基于增强现实技术的博物馆主题学习设计应用

薛瑞昌 何兴旺 贾俊

随着信息技术的快速发展，学校课外学习资源更加丰富，博物馆展览学习已成为学生课外了解中华历史文化的主要途径之一，而传统博物馆参观模式下的语音导览、人工讲解、文字注释等单一学习方式已经无法满足学生构建系统知识体系的要求。本文基于增强现实（以下简称AR）技术设计博物馆主题学习，为学生提供更真实、更丰富的学习体验，提升课堂外教育的信息化水平。

一、AR技术在校内课堂中的应用

AR技术发展已经较为成熟，很多学生首次接触AR眼镜可能是通过科幻电影或是现实中接触AR游戏，如Pokemon go宠物小精灵。如今，中小学教育领域的教师渐渐开始尝试在校内课堂中借助AR技术，去解決一些学生由于抽象思维能力不够、想象力不足而导致不理解知识点的情况。例如，数学课上的立体几何问题：一个正方体在左下角和右上角各找一个顶点A和B，画对角线连线，如果将这个正方体展开平摊在平面上，让学生计算出展开状态下AB的连接线与哪一条垂线成90°角。此题是考查学生的立体想象思维，利用AR技术让这个正方体出现在学生们的眼前，展示正方体摊开的全过程，学生就可以清楚地看到点线之间的关系。再比如，地理课堂上，学生最难以记忆的是地球的各大板块问题。如亚欧板块和哪个板块相邻、时区的换算关系、南半球与北半球、洋流的走向、季风的走向等知识点，课本中仅仅通过文字图形呈现，学生集中理解记忆比较困难。对此，学校可以采用AR技术将地球以立体球体形式呈现，在AR虚拟操作互动中将地球问题完美展示从而让学生进行记忆，但是一般学校只能采购少数AR设备供部分信息化专用教室使用，不是所有学生都可以尝试参与，也不允许大面积采购，所以校内课堂使用的局限性比较大。

二、AR技术在校外课堂中的引入

AR眼镜作为一种新的AR技术教学工具，可以有效提高课外教育的效果，提升参观者体验。一些机构、组织从公益角度出发进行AR眼镜的采购是符合常规的，通常也可以采取租赁形式来满足大量学习者同时参观和使用。AR眼镜可以将虚拟信息与现实世界相结合，建立真实的场景空间，让参观者可以直接进入到虚拟世界中，并进行交互式访问。AR眼镜采用先进、便捷、舒适及具有互动功能的光学技术，将高科技与时尚融为一体。利用智能手机、平板电脑和各种VR虚拟设备，即可通过简单方便的操作来提示学习者相关展品的历史背景和知识，同时还可以让用户将 AR内容直接投射到现实展览区环境中，与他人同时共享 AR内容，克服了学生参观中因为人多而排队、扫不到二维码、听不清讲解、看不见展品、声画不同步等教育弊端。

三、课外博物馆教育应用现状

学校对学生课外博物馆教育越来越重视，全国各地博物馆对此也大力支持。博物馆的属性从单纯展览慢慢转向多元化发展，从历史出土文物展发展至今天的历史文化展、艺术展、文物展、工艺品展、科普展等。但当前博物馆在教育方面的应用大多仅限于大众视野下的“大设备”，例如球幕投屏、LED大屏幕等，交互式视频播放，这些设备占地面积大、保养和设备采购开销大，且不易升级改造，更突出的是大多博物馆中仅仅不超过5个展览品安装有此类信息化设备，其余展品均为橱窗式展览+文字描述，部分场馆升级为二维码扫描获取展品的文字介绍和图片。学校学生团体开展博物馆参观学习活动时，会请一名讲解员进行耳麦式讲解，学生通常注意力涣散，走马观花式“旅游”成为常态，教育效果大打折扣。

目前，国内已有少数地区博物馆开展了信息化博物馆教育的实践，如“‘我在故宫修文物大型体验活动”、上海科技馆“VR科技+博物馆”项目等，但均为单个项目、极个别“新颖”项目上的应用，全场馆其余展品依然采取传统方式展示与介绍。本文基于AR技术设计博物馆主题学习方式，为学生提供更真实、更丰富的学习体验，提升课外教育的信息化水平。

四、AR技术在课外博物馆教育中的功能设计与实现

1.主题学习线路智能导引功能

课外博物馆教育由于参观的性质突出，导致学生参观时主要以兴趣浏览为主，多为好奇心驱使，看到新奇的展品、好看的文物才会停下脚步看看展物边上的文字注解，但是注解多为长篇大论，部分深奥难懂，输出的内容不直观。所以博物馆作为教育属性应用时，第一件事情就是梳理整个场馆的文物，进行年代和主题的归类工作，把符合同一历史主题和年代发展的相关展品设计到一条线路当中。我们这里以湖南博物院为例，通过梳理可以确定出几条主题学习线路，例如，“无限佳丽——明清人物画中的文学与女性形象”“中国古代青铜器巡礼发展史”“明清时期的人物图像与文化融合”“湖南三湘历史文化陈列”“辛追夫人——马王堆汉墓系列”等，给予相关文物展台设置IP地理位置定位，集成到AR眼镜交互系统中。“湖南三湘历史文化陈列”主题推荐路线的整个界面如图1所示，AR眼镜可以实时指引下一站去学习参观哪个展台，预载这个展品的相关介绍并根据当前IP位置定位进行线路导向，以这种参观学习方式带领学生进行系统知识建构。

2.现实增强场景再现功能

学生知识的建构是需要建立在一定教学情境中，若只有单纯的展品，学生无法凭借自己的想象力去诠释、去重现历史生活或者朝代场景，也就无法理解某些文物背后的使用方法、使用场景、存在的意义及在这个时期出现的历史演变过程。这里以湖南博物院中的马王堆汉墓为例，整个博物馆的镇馆之宝当之无愧数“辛追夫人——千年不腐女尸”，学生非常好奇古代是如何防腐的，而防腐的秘诀就在于整个墓室+棺椁的特殊结构。对这个特殊结构，我们利用AR眼镜进行现实增强重构，当AR眼镜对准辛追夫人棺椁的时候跳出虚拟场景，在眼镜中投屏显示墓室结构、长宽高尺寸、壁厚，紧接着展现棺椁内外构造，其由四层套棺构成，外部填充物分别为黄土、白泥膏、木炭，使深埋地下的椁室形成恒温、恒湿、缺氧、无菌环境，将棺椁、墓主尸体及随葬物都完好地保存了下来。AR技术以动态虚拟画面进行呈现，让学生记忆深刻，知识点形象生动。

3.历史文化微课系统交互功能

很多博物馆与一些高校合作开发了许多不同类型和专题的讲座视频以及动漫微课，这些数字资源大多由于馆内LED液晶显示屏的问题无法现场播放，只能依存于各大博物馆官方网站和微博中，而类似这种在线课程视频的播放量与入馆参观人数相比仅仅为万分之一，这部分经典的资源变为数字废墟，利用率极低。这里将已有的数字资源根据文物主题分布设置到相关主题线路中，设计逻辑如图2所示，建立感应映热区。例如，当学习者走进湖南博物院“印花敷彩丝绵袍”文物时，相关微课视频动画自动播放，介绍丝绸文化发展历史。关于丝绸的起源，我国古代史籍中流传着不少神话传说。中国丝绸文化源远流长，至少在距今5000年的新石器时代，我国长江流域和黄河流域已出现了丝绸的踪迹，其中从新石器时代到春秋战国、魏晋南北朝、唐朝、宋元及近代，丝绸的样式、纺织水平、用料、顏色、材质等均发生不同的变化，而这些变化与当时的地理、文化、生产水平都紧密相关。微课系统把这些不同时期的丝绸样片通过虚拟现实复刻展现，并放在一起对比，让学生们大开眼界。在完成一个历史文化主题学习后，学生可以与微课系统进行交互，从而被引导去下一个知识点所在的展厅或展柜，这是一种非常系统也非常生动的情境教学。

4.展品虚拟3D重构展现功能

文物的保存极其困难，尤其是完整的历史文物，由于时间的沉淀、氧化、残缺等问题让参观者无法完整还原原貌，放置在玻璃展柜中，更加让参观者无法近距离观察其颜色、图案、尺寸等细节。例如，湖南博物院中的“T形帛画”，其尺寸巨大，被平躺放置在地面玻璃展柜中，其花纹繁杂、寓意深刻，所以利用AR技术将文物复刻成虚拟3D样式，用AR眼镜投屏在展位处，标注出相应图案的寓意、文物具体尺寸、材质等信息。

五、总结与展望

随着 AR技术的发展，我们可以预见，AR博物馆将成为未来博物馆发展的必然趋势，它将为参观者提供更为真实、更加丰富的体验。对教育领域来说， AR技术将成为促进教育模式变革的一种重要手段，同时也可以增强教育效果，促进学习过程更为真实以及更有趣味性。而AR设备作为新兴的技术手段，其普及必然会经历一个漫长的过程，这是一项涉及多学科领域、多个行业相互渗透发展的系统工程，希望在校企合作中，政府、学校、企业三方协同合作进行更多的产学研合作与转化，发挥学校与博物馆信息技术合作的作用，联合地方中小学、教育局开展更多的博物馆主题教育活动。

学校的第二课堂如果只出现在网络平台中，学生和家长反馈均会较差，从某种意义上说这种网络课堂就是一种数字废墟；各平台设计和建立了各种课外的教学资源，而学生有多少是静下心来去登录网站或者App学习的？想必比较少。学生业余时间被学业占据，有空闲时间其实更想打游戏、出去玩，我们为何不将这个时间利用起来？学校统一的研学安排可考虑一些地方的博物馆或者展览院，发挥这些社会资源去开阔学生的视野、提高学生的见识，在实践中创造真知，在实践中去发现历史，在实践中去了解世界和社会。