隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新興技術(shù)越來越為人們所熟知，VR(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)是近兩年比較流行的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使用戶處于虛擬三維空間環(huán)境中，模擬人體感官，用戶完全沉浸其中，是一種可視化的人機(jī)交互，因此也在教育領(lǐng)域得到推廣，但由于成本高，硬件要求高，不能在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域推廣。北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院“移動(dòng)學(xué)習(xí)”實(shí)驗(yàn)室副主任蔡蘇博士表示，許多虛擬現(xiàn)實(shí)教育產(chǎn)品的學(xué)科教育和技術(shù)整合相對(duì)較低，真正的學(xué)科教育專家、一線教師不能參與虛擬現(xiàn)實(shí)教育課程、教育產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，極大地影響了虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)的質(zhì)量。[1]AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不足。它將虛擬對(duì)象置于現(xiàn)實(shí)世界中，進(jìn)行分析，產(chǎn)生有意義的探索?；贏R技術(shù)的互動(dòng)手段為學(xué)習(xí)對(duì)象提供了一種新的表達(dá)方式，也對(duì)教育行業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。本文主要探討了AR技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用，為深入研究AR與學(xué)科教育的融合鋪平了道路。
1AR技術(shù)的概念和特點(diǎn)
1.1AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))的概念
AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）作為一種新興技術(shù)，用戶可以在真實(shí)環(huán)境中看到擬議對(duì)象，并進(jìn)行操作和旋轉(zhuǎn)。目前，人工資源的定義有很多種。MILGRAM將人工資源技術(shù)定義為：它是一種混合現(xiàn)實(shí)（MixedReality，MR）[2]是客觀世界真實(shí)環(huán)境與計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境的連續(xù)統(tǒng)一。HRL實(shí)驗(yàn)室的Ronaldazuma將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定義為：虛擬與現(xiàn)實(shí)的融合；實(shí)時(shí)交互；三維跟蹤定位。[3]基于上述定義，AR技術(shù)不是將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界隔離，而是將虛擬世界的信息與現(xiàn)實(shí)世界的信息“無縫”連接起來，用戶可以在最自然的狀態(tài)下進(jìn)行三維交互?？梢钥闯?，AR技術(shù)在現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界之間架起了一座橋梁，允許用戶在這種融合環(huán)境中自由交互。
1.2AR技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)包括各種技術(shù)支持，其技術(shù)原理復(fù)雜。其中，最重要的技術(shù)是顯示技術(shù)、跟蹤定位技術(shù)和校準(zhǔn)技術(shù)。[4]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在某些特殊情況下提供了難以感知的信息，并呈現(xiàn)了它們。其應(yīng)用特點(diǎn)可概括為：
1）現(xiàn)實(shí)與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合。它通過傳感器掃描將其信息呈現(xiàn)在真實(shí)環(huán)境中。用戶可以通過眼鏡觀看，也可以使用手指點(diǎn)擊操作，使三維物體360無死角。用戶還可以根據(jù)當(dāng)前任務(wù)或需要交互改變其大小、形狀和外觀。
2)自然的實(shí)時(shí)交互。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，讓用戶處于虛實(shí)結(jié)合的真實(shí)環(huán)境中，與互動(dòng)對(duì)象更加真實(shí)自然。時(shí)空的統(tǒng)一，讓用戶體驗(yàn)到更真實(shí)的互動(dòng)感受，讓自然的實(shí)時(shí)互動(dòng)帶來更深層次的趣味性和角色帶入感。
3)實(shí)時(shí)跟蹤。它是三維注冊的，可以根據(jù)用戶在真實(shí)空間中的位置進(jìn)行調(diào)整，以確保人、環(huán)境和虛擬信息的同步。
4)成本低，方便實(shí)用。AR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件要求較低。在網(wǎng)絡(luò)終端和智能移動(dòng)終端中，人們只需要安裝相應(yīng)的AR軟件，然后通過攝像頭掃描，就可以增強(qiáng)真實(shí)的交互體驗(yàn)。用戶操作簡單，成本低，推廣程度高。
2AR技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用形式
AR技術(shù)發(fā)展迅速，涵蓋了廣泛的領(lǐng)域。AR技術(shù)不僅符合皮亞杰“將實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到課堂上的想法和實(shí)踐”，而且符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中“學(xué)習(xí)是一種真實(shí)情境的體驗(yàn)”的觀點(diǎn)。[5]加德納的多元智能理論認(rèn)為，人類智能包括言語、數(shù)學(xué)邏輯、視覺空間等九個(gè)方面，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造的情境為學(xué)習(xí)者提供了多種能力的發(fā)展可能性。因此，在上述教育理論的支持下，AR技術(shù)的教育產(chǎn)品也源源不斷地涌現(xiàn)出來。本文從教學(xué)和學(xué)習(xí)的角度，從學(xué)生認(rèn)知的角度，探討了以下AR教育的應(yīng)用。
2.1AR卡牌
AR卡通過先進(jìn)的AR技術(shù)三維呈現(xiàn)紙質(zhì)二維卡或卡。用戶使用配備相應(yīng)AR軟件的手機(jī)、平板電腦等智能終端的攝像頭掃描AR卡，并呈現(xiàn)相應(yīng)的三維模型和動(dòng)畫。如圖1所示。
這種簡單的AR教育應(yīng)用更適合學(xué)齡前兒童或小學(xué)低年級(jí)學(xué)生，他們的注意力和認(rèn)知能力有限，通過AR技術(shù)吸引學(xué)生的注意，翻轉(zhuǎn)、縮放或播放動(dòng)畫，可以出現(xiàn)真實(shí)的動(dòng)物模型，對(duì)小學(xué)生特別新穎，通過這些卡不僅可以延長他們的注意力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察和探索能力。
2.2AR圖書
AR書類似于傳統(tǒng)書籍，學(xué)習(xí)者可以使用移動(dòng)設(shè)備掃描書中的內(nèi)容，并呈現(xiàn)一些3D動(dòng)畫、視頻和聲音。他可以解釋一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，一個(gè)2D模型可以呈現(xiàn)為3D模型，也可以是互動(dòng)游戲等等。它的出現(xiàn)使書籍三維化，彌補(bǔ)了教科書的缺陷，學(xué)生感受到了書中的內(nèi)容，這提高了孩子的認(rèn)知能力，也改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。例如，在數(shù)學(xué)問題的分析中，一個(gè)名為“教科書AR”的應(yīng)用程序可以三維書籍的幾何圖形，這不僅提高了學(xué)生的視覺空間能力，而且更有利于解決問題。如圖2所示。此外，物理課程中的凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)。利用AR技術(shù)，將虛擬凸透鏡、蠟燭和光源放置在真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生可以隨意移動(dòng)桌面上的紙張，探索蠟燭成像的原理。
2.3AR教育游戲
AR游戲在教育教學(xué)中的應(yīng)用具有多種優(yōu)勢。它可以讓學(xué)習(xí)者沉浸其中，身臨其境地探索。基于任務(wù)和位置的游戲可以提高學(xué)習(xí)者的合作能力和解決問題的能力。比如深圳快樂動(dòng)漫有限公司開發(fā)的AR教育游戲《蛋計(jì)劃》，包括AR故事和AR單詞。用戶只需下載APP軟件，掃描“AR龍卡”即可操作。如圖3所示。此外，國內(nèi)著名的AR設(shè)計(jì)平臺(tái)包括幻眼技術(shù)[6]和視覺+AR[7]即使用戶不懂編程語言，他們也可以通過該平臺(tái)設(shè)計(jì)自己的AR作品。未來，真正的學(xué)科教育專家和一線教師可以參與VR教育課程和教育游戲的開發(fā)和設(shè)計(jì)，大大提高了VR教學(xué)的質(zhì)量。3AR對(duì)教學(xué)的啟示
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸應(yīng)用于教育領(lǐng)域，因?yàn)樗从沉饲榫辰虒W(xué)、合作學(xué)習(xí)理論、沉浸式理論和建構(gòu)主義教育思想，也被越來越多的教育工作者使用和發(fā)展。AR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，由于其可視化、三維的特點(diǎn)，給學(xué)生帶來視覺沖擊，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，發(fā)展學(xué)生的多元化智能。學(xué)生處于虛實(shí)結(jié)合的空間中，互動(dòng)更真實(shí)，帶來更身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。此外，加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入，改變課堂教學(xué)之間的關(guān)系。學(xué)生不再被迫學(xué)習(xí)知識(shí)，而是主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索，教師在設(shè)計(jì)師、指導(dǎo)者和輔助者中發(fā)揮作用。此外，學(xué)習(xí)者可以利用移動(dòng)智能終端設(shè)備隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，隨時(shí)隨地拾起一些碎片化的時(shí)間，擴(kuò)大學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和空間。教師還可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的游戲開展德育活動(dòng)、安全教育活動(dòng)，如衛(wèi)生從我做起、消防演習(xí)等?？傊瑢⒃鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入課堂教學(xué)，學(xué)習(xí)者可以真正體驗(yàn)“做中學(xué)”、“玩中學(xué)”帶來的樂趣，體現(xiàn)學(xué)習(xí)的主體地位，在自主學(xué)習(xí)、互動(dòng)探究、合作互助下完成知識(shí)建設(shè)。
隨著AR技術(shù)的不斷深入研究，它必須對(duì)基礎(chǔ)教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并為一線教師帶來新的教學(xué)體驗(yàn)。但無論是VR技術(shù)還是AR技術(shù)，它們都是一種有其優(yōu)勢和局限性的教學(xué)手段。結(jié)合相應(yīng)的教育教學(xué)理論和其他教學(xué)手段，合理開發(fā)和應(yīng)用，考慮AR過程帶來的教育資金問題。
