AR技術在教育領域的應用探究

導語：AR技術在教育領域的應用探究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著社會的進步以及經濟的發展，一些先進的技術手段和設備被逐漸應用到經濟社會發展的方方面面。伴隨著多媒體技術、實時影像技術以及三維建模等技術的不斷發展，增強現實（ar）技術應運而生。伴隨著社會生產力不斷提升的迫切需要，增強現實技術現被應用于多個領域，尤其是教育領域和醫療領域，增強現實技術的介入對提高教育質量和醫療質量起到了積極的輔助作用，并且在一定程度上影響著教育和醫療領域今后的發展方向。因此，本文對增強現實技術在教育領域的應用進行相關研究。

關鍵詞：增強現實；教育領域；應用研究

在傳統的教育模式中，對學生的教學往往依靠老師在講臺上講，學生在講臺下聽的模式開展，而隨著時代的發展，多媒體技術被逐漸應用于課堂教學，課堂教學逐漸被賦予趣味性和靈活性［1］。基于技術手段的更新，多媒體技術也在不斷地更新換代，多種技術同時應用于課堂教學中，因此課堂教學逐漸變得繪聲繪色，不再顯得枯燥乏味。技術的發展往往能夠帶動多個領域的共同發展，智能設備的快速普及以及物聯網技術的不斷突破，推動現代教育不斷朝著智能化、多元化的方向發展，提高教學質量、保證教學效果成為先進技術在教育領域應用的一大目標［1］。

一、增強現實技術概述

增強現實技術是目前高精尖技術的一個代表，被廣泛應用于民用和軍用。增強現實技術是通過將系統中的一系列虛擬信息與現實世界中的場景相結合，從而使人體感官獲得全新的體驗，能夠實現實時交互等特點。得益于計算機網絡技術、影像技術以及大數據技術等多領域技術的共同發展，增強現實技術在理論與技術研發層面很快取得了突破。一般來說，增強現實技術的定義分為廣義和狹義。從廣義層面來講，增強現實技術可以通過操作者進行的一系列操作，從中獲得相應的反饋［2］。而狹義層面則認為增強現實技術是在虛擬現實基礎上的一個分支，由于操作者在使用可穿戴式設備的過程中既能看到虛擬畫面，又能看到現實世界，因此被認為是VR技術的一部分，目前我國北京理工大學的王涌天教授是該領域較為權威的專家［2］。

二、增強現實技術在教育領域應用的理論基礎

（一）情境認知與學習理論。情境化學習理論認為學習的過程應當是場景和現實的融合，學習應當是一個重構學生心理的過程，同時應該具備實踐性。簡單來說，情景化學習是讓學生在學習某樣知識和技術的過程中能夠身臨其境。例如，在學習修車這一技術的過程中，應親自到修車廠去學習，因此情景化學習理論更加注重的是一個學習者學習過程種全身心投入的過程，同時也是一個身體各感官共同配合的實踐過程。一般來說，在情景化學習的過程中，學習者能夠在其中找到適合自己并且感興趣的內容，同時這個過程也是一個持續性的過程。因此，增強現實技術在教育領域應用的一個理論基礎就是情境認知與學習理論，能夠通過結合現實空間與虛擬空間，將體驗者帶入一個全方位的學習環境中，并且能夠通過大數據技術源源不斷地為體驗者提供學習內容，使其獲得更好的教學體驗［3］。（二）沉浸理論。增強現實技術應用于教育領域，一個重要的理論基礎就是沉浸式學習體驗。基于增強現實技術中的影像和音像技術，體驗者能夠在學習過程中不受外界干擾，能夠摒棄其他雜念，從而沉浸在虛擬與現實交織的學習環境中。另外，在這種環境下，體驗者的意識和行為相互配合。這一理論目前已被廣泛應用于各個領域。

三、增強現實技術在教育領域的應用案例

（一）教學學具軟件的開發。增強現實技術在教育領域的應用首先需要教學學具軟件的配合。由于教學過程中，學生和教師不可能同時穿戴大量的設備，因此需要教學學具軟件對資源進行整合，從而避免同時使用大量的穿戴設備。此外，目前相關領域設計者一般采用Metaio等開發包開發AR學具。目前AR教學學具在教育領域的應用逐漸廣泛，在教學中使用增強現實學具的過程中還可以實現端口互聯，學生能夠與老師在虛擬與現實中互動。學生在啟動學具之后，教學學具內的電路圖就能按照操作者需求進行電阻的變化檢測電壓或者電流，創造出現實與虛擬空間。（二）基于增強現實技術的教育游戲。目前，增強現實技術被廣泛應用于游戲制作領域，通過技術手段，增強現實技術能夠將現實世界中的空間結構以及物體的擺放和布置以信息和數據的方式錄入系統當中，再使其與虛擬環境相結合。彈彈島就是基于增強現實技術開發出來的一款教育游戲，其通過這種原理，是面向低年齡段兒童所制作的一款游戲。學生能夠通過可穿戴式設備或者是手持智能設備的方式獲取視覺信息，通過移動設備來達到三維立體成像的目的。（三）增強現實技術在學科教學中的應用。第一，美術課程中colARmix的應用。美術課程是增強現實技術在學科教育中應用較為廣泛的一門學科，尤其是在繪畫課程以及3D制圖等課程中的應用，并且覆蓋的年齡段以及級別范圍較廣，從基礎的小學美術課程到大學室內設計等課程中均有應用。對于小學美術課程來說，一般的多媒體教學雖然相較于傳統的教學來說，具有一定的優勢，但仍然具有一定的局限性，小學生的理解能力以及空間思維能力有限，僅通過傳統教學只能使其達到一維空間的構圖思想。而colARmix的應用能夠使學生在三維空間內繪制各種物體，充分釋放和發揮小朋友的想象力。除此之外，colARmix等AR教學軟件具有較好的優化功能，能夠在多種設備中運行，在5.0以上的蘋果系統以及2.2以上的安卓系統手機上均能運行。另外，通過電子投影儀等方式可以獲得更佳的使用效果［4］。第二，MATLAB等在高等物理課程中的應用。MATLAB被國內外諸多高等院校應用于教學當中，尤其是電磁學、力學以及醫療教學中，如電磁學中很多的內容具有較高的抽象性，理解起來相對較難，如其中的電場和磁場等都是肉眼無法見的，通過增強現實技術能夠有效地促進人與環境的互動，使學生能夠通過技術手段感知電場和磁場的存在，增強教學效果。（四）增強現實技術在職業技能訓練中的應用。例如高空塔吊以及特種駕駛等諸多特殊行業具有較大的危險性，尤其是對于剛剛接觸到這類工作的學生來說，有一定的風險，特別是在初期的職業訓練中極易造成安全隱患。通過應用增強現實技術，對高空塔吊這類特殊工種的教學和訓練，運用虛擬與現實結合的方式能夠模擬出一個較為逼真的、互動性較強的高空塔吊現場，模擬出實際的訓練場景。尤其是在增強現實技術與各種重型機械教學相結合的過程中，能夠有效地解決傳統模式下重型機械教學和培訓的難題，既能夠增強員工的臨場駕駛或者操作能力，又能夠保證其安全性。

四、增強現實技術發展展望

目前，我國在AR教學領域做底層技術公司或機構相對不多，大多數高新技術企業或相關機構對AR技術在教育領域開展的平臺研究多停留在理論層面，另外多是利用現成的技術，如傳統的UNITY3D等進行內容開發。盡管國家和教育領域近年來一直在關注AR教育相關的技術研究，但就目前來說，所謂的ARSDK主要還是局限在2D平面圖的識別和跟蹤上，比較有名的有Vuforia、Metaio以及Wikitude等，實用性相對較強。而我國在這方面也有HiAR、EasyAR、VoidAR等，均有較高的實用價值。但僅僅停留在二維層面的AR距離真正的增強現實技術還有很長的一段路要走。在教育領域，AR技術的發展任重道遠，與現實場景三維畫面的融合應當是我國各個相關企業和機構主要應該攻克的方向。增強現實能夠通過技術手段將現實世界中的空間結構等以數據的方式導入系統中，從而使其與虛擬環境相融合，創造出一個具有較強感官性和互動性的虛擬現實場景。另外，隨著技術的不斷革新，AR設備的研發成本和制造成本將會逐漸降低，并且也會逐漸區域智能化和人性化。伴隨著教育發展的需要，增強現實技術將會在教育領域得到更加廣泛的使用，并且采購成本會不斷降低，增強現實技術將會以更加簡單、更加方便的形式進入教育教學領域，并且實現學科的細分，提高教學質量，推動現代教育不斷發展［5］。

五、結語

增強現實技術是基于影像技術、計算機網絡技術等多技術領域發展到一個全新高度誕生的新技術，由于其能夠將體驗者帶入一個虛擬與現實相結合、具有高互動性和高感官性的環境，因此被廣泛應用于社會生產的方方面面。本文主要介紹了增強現實技術在教育領域的應用，通過理論和實際應用對其進行了分析，并對AR技術未來的發展寄予希望。

參考文獻：

［1］趙曉嬿.增強現實技術在基礎教育教材領域的應用現狀及發展策略［J］.出版科學，2019，27（06）：93-97.

［2］何向琴.增強現實技術在學前教育領域的研究綜述［J］.科教文匯（下），2019（04）：148-150.

［3］張菊芳，王海燕.增強現實技術在教育領域的應用現狀及對策研究［J］.數字教育，2018，4（05）：60-65.

［4］周森，尹邦滿.增強現實技術及其在教育領域的應用現狀與發展機遇［J］.電化教育研究，2017，38（03）：86-93.

［5］賀熙，張旻旸，王錦，等.增強現實技術在職業教育領域應用現狀調查——以天津市5所職業院校為例［J］.高等職業教育（天津職業大學學報），2019，28（02）：75-79.

作者:周世明 燕飛 單位:長春建筑學院