AR技术在职业教育领域的应用探究

钱昌俊

摘要：AR（增强现实）作为VR（虚拟现实）技术的拓展，将在现实世界难以体验到的实体信息，通过信息技术模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息投射到真实世界，使得真实环境和虚拟物体实时地叠加到同一个空间。文章通过探究AR技术特点，探讨其在解决职业教育领域中部分专业课程进不去、看不见、动不了的难题，给职业教育教学实践应用者带来一些启发。

关键词：增强现实;职业教育;专业课程;实践;应用

中图分类号：G434      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2018）35-0249-03

Abstract： AR （Augmented Reality）， as an extension of VR （Virtual Reality） technology， will superimpose the real information which is difficult to experience in the real world through information technology simulation， and then project the virtual information into the real world， so that the real environment and virtual objects can be superimposed into the same space in real time. By exploring the characteristics of AR technology， this paper explores how to solve the problems of inaccessibility， invisibility and inactivity of some professional courses in the field of Vocational education， and brings some inspiration to the practical applicants of vocational education teaching.

Key words： augmented reality; vocational education; professional curriculum; practice; application

1 概述

随着信息技术的不断发展，新兴技术如VR（虚拟现实）、MR（混合现实）、AR（增强现实）与教育的结合越来越紧密。虽然AR技术不是最新的，但因为它与职业教育中的场景教学匹配度很高，可以让学生在自主学习过程中探索各种有趣的学习资料，最重要的一个功能是让学生通过AR技术进入一个和现实高度仿真的环境，进行动态的视觉和交互形式学习。在做一些高成本、高危险、高污染的专业课程实验时很好地解决了难交、难学、难练的问题，即使犯错，也不会有任何严重后果。本文主要通过AR技术在职业教育领域中的应用，为深入研究AR技术与更为宽泛的教育领域中的融合做探索。

2 AR技术原理

增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR），是一种虚拟影像和现实影像的融合技术，这种技术的目的是通过输出设备将把虚拟世界投射到现实世界并进行互动。典型的AR系统架构如图1所示，由真实场景、虚拟场景生成单元、虚拟场景渲染以及输入输出交互设备构成。虚拟场景生成单元通过摄像头、传感器等设备负责虚拟场景建模、绘制和管理;三维交互跟踪设备负责真实世界信号采集及场景操作信号的输入输出;虚拟场景渲染负责对虚拟场景生成单元采集来的数据进行加工，实现虚拟场景和真实场景坐标系对齐，并进行虚拟场景的融合运算，融合后的数据信息可以实时呈现在输入输出设备中，让用户直观感受。

3 职业教育领域AR技术需求分析

传统课堂教学模式基本为教师向学生进行单向讲授知识，教学方法大多采用讲授法和演示法。单向讲授型的教学模式优势在于理论上充分发挥了教师在课堂上的主导作用，可以让学生较为高效地掌握书本上的知识目标。但传统课堂教学模式在职业教育领域具有很大的局限性：在职业教育领域很多专业课程需要让学生动手去进行实践体验，在“做”的过程中让学生理解抽象事物或知识。特别是职业教育领域中部分专业课程在传统讲授过程中会出现进不去、看不见、动不了的难题更无法通过传统课堂进行解决。传统课堂教学模式的师生互动、生生互动都受到人数和场地的限制，学生学习兴趣不高，学习体验不佳，也不利于培养学生的终身学习意识。

AR（增强现实）技术融合到课堂教学中如图2所示，能够弥补传统课堂教学模式的大多缺陷，AR（增强现实）技术虚实结合、虚实同步、交互自然的特点能为学生创造一个更为信息化的学习环境，能让学生感受到高度的虚实结合性、交互性和沉浸性，职业教育领域中的专业课程可以让学生在现实环境背景中看到虚拟生成的模型对象，并且可以对这一模型对象进行快速生成、操纵和旋转。

传统的课堂教学模式，师生之间的交互就是古板的教师讲，学生听。教师在讲授过程中会提问部分问题，至于问题是否所有学生均已掌握，因时间关系，教师无法准确掌握结果。导致师生互动不多、不深、不细，学生的学习效果必然不佳。而在AR（增强现实）技术实现的虚实融合的课堂场景中，学生因为能看到抽象的学习内容，并很快能与之交互，交互后能得到即时反馈，并根据反馈结果可以做出下一步的操作，这样的学习过程中的知识和反馈之间的连接，符合教育心理学中的及时反馈，让学生及时知道自己“做”的是否正确，从而意识到自己是否已达到了“学”的预期目标。

AR（增强现实）技术的虚实结合、虚实同步、交互自然的特点极大地拓展了教学场景并丰富了教学情境，有助于职业学校学生理解专业课程中的抽象知识。书本中的知识都来源于真实生活并高于真实生活，只有在真实情景中使用、体验知识才能真正理解知识并运用知识。学生通过在AR（增强现实）技术创设的教学场景中通过自主学习、协作学习，在实际课堂体验过程中完成知识体系的建构。增强现实技术提供的虚拟学習环境就实现了让学习者嵌入和现实相关的环境中，体验有关学习真实世界的环境，再次遇见真实环境以后的反应速度就会比单纯理论带来的印象深刻，使学生能够真正提高学以致用的效率。

4 AR技术在职业教育专业课教学中的应用

4.1 AR技术在专业基础课程教学中的应用

《计算机网络基础》课程作为职业学校计算机网络技术专业的专业基础课程，其主要教学目标是让学生对计算机网络有一个系统的认识，掌握计算机网络的基本知识，体系架构、局域网数据通信基本原理、以太网原理、操作系统和因特网的基本原理等。

职业教育培养的学生对概念、原理等理论性知识掌握起来较为困难，采用传统的教学手段来进行知识讲授，课堂教学效果会大打折扣，AR技术通过创设的沉浸式的多媒体教学环境，让枯燥难理解的原理知识变得直观和生动。教师事先在后台对原理知识进行AR处理，课堂中学生拿起手中的移动终端设备，打开教学用的APP，点击屏幕中的某个按键时，会实时出现计算机网络基础知识原理动画进行功能演示。

例如讲授因特网原理时，学生可点击移动终端中的因特网原理演示按钮，将镜头拿远，移动终端会展示当用户按下“回车键”后，网络数据包经历了查询ip地址、建立tcp连接，接入服务器、浏览器发起http请求、服务器后台操作并做出http响应、网页的解析与渲染这五大关键步骤，从而让学生能直观感受到看不见、摸不着的“网络数据包”流向问题，让枯燥的原理变成有趣的互动，这样来让学生体验情境学习带来的乐趣，来增强学生的学习兴趣，来提高学生的学习效果。

4.2 AR技术在专业技能课程教学中的应用

《网络综合布线》《网络组建与维护》作为职业学校计算机网络技术专业的两门专业技能课程，其目的是培养学生从事网络组建、综合布线设计与施工、网络设备安装与调试、网络管理与维护等技能。这两门课程专业实践性很强，传统教学过程中因学校与真实企业场景的不一致，学生体验不到将来从事的工作岗位的现场感和结构空间。

通过AR技术创设真实施工案例，让学生体验从网络施工设计，到实现工作区子系统、水平子系统、垂直子系统、管理间子系统、设备间子系统、进线间子系统和建筑群子系统的全过程搭建。搭建过程中，通过可穿戴设备记录学生操作轨迹，判断学生操作互动的规范性和准确性，来作为评价学生的学习效果，确定学生是否熟练掌握网络综合布线课程的各个技能要点。

网络综合布线系统搭建完成后，利用AR技术和Cisco模拟器等设备虚拟真实网络管理员岗位，对已完成布线的企业案例进行网络组建与维护，让学生对常见的交换机、路由器、无线AP、Vlan进行设置和管理，对常用的DHCP、DNS、WWW、FTP、SMTP等服务进行配置与调试，通过教师事先设计的AR应用，让学生更加熟练地掌握网络性能测试以及网络故障的诊断、排除。培养学生的专业综合职业能力，创新精神和良好的职业道德。

4.3 专业课教学中应用AR技术应注意的问题

随着教育部《教育信息化2.0行动计划》的发布，“互联网+教育”越来越多地走进各种类型的学校，职业学校在每年一度的信息化教学大赛这项全国性的赛事推动下，在课堂教学改革的深度与宽度都在不断加大的形势下，越来越多的职业学校教师将以AR技术为代表的最新的信息技术运用到专业课教学中，传统课堂教学模式逐渐被颠覆。

部分激进教师认为，AR技术有那么多优势，应当在专业课教学快速普及AR技术，将传统的理论知识讲解用AR技术来代替。另外少数教师，尤其是老教师迫于学校信息化教学公开课的需要，在教学中运用AR技术，因技术理解不足、业务不熟，导致技术应用只能流于形式，不能达到预期的教学效果，甚至还会引起学生的反感，降低学生的学习兴趣。因此，在专业课教学与AR技术结合时要注意相融合，不能生搬硬套。

职业学校教师加强自身信息技术素养是当前新时代教师的一项教学基本要求，也是教师体现终身学习者的一个外在表现。如何通过优秀的教学设计在已经熟悉的传统课堂教学中融入先进的AR技术，融合的目的是促进学生最大更好地掌握知识要点，融合过程中不能全盘变抽象为具体，貌似一目了然，但和盘托出带来的后果会让学生丧失思考的兴趣。在教学设计过程中要充分发挥教师的主导作用，精心设计专业课教学过程和教学场景，创造师生共同参与、高效互动的情境教学，激发学生的学习主体作用，让学生不断地享受学习、最大限度地激起学生学习内驱力、让学生在体现虚拟场景后更愿意到真实环境中进行实践动手操作，以达到“做中学、学中做”的职业教育改革的真正意義。

参考文献：

[1] 徐媛.增强现实技术的教学应用[J].中国远程教育，2007（10）：68-70.

[2] 蔡苏，宋倩，唐瑶.增强现实学习环境的架构与实践[J].中国电化教育，2011（08）：114-119+133.

[3] 张洪波.增强现实技术在教学中的应用研究[D].河南大学，2012.

[4] 吴帆，张亮.增强现实技术发展及应用综述[J].电脑知识与技术，2012（34）：8319-8325.

[5] 蔡苏，王沛文，杨阳，刘恩睿. 增强现实（AR）技术的教育应用综述[J]. 远程教育杂志，2016（05）：27-40.

[6] 马欣悦，石伟平. VR/AR技术在职业教育领域的价值逻辑与行动策略[J].中国职业技术教育，2017（30） .

[7] 胡智标.增强教学效果拓展学习空间——增强现实技术在教育中的应用研究[J].远程教育杂志， 2014（02）.

[8] 杜玉红，侯守明.移动终端增强现实技术在教学中的实践研究[J].电子技术与软件工程，2016（13） .

[通联编辑：光文玲]