信息技术在新形态一体化教材中的应用与实践

温鹏飞

高等教育出版社 北京 100029

引言

当前，在职业教育领域随着信息技术促进教育教学改革的不断深化，传统的教学模式和学习方式正在发生巨大的变化，传统的纸质教材已经远远不能满足信息化时代教育教学的需要[1]。与此同时，新形态一体化教材作为一种结合了众多信息技术手段的新型教材应运而生，并逐渐成为高职教材的主要形式，它的出现体现了现代职业教育教学创新的发展方向，满足了教育信息化背景下教与学的需求，是高等职业教育领域教材发展的一次重大的革新[2]。

1 新形态一体化教材的概念和特点

新形态一体化教材是以纸介质教材为核心，数字化资源相配合的新型教材产品。通过纸质教材和数字化资源的一体化设计，充分发挥纸质教材体系完整、数字化资源呈现多样等特点，并通过二维码技术、AR技术等信息技术手段，结合新颖的版式设计和内容编排，建立纸质教材和数字化资源的有机联系，支持学习者使用移动终端进行学习，形成相互配合、相互支撑的知识体系，从而提高教材的适用性和服务课程教学的能力。

2 二维码技术在新形态一体化教材中的应用

2.1 二维码技术的特点和优势

二维码是利用在平面的二维方向上按一定规律分布的、黑白相间的几何图形来记录数据、信息的条码，可通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。伴随着我国手机移动上网用户的爆发式增长，二维码技术已从一项单纯的图形存储技术，迅速普及到信息查询、文化传播、商务应用等方面，成为互联网的重要接入口。当前，二维码技术在各个领域得到广泛的应用，得益于它自身的如下特点和优势：

2.1.1 高密度编码，信息容量大：二维码通过利用垂直方向的尺寸来提高条形码的信息密度，通常情况下其密度是一维条形码的几十到几百倍。

2.1.2 编码范围广：文字、图片、音频、视频等可以数字化的信息均可进行编码，用二维码表示出来。

2.1.3 容错能力强，具有纠错功能：二维码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达30%仍可恢复信息。

2.1.4 形状、尺寸、比例均可改变，不影响条码内容的识别，因而便于屏幕显示和印刷使用。

2.2 二维码技术在教材中的应用

传统教材内容是以“文字+图片”的形式来呈现的，而与教材配套的微课、动画、课件等数字资源无法直接随教材呈现。随着移动互联网的发展，二维码技术被引入教材中，将教材的配套数字资源做成二维码，并把二维码印在与教材内容相对应的位置上，学习者在学习教材知识内容时，可以通过移动设备随时扫描书上的二维码进行自主学习，丰富的数字资源提高了学习者的学习兴趣，提升了学习效果。可以说，将二维码技术引入纸质教材中去，成功实现了纸质教材与数字资源的一体化结合。当前，“纸质教材+二维码”形式的新形态一体化教材已成为高职教材的主流形式，它主要有以下几方面的特点和优势：

2.2.1 可以承载多样化的数字资源。通过二维码技术，可以承载现今几乎所有类型的教学资源，除了可以通过扫码展现电子教案、课件等文本类资源，还可以展现微课、动画等视频类资源，甚至扫码测试、扫码完成虚拟仿真任务等交互式学习任务也可以通过二维码技术实现。多样化的数字资源通过二维码与纸质教材结合起来，大大拓展了教材内容的表现形式，提升了教师的教学质量和学生的学习效果。

2.2.2 资源内容可以实时更新。传统纸质教材一旦印刷出版，内容就已固定，在教材下次修订再版前无法对内容实施更新，教材中的错误和过时内容将会一直存在。而二维码所链接的数字资源，一旦需要修改，只需用新的资源替换服务器中的原有资源，二维码所链接的资源就实现了实时更新，而书中所印的二维码无须做任何改动，这就使得专业领域内的新发展、新知识、新工艺可以通过数字化教学资源及时补充到教材中去。

2.2.3 提升学习者的自主学习能力。传统教材以“文字+图片”作为主要的内容展现形式，学习者通过教材进行自主学习时，遇到问题无法及时得到解决，学习后也缺少及时的测试手段，学习效果无法及时得到反馈。而使用新形态一体化教材，学习者可以通过扫描书上的微课二维码，观看带有教师讲解的微课视频；也可以扫描书上的小测试二维码，进行在线测试，测试后可实时看到测试结果和题目解析。可以说，二维码技术将教学资源直接引入了教材学习过程中，改变了传统单一的学习形式，大大提高了学习者的自主学习能力。

3 AR技术在新形态一体化教材中的应用

3.1 AR技术的特点和优势

AR技术，即增强现实技术，是一种全新的人机交互技术，它将原本在现实世界的空间范围内比较难以进行体验的实体信息在信息技术的基础上，实施模拟仿真处理，将虚拟信息内容叠加在真实世界中加以有效应用，使真实环境和虚拟物体能够在同一个画面以及空间中同时存在，从而实现超越现实的感官体验[3]。AR技术目前已被广泛应用到教育、医疗、建筑等多个领域，得益于它自身的以下特点和优势：

3.1.1 虚实结合性。AR技术实现了真实世界与虚拟世界的结合，使用者只需要通过相应的外部设备便可以将真实世界与计算机所生成的虚拟场景重叠成为一体，使使用者在视觉上形成一个真实完整的使用场景。

3.1.2 实时交互性。AR技术将虚拟场景中的图像、声音、触觉等变化同步到真实世界中，具有实时交互性，使使用者沉浸到“现实+虚拟”的场景中，大大增强了使用的趣味性。

3.1.3 3D定位性。AR技术使虚、实场景融合为一体，可实现在三维空间中自由增添、定位虚拟物体，这项应用前景广阔，具有很强的实用性。

3.2 AR技术在教材中的应用

传统教材是以“文字+图片”的形式来组织教材内容，文字内容用来进行理论知识的介绍，辅以图片来让学习者对所学知识建立更直观、立体的理解，但是限于图片只能展示二维、单一角度、静态内容的局限性，学习者只能通过自身的想象力来重构教材内容，这就大大提高了教师的讲授难度和学习者的学习难度，这种问题对专业课内容涉及立体化、动态化、实操要求高的专业表现得尤其明显。但是，在教材中引入AR技术后，上述问题均得到了很好的解决，例如，在建筑类专业中，二维图片难以反映建筑结构的立体形态，难以多角度呈现复杂的建筑结构特征，AR技术可以在虚拟空间对建筑结构的三维模型进行立体、多角度展示，对建造过程进行分步骤动态演示；在机械类专业中，AR技术可以展现二维图片无法展现的机械零件的装配过程，以及以动态形式展现机械零件运转情况；在医学类专业中，人体组织也可以在AR模型空间中多角度、动态展示，还可以在虚拟空间模拟整个治疗过程。AR技术应用于教材中后，给传统教材带来的改变和提升主要体现在以下几个方面：

3.2.1 AR技术提升了教材内容的呈现力。传统教材受制于纸质书籍内容表现形式单一的限制，无法以多种形式呈现多样化的教材内容，而AR技术应用于教材中很好地解决了这个问题。AR技术可以立体化、360°展现教材中的内容，可以动态化地演示教材中需要表达的动态过程内容（如图1），给学习者提供了全方位的体验式教学场景，大大提升了学习的直观性，并显著降低了教师的教授难度和学习者的学习难度，提升了学习效果。

图1 AR技术提升内容表现力

3.2.2 AR资源和教材内容实现一体化结合。一般的新形态一体化教材多采用二维码技术实现多种数字化资源与纸质教材的结合，但是二维码需要专门印刷在教材的特定位置，使用移动终端扫码时需要有WiFi或者移动网络支持，这就使二维码技术的使用受到网络条件的限制。而使用AR技术，可以将数字资源直接内嵌于纸质教材的内容版面中，提前安装好专门的App，使用时无须连接网络，直接打开App扫描印有AR标识的版面即可进入AR模型空间，就可以利用展现出的AR资源进行学习。使用AR技术的新形态一体化教材，在外观、版面上与普通纸质教材没有任何差异，但是却实现了AR资源和教材内容的深度一体化结合。

3.2.3 AR技术实现虚拟与现实的结合。传统纸质教材只能实现教材内容对学生的单向传递，学习者与所学内容缺乏交互，无法进行直接体验书中所描述的操作过程。使用AR技术，学习者可以在虚拟空间完成对所学内容的交互式体验，可以在虚拟场景下便捷体验教材中所描述的操作过程。AR技术拓展了教材内容的呈现范围，完成了现实学习场景与虚拟学习空间的有效结合，这种互动式的学习方式，可以激发学习者的学习兴趣，提升自主学习能力。

4 结束语

在当前高等职业教育领域教育信息化大发展的时代背景下，以二维码技术、AR技术为代表的信息技术已经成功应用于新形态一体化教材的教学实践中，下一步，要紧跟信息技术的最新发展方向，努力将更多先进的信息技术应用于教材的发展与变革中，使新形态一体化教材成为高职教育教学的重要支撑，进一步推动高等职业教育事业实现跨越式发展。