AR资源在高职院校开发应用的SWOT分析与对策

桂建婷，宋诚英，张瑞芳，车月琴

(广州城市职业学院 网络与教育技术中心，广东 广州 510405)

AR增强现实(Augmented Reality简称AR)指的是将计算机图形图像技术生成的三维虚拟场景叠加到真实的世界，从而实现虚实融合。AR与VR(虚拟现实，Virtual Reality简称VR)[1]最大的不同在于，前者既可以看到虚拟的场景也可以看到真实的场景，而后者是完全与真实世界隔离，眼前所见均为虚拟世界。广义上看，VR包含AR，狭义上看VR与AR彼此独立，两者在关键器件、终端形态上相似性较大，而在关键技术和应用领域上有所差异。VR侧重于游戏、视频、直播与社交等大众市场，AR则侧重于工业、零售、教育等垂直应用[2]。

国外对AR的研究可追溯至20世纪60年代，计算机虚拟现实技术领域的先驱者伊凡·苏泽兰与同事和学生共同开发出了最早的AR系统模型[3]。AR在教育领域中的应用是国外研究者们的研究热点之一，基于AR技术创建教育项目正成为一种越来越普及的教育媒体设计方案。Magic Book是AR与教育的最早结合应用，它能够根据书本内容制作成3D场景和动画，儿童利用一个特殊的眼镜能够看到虚实结合的场景[4]。国内教育专家学者也对AR技术手段应用于教学领域的可能性与有效性进行了大量的研究，并取得了一定的成果。北京师范大学现代教育研究所团队提出了AR学习环境的架构，并基于此实现了一本AR概念演示书——未来之书，这是国内AR电子书研究的典型代表[5]。移动AR(Mobile Augmented Reality)[6]是指AR技术在手持设备上的应用，移动AR比传统AR具备较高的自由移动性，本文所指的AR资源均指的是移动AR资源。

根据教育部2000年发布的《教育资源建设技术规范》，媒体素材是传播教学信息的基本材料单元，可以分为文本类素材、图形图像类素材、音频类素材、视频类素材、动画类素材，这些也是目前教学中最常见的教学资源。相较于传统教学资源，AR教学资源有着非常显著的优势：首先，AR技术生成的场景具有较强的沉浸感，能够创设更加生动立体的学习情境；其次，AR交互方式灵活自然，方便学生进行自主探索；最后，AR技术所提供的体验更加真实，有助于帮助学生理解抽象概念，强化知识的构建。

本文以广州城市职业学院为例，首先，对学校AR资源应用现状进行调研，继而得出“困境金字塔”，接着使用SWOT分析理论对AR教学资源开发与利用的内部优势和劣势，外部机会和威胁进行客观分析，从而得出“困境金字塔”解决策略。

一、AR资源在高职院校开发应用现状

(一)现状

通过对广州城市职业学院一线教师使用AR资源开展教学进行深入调研，初步得到AR教学资源在高职院校应用现状。

学校食品系教师利用AR技术开发食品营养素AR资源，学生利用手机AR应用扫描饮料瓶，饮料中的营养素构成便以AR形式呈现在学生面前，如图1所示。学生点击某个元素，画面正中间会出现该元素的化学结构，学生能够及时学习巩固并掌握食品营养素的结构和功能。教师表示，相较于查看化学符号，这种形象立体的化学模型让学生能够更加牢固地记住各种营养素的组成。

图1 可乐营养素AR应用

同样是AR资源在食品专业应用案例，教师在教授药食同源原料的时候，利用AR技术开发了药食同源植物AR资源库，如图2所示。资源库中收录了常见的药食同源植物，如番木瓜、甜叶菊、魔芋等。学生打开手机APP通过扫描特定的标识物，进入资源库中，通过选中相应的植物，可以查看该原料的简介、特点和功效，同时屏幕正中间显示出该原料的立体模型。模型还支持拖动、放大、缩小等交互功能。传统授课环节，教师在讲到药食同源植物专业知识时，通常都使用图片或视频来进行展示，学生则被动地坐在教室里聆听与观看，而药食同源植物AR资源库则大大改变了学习形式，学生不再被动地学习，而是主动拿起手机去探索不同植物的成分、功效，形象立体的植物形象以及全新的学习方式给学生带来了友好的学习体验。

图2 药食同源植物AR应用

学校市政工程专业教师利用AR技术开发市政管道工程施工APP，如图3所示。学生使用手机AR应用扫描书本中的图片即可查看三维滤水管构造模型，从而强化学生对滤水管的认识。相比教材中的二维图片，AR形式的模型构造更加立体形象。传统课堂中，教师为了演示某个零件，可能需要拿实物演示，还要将图片拍好发给学生复习，而AR资源的立体生动呈现可以很好地解决这方面的问题，一旦学生忘记某个知识点，只要打开手机扫码查看即可，有助于学生开展自主学习。

图3 滤水管AR应用

AR资源除了在专业技能学习的课堂中出现，还出现在传统文化课堂中，如图4所示。在一堂主题为“孝”的国学课堂中，学生利用手机扫描一张《夜宴图》的图片就可以观看立体的古代夜宴场景，能够清晰地看到场景中人物动作和表情，还可以通过旋转等操作从多个角度对场景的细节进行观察。比起观看图片学习，学生认为AR创设的真实场景更有助于理解古代传统礼仪，从而正确感知中华传统文化。

图4 传统文化AR应用

(二)小结

从学校一线教师使用AR资源开展教学情况来看：AR资源的立体呈现为学习方式增添了技术活力和科技感仪式，深受互联网时代大学生的欢迎，学生对于AR资源表现出了极大的探索兴趣。AR资源在很大程度上弥补了传统资源单向传播的不足，能够支持学生进行深入研究，对于学生自主学习与探究起到了很好的辅教作用。目前学校教师开展教学所使用的AR应用终端载体均为智能手机，AR应用的设计思路主要是针对教学中的某个难点或者重点，借鉴AR形式的立体与真实特点来呈现与知识点相关的立体模型和三维真实场景，从而帮助学生理解抽象难懂的知识。从一线教育资源应用来看，AR资源确实在解决“进不去、看不到、难再现”等教学困境中为教师开辟了新的希望，为适应新一轮的教学模式改革带来了春风。受限于AR技术的专业跨度大、技术复杂等因素，学校现有的AR资源一般为单个场景和知识点的呈现，在交互形式上略显单一，缺乏完善的教学评价功能。目前，一线教师开展教学所使用的AR应用均来自于学校VR/AR工程中心，是专业与AR技术深度融合的教学产物。

(三)困境金字塔

对一线教师利用AR资源开展教学情况的调研结果显示，AR资源应用现状陷入了“困境金字塔”，如图5所示。困境金字塔按照由下到上的顺序整体分成三层，第一层从教师对AR资源认知层面来描述，在调研中发现大部分教师没有在教学中使用过AR类教学资源，部分教师甚至不知道AR类教学资源，这从侧面说明教师对AR教学功能探索尚未起步。第二层从当前AR资源匮乏的现状来描述，目前教学中使用的AR资源处在匮乏状态，一方面是因为市场上成熟可用的资源较少，另一方面在于很少有教师能够自主开发出适合的资源。第三层从自主开发的现状来描述，对一线教师调研过程中发现，AR资源开发涉及的流程多、技术复杂，整个AR资源的开发需要经过需求确定、原型设计、建模、编程、测试等多个环节，整个流程每个环节都需要专业的人员参与，这在一定程度上对时间成本、技术成本和人员成本都提出了较高的要求。

图5 困境金字塔

二、困境金字塔解决策略——基于SWOT理论

困境金字塔客观描述了AR资源在广州城市职业学院应用现状，如何解决困境金字塔，为AR资源的发展与传播开辟新的航线，不仅需要梳理困境现状，更要用发展的眼光着眼未来。本文基于SWOT理论，并试着用系统分析的思想，对困境金字塔的每一层困境给出相应的解决对策。

(一)AR类教学资源开发应用的内部环境分析

1.优势分析

(1)AR资源的优势。第一，AR资源有着形式新颖、交互自然的特点，使得学生能以更自然的方式自主探索，为高职学生所喜爱；第二，将AR资源引入高职，既能够解决“看不见、进不去”的难题，又可以创设真实学习情境，从而提高学习保持率；第三，AR资源在很大程度上弥补了传统资源单向传播的不足，对于学生自主学习与探究起到了很好的辅教作用。

(2)AR资源的未来趋势。教育领域著名组织The New Media Consortium(NMC)在其发布的教育领域技术趋势年度报告中，将增强现实技术列为未来几年最具有潜力的技术之一。

(3)学校在AR资源建设方面有一些基础。广州城市职业学院VR/AR工程中心建成于2018年12月，定期向全校教师开放VR/AR体验活动，并定期邀请企业行业专家为教师开展专题讲座。在将AR技术与专业教学深度融合方面，做出了一些初步探索。

2.劣势分析

(1)AR概念普及度低。部分教师对新兴技术敏感度低，将AR类资源应用到教学中尚处于起步阶段。

(2)AR资源匮乏。目前适合用于教学的专用AR资源比较少，一方面由于整个行业处在发展探索之中，成熟稳定的资源数量少；另一方面，教师现有的知识结构和技能储备无法自主开发适用的资源。

(3)AR资源开发成本高。第一，在开发技术方面，AR资源涉及的专业知识涵盖数字图形图像处理、三维建模、虚拟现实程序开发、UI设计与制作等，专业跨度大，过程复杂；第二，对硬件要求方面，AR资源属于计算机图形学发展的衍生品，对计算机在图形渲染方面的性能要求较高；第三，在开发软件方面，AR资源开发涉及的软件包括图形图像处理软件、三维建模软件、引擎软件、专门的SDK等，相较于传统教学资源的制作软件，AR资源开发所涉及的每一款软件都有很高的门槛。综合以上三点，AR资源的开发需要强大的软硬件技术支撑，需要耗费较大制作成本，过程复杂，普通一线教师很难掌握。

(二)AR教学资源开发应用的外部环境分析

1.机会分析

(1)新兴技术快速发展。终端硬件性能发展可以提高AR资源的显示品质，提升体验舒适度；作为未来虚拟现实技术的主流战场，智能手机普及率高且覆盖面广，国内一些运营商及企业很早就在布局5G，5G与云计算技术能够解决目前AR资源的运算能力问题。

(2)教育部正式设立虚拟现实应用技术专业。国家“十三五”规划纲要中明确提出要大力推进虚拟现实等新兴前沿领域的创新与产业化发展。教育部于2018年在髙职院校中新增了虚拟现实应用技术专业[7]，并在申报院校中批准了71所高职院校开办“虚拟现实应用技术”专业，于2019年9月开始招生，广东省有5所高职院校获批。2020年2月25日，教育部公布2019年度普通高等学校本科专业备案和审批结果[8]，其中“虚拟现实技术”本科专业纳入《普通高等学校本科专业目录(2020年版)》，首批开设“虚拟现实技术”本科专业的学校有4所。高职专业的设立和本科专业的设立实现了衔接，在人才培养方面拓宽了道路，为培养虚拟现实行业复合型人才奠定了基础。专业的设立证明虚拟现实技术作为标准课程进入高校，标准意味着统一和普及，这一举措将让更多的人认识虚拟现实，也让这一技术能够以最快的速度落实下去。作为广义上的虚拟现实技术，AR技术也将乘上快速发展的列车，这也为AR类资源的输出奠定了基础。

(3)AR类资源有着重要的教育价值。AR交互手段给教育者提供了新的方式表达给学习对象，也用最贴近自然的交互方式为学习者搭建一个自主探索的空间，这对于抽象内容的教学具有启发意义。正是由于AR技术的这些特点，使得它在教育领域具有很大的发展潜力与应用空间。

2.威胁分析

(1)现有传统教学资源对AR资源的“排斥”。目前，教师备课资源形式大多以传统资源为主，如PPT、音视频、图片、文档等，随着多媒体技术和互联网技术的成熟，传统的资源可以同时共生在一个平台上，目前国内有很多主流的在线教学平台，教师可以把PPT课件、微课视频、图片案例等资源按照教学设计架构进行组织上传，学生可以通过课程指引很容易访问课程中的各类资源，比如学生使用一个手机APP就能观看所有的课程资源。相比传统资源，AR资源运行平台暂时还不能完全与传统资源运行平台兼容，这也就导致传统资源对AR资源的“排斥”。而这种“排斥”并不能在短期内消除，正如“互联网+教育”很早就被提出，但是传统教学因其有特定的优势，在线教学一直是传统教育的补充形式，直到2020年新冠疫情的发生才加速了“互联网+教育”的发展。因此，AR资源的成熟应用也需要时间和机会来消除现存的“排斥”。

(2)不利于新一轮教学改革。AR技术与教育教学的融合将成为新一轮教学改革的方向。目前，学校还处在AR资源开发与应用的初步探索阶段，利用AR资源开展教学的教师更是凤毛麟角，不利于教师开展新一轮教学改革研究。

(三)AR教学资源开发与利用的发展策略

在对AR资源开发与应用进行SWOT分析之后，结合学校现状，针对困境金字塔提出解决策略，如图6所示。

图6 困境金字塔及其解决对策

1.更新教师知识结构应对其对新兴技术敏感度低的困境

教师对新兴技术敏感度低的原因在于他们的知识结构有待更新，应对策略为“两输入，一输出”。输入方面：一是定期邀请行业专家定期为教师开展VR/AR教学资源制作、开发、应用等主题讲座及培训；二是组织教师到VR/AR企业进行参观学习、体验、培训。输出方面：充分发挥教师主观能动性，组建校级VR/AR专业教师团队，推动更多教师从“知道”转向“行动”。

2.项目驱动资源建设应对资源匮乏的困境

针对目前资源匮乏现状，学校层面通过政策导向，鼓励教师开展与AR资源开发及应用相关的各级各类教研、科研、教改、竞赛等项目，秉持“从教学中来，到教学中去”的原则，鼓励不同系部教师进行跨专业合作，充分调动一线教师的主动性、积极性，从而丰富教学一线AR资源的建设。

3.深度开展校企合作应对自主开发难度大的困境

针对自主开发难度大的困境，应对策略为深度开展校企合作。将一线教学需求引入企业，企业真实项目引入学校，探索人才共育，成果共享模式；组建企业专家-学校教师合作团队，企业专家为学校教师提供专业知识和技术方面的培训，学校教师带领学生团队攻关企业项目，在教学中实现“企业真实项目进课堂”，为学生积累项目经验，为学校参与产业发展进行探索，为专业人才输出作出贡献。