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AR技术在基础教育领域的应用探析论文

时间:2019年08月07号,星期三  来源:互联网整理  作者:匿名  TAG:

  中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)12-0167-02

  随着互联网技术的不断发展,一些新兴的技术越来越被人们熟知,VR(虚拟现实)技术则是这两年比较流行的。VR技术通过让用户置身于虚拟的三维空间环境中,进行人体感官的模拟操作,用户完全沉浸其中,是一种可视化的人机交互,因此也被推广在教育领域,但因其成本较高、对硬件的要求较高,无法在基础教育领域普及。北师大教育技术学院“移动学习”实验室副主任蔡苏博士表示,很多VR教育产品的学科教育与技术融合程度比较低,真正的学科教育专家、一线教师无法参与到VR教育课程、教育产品的开发设计中来,大大影响了VR教学的质量。[1]而AR(增强现实)技术的出现弥补了VR技术的不足,它将虚拟对象置于真实世界中,对其进行分析,产生有意义的探索。基于AR技术的交互手段给教育者提供了新的方式表达给学习对象,也对教育行业产生了巨大的影响。本文主要初探AR技术在基础教育领域的应用,为深入研究AR与学科教育的融合做铺垫。

  1 AR技术的概念及特点

  1.1 AR(增强现实)的概念

  AR(增强现实)作为一种新兴技术,能够使用户在真实环境中就能看到?拟对象,并对其进行操作、旋转。目前,对AR的定义有多种。MILLGRAM定义AR技术为:是一种混合现实(Mixed Reality,MR)[2],是客观世界的真实环境与计算机生成的虚拟环境的连续统一体。HRL实验室的Ronald Azuma把增强现实定义为:虚实融合;实时交互性;三维跟踪定位。[3]基于以上定义,AR技术并不是将虚拟世界与现实世界隔离,而是将其融合在一起,共处同一空间,使得虚拟世界的信息和现实世界的信息得到“无缝”对接,用户可以在最自然的状态下进行三维互动。可见,AR技术搭起了现实世界和虚拟世界的桥梁,让使用者在这类融合环境中自由交互。

  1.2 AR技术的应用特点

  增强现实包含多种技术支撑,其技术原理复杂。其中,最主要的技术是显示技术、跟踪定位技术和标定技术。[4]增强现实技术提供了在一些特殊情况下难以感知的信息,并将他们立体呈现出来。其应用特点可以概括为:

  1)虚实结合。它通过传感器扫描,将其信息呈现在真实环境中,用户可以通过眼镜观看,或者使用手指点击操作,让三维物体360无死角呈现,用户还可根据当前任务或需要交互地改变其大小、形状和外观。

  2)自然的实时交互。增强现实使用户处于一种虚实相结合的真实环境中,与交互对象显得更加真实自然。时间与空间的统一性,让用户体验更加真实的交互感受,这样自然的实时交互带来的是更深层次的趣味性和角色带入感。

  3)实时跟踪。它是三维注册的,可根据用户在真实空间中的位置的变化做出调整,保证人、环境、虚拟信息的同步性。

  4)低成本、便捷实用性。AR技术的实现具有较低的硬件要求,在网络终端、智能移动终端,人们只需安装相应的AR软件,再通过摄像头进行扫描,便可实现增强现实交互体验。用户操作简便,成本低廉,推广度大。

  2 AR技术在基础教育领域的应用形式

  AR技术迅猛发展,覆盖领域甚广。AR技术因其自然交互、实时性、虚实结合性等特点,既符合皮亚杰“把实验室搬到课堂中去的设想和实践”,又符合建构主义学习理论中关于“学习是一种真实情境的体验”的观点。[5]加德纳的多元智能理论认为,人有智能包括言语、数理逻辑、视觉空间等九个方面,增强现实技术所创设的情境为学习者提供了多种能力的发展可能。因此,在上述教育理论的支持下,有关AR技术的教育产品也层出不穷。本文,作者从教与学的角度,从学生的认知角度,探讨以下AR教育应用。

  2.1 AR卡牌

  AR卡牌通过先进的AR技术使纸质的二维卡片或者卡牌立体化呈现出来。用户使用装有相应AR软件的手机、平板电脑等智能终端中的摄像头扫描AR卡片,对应的三维模型及动画即呈现在眼前。如图1所示。

  这类简单的AR教育应用更适合学前儿童或者小学低年级学生,他们的注意力和认知能力有限,通过AR技术吸引学生的注意力,对其进行翻转、缩放或者播放动画等操作,能够在现实场景中出现逼真的动物模型,对小学生来说尤其新颖,通过这些卡牌不仅能延长他们的注意力,更能培养学生的观察和探究能力。

  2.2 AR图书

  AR图书类似于传统图书,学习者可以使用移动设备扫描图书中的内容,一些3D动画、视频、声音就会呈现出来。他可以是针对某个知识点的讲解,可以是某个2D模型呈现为3D模型,还可以是互动游戏等等。它的出现,让书本立体化,弥补了在教科书方面的缺陷,学生犹如亲身体验一般去感受书中的内容,这对孩子的认知能力有较高的提升,也改变了学生的学习方式。例如,在解析数学题型中,一款名为“教科书AR”的app能够将书本的几何图形立体化,这不但增强学生的视觉空间能力,更利于解题。如图2所示。此外,物理课中的凸透镜成像实验。利用AR技术,将虚拟的凸透镜、蜡烛、光源置于真实的学习环境中,学生可以随意移动桌面上的纸片,探索蜡烛成像的原理。

  2.3 AR教育游戏

  AR游戏应用于教育教学中,有多重优势,它可以让学习者沉浸其中,身临其境的探索,基于任务的游戏,基于位置的游戏,都可以提升学习者的协作能力、问题解决等能力。例如,深圳欢乐动漫股份有限公司开发的一款AR教育游戏《蛋计划》,包括AR小故事,AR单词,用户只需下载APP软件,扫描“AR龙卡”,即可进行操作。如图3所示。此外,国内较著名的AR设计平台有幻眼科技[6]以及视+AR[7],使用者即使不懂编程语言,也可以通过该平台设计属于自己的AR作品。未来,真正的学科教育专家、一线教师可以参与到VR教育课程、教育游戏的开发设计中来,大大提高了VR教学的质量。   3 AR对教学的启示

  增强现实技术因其体现情境化教学、协作学习理论、沉浸理论和建构主义教育思想而被逐步应用于教育领域,也被越来越多的教育者所使用、开发。将AR技术用于教学,因其可视化、三维立体化特性,给学生带来视觉冲击,有利于激发学生的学习动机,发展学生的多元化智能。学生处于虚实相结合的空间中,交互更真实,带来更加沉浸式的学习体验。此外,增强现实技术的引入,使得课堂教与学的关系得到转变,学生不再是被迫的学习知识,而是主动的学习、探究,教师则起到设计者、引导者、辅助者的作用。另外,学习者可以拾起一些碎片化的时间,利用移动智能终端设备随时随地的学习,拓展了学生的学习时间和空间。教师还可以利用增强现实技术游戏开展德育活动、安全教育活动,例如卫生从我做起、消防演习等等。总之,将增强现实技术融合于课堂教学,学习者可以真正体验“做中学”“玩中学”带来的乐趣,体现其学习主体性的地位,在自主学习、互动探究、以及协作互助下完成知识的建构。

  随着AR技术的不断深入研究,必定在基础教育领域产生深远的影响,同时为一线教师带来了新的教学体验。但无论是VR技术还是AR技术,它们都是一种教学手段,有其优势和局限性,我们应结合相应的教育教学理论、其他教学手段,合理的开发应用它们,同时需考虑AR过程所带来的教育经费问题。

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