AR在幼儿美术教育活动中的应用与实证研究术

张浩 韦云 朱德峰

摘要：该文关注增强现实技术在幼儿美育活动中的应用价值及实现路径。在梳理AR支持幼儿教育应用研究现状基础上，依据幼儿美术活动教学目标，结合体验学习理念，分析幼儿学习特征，依托AR技术特性，构建了AR技术支持的幼儿美术体验学习活动整体框架和设计流程，以此为基础设计开发若干AR支持的幼儿体验学习活动方案并开展实证研究。研究结果表明AR技术的应用对幼儿在美术体验学习过程中的主动程度、学习兴趣、专注状态、美术技巧和创新思维均有显著影响，且有益于营造学习氛围、丰富教学手段、创设新型教学情境，提升幼儿美术学习品质，有效达成幼儿美术教学目标。

关键词：增强现实;幼儿美术活动;体验学习

中图分类号：CJ434

文献标识码：A

一、引言

幼儿美育是培养儿童认识欣赏进而追求创造美的教育，是幼儿全面发展教育中不可或缺的部分。幼儿美术教育活动是幼儿艺术教育的重要实现载体，其不仅有助于幼儿对美的发现、感受和表现，亦能有效促进幼儿在创新思维、情感表达、个性特征等方面的培养[1]。2012年教育部颁布的《3-6岁儿童学习与发展指南》明确提出幼儿阶段学习者在社会、健康、语言、科学、艺术五大领域的发展目标，且进一步强调幼儿教育者应关注不同阶段幼儿学习者的特征，结合新技术创设更为丰富的幼儿学习体验环境，以期“最大限度地支持和满足幼儿通过直接感知、实际操作和亲身体验获取经验的需要”[2]。作为幼儿学习活动的重要组成部分，幼儿美术活动自然也应遵循与《指南》中指导思想所一致的思路与原则，开展以幼儿体验学习为主的各项活动。

体验学习源自杜威所提出的“做中学”及“经验学习”，是将学习者置身于特定情境中，通过直接的感官刺激获得与外部学习环境的交互作用，从而激发个体内在的探究欲望及情感反应，学习者在实践中反思、觉悟、内化与升华，进而构建属于个体自身的个性化科学知识体系。增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术是依托虚拟现实技术而逐步发展的新型人机交互技术，可用于创设真实物理世界与虚拟数字信息相互融合的学习情境，学习者在这种被数字信息丰富或增强的物理环境中可以通过与环境及数字内容的交互，获得丰富而真实的学习体验。虚实结合的内容呈现以及自然生动的交互方式有助于提升学习者在学习环境中的浸入感，加强学习专注度以及在学习进程中的参与性，AR技术功能与特性在相当程度上响应了幼儿教育教学活动的内在要求。因而，近年来一些国内外教育技术相关研究者开始将AR技术应用视角投射到幼儿教育领域，与该领域的教育工作者合作开展了一系列的相关研究。

二、文献综述

（一）国外研究现状

国外关于AR应用于幼儿教育的研究主要集中于两个方面。一是关于AR教育产品的设计与开发研究。如美国研究者Billinghurst等人早在2001年开发儿童教育读本魔术书（Magic Book）[3]时便提出了采用增强现实界面的构想;2016年Arjun B等人开发的面向少儿的识字类电脑游戏“ABC3D”[4]可以被看作是真正意义上的AR教育产品;而马来西亚的托米教授则主持了一部可以让儿童与内容产生互动的AR图书的开发，这本电子书包含了若干诸如《乌鸦喝水》这样的经典寓言故事吲，据称这既可提高幼儿对阅读的兴趣亦可加深其对内容的理解。二是将AR技术应用于幼儿教育的实证研究。如Cascales A等使用AR Toolkit设计了“动物”主题的学习内容，将36名4-5岁的幼儿随机分为实验组和对照组开展了准实验研究[6]，以探索分析AR在幼儿教育应用中的可行性;Rasalingam等使用网络共享的AR教学资料-AR闪卡（AR Flashcards）进行基于AR的字母教学，使用視频录像分析法、观察法、非结构访谈法来测量幼儿的学习动机水平和参与积极度变化[7];土耳其学者Yilmaz则使用了拼图、闪卡和匹配卡等形式的AR教具“神奇教育玩具”（EMT）开展学前教育活动，调查了解师生对这种增强现实教具在教学中应用的体会和感受，分析AR教学工具的使用与幼儿认知发展之间的关系等[8]。

（二）国内研究现状

相较于国外，国内关于AR幼儿教育的研究起步较晚、发展平缓，且多以应用理论探索和产品案例分析为主，目前尚处于探索阶段，所涉及的领域主要包括以下三类。第一类是关于AR与幼儿教育结合的潜能分析，主要分析AR的基本原理和AR在儿童图书和绘本中应用的技术路线探索，如追踪AR类儿童科普读物的发展缘起，梳理AR类童书的出版现状及问题所在[9]，以及对此类童书的发展方向提出规划和设想等[10]。第二类是AR相关儿童科普读物的设计策略研究，如对增强现实儿童科普读物设计要素的分析，提出设计中应遵循的准则[11]，或是对增强现实电子书的关键技术总结，增强现实类儿童电子书开发与出版的管理模型构建等[12]。第三类是对AR教育产品的案例分析，如对面向幼儿的AR教育产品“增强现实小熊探索系列之小熊蛋糕”和“巴布”的分析[13]。

理论探索和产品案例分析之外，也出现了少量实证研究，主要采用了调查研究和准实验研究的方法。如康帆在武汉市开展调查研究，分析城市幼儿园是否具备增强现实技术应用的硬件条件，以及如何利用AR技术解决目前幼儿园教育环境建构中的具体问题，并通过准实验研究分析AR支持下的教育环境对幼儿社会性发展、学习兴趣、师幼互动等方面的影响[14];陈钱书基于研发的AR学习系统加深幼儿对中文发音的理解、增强学习记忆并提高学习兴趣等[15];黄宇嘉用colAR mix软件开发了一系列AR幼儿教育资源并用于幼儿艺术活动[16]，且在幼儿园开展了质性研究;谢敏慈设计了面向幼儿的AR英语学习系统并检验了基于该系统的游戏化学习效果[17];郭晋谷使用自行开发的AR幼儿教材分析6-7岁幼儿使用AR教材前后在立体造型描述能力上的差异等[18]。

综上可知，国内外研究者将AR与幼儿教育教学活动相结合开展的实证研究主要集中在幼儿语言和科学活动，而活动类别不是很丰富，对于学习效果的分析也有待深入，并且在为数不多的实证研究中也缺乏将AR技术或产品与相应教学活动紧密结合的具体教学活动设计。

三、研究设计

AR技术及其产品的显著特性在于能有效支撑学习情境的创设并丰富学习活动的形式，但是由于缺乏相关的活动设计方案，研究者很难将增强现实真正融合到学习活动教学中。为解决上述问题，本研究尝试以大卫·库伯的体验学习圈为蓝本，结合活动理论，依托AR技术特性和相应教育产品的功能形成如下页图1所示的AR支持的幼儿美术体验学习活动设计流程。在该流程中，首先将教师和学生活动加以区分，将教师活动分为活动前期分析、学习活动设计和学习活动实施三个阶段，其中学习活动实施阶段中包含了学生活动。

（一）活动前期分析阶段

学习目标分析、学习者特征分析和学习内容分析这三个方面是前期分析的主要组成部分。其一，学习目标分析部分主要依据教育部颁布的《3-6岁儿童学习与发展指南》，指南中将幼儿的学习与发展分为健康、语言、社会、科学、艺术五个领域，每个领域按照幼儿学习与发展最基本、最关键的内容划分为多个方面。其中艺术领域包括感受与欣赏、表现与创造两个方面的学习目标，并且针对不同年龄段的幼儿提出了不同的要求。我们在幼儿园教学实践中设计了三个AR支持的美术体验学习活动，每个活动依据指南学习中相应的目标要求并参照布卢姆教学目标分类法，设计了相应的学习目标，如活动二《雪人宝宝穿衣服》的学习目标如下：（1）认知维度目标：认识雪人的外观形状特征，了解冬天衣服的种类;（2）情感领域目标：学会用缤纷的色彩表达不同的情感，学会欣赏同伴作品，体会对弱小者的关爱和温情;（3）动作技能维度目標：熟练使用水彩笔在特定范围准确涂色，学会平板中AR应用程序的操作控制。

其二，学习者特征分析部分主要针对幼儿的生理特征、心理特征和行为特征三大方面进行分析。首先，生理特征分析涉及年龄与大脑发育特点的评估，本研究对象是处于幼儿园中班阶段的儿童群体，学龄前期幼儿大脑发育仍处于迅速发展的时期，对外界环境中的直观形象刺激更为敏感，是体验式学习的良好时机。其次，心理特征方面在该时期最为突出的是，幼儿参与活动的愿望及主动性明显增强，无意注意开始向有意注意不断转化，因此幼儿更加乐于参与的活动类型主要为易激发感官刺激的联合性及建构性的游戏式活动，这是AR的优势所在;同时，幼儿社会性语言迅速发展，渴望与外界交流互动，期望他人倾听与关爱，且思维方式从最初的具体形象思维逐渐演化出逻辑思维和判断思维。再者，幼儿在行为特征上表现为开始积极模仿和探索，尽管独立行动愿望强烈，但由于缺乏经验和技巧，仍依赖成人的指导与帮助。此时期幼儿在美术活动中已接触过部分基础绘图工具如水彩笔、彩铅、油画棒等，并了解简单涂色方法，但准确性、美观度、熟练度等均有待提高。

其三，学习内容分析部分主要基于前述两部分的分析，并结合AR技术特性择取适宜的学习内容以设计富有特色的学习活动。其中，特别需要考虑由于增强现实技术的介入对于学习内容选择带来的影响，应充分考虑所要进行教学的内容是不是需要用到AR技术，并且有没有可用于教学的AR资源。如在本研究设计的第三个美术体验活动《小花伞变变变》中，主要学习内容如认识不同的伞面图案形状，如何用不同颜色的水彩笔给伞面不同区域涂色等，这些活动如果有了AR技术的支持，学生会有更多的互动体验，获得多感官参与的更为丰富的感知，进而触发艺术灵感。

（二）学习活动设计阶段

教学活动设计部分需要考虑五个方面问题。首先是学习资源的准备，选择合适的AR赋能的学习材料是幼儿美术学习活动的学习资源准备中至关重要的部分。通常可以选择网络中的AR辅助学习材料或者有条件的学校也可以自己根据互动需要设计然后组合开发这种学习材料。选择使用相对成熟成型的AR辅助学习材料与自主设计开发这两种路径各有利弊，自己设计的会更适切但开发的技术难度较大，用已有成熟成型的产品选择的余地和空间不大，但可以迅速地开展起来。此外，其他各种形式的学习资源如视音频微课、动画、多媒体课件等也应一并予以考虑和准备。而硬件方面，AR支持的幼儿美术学习活动中，除传统幼儿美术活动中所需的学习工具如蜡笔、水彩笔、颜料等还需用到支持AR系统应用的工具如智能手机或平板电脑。

资源和工具准备之外，还需要对活动任务加以设计，对任务分工加以明确，并形成相应的活动组织共同体。任务设计部分再具体细分还包括对学习活动形式、流程以及方法和策略等因素的设计规划，这部分直接影响到下一个环节学习活动的实施。教师与幼儿学习者以及幼儿学习者之间在学习活动中相互影响并频繁互动而形成了某种形式的共同体关系，在这种组织共同体中教师可以针对不同能力基础的学生提供支持。为了让每位共同体成员的活力得到充分发挥，需要对共同体内部进行任务分工，并且合理的分工可以使得共同体中个体的责任意识和协同意识得到增强，使组织凝聚力发挥出更佳效果。

（三）教学活动实施阶段

活动实施阶段将体验学习理念有机融入，主要依据大卫·库伯所提出的“四阶段体验学习圈模型”[19]，该模型清晰呈现了学习是一个基于体验的持续性的且由亲身体验、观察反思、抽象概括和主动运用四部分共同组成的螺旋上升式的动态过程。本研究中学习活动实施阶段包含教师活动模块和学生活动模块，而具体实施环节则可概括为四个步骤，即创设AR学习情境、优化子活动设计方案、学习指导与支持、实施学习评价。

1.创设AR学习情境。学习情境依据环境可被划分为现实世界、虚拟空间、虚实融合情境。由于学习者的学习成效会随着体验学习所营造学习情境与现实世界真实情境的一致性程度的增高而增高，因此创设学习情境的方法与仿真度显得格外重要，而AR技术能较好满足该需求。运用AR技术为幼儿美术学习者创设虚实融合的体验学习环境，不仅可有效弥补传统学习场景的短板，且更有益于激发幼儿在多维学习空间中的主动探索与创造。

2.优化子活动设计方案。依据前述总体活动设计基本思想和思路，结合实际可操作性还需对各项活动任务进一步细化，分解出系列子活动并逐步优化各项子活动的设计方案。需注意的是，优化设计的过程依然需要遵循体验学习圈模型理念，同时，基于前期对幼儿学习者特征的分析，每个子活动流程中既要突出鼓励幼儿自我探索的活动环节，亦需特殊设计幼儿之间、幼儿与成人之间的交流、互动、分享环节。

3.学习指导与支持。在各个子活动开展过程中均实时辅助提供硬环境和软环境的指导与支持，其中，对硬环境的指导与支持是指运用图片、动画或视频等手段详细讲解绘画工具的使用和注意事项、细致介绍AR仪器或产品的具体操作并现场演示等;而对软环境的指导与支持则包括指导幼儿学会在特定学习规则中完成学习任务、在幼儿情绪及情感流露时支持幼儿心理建设、在幼儿遇到自身无法逾越的学习困难时帮助其学会运用学习技巧等，从而保障各个活动在虚实融合空间中顺利有序进行。

4.实施学习评价。学习评价涉及两大方面，即过程性评价和绘画作品评价。对于过程性评价，本研究参考张念芸所研发的针对幼儿美术学习活动过程的评价指标[20]，形成了适用于AR体验学习环境的幼儿美术学习过程评价表，如表1所示。对于幼儿绘画作品的评价，则主要从幼儿的涂色方式、上色技巧、元素创造性等角度进行专业评估，同时综合考虑幼儿间对作品的自评和互评。此外，结合对教师、家长和幼儿的深度访谈，更加全方位地观察和分析基于AR的体验学习效果。

四、应用实践及效果分析

为检验基于以上活动设计流程所设计的增强现实支持的幼儿美术体验学习效果，笔者在Y市一所大学附属幼儿园开展了准实验研究，在实验班采用了AR支持的幼儿美术涂色体验学习活动，在对照班相应进行了传统幼儿涂色活动的教学，通过对比两班级间学生的学习过程与效果，探讨增强现实技术在幼儿美术活动中如何加以有效应用以及对哪些学习结果会产生显著影响等相关问题。

（一）对象及方法

研究采用准实验研究法，以中班幼儿涂色活动作为实验内容，选取Y幼儿园两个各方面情况相近的班级作为实验对象，分别作为实验班和对照班。两个班为平行班，学生的基本素质和发展水平基本相似，在之前的学习活动中孩子们也都做过涂色等美术活动的训练。两班学生数相同，男女比例相近。实验教学活动之前，笔者设计了一个活动案例《太阳的颜色》作为前测，比较两个班级的情况，具体结果如表2所示，实验班和对照班的幼儿在学习主动性、兴趣性、专注性、独立性、熟练性、涂色和创造性方面的P值均大于0.05，可见两个班级前测时无显著差异。

本研究选用了“AR涂涂乐Ⅱ”作为AR学习资源，AR涂涂乐Ⅱ是由国内一家科技企业出品的交互式美术涂色产品，该产品可以在特定平板应用程序的支持下将幼儿的美术涂色作品变成可三维动态影像呈现出来，并且可以让儿童与生成的动画进行互动，因而在这种活动过程中就涉及到视、听、说、触、想等多感官体验。在教学实践中，AR涂涂乐Ⅱ的应用包括了可涂色绘本的使用和APP呈现增强现实效果的使用。学生先在绘本上进行创意绘画涂色，之后打开平板上安装的APP，用平板摄影镜头对涂色作品加以照射，绘本作品中的图案和色彩会被该APP识别而转换为相应的三维作品，并可对该三维影像进行缩放、旋转，同时还能帮助纠正中英文发音、听取童谣朗诵、分享照片等。

在前述AR支持的幼儿美术体验学习活动框架及流程的指导下，本研究设计了三个幼儿美术学习活动，分别是《给雪人宝宝穿衣服》《小花伞变变变》《化妆舞会》。实验班和对照班均围绕这三个主题开展教学，实验班融AAR互动体验环节进行教学，而对照班仍延续传统教学方式。

实验数据收集主要通过课堂观察评价和幼儿作品评价这两个来源。有5位观察员参与了在课堂活动中对幼儿学习的观察，所依据的是前文中提及的《学习活动过程评价量表》，观察员们按照量表中的指标项观察学生的学习行为，对其主动性、兴趣性、专注性、独立性和熟练性等方面加以评判，幼儿作品评价则由3位教师依据相关评价量表为每幅作品打分。数据处理使用了SPSS20.0统计分析软件，对实验班和对照班的数据采用独立样本t检验加以校验。

（二）结果与分析

将实验班和对照班的课堂观察和幼儿作品得分前测和后测结果分别进行比较，如下页图2和下页图3所示。实验班加入AR互动体验环节进行教学后，幼儿在学习主动程度、学习兴趣、专注程度、独立程度、熟练程度、涂色能力和创造能力各方面的提升均值分别为1.78、0.96、1.00、0.23、0.73、0.73、0.41。对照班采用传统方式进行教学，除了创造性之外，幼儿其他各方面的表现也都有所提高，提高均值范围处于0.20-0.48之间。通过SPSS等统计软件对所收集的两类分值数据进行了独立样本t检验，从下页表3中可以看出，实验班和对照班的幼儿在学习主动程度、学习兴趣、专注程度、熟练程度、涂色能力及创造能力方面的P值均小于0.01，可知两个班幼儿上述方面的发展存在显著差异。仅在独立性方面P值大于0.05，不存在显著差异。

（三）讨论与分析

通过以上对实验班和对照班前后测数据及差异显著性检验等结果分析可以看出，采用AR支持的幼儿美术活动教学的班级相较于采用传统美术活动教学的班级而言，幼儿在学习主动程度、学习兴趣、专注状态、美术技巧和创新思维等诸多方面均有明显提升，这相当程度上应归功于AR技术介入后学习氛围的改善和学习体验的丰富。这个发现与欧洲学者卡斯卡勒斯的研究可做相互印证，他也发现结合增强现实的教学内容对儿童更有吸引力并且会取得更好的学习效果。本研究所观察到的AR应用于幼儿美术活动中能明显提高幼儿学习兴趣和专注程度的结论，与南亚学者拉姆比里的相关研究结论非常接近，他的研究亦支持了AR技术可以为年幼的学习者创设更有趣的学习情境。本研究通过设计及实施AR技术支持下的幼儿美术学习活动，所考察的各项幼儿认知、动作或情感发展技能，诸如观察力、专注力、手眼协调性、问题解决和反思自省能力以及坚毅力和团队沟通协作能力等均是幼儿核心素養要求或幼儿美术教育目标中的主要内容，而实证结果说明将增强现实应用于幼儿美术活动所取得的效果可有效达成幼儿美术教育的相关目标要求。

此外，通过与幼儿园相关教师的深入交流和访谈也发现AR应用于幼儿美术活动中能够增强幼儿教师开展美术活动的教学手段，帮助其创设更为丰富的学习环境，进而推动幼儿美术教学活动的顺利开展。再者，利用AR互动绘本结合幼儿涂色、绘画等内容进行教学设计，能够进一步充实幼儿美术活动课程内容，有效促进幼儿美术教学质量提升。与此同时，AR技术支持的学习互动过程为幼儿学习者提供融合“视、听、说、触、想”的多感体验，当然更具体的影响效果还需进一步研究验明。

五、结语

将AR与幼儿美术教育活动相结合进行体验学习活动设计，能够将儿童美术学习内容和学习结果充分可视化、形象化，提升幼儿学习热情与兴趣，促进幼儿在美术及相关领域的能力发展，激发幼儿艺术创作灵感，丰富其多感官的学习体验。本研究所构建的学习活动设计框架和流程以及对学习活动、技术资源以及评价工具的设计和研发应有助于幼儿教师參照设计相类似的基于AR的幼儿美术学习活动，从而促进技术支持的幼儿教学活动恰当而有效的开展，形成更丰富的技术应用案例，从而逐步消除对AR等技术在幼儿教育领域应用所可能存在的顾虑和偏见。当然，增强现实等技术在幼儿教育领域的应用还处在初期阶段，既有机遇，也还面临着相当大的挑战[21]。比如担心儿童过多使用平板手机等设备会造成视力的损伤等问题，教师应在有效控制使用时间的前提下，引导学生适当使用平板设备，在既使学生获得丰富学习体验的同时，亦能有效培养其合理适度使用电子设备的良好习惯。AR技术在幼儿教学中的应用仍然存在诸多问题需要思考，如幼儿在进行AR互动过程中如何对其更有效地进行评价与反馈，幼儿认知能力的变化如何更有效测量，以及增强现实技术应用到幼儿健康、语言、社会、科学活动等领域的效果如何等，这些问题都有待后续进一步深入研究与探索。

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[21]蔡苏，张晗等.增强现实（AR）在教学中的应用案例评述[J].中国电化教育，2017，38（3）：1-9+30.作者简介：

张浩：副教授，博士，硕士生导师，研究方向为信息技术教育应用（zhanghao@yzu.edu.cn）。

韦云：助教，硕士，研究方向为教学活动设计、增强现实教育产品开发（2464427370@qq.co m）。

朱德峰：幼教高级教师，硕士，研究方向为幼儿课程与教学论（dfzhu@yzu.edu.cn）。收稿日期：2020年2月11日

责任编辑：李雅瑄*本文系国家社科基金（教育学）项目“碎片化阅读学习行为及认知深度提升研究”（项目编号：BCA170084）、江苏省“十三五”教育科学规划项目“创客教育混合学习环境设计与构建研究”（项目编号：C-b/2016/01/25）阶段性研究成果。