文本內容，進而增強他們的語言綜合運用能力。

（三）虛擬實驗室

虛擬實驗室是XR技術一種重要的教育創新應用。XR技術的沉浸式體驗功能能夠為實驗教學提供情境體驗，其交互功能能夠為實驗教學提供實踐模擬。XR虛擬實驗相較于傳統的幻燈片具有沉浸度高、真實性強、交互性強等特點，而相較于實際操作又具有易開展、局限少、場景多等特點，有助于學生掌握真實環境中難以實現、危險性高、成本高昂的實踐內容。2018年，工業和信息化部發布了《關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見》，指出推進虛擬現實技術在物理、化學、生物、地理等實驗性、演示性課程中的應用，構建虛擬教室、虛擬實驗室等教育教學環境［10］。為此，不少出版單位開發了虛擬實驗室產品，如廣東教育出版社針對中小學物理、化學、生物等科學類課程實驗開發了“粵教虛擬實驗室”。該實驗室基于廣東教育出版社出版的實驗冊、操作手冊等圖書內容，借助XR技術在科學類實驗中的技術優勢，開發覆蓋初高中物理、化學、生物三科近800項實驗項目，旨在促進中小學生核心素養的全面發展。

（四）XR教學/學習系統

XR技術在教育出版領域另一個重要應用是XR教學/學習系統。自AR、VR技術面世以來，就有出版單位和互聯網教育機構探索將其融入教學/學習系統中，尤其是在新冠疫情期間，不少出版單位和互聯網教育機構紛紛加入這一應用的開發行列中。出版單位可以應用XR技術賦能智慧課堂，通過將XR技術與圖書、教材教具、虛擬實驗室等產品和應用深度融合，結合其他多樣化的教學資源和工具，構建一個集成化的統一教學平臺或系統。這一平臺或系統能夠輔助教師將抽象的知識內容具象化、形象化、直觀化地展示給學生，從而增強課堂教學的趣味性、吸引力，引導學生更加主動、高效地探索和學習。例如，上海人民出版社開發的“黨史學習教育智慧研讀平臺”，其以紙質黨史學習出版物的優質內容為依托，構建VR思政教育課程資源庫，利用人工智能、空氣成像系統等，打造VR多人沉浸式交互平臺、VR全景漫游式學習體驗館、“AI+VR”黨建智慧沙盤系統等場景式互動產品。

三、教育出版XR融合發展探究

（一）聯合新一代信息技術融合發展

隨著5G、AI、云計算等新一代信息技術的發展，聯合新一代信息技術的XR技術的應用前景廣闊。出版單位可以利用5G等新一代無線通信技術的高速率和低時延特點，實現設備的無線化，支持多用戶的實時交互，探索高清交互式課堂教學、實時情景化遠程教學、虛擬仿真實驗教學等“5G+XR”的教學模式，這樣一方面能夠提高教學資源的動態性、豐富性，另一方面能在一定程度上彌補傳統教學形式單一的缺陷［11］。出版單位借助光學透視技術，通過半透明的光學合成器將虛擬環境圖像與真實世界光線直接合成，從而擺脫傳統鍵鼠交互方式的束縛，大大拓寬了XR技術在教育領域的應用場景。此外，以AIGC為代表的智能技術的迅猛發展以及云計算技術的不斷迭代，為XR的深入應用提供了相應的智能化和算力保障。盡管新一代信息技術還未完全融合XR技術，也未給教育出版領域帶來明顯變化，但其在教育出版領域已經具備巨大的發展潛力。相信在不久的將來，在XR、5G、AI、云計算等新一代信息技術的支持下，教育和出版的整體形態、模式將變得更加智能化。

（二）元宇宙教育出版

教育出版XR融合發展的重要方向就是元宇宙教育出版。XR技術與元宇宙具有天然耦合性，人們普遍認為元宇宙是XR技術實現再次突破的關鍵點。目前，出版行業已出現基于XR技術和數字孿生技術的元宇宙平臺探索案例。例如，數傳集團2022年推出的元宇宙品牌沐然星Metabookstore，包含元宇宙書店、元宇宙圖書、數字藏品在內的元宇宙體系。在教育出版領域，相較于XR技術，元宇宙通過創設虛實交融新場景，為用戶提供了前所未有的沉浸交互體驗，并成功構建了技術深度融入教育的新格局，從而在多個方面實現了顯著的超越［12］。但是，XR技術畢竟只是一種融合出版的新媒介，其發展時間短，技術和產品形式還不太成熟，尤其是元宇宙概念目前尚有爭議，存在諸多發展亂象。因此，我們要在肯定元宇宙發展前景和創新活力的基礎上，拒絕盲目炒作和概念泛化，要回歸其技術本身，對元宇宙保持理性認識［13］。

四、結語

近幾年，AR、VR、MR等XR技術以及元宇宙一直都是教育、出版等行業的關注焦點。一些教育和出版領域的學者圍繞XR技術本身、行業應用、場景拓展開展了相關研究，許多一線教師和出版單位也進行了教學和出版方面的實踐探索，取得了諸如情境式互動教學、XR融媒圖書、XR教材教具、虛擬實驗室、XR教學/學習系統等成果。同時，隨著5G、AI、元宇宙等先進技術和概念的飛速發展，曾經因技術滯后和基礎設施不完善而受限的XR技術，如今從多個方面展現了前所未有的廣闊發展前景。當然，教育出版XR融合發展的過程中，也存在諸如內容單一化、用戶體驗缺乏持久性、行業融合型人才匱乏、審查監管不完善等問題。“十四五”時期是我國出版業轉型升級和教育數字化戰略實施的關鍵時期，將更多新技術高效、有機地融入教育出版中，開發出更多融合出版新模式，出版更多教育出版精品，推進教育出版深度融合發展，是當下教育出版從業者的時代使命。

［參考文獻］

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［9］鄧楊.新聞出版與虛擬現實技術的融合發展［J］.印刷文化（中英文），2023（04）：185-192.

［10］工業和信息化部關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見［EB/OL］.（2018-12-21）［2024-05-02］.https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5442943.htm.

［11］范文蓉，劉峰.“5G+XR”教育場域的構建、要素創新及應用場景［J］.計算機時代，2023（01）：116-119.

［12］魯崢.從擴展現實到元宇宙：教育與數字技術融合的新趨勢［J］.教育信息技術，2023（01）：105-109.

［13］劉革平，秦渝超.教育元宇宙的概念厘定、結構框架與生態圖景［J］.新疆師范大學學報（哲學社會科學版），2023（05）：54-66.