基于增强现实技术的新形态教材研究与实践

摘  要：文章采用纸质教材、数字资源、在线课程三位一体的公共计算机新形态教材设计思路，三者建设时需统一设计，用增强现实技术制作3D微型计算机组成课件，介绍重庆旅游职业学院公共计算机新形态教材开发流程与应用效果。实践结果显示：与传统纸质教材相比，公共计算机新形态教材能够满足学生在不同时间和空间的学习需求，学生报考全国计算机等级考试人数是2020年6倍，通过率超过重庆市14%，教学效果明显。

关键词：增强现实技术;新形态教材;公共计算机

中图分类号：TP39;G434                 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）16-0185-04

Research and Practice of New Form Teaching Materials Based on Augmented Reality Technology

ZHENG Jianjiang

（Chongqing Vocational Institute of Tourism， Chongqing  409099， China）

Abstract： This paper adopts the design idea of public computer new form teaching materials that integrating paper teaching materials， digital resources and online courses. During the construction of the three， they need to be designed uniformly， and 3D microcomputer courseware is made with augmented reality technology. This paper introduces the development process and application effect of public computer new form teaching materials in Chongqing Vocational Institute of Tourism. The practice results show that compared with the traditional paper teaching materials， the public computer new form teaching materials can meet the learning needs of students in different time and space. The number of students applying for the national computer grade examination is six times that in 2020， and the passing rate exceeds 14% in Chongqing. The teaching effect is obvious.

Keywords： augmented reality technology; new form teaching material; public computer

0  引  言

2019年12月，教育部教材〔2019〕3号文件《职业院校教材管理办法》中明确指出，要编排科学合理、梯度明晰，图文并茂，生动活泼、形式新颖的活页式、工作手册式新形态教材，为新时代职业院校教材发展指明方向，这标志着国家对职业院校教材的重视进入了史无前例的历史高度。突如其来的新冠疫情改变传统教育的授课方式，暴露传统纸质教材的弱势，同时也暴露出使数字资源丰富程度导致学生学习的数字鸿沟越来越大。建设新形态教材是未来教材发展趋势，特别是新冠疫情的影响，2021年EDUCAUSE 地平线报告（教学版）将高质量在线学习定义为六项关键技术和实践对高等教育产生巨大影响。

新形态教材与传统教材的功能是相同的，都是知识、技能、素养的载体，是学生和教师教学过程中最重要的材料。新形态教材是在“三教改革”背景下对教材内容组织模式的变革，使教材内容结构更加完善，数字资源及在线课程是对传统纸质教材内容呈现方式以及功能的增补。

1  新形态教材发展现状

1.1  我国新形态教材发展现状

清华大学出版社以课程为中心的融合教材，基于互联网平台融合了电子教材、“互联网+”教材、富媒体移动交互教材的形态和优势，应用云计算、大数据、人工智能、数字媒体等技术围绕课程标准把各种形态教材有机的组织并融合在一起。“以课程为中心”的教材依据课程标准进行开发，开发纸质、碎片化教学资源，依托文泉云盤为教师备课、课堂实训、课后练习、考试提供服务。

高等教育出版社从2012年起，依托移动互联网、中国大学慕课平台、微课堂等优质资源，在新形态教材建设中进行各种形式的创新，其主要形式有二维码、A book平台、MOOC平台、微信电子书、在线测试等。

1.2  公共计算机教材现状

随着云计算、大数据、多媒体等技术的发展，公共计算机教材呈现的形式打破传统的纸质局限，发展成与电子教材、微课教材、在线课程等多种数字资源相结合的新形态教材。其中，翟萍、张魏华等编著的《大学计算机基础（第5版）》，眭碧霞主编的《计算机应用基础任务化教程（Windows 10+Office 2016）》等教材几经修订，反复锤炼，已经成为国内公共计算机课程教材的经典教材。当当自营以“计算机基础”为关键字搜索图书共19 021件，以“计算机基础 微课”为关键字搜索图书共306件，以“计算机基础 增强现实”为关键字搜索图书只有1件。

《高等职业教育专科信息技术课程标准（2021版本）》的颁布，以及全国计算机等级考试大纲的更新，这些教材已经不能满足高职高专学生需求。一是操作系统和办公软件全部更新到Windows 10和Office 2016;二是原有教材没有体现育人元素，如在信息意识、计算思维、数字化创新与发展、信息社会责任较缺乏;三是纸质教材和数字资源独立建设;四是教材重点不同，有采用二维码技术进行微课设计，有以在线课程作为新形态的一种表现形式，但无涉及新技术AR的计算机教材，无将二维码技术和在线合课程相结合的教材。

2  公共计算机新形态教材设计思路

新形态教材在内容组织模式以职业能力为单元，按照职业能力递进原则进行教学内容重构，递进标准为全国计算机一级、二级考试和专升本考试，这从根本上改变传统教材面面俱到平铺直叙带来的无重点难点、不能激发学生学习积极性等问题。通过教材内容及其组织逻辑，确保学生课程学习完成后处理获得知识、技能和信息素养外，其具备全国计算机一级（计算机基础及MS Office应用）能力，在此基础上可扩展到二级（MS Office高级应用与设计）考试，在大三时能将该能力扩展到专升本计算机基础考试中。

2.1  设计一致性

根据教学目标分析确定教材组织模式和教材内容选择，根据学生和教师需求分析构成教学环境的设计和教材呈现方式设计，最终落脚在建设纸质教材、数字配套资源和在线课程三位一体的新形态教材。

2.2  设计互补性

通过数字配套资源的建设，并在相关平台开设在线课程，启发学生在课堂以外的时间和空间获得更多的知识、技能和信息素养，通过图片、视频、交互等新颖的数字资源激发学生学习的趣味性，与纸质教材形成互补。数字资源建设后可随时更新以解决纸质教材建设后更新较困难问题。在数字资源建设中通过增强现实技术制作3D课件，增强教材可读性。

根据公共计算机新形态教材设计思路，开发流程主要分为纸质教材编写、数字课程资源制作和AR开发三个部分。对三个部分同时设计、整体规划，如将课程思政与计算机教学内容同时规划设计，如图1所示。

新形态教材设计时采用模块化的思想，将公共计算机划分为7个模块，每个模块以能力为基本单位，组织形式为：工作任务—职业能力，如在模块4中其设计如表1所示。

3  公共计算机新形态教材的开发流程

3.1  纸质教材编写

在实操技能相关处布置二维码，学生利用手机微信扫描二维码即可查看视频，如图2所示。在有增强现实案例处图片有AR标识，手机安装APP扫描该图片360度无死角了解计算机硬件组成部分，在交互部分可掌握计算机硬件组装，如图3所示。

3.2  数字资源建设

新冠疫情期间“停课不停学”将数字资源建设推向一个新的高度，在未来在线课程仍是高等教育发展的趋势。公共计算机新形态教材建设应根据学生特點与需求对数字资源进行建设。数字资源主要包括微课视频、PPT、试题库、案例等。教材中的视频依托清华大学出版社云泉平台，使用二维码对视频进行链接;在线课程学习依托超星学银在线，网址https：//www.xueyinonline.com/detail/217595684，如图4所示。学银在线支持教师教学、学生学习、学生考试、评卷、学习过程记录等功能，链接资源根据新技术、新规范等随时更新。

3.3  增强现实设计

在增强现实部分通过Vuforia和Unity 3D这两个软件来说实现图像跟踪和画面呈现。制作AR标识是按照跟踪引擎的一个标记图形，增强现实APP根据这个标记图形分析和计算它的信息，并通过它来三维模型要显示的位置和状态。该AR图形标识设计原则是见图知意，图形不能过于简单以免识别出错，如图所示为微型计算机CPU标识的例子，因该标识在纸质教材中展示，故全部设计为黑白颜色，如图5所示。

4  应用效果

公共计算机新形态教材于2019年10月在清华大学出版社出版，在线课程在超星学银在线上线，在使用两年后对重庆旅游职业学院使用教材的87个教学班级近2000名学生进行了教材满意度调查，调查结果如表2所示。从表1可以看出，学生对教材数字资源和在线课程认可度较高，数字资源和在线课程让学生进行碎片化个性化学习成为可能。在增强现实设计部分，满意度不高的原因主要在于下载APP后还需在手机安装，部分学生认为安装复杂。在2021年6月的全国计算机等级考试中体现较明显，在数量上参考人数是2020年6倍，报考二级Office的人数为2020年的7倍，在质量上一级过级率超过重庆市14个百分点。通过对学生和教师的调查反馈，教材还需根据信息技术的发展拓展新技术，高效办公Python等，在线课程可增加计算机二级资源。

5  结  论

大数据、人工智能等新的信息技术的发展为新形态教材发展提供无限可能，5G、增强现实技术等新技术的发展让人们的学习方式发生较大变化，纸质教材、数字资源、在线课程三位一体新形态公共计算机教材具有学习资源丰富、教学效果好等优点。但也存在不足，增强现实APP在教材中要求学生在手机端安装程序，但未考虑安装后会不会对手机产生影响，如有无漏洞等，在后续建设中会考虑安全性问题;因开发周期限制此次只做了Android系统的APP开发仅供展示使用。增强现实只选取计算机硬件组成部分作为增强现实开发案例，在后续建设中将开发更多的增强现实案例;公共计算机在Office部分应用较多，学银在线只是在线平台而无实训平台，学生不能利用碎片化时间在在线平台完成练习，在后续建设中作为重点之一解决。

参考文献：

[1] BORGEN K B，ROPP T D，WELDON W T. Assessment of Augmented Reality Technology’s Impact on Speed of Learning and Task Performance in Aeronautical Engineering Technology Education [J].The Intern ational Journal of Aerospace Psychology，2021，31（3）：219-229.

[2] 杨继林，姚亮，杨彦军，等.数字教材新形态：AR数字教材的应用与开发 [J].上饶师范学院学报，2021，41（3）：25-31.

[3] 罗海林.职业教育新形态教材研发策略探析 [J].科技与出版，2021（6）：78-82.

[4] ANSHORI H，NOVIANINGSIH K. The development of mathematics teaching materials integrating by Augmented Reality Software and Android for deaf students [J/OL]. Journal of Physics：Conference Series，2021，1882（1）：[2021-07-03].https：//iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1882/1/012043.

[5] 莊红权.新技术条件下教材的升级与转型研究 [J].科技与出版，2020（7）：56-61.

[6] 李永强，张英杰，池维超，等.基于增强现实技术的理论力学新形态教材设计与实践[J].力学与实践，2020，42（3）：363-367.

[7] 高聚平.光学新形态教材出版的实践与思考 [J].物理通报，2020（6）：120-122.

[8] 李政.职业教育新形态教材：内涵、特征与编写策略 [J].职教论坛，2020（4）：21-26.

[9] SHIMABUKU M，HAYASHI K，KANEMUNE S. A Teaching Material of Sort Algorithm using Augmented Reality [J]. Transactions of the Virtual Reality Society of Japan，2017，22（2）：199-208.

[10] 鲁文娟，金一强.基于智能手机的Vuforia+Unity3D增强现实技术方案及其教育应用 [J].现代教育技术，2017，27（5）：19-25.

[11] GIASIRANIS S，SOFOS L. Production and Evaluation of Educational Material Using Augmented Reality for Teaching the Module of “Representation of the Information on Computers” in Junior High School [J]. Creative Education，2016，7（9）：1270-1291.

[12] 张晶.增强现实感技术在人机互动式模型教材的应用 [J].电脑知识与技术，2013，9（11）：2642-2643.

[13] 张宝运，恽如伟.增强现实技术及其教学应用探索 [J].实验技术与管理，2010，27（10）：135-138.

作者简介：郑健江（1982.07—），女，回族，重庆黔江人，副教授，硕士，研究方向：教育信息化、课程体系研究等。