增强现实（AR）技术在教育 教学中的设计与应用

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本文由《数字教育》杂志授权发布

作者：李轶

摘要

 

借助移动平台将增强现实（AR）技术应用于教育教学设计中，能在有效提高教学质量的基础上，结合教学特性开展相应的教学活动，从而建构更加高效的课堂体系。本文从增强现实技术的技术思维和优势入手，对增强现实技术在教育教学中的设计和应用展开了讨论，最后对其在教育教学中的发展趋势做了预测。

关键词：增强现实技术（AR）；教育；教学；设计；应用

一、增强现实（AR）技术概述

（一）技术思维

将增强现实（AR）技术应用在教育教学中，能借助艺术化的手段建立相应的教学体系和教学机制，能在一定程度上完成教学类型转换和教学空间转换，进一步为学生提供更加多元化的课堂，提高个性化教学的实效性。另外，在增强现实技术应用后，能建立新媒体框架结构，确保影像风格和文学结构都能呈现出多元化趋势。教师在应用增强现实技术的过程中，主要是建构不同视觉效果的教育教学模式，为学生营造更加真实的课堂体验，促进学生进一步建立有效的知识框架体系。

此外，在教育教学中应用增强现实技术，也是差异化教育表现形态提高课堂教学效果的根本，能在应用人工智能技术和三维立体技术的同时，完善教学流程和教育体系，确保学生能在互动中获得更多的学习体验，真正实现教育教学信息化的发展。

（二）优势

增强现实技术具备较为突出的教学优势。

一是能为学生自主学习创设空间。在增强现实技术建立基本教学框架后，能利用差异化教学设备，有效整合教学资源，并且保证网络运营平台和设备运行的完整性，学生的学习过程无须受到空间和时间的限制，确保学生能随时随地完成相关内容的学习，并且可以随时复习，全面提升学生对于知识的内化能力，强化知识巩固和理解的程度。需要注意的是，在增强现实技术逐步开展的进程中，翻转课堂、微课导学体系等也逐渐成为重要的课堂中的主体，实现了教学方式的全面创新。[1]

二是能为学生深入践行情境化教学。传统教学的媒介一般有文字和图片，就算是将计算技术融入课堂，也只是视频或音频，学生只能通过观看进行知识点的识记；而在增强现实技术中，教师能将知识点以三维立体的效果展示给学生，学生能直观感受到相关情境内容，也为后续教学工作的开展奠定坚实基础。

三是能有效激发学生的学习兴趣。在课堂教学中， 要想保证学生有效内化相关知识点，就要积极制定完整的兴趣教学引导策略。传统教学中教师要对教学法予以整合，而在利用增强现实技术后，学生能借助情境体验和动感交互，激发学习兴趣。学生在增强现实技术的辅助下能感受到新颖的学习方式，生动的学习场景也能有效调动学生的积极性。

四是能完善资源的均衡管理。不同学校存在资源分配不均衡的问题，尤其是经济落后地区或偏僻地区。基于此，各级政府将教育均衡发展作为目标，将增强现实技术作为重要手段，能在一定程度上缓解资源分配不均衡问题，扩大教育资源的共享范围。

二、增强现实技术在教育教学中的设计

（一）叙事设计

将增强现实技术应用在教育教学过程中，主要是借助空间知识的描述有效提高知识点的叙述夸张性，保证学生能在良好的学习环境中感知到相关知识。借助这种夸张的知识呈现方式，学生能对人物刻画及环境气氛有更加直观的理解，真正内化事物相关情节。[2]

另外，在课堂教学体系建立的过程中，要想有效判定课堂教学效果的好坏，课堂的张力和吸引力也非常关键，因此，教育心理学中将认知规律和叙事教学体系结合在一起。教师要想从根本上建构更加系统化的教学体系，就要打破传统教学中现实的生活逻辑，有效应用更加直观且有效的表达形式为学生创设良好的学习空间。一定程度上，发挥增强现实技术的优势，可以减少信息不平衡带来的教学难题，为学生有效填补知识缺陷，维护教学环节的完整性。并且，教师在打造高效课堂的过程中，借助增强现实技术也能结合学生的学习特征以及个性特征实现相应的空间控制和设计，确保具体角色的形象贴合学生自身。也就是说，在增强现实技术中能将不同结合元素进行配置和重新处理， 指导学生在获得学习体验的过程中将相关知识点转换为自己掌握的内容。值得一提的是，在增强现实技术应用的过程中，不同人物、情节以及环境之间能建立统一的协调机制，这种方式能在展示知识体系的基础上，引导学生在冲突中深度感受虚拟课堂的优势。[3]

（二）空间设计

在教学流程中应用增强现实技术不仅能建立单一化教学体系，也能借助相应的手段完成内容和目标的融合，真正提高教学内容设计的实效性，为后续教学内容的进一步开展提供保障。在具体的设计中，主要涉及具体教学内容中出现的活动场所、时代背景以及宏观世界结构等，从而构建学生只能通过想象完成的空间结构，提高学生的课堂代入感。另外，教师借助增强现实技术能将整个场景展示给学生，确保学生能在感受具体环境因素的过程中有效判定相关知识要点。例如，教师要想为学生提供具体的情境，只需要进行镜头调动和运动主体场面调度，就能创设出具体的视点和视距，确保事物之间的关系都能更加直观地呈现在学生面前，完成资源的整合，从整体把握设计结构。[4]

（三）形态设计

目前，我国国内教学中应用增强现实技术的主要形式为以下几种：第一种，浅度引用，借助增强现实技术完成课程教学主要是为了显示出技术的优越性。第二种，中度引用，要将增强现实技术和课程相关内容结合在一起，但是整个呈现方式依旧存在空间转换的痕迹。第三种，高度引用，能保证课堂内容和增强现实技术之间无论是内容还是空间都能保持同步，从而有效提高内容呈现的完整性。第四种，深度引用，在教学体系建立的过程中，能保障技术和课堂教学内容的无痕转化。基于此，教师要想有效整合教学资源， 确保教学流程的完整性，就要结合教学目标和教学需求，进行更加系统化的技术应用规划。[5]

除此之外，增强现实技术在教学课堂任务设计体系中，要建立教师任务、团队任务以及学生任务。（1）教师任务，教师要在应用增强现实技术的过程中结合学生的基本学情，转变传统的教学思维和教学结构，在整合教学资源的基础上，优化教学设计，并且要秉持创新的意识，将逻辑思维和形象思维结合在一起，真正提高教学效果。教师在分析教学目标后，要确定教学的基本对象，完善教学结构和教学心理学的应用效果，在满足知识点讲解和约束的基础上，深度完成知识点分解工作。（2）制作团队任务，要结合教学知识点进行设计，并且按照教学任务有效落实问题和故事之间的转化，完善增强现实技术编程及课程设计，真正建立互动化空间运行机制。（3）学生任务，学生在完成知识体验的基础上，能在增强现实技术创设的环境中内化相关知识点，并且及时对空间感受给予教师相应的反馈，以保证教师能有效结合学生的基本需求建立相应的教学策略。[6]

三、增强现实技术在教育教学中的应用

增强现实技术在教学中具有较大的教学潜力，能在激发学生学习兴趣的基础上，为学生创设良好的教学情境，并能在一定程度上完善动感交互学习，融合不同知识重点。增强现实技术辅助下的课堂能有效激发学生的学习兴趣，为学生营造多元化的学习空间，转变传统的教学理念和教学氛围，提高学生对知识的内化能力，践行教学改革的理念，提升学生核心素养的培养水平。[7]

（一）增强现实技术在头戴式设备中的应用

头戴式虚拟现实设备配置的是位置跟踪器和数据手套等，主要分为移动版的虚拟现实头盔和分体式虚拟现实头盔。将其应用在课堂中，学生能借助设备体验真实的感受，获取沉浸式学习体验，能从不同角度感受知识点，并且对一些情境有更加直观的认知。例如，将设备应用在地理课堂中，学生戴上相应的设备，就如同置身于银河系中一般，近距离观察不同行星的运行轨迹，甚至能直观地了解到地表形态和内部结构。2016 年微视曾经推出一款教学增强现实技术设备，此设备能实现一键操作和一键统计，为学生提供更加个性化的教学。相较于传统的课堂，增强现实技术建构的课堂体系能为学生带来身临其境的感受，提高学生的学习积极性，创设更加活跃且灵活度高的课堂结构。[8]此外，一些科技公司还设计了一些和头戴式设备相匹配的设备，其中光学投影系统、耳机、麦克风等都具有较为突出的教学价值和意义。学生甚至能摆脱电脑和手机，键盘也完全可以在空气中完成操作，真正落实3D 建模设计任务。

（二）增强现实技术在手持式设备中的应用

教师在课堂中应用的手持式教学设备主要是移动设备和APP 软件，结合相应APP 能有效完成课堂教学流程，借助手机能完善虚拟形象的有效整合，确保特殊化显示效果有效助力学生获取相应的教学体验。一方面，使用APP 和配套图书进行共同学习，能借助手机摄像头扫描图片，然后转变为例题状态或者是演示效果。另一方面，使用APP 对增强现实技术应用的资源进行处理，确保学生整个的学习过程更加真实有效，提高学生的体验感和沉浸感，真正优化课堂教学效果。[9]

（三）增强现实技术在桌面式设备中的应用

应用桌面式教学设备能为学生打造有效的教学环境，教师采取系统平台创设的自主开发课件，能在优化素材资源处理效果的同时，确保学生能进一步内化相关知识。近几年应用较为广泛的桌面式增强现实技术设备主要是美国的zSpaceZ300，APP 本身包括了集中在6 款软件中的多门基础性课件，借助系统内教学计划完成教学工具的应用，能在为学生提供教学资源的同时，确保教学流程更加有效。在平台结构中，学生借助眼镜利用激光笔进行操作，从而创设有效的虚拟现实环境，优化教学效果。或者是应用平息摄像头，利用设备将影像直接投影在平板电脑中，有效形成裸眼3D 立体的感受。[10]

四、增强现实技术在教育教学中的发展趋势

（一）优化性能

为了有效提升增强现实技术的应用效果，教育投资公司要对教学资源进行系统化管理和开发，并且积极落实统筹性教学管理工作，在满足技术发展需求的同时，将沉浸式、交互式、构想式教学等模块融合在一起，提高教学水平并为教学应用的系统化升级提供保障。也即未来要想建立更加高效的增强现实技术应用课堂，就要转变传统教学理念，利用更加个性化的教学机制，将因材施教的教学理念和技术体系结合在一起，保证学生能在虚拟环境中完成互动交流。[11]

（二）教学创新

借助增强现实技术为学生创设多元化的教学环境和教学体系，保证教学结构的完整性，教师要将数字教学内容和虚拟教学技术结合在一起，为学生创设更加系统化、情境化的学习环境，有效提高学生的课堂存在感和沉浸感，完善技术体系和现实学习环境的融合，为后续交流沟通提供保障，这种教学方式能在一定程度上提高学生自主学习的能力，真正培养学生的学习兴趣。增强现实技术的应用也能为创客学习创造良好的空间，维护技术运行机制，保证动手操作实践和创新设计工作的实效性，真正提高教学技能和知识的融合效果，开展更加有效的课程教学。

在我国教育体系内，培养学生核心素养是非常关键的内容，教师要整合创新教育体系，充分发挥增强现实技术的优势，确保创客教育和核心素养教育结构更加有效且立体，建构贴合我国学生实际学情的增强现实技术教育模型，实现教学效果的全面优化。[12]总而言之，在人工智能、大数据技术以及物联网技术不断发展的时代背景下，增强现实技术和教育教学的融合已经成为顺应时代发展趋势的必然选择。

参考文献：

[1] 乔兴媚，杨娟. 基于增强现实的新型职业教育学习模式探究[J]. 中国电化教育，2017，(10)：118-122，129.

[2] 王德宇，宋述强，陈震，等. 增强现实技术在高校创客教育中的应用[J]. 中国电化教育，2016，(10)：112-115.

[3] 王辞晓，李贺，尚俊杰，等. 基于虚拟现实和增强现实的教育游戏应用及发展前景[J]. 中国电化教育，2017，(8)：99-107.

[4] 莫莉敏.AR 技术在职业教育中的应用前景初探[J]. 电脑知识与技术，2017，13(29)：213-215.

[5] 张洪波. 增强现实技术在教学中的应用研究[D]. 开封：河南大学， 2013.

[6] 张艳. 利用Unity3D 在Android 平台开发移动AR 应用的研究[J]. 教育教学论坛，2017，(52)：55-56.

[7] 张海森，杨光辉，刘超见，等. 基于AR 技术的跨平台移动终端的辅助学习系统[J]. 图学学报，2018，39(01)：85-90.

[8] 潘旭东，孙晓磊，李旦，等. 基于AR 技术的机械制造工艺课程设计教学辅助系统开发[J]. 实验技术与管理，2017，34(10)：139- 142.

[9] 陈向东，乔辰. 增强现实学具的开发与应用——以“AR 电路学具” 为例[J]. 中国电化教育，2014，(09)：105-110.

[10] 朱肖龙，高博，厚国旺，等. 基于增强现实技术的机械产品在教学中的应用[J]. 电脑迷，2017，(18)：57.

[11] 余明媚，李文光，王新辉，等. 增强现实技术在教学中的应用现状与趋势分析[C]. 第十四届全国计算机辅助教育学会年会论文集.2015：444-447.

[12] 李晶，何元清.“互联网+”背景下的教育教学模式探析[J]. 软件导刊·教育技术，2018，17(1)：1-3.

作者简介：李轶（1980— ），女，副研究馆员，辽宁大连人，研究方向为信息数字化、图书馆智能化和对外情报服务。

转载自：《数字教育》 2018年第5期

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