增强现实技术在高职院校教学中的应用研究

郭飞雁

摘 要： 针对当前高职院校在教学中存在的问题，在增强现实技术的内涵上进行深入分析，探讨增强现实技术应用于高职院校教学中的可行性。结合增强现实技术的特点， 通过教学情景创设及情境体验，搭建增强现实技术教学环境，并选用Vuforia（一款面向移动智能终端的增强现实技术开发平台）动态呈现增强现实技术教学资源，采用非线性复合模式教学法对传统教学模式进行改革，最终达到预期教学效果，为信息化教学提供了一种新途径。

关键词： 增强现实技术； 高职院校； 教学； 信息化教学

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）07-91-02

Research on the application of AR technology in teaching of higher vocational colleges

Guo Feiyan

（Hunan Electric Vocational and Technical College Department of Economic Management， Xiangtan， Hunan 410000， China）

Abstract： In view of the problems existing in the teaching of higher vocational colleges， this paper analyzes the connotation of AR（augmented reality）technology， and discusses the feasibility of application of AR technology in higher vocational colleges. According to the characteristics of AR technology， through the teaching situation creation and experience， the AR teaching environment is built， Vuforia （an AR development platform for mobile intelligent terminal） is used to dynamically present the teaching resources of AR technology， and the nonlinear composite mode teaching method is used to reform the traditional teaching mode. The expected teaching effect is eventually obtained， which provides a new approach to the information-based teaching.

Key words： AR； higher vocational college； teaching； information-based teaching

0 引言

目前，我国对增强现实技术的研究日趋成熟，增强现实技术在文物复原、会议展览、娱乐、医学、军事、教育等领域有广泛应用。在教育领域，增强现实技术能为学习者提供虚拟学习环境，对于促进教育发展，发展学生兴趣具有明显优势，在教学情景创设，学习模式创新，互动课件设计，拓展学习空间，开展课外活动等方面具有广泛的应用前景。

高职院校毕业生就业问题受到社会关注，一边是对技术技能型人才的大量需求，一边是大量高职毕业生就业率低，高职院校培养出来的学生与社会要求脱节。高职教育重在培养动手能力。培养高素质技术/技能型人才最重要的途径就是实践教学。我们在教学过程中，借助于增强现实技术，以学生实践操作能力为目标，对高职院校的实践教學进行深入的改革研究。

1 增强现实技术教学应用概述

增强现实技术，是一种新兴技术，简称AR，它是基于虚拟现实技术发展起来的一个典型交叉学科，它集显示技术、交互技术、多种传感技术和计算机图形与多媒体技术于一身，具有虚拟技术所不具备的虚实结合、实时交互、三维注册等特征。

增强现实技术在高校教学中有许多应用。沈克（2010）[1]，基于增强现实的大学计算机基础课程教学研究，讨论了增强现实技术在大学计算机基础教学中应用的可行性。张连峰（2012）[2]，基于虚拟现实技术的高职院校实践教学基地构建，提出了构建虚实结合校内实践教学基地的基本思路。陈锦锡（2015）[3]在高职院校船机电专业教学过程中，基于虚拟现实技术设计开发虚拟训练系统，满足高职院校船机电士官专业教学训练需求。

国外研究人员对于增强现实技术教学应用研究大部分集中在教学的某一方面，例如教学场景的创造、教学实验的模拟、课间活动、课外阅读等方面。Hsiao和Chang[4]开发了一个增强现实的天气系统 Weather observers，可以帮助学习者学习地理学科中关于大气系统的知识。Santos，Lübke，Taketomi， Yamamoto，Rodrigo，Sandor和Kato[5]将AR技术融入词汇教学程序中，学习者通过扫描实景可以获得相关的词汇进行学习。Nd，Ryffel，Magnenat，Phane，Marra，Nitti，Kapa-dia，Noris，Mitchell和Gross[6]运用AR技术对故事进行整合，开发了可让学习者自主讲故事创造情节的交互式图书。

综上所述，AR技术教学应用主要是在教学情境的创设、教学实验的模拟、教学活动的组织这几个方面。对AR技术教学应用的研究大部分只给出了应用模式或理论方法，而对于实际应用方面的研究还很少。

2 增强现实技术在高职院校教学中的应用

2.1 AR教学环境的搭建

增强现实技术在高职院校教学中的应用，首先是教学环境的搭建，其主要体现在知识表达的方式、交互界面的设计及方式上。图1描述了AR实践教学环境的搭建过程。通过增强现实技术，对老师即将教授的实践技能要点和情境进行表征与模拟，根据教学的需要设计教学情景，构成一种真实的情景来对学生进行相关知识或技能的教学，从而让学生得到情境体验，获得新知。

2.2 AR教学资源的呈现

增强现实技术教学资源是不断变化和更新的，它会随着时间和空间的变化而变化，随着学习者的兴趣和学习偏好而变化。因此，我们要对学习者兴趣偏好进行识别、动态地跟踪地理位置，采用实时变化的方式来呈现AR教学资源。

图2描述了AR教学资源的呈现过程。通过Vuforia （一款面向移动智能终端的AR开发平台）在实践教学真实环境中设置教学情景标志物（Marker），再通过移动终端摄像头捕获真实场景，Vuforia会对教学情景标志物进行跟踪，监控场景视频中的每一帧图像，并搜索与教学情景标志物（Marker）匹配的图形标志，寻找到Marker标志以后，通过卫星定位技术，获取移动终端摄像头位置，将AR场景所设置的内容渲染到Marker所在的地理位置，从而将AR教学场景在真实教学场景中展现，并通过移动终端展示出来。

[虚拟教学场景渲染在真实教学场景中][教学情景Marker][虚拟教学场景][移动终端摄像头][Vuforia AR软件][移动终端

展示]

2.3 AR教学模式改革

在当今信息时代，新生代的高职院校学生，对于电子产品有着极度偏爱和依赖性，偏向主动而非被动，偏向非线性地处理信息。因此，在AR教学模式上，可采用非线性复合模式教学法。

非线性复合教学模式，如图3所示，首先以教师为主导，分析学生特点，制定学习案例，并准备AR教学资源，同时创设AR教学情境，搭建AR教学环境；其次以学生为中心，让学生通过AR教学环境，获得AR教学资源，进入非线性学习模式中，构建出各种不同的学习解决方案；最后师生共同进行学习成果的展示和点评，从而达到教学目的，学生获得技能。

[教师] [分析学生、制定案例、准备教学资源][学生] [教师和学生] [创设AR教学情境、搭建AR教学环境][进入教学情境、获得教学资源、准备教学资源][进入非线性学习模式、构建学习解决方案][学习成果展示及点评][达到教学目的、学生获得技能]

3 结束语

增强现实技术作为一种新兴技术，有着巨大的生命力。本文在增强现实技术的基础上，对高职院校的教学展开了应用研究，通过AR教学情景创设及情境体验，搭建增强现实技术教学环境，选用Vuforia AR开发平台工具动态呈现增强现实技术教学资源，采用非线性复合模式教学法对传统教学模式进行改革，最终达到预期的教学效果。下一步将围绕如何更好地创设更为接近现实的AR教学场景，并选用更为合适的AR开发平台来动态地展示各种形式的AR教学资源，以更好地实施非线性复合模式教学法，提升学习效果。

参考文献（References）：

[1] 沈克.基于增強现实的大学计算机基础课程教学研究[J].电

脑知识与技术，2010.5：4079-4080

[2] 张连峰.基于虚拟现实技术的高职院校实践教学基地构建[J].

教育与职业，2012.24：164-165

[3] 陈锦锡.虚拟现实技术在高职院校船机电专业教学中的应用

研究[J].职教论坛，2015.18：164-165，167

[4] Hsiao H. S.， Chang C. S.. Weather observers： a

manipulative aug-mented reality system for weather simulations at home ，in the class-room， and at a museum[J]. Interactive Learning Environments，2016.24（1）：1-19

[5] Santos M. E. C.L. Bke A. I. W， Taketomi T.， et al.

Augmented reality as multimedia： the case for situated vocabulary learning[J]. Research & Practice in Technology Enhanced Learning，2016.11（1）：1-23