增强现实技术应用于家具教育的可行性研究

叶彬洁 钟世禄

摘要：为探究增强现实技术在家具教育中应用的可行性，本文整理增强现实技术在教学中的应用文献和实例，分析其研究热点和实践效果，以及在家具教学中的应用优势和可行性，得出增强现实技术应用于家具教学，能够推动学习者高效自主学习，提升实践动手能力，加深对家具使用环境、家具结构、材料和工艺的认识的结论。

关键词：家具教育;增强现实技术;非正式学习

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）06-00-02

1 研究背景

2020年，国家为进一步提升教学质量，在“十四五”期间重点提出要推动高等教育的創新发展，以及推动虚拟现实、增强现实（Augmented Reality，简称AR）、全息成像等核心应用技术在教育领域的应用。

增强现实技术是一种集成真实世界信息和虚拟信息的技术，家具行业AR技术的融入在商业领域并不少见，如宜家AR家居、创造家AR家居等，能让用户便捷地感受到图纸内容真实生动的展现效果，但AR技术在家具教学培训中的应用几乎没有。在国家大举推行教育信息化的时期，家具教学与家具产业之间的信息化差距越来越大[1]。

2016年起，AR技术逐渐运用到教学领域，为学习者提供充足的教育信息和多样化的教学手段。家具设计作为一个系统综合的实践应用型学科，既要求学生具备灵活调用和实践所学知识的能力，也需要学生有将实践产物与环境空间相匹配的能力[2]，这与AR学习强调给予学习者更多的自主学习环境以及“学习是一种真实情境的体验”的观点相符合[3]。AR技术应用于家具教学，能够帮助学习者沉浸式学习，进而激发学习者的想象力与创造力，使其学习质量得到提升。

2 AR应用于教育的知识图谱分析

为更好地研究增强现实技术在家具设计教学中应用的可行性，探析增强现实技术在教育中的研究核心和热点，笔者整理分析了2016—2020年关于增强现实技术在教育中的研究和应用情况的有效文献资料，共161篇。通过科学图谱分析关键词的共词频次和中心度数据，并绘制共现聚类知识图谱，便于直观分析。2016—2020年AR教育应用文献共现聚类图谱中，文献关键词字体越大表明出现频次越高，越靠近中心表明中心度越高。根据图谱，可以把握每一年的研究应用重点。2016年的创新研究重点是如何将增强现实技术与学习理论联系起来，并尝试将非正式学习、经验学习、游戏化学习、具身认知理论等与增强现实技术相结合，取得更好的学习效果;2017年主要探索研究增强现实技术与其他科学技术的融合，尝试将人工智能、大数据等技术应用其中，对AR融入职业教育和创客教育等实践性教育的研究增多;2018年AR应用于医学教育的应用尝试增加，同时AR的交互设计和互动模式设计得到重视;2019年AR大规模实践应用于儿童教育;2020年，学者们开始将区块链、人工智能、5G、数字化等新兴技术与AR结合应用于教育领域，机械制图、空间设计等设计相关专业课程也开始尝试与AR技术结合。

综上所述，增强现实技术在家具教学中的应用具有理论依据和技术支持，且其运用和发展日渐趋向多种技术和理论的复合使用。AR虚实结合的展示效果，能够提升学习者对环境的敏锐度[4];AR与大数据等技术结合，可以针对学习者的学习偏好，进行智能推送，实现个性化人才培养[5]。因此，在家具设计相关课程应用增强现实技术是一大趋势。

3 AR教育应用对家具学习的效果分析

以乜勇的国内外40项增强现实教育应用实验研究[6]为基础，对学习成效进行分析，通过解析增强现实技术对不同学科、不同学习能力、不同学习方法和学习场所的影响，分析增强现实技术在家具教育中的应用方式和效果。

3.1 AR对不同学科的作用效果

AR对语文、科学、美术和英语均有较明显的效应，而对数学、物理和其他学科效应较低。根据学科性质判断，增强现实技术对艺术或人文社科类学科的学习质量提升效应值更明显，对较基础的自然科学类学科也有明显效果。

家具专业包含的家具史、家具设计手绘等课程均属于艺术或人文社科类课程，与AR契合度较高[7]。以家具史为例，家具史介绍国内外家具发展史，其学习重点是不同时代的设计风格、代表人物及其作品与影响。AR技术与家具史结合，学习者可通过扫描教材中的家具图片观看家具模型，直观感受家具的风格、构造和材料等[8]，使家具史学习更具趣味性，增强学习者的学习动机[9]，提高学习者的空间感知能力;对于中国古代家具，可以通过AR扫描了解榫卯结构等传统结构，并组装部件，让学习者更好地领悟中国传统家具的魅力，在虚实结合的、生动的AR场景中，感受不同时代的家具设计。

3.2 AR对不同学习能力的作用效果

影响因素排行为学习动机>学习成绩>学习兴趣>空间感知能力>认知能力>学习态度，且均有较显著的影响，研究验证了增强现实技术对学习各方面都有正面作用。

家具设计专业的学习者大多出于兴趣选择该专业，本身具有一定的学习动机和学习兴趣，对家具学习充满期待。如果学习效果和感受没有达到学习者的预期，学习者很容易对家具设计专业失去学习动力。AR应用于家具教育，有利于展示各种经典家具模型和结构细节，让学习者了解不同家具的适用场景，从各个维度满足学习者的期待，激发学习者的学习兴趣，提高学习者的成绩，增强学习者的学习信心。

3.3 AR对不同学习方法的作用效果

学习方法包括探究法、测评法、任务法和讲授法四种。研究表明，增强现实技术对被测试的四种学习方式均有成效，其中对探究法有最显著的影响，对讲授法影响较小，但依旧有提升学习质量的作用。

根据家具专业各门课程的性质，家具制图、家具制作工艺等对学习过程要求严谨的科目，适合讲授法，可融合AR技术展示制图模型不同角度2D—3D的转换或AR实操制作流程帮助理解，优化学习效果;家具设计、家具史等讲究思维领悟和发散的科目，可采用探究法或任务法，由学习者自主探索发现，在过程中配合AR查找，节约查找时间，减少探索阻碍[10]。

3.4 AR对不同学习场所的作用效果

增强现实技术应用于不同学习场所的效应值同样有所区别，室外的效果最好，驗证了AR应用于家具知识非正式学习的可行性。其次是在课堂上，最后是在校内实验室。AR在校内实验室应用效果并不显著这点值得注意和思考，实验室本身是注重动手实践能力的场所，AR对其的增益并不明显，这也意味着AR在实操运用中对学习的效果影响和真实操作并没有拉开差距，在实操方面的技术和体验设计仍需优化。如果家具中的工艺流程与AR实操体验相结合，画面和操作的设计需要更加注意真实性和可操作性等，避免误导学习者。

4 AR应用于家具教学的优势

4.1 二维静止学习转变为三维动态学习

目前，我国高校家具教育趋于理论化，设计作品概念性高于实用性。主要原因是实践作业太少，学习者难以经常使用所学知识，难以将设计知识内化为自己可用的知识。家具知识的实践学习能够让基础知识更加扎实[11]，而家具知识的理论学习能够让学习者对家具未来的发展、家具的商业价值产生更多的创新思考，AR教学正是解决高校家具教学理论化程度较高问题的利器。通过让学习者亲自操控三维动态模型，增进对家具结构材料的理解;利用虚实结合的模型，增强对现实情境的感知能力;通过家具加工、组装交互游戏加深学习者的记忆，提高对家具的系统认识。在学习者设计建模家具产品时，也可以利用AR技术，将模型与现实世界匹配，查看设计尺寸、环境配合等方面的优秀或不足之处。

AR模拟操作可以很好地弥补高校家具学习实践性的不足，让学习者对基础知识有更深入的学习。此外，可以加入动态家具行业资讯模块，拓展学习者的视野，锻炼学习者的创新思维。

4.2 正式与非正式学习相结合

家具设计专业的院校通常会安排学生参观各类展览会，如上海家具展、广东家具展等，这是家具专业中比较典型的非正式学习，这类非正式学习与正式学习的区别在于学习者能够获得的知识与自身的知识积累和观察能力有关，因此正式学习中对知识掌握不足的学习者在非正式学习中的收获比较少。正式学习与非正式学习之间联系较少，学习者难以通过两种学习方式达到理想效果。

移动AR教学系统可以让正式的学校学习与非正式的参观学习建立联系，在非正式学习中利用AR教学系统能加深学习者对家具知识的认识，如利用AR观察家具在不同环境中的摆放效果，识别环境中的家具材料结构[12]，或将系统中的结构模型与现实家具结构进行对比等，并将有疑惑的地方记录下来，在正式学习中寻找答案。在非正式学习中验证正式学习的成果，并借此查漏补缺，能弥补正式学习的不足。

5 结语

AR应用于家具教学有理论和技术支持，研究显示，使用AR教学能优化各个维度的学习效果，不仅能够帮助教师传递完整的知识，也能够帮助学习者保持学习状态，促进自主学习，把握学习时的主体地位。AR与教材相结合，不仅能让学习者充分利用教材，还拓展了教材的深度，有利于学习者随时随地进行情景式学习，并将正式学习与非正式学习有机结合，从学习中获得最大收益。AR在家具教育中的合理运用，能推动家具学习者各方面能力的发展，使其设计出更具使用价值、商业价值和艺术价值的家具。

参考文献：

[1] 吴智慧.再谈我国高等教育家具专业和学科的形成与发展[J].家具，2019（03）：1-6.

[2] 于娜，郁舒兰.工业设计（家具设计）专业大学生创新训练模式的探讨与实践——基于德国双元制教育模式的思考[J].家具，2016（03）：81-84.

[3] 蔡苏，张晗，薛晓茹，王涛，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（03）：1-9，30.

[4] 吴沛雯，于娜.基于增强现实技术的家具类APP研究[J].家具与室内装饰，2018（03）：98-99.

[5] 蔡苏，宋倩，唐瑶.增强现实学习环境的架构与实践[J].中国电化教育，2011（08）：114-119，133.

[6] 祁文晔，苗艳凤.基于幼儿行为的幼儿园家具设计[J].美术教育研究，2020（14）：89-90.

[7] 乜勇，万文静.增强现实技术能提升学习成效吗？——基于国内外40项实验与准实验研究的元分析[J].现代教育技术，2021，31（02）：40-47.

[8] 周橙旻，于梦楠.基于用户体验的家具展示类网站设计研究[J].包装工程，2019（22）：181-189.

[9] 蔡苏，王沛文，杨阳，等.增强现实（AR）技术的教育应用综述[J].远程教育杂志，2016，34（05）：27-40.

[10] 熊伟，吴智慧，陈慧敏.高职院校家具设计与制造专业教学团队访学研修项目的实践——以江苏农林职业技术学院为例[J].中国林业教育，2019，37（03）：76-78.

[11] 顾颜婷，徐伟.探索我国家具专业人才培养的新模式——以南京林业大学“梁希家具卓越班”为例[J].科学大众（科学教育），2016（11）：131-132.

[12] 吕一心，周橙旻，李臻瑜.我国家具新材料发展现状综述[J].家具与室内装饰，2020（07）：20-22.

作者简介：叶彬洁（1995—），女，浙江温州人，硕士在读，研究方向：工业设计工程。

钟世禄（1971—），男，江西赣州人，博士，副教授，系本文通讯作者，研究方向：家具设计与工程、人体工程学、数字化设计与制造及信息管理。