基于“增强现实技术”的高职院教学资源库构建研究

摘要：本文针对当前高职院教学资源库建设的实际情况以及基于“增强现实技术”情境的教学资源的现状，提出了基于“增强现实技术”情境的教学资源库建设方案，探讨了基于“增强现实技术”的教学资源库的建设意义、软硬件建设以及具体的教学资源库设计方案，为高职院校教学资源库建设提供了参考。

关键词：增强现实技术 高职院 教学资源库

0 引言

在教学资源库建设的过程中，教师利用丰富的素材资源并结合自身的教学设计，形成若干门课程资源，让学生在线自主学习、教师教学参考，同时起到在线答疑、讨论的作用。在教学资源库建设过程中应包含多种形式的教学资源，如专业级资源、课程级资源、素材级资源等等。根据教育理论的认知过程、情感过程、教与学的交融过程，在设计教学资源时必须根据学习者的教学认知能力并遵循教学规律来设计不同类型教学模式、各种表现形式的教学资源，满足不同类型、不同目的、不同课程类型的学习者。增强现实技术（Augmented Reality，AR）类型的资源库素材能再现真实的教学实践过程、本质地表现真实的教学实践过程、陈述与解释真实的教学实践过程。教学资源中运用增强现实技术，可将仿真生成的虚拟物体或其它信息叠加到真实实践场景中，实现对现实的“增强”，增强现实技术教学资源素材实现了在真实场景中融入仿真的虚拟信息的能力，加强了观察者与真实世界之间的联系，促进了学习者掌握知识和技能的目的。因此，我们在教学资源库开发过程中采用增强现实技术设计了大量的实践教学资源。

1 “增强现实技术”在教学中的重要性

在传统的计算机教学资源库建设过程中，为了激发学生的兴趣，大多采用了教学视频、实物模型、资料图片等教学素材，这虽能激发学习的兴趣，但由于实际教学情境变化少、交互方式单一，没有给学生以生动活泼的表现力、丰富的多感官刺激，学习者在学习过程中就会感到单调乏味。如果利用增强现实技术来创设教学学习情景就能加强学生的交互性、现场感，优化教学效果。

利用增强现实技术开发的教学资源素材，可以在仿真的虚拟情境中增加辅助语境信息，学习者可将真实日常生活情境和所学习的内容进行真实自然的融合。增强现实技术进行教学设计时可实现3D交互，不仅突破传统计算机教学方式中所普遍采用的观察法、实践法，而且使实践教学的操作过程、空间抽象知识更加直观化、形象化，使学习者更易于理解。学习者可操纵角色与增强现实场景中的对象实现3D交互，学习过程中具备沉浸感和现场操作的逼真性。综上，增强现实技术制作的教学资源库素材与传统的教学媒体相比有更大的优越性、独特性。

2 基于“增强现实技术”教学资源库建设的意义

2.1 增强现实技术教学资源库是一项系统工程。增强现实技术体现了计算机图形、融合显示、图像处理、计算机视觉等多门学科的综合，由于硬件环境的建立、软件的开发极具复杂性，所以我们开发的增强现实教学资源的建立要有系统性。利用增强现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如计算机硬件组装、机械车床的构造、汽车发动机的装配、化学工程涉及危险性实验等等，这些资源和传统实验室相比具备无比的优势，有利于学生的技能训练。如计算机维护课的各种硬件装配，汽车发动机的故障检修，化学课上的化学分子结构，高分子材料的配方实验等知识全部都可以以三维的形式呈现出来，学生可以实时参与进去，并与其中物体进行实时3D互动，增强现实技术创设的虚拟信息和实物信息情景，可充分调动学生学习的积极性，大大提升学习效率。

2.2 增强现实技术在高职院多媒体教学中有广泛的应用空间。对于高职院的学生来说，学习中易于接受直观形象的事物，喜欢课堂中融入趣味性学习素材。根据建构主义的学习理论，创建直观形象、趣味性的学习情境可提高学生的学习兴趣。增强现实技术教学资源素材包含丰富的声音技术、三维影像、动漫制作等媒体信息，能刺激学习者的感官，激發学习者的学习动机，学习者也可以进行交互式的操作，增强现实教学资源库通过学习环境设计、多媒体呈现的感官刺激、交互操作、多重任务设计、合作交流、及时反馈等环节，极大地提高了学习者的学习效率和学习兴趣。

2.3 建立专业的开发团队。除了高职学院的教学资源库以外，还可以拓展到学前教育，多媒体游戏开发、角色扮演、景点旅游导航等各个方面。尤其是多媒体课件、网络课程的开发应建立专业的开发团队，多出精品，更好地为教育教学服务。

3 “基于增强现实技术”教学资源库的建设

3.1 专业软件。基于增强现实技术教学资源库开发过程中，成熟的软件有ARToolKit、Coin3D和MR Platform等。利用增强现实技术软件可以方便地创设教育情景，对学生进行教育。情境-陶冶教学策略创始人心理学家洛扎诺（G. Lozanov）认为，创设与现实生活类似的情境，让学生在思想高度集中但精神完全放松的情境下进行学习。在学习中通过与他人的充分交流和合作，提高学生的合作精神和自主能力，以达到陶冶个性和培养人格的目的。增强现实于教育的历史上有几个比较知名的案例，如哥伦比亚大学开发的移动增强现实系统（MARS），可为校园景观添加虚拟的多媒体信息，帮助学习者了解学校的历史；北京理工大学王涌天教授利用增强现实技术创作的大型主题景观《雪山忠魂》，成为进行爱国主义教育的典范。

3.2 学习终端。随着计算机与通信技术的发展，如何建设增强现实技术在线网络资源库是一个重要的发展方向。本教学资源库的建立，学习者可利用移动终端通过GPS、无线接入网络连上因特网（如图1所示）进行学习。我们为学习者开发了基于Flash技术的增强现实Web方案，该Web方案在使用过程中无需安装软件和下载插件，就能为广大学习者提供丰富多彩的增强现实教学资源。

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图1

学习者可以利用智能手机在线学习教学资源库中的内容。基于Flash技术的增强现实Web方案通过GPS、手机摄像头和移动AR软件的结合，组成一个全新的Web教学技术系统。在各种教学资源案例中，虚拟仿真信息被叠加在实时捕捉的真实环境上，实现了真实信息与虚拟信息叠加，现场感触手可及。利用移动终端学习增强现实技术教学资源是AR应用的一个发展趋势，如果能和目前流行大型开放式网络课程（massive open online courses，简称MOOC）相结合，把丰富多彩的增强现实技术教学资源课程提供给广大学习者，有利于中国大学教育现状的改革，促进高考升学选拔制度的优化，可全面贯彻素质教育方针，逐步实现大学教育的普及，有着一定的现实意义。

4 资源库设计方案

主要是针对教学资源的形式、类型不足，利用增强现实技术开发沉浸感、交互性教学资源课件开发，以弥补传统教学资源库课件形式的单一。

4.1 基于增强现实技术的传递接受式教学课件开发及资源库建设

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4.2 基于增强现实技术的个别化教学课件开发及资源库建设

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4.3 基于增强现实技术的研讨型教学课件开发及资源库建设

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4.4 基于增强现实技术的探索式教学课件开发及资源库建设

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4.5 基于增强现实技术的自主学习型教学课件开发及资源库建设

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5 结语

在传统教学资源库建设中，无法实时观察具体实践操作的具体细节，所以我们研发了基于增强现实技术的教学资源库，实现了教学情境的真实和虚拟相融合交互。增强现实教学资源库建设是一个系统的工程，教学资源的开发极具复杂性，因此需要越来越多专业人士组成专业团队进行开发研究。增强现实作为教学中的新型学习工具，在网络教学中有较大的发展空间和应用前景，应和目前流行大型开放式网络课程（massive open online courses，简称MOOC）相结合。迄今为止，利用增强现实技术开发的教学资源素材还比较少，虽然建立基于增强现实技术的教学资源库比较复杂，但我们真诚希望有志之士能够积极投身于增强现实技术教学资源库开发事业中，扩大其在教学中的应用深度和广度，促进中国大学教育现状的改革、促进高考升学选拔制度的优化，全面贯彻素质教育方针。

参考文献：

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[2]张宝运，恽如伟.增强现实技术及其教学应用探索[J].实验技术与管理，2010（10）.

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[5]Chetan KumarG Shetty.Mahesh Kolur Interactive E-Learning System Using Pattern Recognition And Augmented Reality[J].JoumaI of Educational and Social Reseacrh，2011（11）.

项目来源：

本文系江苏徐州工业职业技术学院教学改革研究课题《基于“增强现实技术”的高职院教学资源库构建研究》（项目编号：11150886

4999021705）研究成果。

作者简介：

张敬斋（1970-），男，江蘇徐州人，硕士，徐州工业职业技术学院信息管理技术学院副教授，现为中国传媒大学访问学者，研究方向：计算机软件技术、多媒体实用技术。