AR技术在教学演示中运用研究思路探析

2019-07-08姚英

知识文库 2019年12期

姚英

目前国内的AR技术主要应用于实际项目，但作为教学手段进行教学仍处于探索研究阶段。本课题主要研究通过增强现实技术，实现“透视学”课程教学中演示效果、师生交互、学习兴趣、教学效果的提高;AR技术在教育教学演示中的应用对推进教育信息化，促进教育教学改革具有积极的意义和深远的影响。

1 前言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中提出：“提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果” 。《教育部关于“十三五”高等学校设置工作的意见》指出：“积极鼓励广大师生在日常教学与学习过程中根据需要广泛应用已较为成熟的各类信息技术、设备和工具，探索使用新技术、新设备与新工具”。随着现代信息技术、多媒体技术和网络通信技术的迅猛发展，对教育工作者在实际教育教学中提出了更高的要求。

2 AR技术在教学演示中运用的研究意义

目前的本科教学中演示过于单一，大多用多媒体课件演示呈现，学生处于被动接收的状态，存在忽视课堂生成性、缺少学生参与、缺乏交互性等问题，不能激发学生的学习兴趣，教学效果不理想。而“透视学”课程作为环境设计中最重要的课程之一，由于学生的空间感不足，透视原理是其学习过程中最难掌握的，复杂的三维空间状态的透视关系很容易使学生感到困顿与枯燥乏味。

增强现实技术（增强现实，简称AR技术），是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的增强。将AR技术运用在教学中可以改变现有的传统教学演示形式。使用AR技术，如声音技术、三维图像、动画制作和用户交互，许多在现实世界中难以表现的对象和环境可以是虚拟的。将计算机产生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;实现了透视学课程中的物体结构透视、室内与建筑场景的透视、室外透视等演示，为学生提供一个三维的虚拟透视环境，通过与虚拟场景交互获得透视知识，解决teachin中存在的许多问题，大大增强了教学演示的趣味性和实用性，激发学生的兴趣与积极性，提高学生的学习效率。

3 AR技术在教学演示中运用的研究现状

3.1 国外研究现状

AR技术起源于20世纪60年代，90年代迅速发展，较著名的研究机构主要集中在美国麻省理工大学、哥伦比亚大学、日本、德国和新加坡等发达国家的实验室。哈佛大学教育研究院克里斯托弗﹒德迪教授等人研究了基于AR的课程学习模型，设计并开发了一个AR移动课程项目。新加坡国立大学志应洲等人开发了wiz-Qubes娱乐教学系统，利用AR技术向儿童讲述故事;日本的Kikuo Asai为学习者提供了一种新的学习工具，具有很大的发展空间。奥地利维也纳大学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;Kaufmann H教授.研究了基于增强现实技术的工具在空间几何教学中，它可以为师生提供一个面对面的交流与合作平台。

国外学者将AR技术推广到高等教育领域，停止了系统的理论和实验研究。Brett E.Shelton（2002年）发表的《增强现实和教育：当前的任务和课堂学习的潜力》中探析了增强现实技术对促进学习具有巨大的潜力。2011年11月，未来实验室首席科学家理查德桑福德，提出了“走出课堂回归现实世界：用手机和增强现实技术讲授理科课程”的主题，探讨了增强现实技术在移动学习中的可用性和可行性。

3.2 国内研究现状

AR技术在中国尚处于起步阶段，在工业、旅游、文物修复、展览、影视娱乐等领域的研究非常活跃，而涉及到教育教学演示的研究为数不多。浙江大学开发了一个“基因剪刀”项目，将AR技术应用于科学博物馆，以提高儿童对理解和学习科普科学的兴趣。“数字颐和园”，由北京理工大学王涌天教授等采用AR技术开发，利用AR技术将真实场景与当年未被破坏的场景结合起来，在圆明园遗址相关的复原。中韩合作开发了首款AR技术涂色游戏书，这本书将形成一个完整模型的应用程序。

近年来国内高校教育工作者对于AR技术在教学演示工具的开发及其在教学中的应用进行了一些有效的研究。如陈向东，张茜（2012），《基于增强现实的教学演示》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;陈向东，乔辰（2014），《增强现实学具的开发与应用》，以“AR电路学具为例”阐述了其作用原理与使用方法; 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”;徐媛的《增强现实技术的教学应用研究》与李婷的《基于“视联网”增强现实技术的教学应用研究》。

AR技术在教育中的应用主要集中在儿童电子书、工业培训技能、创造幼儿学习环境、中小学教育游戏等领域，而这种教学手段用于环境设计专业教学的研究很少、有值得进一步研究和挖掘的空间。

4 AR技术在教学演示中运用的研究思路

4.1 AR技术在教学演示中运用的框架和具体内容

通过研究相关的国内外文献资料与实践探索现状，从AR技术的发展与应用技术研究，以及在教育教学相关领域的应用情况研究等几大块入手，探索出AR技术系统的教学演示开发工具与平台，以及AR技术在教学演示的基本内容与类型，进一步明确整体的设计框架;

4.2 AR技术在教学演示中运用的设计流程与方法

通过对增强现实技术的概念、发展阶段、关键技术和核心特征的研究，分析了增强现实技术的优势和基本开发过程，以及基于增强现实技术设计和开发的教学演示软件的功能和优势。

探索出互动AR技术教学演示工具系统开发的基本流程，研究互动AR技术教学演示系统的基本架构方法;通过构建一个基于AR技术的教学演示工具，改变传统单一的知识呈现方式，拓展了AR技术的应用领域与教学演示的表现形式，创新教学模式;

4.3 AR技术在教学演示中运用的具体开发

通过深入研究各理论模型及对基于AR技术的教学演示软件设計开发的启示，研究设计步骤、关键技术点和开发工具。从教学设计和AR技术的角度，探索软件应遵循的设计思想和原则，研究出软件的总体框架和各个功能模块，并提出了一个科学合理的设计模型。

从而开发适合环境设计透视学课程的AR教学演示工具，并研究出如何使软件模型和场景更加真实美观与立体，并使教学演示交互界面具有互动性与趣味性;通过AR技术的虚实叠加、实时交互、增添定位等功能特点，为教学提供丰富生动的演示，降低教师教学压力，提高学生学习效果;

4.4 AR技术在教学演示中运用的具体实施

通过研究AR技术设计开发教学演示软件的一般过程，其中包括：教学设计和软件设计、实现，来开展实践应用;探索出AR技术教学演示与目标主体相融合，进行人机交互，创新教学模式;研究如何使新的教学模式能更好地激发学生的学习积极性，提高学习效果。通过构建真实的、虚拟的交互学习环境，以及反复的物理操作演示设计，学习者可以更好地理解、掌握和巩固自己所学到的技能，更好地培养学生的三维表现力;同时，AR技术具有可操作性、趣味性和交互教育功能，能更有效的吸引学生的注意力，提高学习积极性。