AR技术在教学演示中运用的现状与发展趋势*

（湖南信息学院 湖南长沙 410151)

引言

演示是教师通过展示各种实物、教学工具、进行演示实验或通过现代教学手段使学生获得知识的一种教学方法。 随着现代科技技术的不断发展，传统的教学演示工具与手段已经不能满足教学的需求，需要与时俱进不断改进教学演示形式。将增强现实技术运用在教学中增加教学演示的趣味性、交互性与实用性，从而改变现有的传统教学演示形式。[1]

一、教学演示存在的问题

教学演示的主要分为实物演示与虚拟演示，如实验演示、直观实物和现象演示、过程演示等，主要教学作用是激发学生学习兴趣、思维发散、助于突破教学重难点讲解、提高教学效果、增加知识容量。但是，目前的教学演示还存在很多问题，主要有这几个方面：一是演示的可操控性不强。教师演示过快或者实物角度偏移过小等客观因素都会影响教学效果，学生需要从不同视角，反复或者暂停分段观看演示，及时发现问题进行反馈；二是学生课堂参与度不高。在以往的教学演示中，不能反复观察与演示，师生互动性会比较少，学生处在被动的观察与接收中，以及缺少独自探索研究与问题发现；三是演示单一课本知识体现不够；以往演示多用多媒体或者实物展现，单一的图片、声音、文字等顺序播放并不能应对突发状况，而且也容易产生视觉疲劳，随着时间的推移，它不能激励学生的学习。 同时以往教师也太过依赖多媒体展示，往往华而不实，并不符合课本知识内容。[2]

二、AR技术在教学演示中运用现状

AR技术，又称增强现实技术，是通过计算机系统提供的信息，将虚拟信息应用于现实世界，使计算机生成虚拟对象，提高用户对真实世界的感知的技术，场景或系统提示叠加在真实场景上，以增强现实。

在国外，奥地利维也纳大学 Kaufmann H教授.设计了一个增强现实的数学教学系统，它可以通过眼睛看到真实空间中的三维数学模型；2011年11月，FutuReabb的首席科学家Richard Sandford在第八届北京科学传播创新与发展论坛上发表了一篇演讲，主题是“走出教室，回到现实世界：用手机和增强现实技术教科学课程”，讨论了增强现实技术在移动学习中的可用性和可行性。

AR技术在国内处于起步阶段，在工业、旅游、文物修复、展览和影视娱乐等方面的研究一直很活跃,而涉及到教育教学演示的研究为数不多。 2016年，微视酷推出了一款虚拟现实课堂教学系统，由陕西省榆林市高新小学举办“神奇星球是哪里”的虚拟现实演示课，把学生带入了虚拟世界，身临其境的感受宇宙空间，掌握授课内容。关于理论方面的研究，如陈向东，张茜（2012），《基于增强现实的教学演示》与周大荣《基于增强现实的体验式教学演示软件的设计与实现》，论文中初步探讨了AR技术在教学演示中的形式与方法，并以进行案例分析与研究。[3]

三、AR技术在教学演示中发展趋势与前景

1．具有交互性特色的教学演示形式

AR技术在三维尺度空间中增添定位虚拟物体，通过借助特殊设备进行交互操作，给教师与学生提供一种灵活的交互性、真实的沉浸感与空间感的教学演示形式；这种演示不单只有教师操作进行，还可以实现师生互动演示、学生自主演示、学生合作演示等不同演示形式，达到了现代新课程理念中以学生为主体的接受能力、学习习惯及其认知规律的目标培养；同时其掌握容易又方便的操作演示，使学生在整个学习过程中能轻松的交流与协作，提高了学生课堂的参与度。这样灵活的交互性教学演示形式，它也将在今后的课堂教学中得到广泛的推广和应用。

2．三维立体结构展示的教学演示形式

AR技术中的声音技术、三维影像、动漫制作等效果特点，能虚拟出许多现实世界中难以表现的实物与环境，由计算机生成的虚拟信息叠加到真实的透视场景中，互相增强或互为补充；使信息拟真与多样化，沉浸与体验，具有良好的表现力、真实的沉浸感与空间感的教学演示场景；实现了一些课程中的物体结构、建筑场景结构与人体内部结构等知识难点的演示，如：2018年中央美院研发出了一套《艺用人体动态研究》虚拟教程，是为学生提供三维虚拟透视环境，通过与虚拟场景的交互来获取知识，解决教学演示中的诸多问题，极大地提高了趣味性和实用性的教学演示，激发了学生的兴趣和兴趣，提高学生的学习效率。

3．信息量丰富的教学演示形式

在以往的教学中，教科书与多媒体展示的知识量都太过于局限，不能体现出现代新课程理念里注重教学内容的延展性特点，而通过加入AR技术可以不仅可以补充户外场景演示，还能在课后进行移动教学演示，实现了知识点的扩充而且更加丰富；如：讲解地理知识点时，AR技术系统利用摄像头捕捉到区域国家，学生将了解到当地的地貌、面积、人口、气候等丰富知识；还有将AR演示程序安装在电脑或者手机里，通过摄像头捕捉真实场景，实现信息叠加，实现移动式教学，如参观文物古迹、博物馆、艺术馆等；2016年9月5日，凤凰卫视就充分发挥其在文化数字科技产业中的领先优势，借助AR技术、交互式沉浸技术等科技手段，将把故宫的国宝收藏作为一种可以体验和传播的艺术形式来发展。[4]

结语

增强现实技术在教学示范中的应用是教育技术发展的一次质的飞跃，为自主学习创造了一个环境，由传统的被动接收知识教学演示方式转变成情景化交互性教学演示新形式，符合新的教学教育理念。