增强现实技术在儿童教育中的应用初探

□北京市儿童福利院 陈琼

时代更迭为技术的革新创造了更多的机会和更有利的发展空间。人们刚踏出传统电气时代的大门，移动互联网的洪流就席卷而来，再加上经济水平的提升，人们对于便携式的手持设备格外偏爱。不少家长在进行儿童教育时一改传统的书本及影音，开始选择使用手机上的各类App，这种转型也意味着儿童教育步入了一个全新的发展阶段。于是，增强现实技术也成为辅助儿童教育发展的重要工具，其应用的前提非常复杂，不单单是需要电子设备，更要求现实环境的参与和配合。融合增强现实技术的儿童教育模式改变了单一的感受教学，开始注重儿童听、说、读、写等全方位的感官体验，保留他们爱玩的本性，让枯燥乏味的学习也变得充满乐趣。

一、何为增强现实技术

增强现实技术如果从字面上理解，就是增加现实感受的技术。实际上，增强现实技术就是人们生活中经常会提到的“AR 技术”。这项技术是目前全世界各国研究的焦点，也是核心。它是一种依附于计算机图形技术和可视化技术的新型综合性技术，力图打造虚拟与现实相互融合的高级体验。该技术的工作原理十分复杂，一言以蔽之，就是将虚拟事物通过传感技术放置于真实的环境中，让用户在真实空间中与虚拟对象展开直接交互。

增强现实技术如今被应用于多个领域，且取得了不同程度的效果，目前来看，市场潜力还是相当大的。该技术最为显著的特点有三个，一是其能实现真实与虚拟之间的无缝集成，二是参与到其中的用户可以获得较为真切的交互体验感，三是将真实环境中叠加虚拟物件的构思变为了现实。纵观国内外增强现实技术的应用现状，已有多家应用平台开启这项全新的服务，这项技术正在热门化的道路上稳步前行。

二、增强现实产品面临怎样的现实困境

从市场调研的结果来看，目前流通于消费市场的增强现实产品大致分为三大类。第一种是头戴式的AR 显示器，这也是目前最常见的一种产品，其应用的领域多为工业、医疗、教育等。第二类是手持式的AR显示设备，这种设备的最大优势是便捷，适用领域集中在商业、游戏、教育等。第三类是桌面AR显示器，这类设备一般都用于空间较大的场合，适合发布会、场馆开展的活动等。如果将目光转向儿童教育领域的市场，手持式的AR 显示设备或许是不二之选。当前增强现实儿童教育类的产品多集中于认知层面，利用“扫描卡片，展示信息”的模式帮助儿童强化认知能力。事实上，这类产品最大的弊端莫过于内容简单且降低了儿童的参与感。研发的过程并未充分考虑各年龄段儿童的认知规律，如以3 岁为界限，3 岁以上的儿童强化认知能力已经不能依靠简单的展示教学了，3岁以下的儿童碍于生理条件还不能使用增强现实产品。

三、目前我国在儿童教育领域应用增强现实技术的成功案例

一项优秀的增强现实儿童教育类产品一定是以《幼儿园教育指导纲要（试行）》为核心的，充分展现增强现实技术的价值。产品的内容是建立在儿童学习年龄段的基础之上的，至少要包含健康、语言、社会、科学和艺术五个方面。产品的应用不能脱离儿童的特性，不仅要满足他们的好奇心，而且不能忽视他们的求知欲。无论是教育的环境还是教育的内容都务必遵循多元化和趣味性原则，这样才能达成高效教育的效果。

重庆某科技公司研发的一种名为“增强现实小熊探索系列之小熊蛋糕”的产品就是一个较为成功的案例。该产品如果按照类型划分，属于课堂科普类读物，具备准确、权威和科学的特点。这项产品研发的整个过程都是由公司内部人员自主完成，严格意义上讲，属于原创类增强现实产品。该产品的操作形式为移动端设备，也就是说无论是手机还是平板电脑都可以轻而易举地完成操作。产品的适用人群被定义为学龄前儿童，具体是4～6 岁儿童。产品在设计的过程中严格遵照该年龄段儿童的普遍特性，儿童可以跟随卡通熊的角色，在游戏中体验学习的成就感。产品在研发的过程中注重音效、动画、影像、交互版块等诸多元素的集成，力图为接受教育的儿童提供更真实、更有趣的体验感。产品的内容参考儿童的认知规律，综合幼儿园即将升入小学应该掌握的数学、语文和英语知识。产品完成教育功能的期间重视时间和空间的概念，开创独一无二的逻辑思维小游戏，让儿童在游戏的快乐中感知学习的魅力。

四、如何搭建增强现实儿童教育产品中平台系统

增强现实技术的实质是完成虚实结合的过程。一项成熟的增强现实儿童教育类产品既要满足高品质硬件的刚需，还要拥有一套独特且完善的软件系统。唯有软硬件兼备，才可以打造更真实且有效的用户体验。因此，增强现实儿童教育类产品在设计阶段就要重视各个部分。

硬件部分分为五个系统，分别是视频显示系统、计算机系统、人机交互系统、传感系统和动作捕捉跟踪系统。软件部分分为多个模块，其中最重要的是三维模型模块、平台开发模块、图像识别模块和互动操作模块。整个平台系统的心脏是真实图形图像识别技术以及三维技术，这两项技术都要依靠电子设备。一个简单的例子，摄像头是手持设备的基本配置，普及率和兼容性都得到了一定程度的保障。摄像头可以捕捉到一定范围内的动态数据并接收来自操作中的相关质量，此时获取的相关信息会在最短的时间内传输到计算机中得到处理，处理后的有效信息会通过设备实时展示在显示屏上，完成一个较为完整的虚实交互过程。

五、如何在已有的基础上实现技术的升级和创新

一项成功的增强现实儿童教育类产品会将适用儿童的年龄段作为研发的重点，内容做到条理清晰，章节划分的标准是内容的难易程度。既然是增强现实产品，就要注重用户的体验感。对于儿童来说，沉浸式体验最为合适，让他们在自己感兴趣的游戏中学习，不仅能解决个别儿童注意力不集中的问题，还能从根本上提高教育效率。学习的过程除了充斥着游戏，还有互动设置，如让儿童进行角色互动，同虚拟人物一起完成学习。互动版块的设计要通俗易懂，要求儿童能自主完成操作。技术升级和创新的道路不能脱离教育以人为本的初衷，除此之外还要发掘因材施教的重要性，要让儿童教育变得灵动和高效。

六、结语

总的来说，增强现实技术在儿童教育中的应用是科技时代造就的成果。增强现实技术作为新时代科技发展的标杆性工具，当其参与到儿童教育领域，不仅能改变传统的教育模式，还能从根本上提升教育的体验感和趣味性。纵观现状，增强现实儿童教育类产品具有无限大的市场潜力，相关开发单位要把握好时代赋予的这一契机，完善整个设计和研发的过程，精准把握适用儿童群体，结合群体特性，最大化地展现技术价值。