增强现实技术在职业教育领域应用现状调查——以天津市5所职业院校为例

贺 熙 张旻旸 王 锦 侯星晨 倪晓昌

（1.天津职业技术师范大学，天津 300222；2.山西师范大学，山西 临汾 041000）

一、研究背景

21世纪以来，伴随着信息技术的突飞猛进，各类新兴技术如雨后春笋般萌发，并蓬勃发展。而如何利用这些技术更好地促进职业教育变革，一直都是人们关注的焦点，增强现实技术在职业教育领域中的应用也不例外。增强现实（Augment⁃ed realty，简称AR）技术，能够将计算机生成的数字信息更直观地附加到使用者所处的真实环境当中，在增强使用者对于现实环境感知体验的同时，也为人类与外在世界的沟通提供全新交互解决方案。职业技术教育旨在培养兼具专业能力、创新能力、钻研精神、务实精神的“应用型人才”与“专业型人才”，这就使得职业技术教育必须通过一种比传统形态的教育更加直观，更加实景化的教学方式来进行人才的培养。而增强现实技术正是满足这一需求的绝佳解决方案。事实上，随着2015年教育部《职业院校数字校园建设规范》发布，不少职业院校已经将AR教学作为数字校园建设的一环，开展了关于AR环境构建与教学实施的各种尝试。在这些尝试中究竟存在哪些问题，怎样才能促进增强现实技术与职业技术教育更好地深度融合，是我们亟需探讨的问题。天津市作为我国职业教育的先驱、国家职业教育改革创新示范区，对全国的职业教育发展具有指导意义。因此，本研究对天津市2 所中职学校、3 所高职院校的14 个班的639 名学生进行增强现实技术应用情况的调查，并对学生和教师代表进行访谈，探析AR技术在职业技术教育中推广应用所遇到的问题，并为增强现实技术在职教领域的推广提供建议和对策。

二、国内研究现状

目前，国内关于增强现实技术在职业教育领域应用的研究主要集中在理论研究和应用开发两个方向。

以马欣悦、乔兴媚、魏民和张敬斋等人为代表的研究者，在理论层面对AR技术的定义、分类以及AR技术与职业教育的契合点进行了阐述，并对AR技术在职教领域的应用现状开展了一定程度的调查，分析了当前应用现状和存在的不足，并提出相应的解决策略。其中，魏民在《在职业教育应用视角下的VR/AR技术》一文中，将AR技术在职业教育中的应用方向划分为单纯利用计算机屏幕画面增强仿真技术、加入可穿戴传感器计算机屏幕增强仿真技术、加入专用传感器屏幕仿真技术、实时加入真实视频画面增强现实技术几个类别。这对增强现实技术在职业教育中的应用拓展、突破职业教育中实训课程教学效果难题，都具有非常重要的意义。张敬斋提出构建基于“增强现实技术”的高职院教学资源库的设想，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，并设计了教学资源库设计方案，为职业院校教学资源库建设提供了参考。

以江自昊、卢丽君、刘嘉等人为代表的研究者结合职业院校学生的特点，在中高职机械、电子、汽车、自动化、物流、医疗等多个专业方向设计了AR技术配套的教学模式和硬件环境，并开发了相应的软件。江自昊在《基于增强现实技术的学具的开发与实现——以“双绞线制作学具”为例》一文中，介绍了增强现实学具的原理和实现步骤，包括硬件的选择与改造、软件的开发等环节，并展示学具的特性及功能，利用增强现实的效果，该学具可以将一些较难表达的理论知识、较复杂的操作知识通过3D 动画在实物上演示，可以改善相应的教学问题。

三、研究设计

1.研究对象

问卷调查对象：天津市2 所中职学校，3 所高职院校，14 个班，共639 名学生，其中男生413名、女生226名。

访谈对象：中高职院校教师共12 名，其中中职学校3名，高职院校9名。

2.研究方法

（1）问卷调查

问卷是调查研究方法中用来收集数据的一种工具，是用于测量一系列变量的状态及其相互关系的工具。本问卷共20小题（如表1所示），包括10 道单项选择题和10 道多项选择题。首先对中高职学生的移动电子设备使用情况进行调查，随后对受访学生的AR 认知情况，在AR 技术学习过程中的使用情况和态度意愿进行了调查。态度维度调查题目采用李克特五级量表，从兴趣、在学习中使用AR技术的意愿和提升学习效果预期三个方面对学生AR使用意愿进行了评估。

表1 调查问卷结构

（2）访谈

访谈法是通过调查者与被调查者之间一问一答的方式获取资料的调查方法。为进一步明晰可能影响增强现实技术在职教领域应用的影响因素，本研究在使用问卷调查的同时对部分学生和教师进行访谈。

四、数据分析及结论

1.问卷数据及结论

本研究共发放问卷672 份，收回问卷664 份，其中有效问卷639 份，有效回收率为95.09%。运用SPSS 软件计算该问卷的卡朗巴赫α 系数为0.876，表明问卷信度较高。

（1）设备拥有情况

数据表明，639名学生中，有97.50%的学生拥有智能手机，60.56%的学生拥有笔记本电脑，37.87%的学生拥有平板电脑，拥有Kindle 等电子阅读器的学生较少，只占12.83%，还有0.41%的学生没有持有任何移动电子设备。从调查结果中可以得知，97.5%的学生均持有智能手机，半数以上的学生拥有不止一种可以支持AR教学的电子设备，受访职业院校具备开展AR教学的基本硬件条件。

（2）设备使用情况

调查发现，近一半的学生每日使用移动设备的时长为4-6小时（如表2所示），选择4小时以上的累积百分比达到78.72%；从用途来看，职校学生可以熟练地使用移动设备聊天、看视频、听音乐、查阅资料等（如图1所示）；同时，超过九成的学生使用过移动学习软件（如背单词软件等）。这些数据表明，职校学生有丰富的空余时间，并且已经把移动电子设备的使用融入了平时的学习和生活，他们具备一定的移动学习能力和基本信息素养。

表2 移动设备使用时长

图1 移动设备用途

在接受调查的639名学生中，83.10%的同学听说过增强现实技术，然而仅有38.50%的学生使用过该技术。在学习中使用过增强现实技术的仅有18人，只占总人数的2.82%。虽然受访院校基本满足了进行AR学习的硬件条件，但是整体应用基础较差，对大多数学生而言AR技术尚且属于一项比较陌生的技术。

从问卷的数据分析结果得知，学生对AR学习态度的均值为3.85，表明学生表现出了较高的学习兴趣。其中，“你对AR 技术感兴趣吗”和“你愿意应用AR技术来学习专业知识吗”这两个题目的得分比其他题目都高，均值分别达到了4.08 和3.92，说明职校学生对于将AR 技术应用到学习中的意愿比较强烈。而得分最低的题目为“你认为AR 学习能提升你的学习体验吗”，均值仅有3.55，表明学生对AR学习的效果上还有所怀疑，原因可能在于学生对AR接触过少，还不能形成清晰的认识。

通过调查可以发现，当前中高职院校中，移动电子设备普及程度较高，已基本具备了开展AR教学的硬件条件，学生整体的信息素养较高，对AR 技术有一定程度的了解，对使用AR 技术进行学习展现出了较高的意愿和兴趣，但是实际参与过AR学习的学生很少。针对这一现象，笔者对部分学生代表以及12名中高职教师进行访谈。

2.访谈结论

（1）学生层面

在访谈中，所有教师均提到中高职院校学生的学习习惯。他们指出，中高职院校的学生由于过往学习经历的影响，在学习习惯上与普通中学与本科生之间差距较大，学习过程中极易出现注意力不集中，课堂纪律混乱等问题。在使用手机等电子设备进行AR教学的过程中，学生会进行与课堂无关的活动，AR 教学的效果不仅没有达到，反而还不如传统的教学方式更容易控制课堂，久而久之，教师们也就放弃了利用AR进行教学的方式。

其次，学生们大多没有操作过AR 学习软件，这很有可能会对学生产生大量认知负荷，使学生将更多地精力花费在熟悉软件操作上，或是将注意力全部集中于软件本身而非所学知识上面。

（2）教师层面

多数教师认为，在课堂中加入AR技术，打破了传统授课模式，由以往的教师主导模式转化为以学生自主探究为主的新型课堂模式，加大了教师课堂管理的难度。同时AR技术属于较高难度的技术，教师要想学会使用AR 设备，将AR 技术与课堂相结合，直至会自主设计AR课件，需要教师掌握与增强现实技术相关的计算机技术、多媒体技术、人工智能相关知识以及教育心理学等多门课程，并需要大量的时间进行系统培训以及课件制作。这些工作可能与教师自身专业跨度较大，增加了教师的工作负担。

（3）教学资源方面

目前，AR 在职业教育领域的教育资源十分稀缺，许多科目都没有配套的教材、学习平台，导致AR教学无法开展。一些科目尽管有少量教学资源，但无论是界面设计还是功能应用上都存在许多漏洞，经常出现系统不兼容、报错、闪退等情况。软件设计流于形式浮于表面，与教学内容相关性不大，无法实现预期的教学效果。且多为单节课的AR教材，没有形成体系，无法支撑整个课程的教学任务。

（4）成本方面

虽然拥有智能手机就已经可以开展AR 教学，但是要开展更深层次的工程实训课程则需要专业的AR 实训室和专门的AR 实训课程开发。然而在调查的过程中发现，设计AR课程的成本过高，一门课一学期的成本高达几十万元，且构建AR实训室，需要购置大量平板面脑、AR 眼镜、数据手套等设备，这些设备又需要专业人员管理维护。要想实现大规模、多学科的AR 教学，需要大量资金，凭借学校自身的力量很难承担。

五、建议和对策

1.建立试点，开发AR相关“通识课程”

通过调查的结果可以发现，广大中高职院校学生的AR认知水平普遍较低，较高的认知负荷成为阻碍他们使用AR技术进行学习的重要因素。在现代多元化的社会中，通识教育旨在为受教育者提供通行于不同人群之间的知识和价值观。在技术爆炸的当今社会，数字素养已经成为人们生存所必须具备的能力，开发AR相关“通识课程”的目的是能够使学生更加全面的了解AR技术，通过轻松愉快的AR 游戏等活动，提高学生的AR 学习兴趣，学生在学习的过程中不仅提高了对于AR技术的认知度，更培养了他们的数字素养。通过以示范学校为中心、逐步向优势院校推广，并带动普通院校一同发展的方式，以点到线，连线成面，将成功的成果推广到各个中高职院校。

2.转变观念，全面提升教师AR应用能力

首先是从观念上引导中高职院校教师接受AR教学。传统职业院校往往采用以教师为中心的授课形式，学生在课堂上的参与和互动不够频繁，不利于其很好地理解和掌握知识技能。AR 技术所构筑的学习环境推动了“教师中心”向“学生中心”的转变，在AR环境下进行的PBL教学，以学生实际动手操作为主、教师更多起到的是引导作用，这使得教师在课堂引导以及学生纪律等方面面临了更大的挑战。同时，由于AR技术是新兴技术，需要教师掌握多门知识技能，增重了教师的工作负担。这样，在增强现实职业教育应用的试行阶段，听到了很多教师不愿配合的声音。因此，转变教师观念，让其接受并乐于践行“AR 技术进课堂”活动就显得尤为重要。

其次应定期组织职业院校教师参与AR技能培训，使教师与时俱进地掌握最新AR操作技巧。当课堂上突发设备故障后，教师可以冷静沉着地正确处理，防止发生课堂失控、瘫痪现象。开展AR教学的相关教研活动，组织本校老师依据实际状况自主设计研发适宜本校学生的“校本课程”，达到更佳的教学效果。

3.增加投入，兼顾硬件配备与软件开发

目前在我国中高职技术教育中AR技术无法大力开展应用的主要阻力来源于硬件环境匮乏和教学资源的稀缺。虽然智能手机等移动电子设备能够在一定程度上弥补硬件环境不足的问题，但是职业教育科目众多、涉及各行各业，要完成复杂的工程实训操作必须拥有专业的AR 实验室支撑。专门的智能学习终端，只能进行与教学有关的操作，杜绝了中高职院校学生在AR学习过程中进行与课堂无关活动的可能。同时，专门的电子设备，也可以避免由于设备型号多样而造成的系统不兼容、报错、闪退等现象。因此要从根本上推进AR教学的实施，就必须提供资金保障增加硬件环境建设的投入。

此外，与硬件环境相对应的是软件资源的开发，在教学设计中要符合学生成长发育特点、遵循教育学规律、不违背教学活动的基本原则；注意“度”的控制，不因平台操作复杂繁琐而产生较大的认知负荷，也防止学生将大多注意力集中到软件的外在形式上，产生“注意力隧道”效应，不利于对知识技能本身的学习与掌握。

4.政策引导，促进校企合作

当前从事AR开发的相关企业与各中高职院校之间关系疏离的主要原因是，学校缺乏资金支持，无力购买各种软硬件资源，而企业因为缺乏利润，放弃与AR相关教育资源的开发，转而将精力投入利润更加丰厚的AR游戏中去。因此，打造一条坚实的校企合作纽带势在必行。政府部门应当制定相关政策与补贴措施，号召和鼓励更多的企业参与到职教相关AR资源的开发中去。各中高职院校同样应当响应政策，成为职业技术教育教学模式创新的源头活水，将AR技术在教学过程中应用的问题反馈给企业，从而形成政策引导下的AR 教育应用良性迭代循环，不断完善软硬件资源与教学模式的有机结合。

与此同时，校企之间应该在政策框架内签订相关的合作协议，一方面让企业承担更多的教师培训工作，为教师提供专业培训内容，增添营收项目，提升企业的参与积极性；另一方面，中高职院校向企业输送优秀的专项人才。通过“政，企，校”的有机结合，构筑软硬件开发、教师培训，人才输送为一体的“AR 技术——职业教育”生态产业链。

六、结语

尽管我国的增强现实教育应用尚处于起步阶段，在职业教育中的应用尚未普及。但通过院校开展AR 相关通识课程、提升教师AR 应用能力、加大校园AR硬件配置和软件开发力度、通过校企合作构建“AR 技术——职业教育”生态产业链，从学生、教师、教学资源、成本控制等方向一同发力，促进增强现实技术与职业教育的深度融合，将会使我国职业教育信息化迈上一个新的台阶，从而培养出更多更好的高端技能型人才。