增強現實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應用論文

　　摘要：增強現實(shí)作為一種新型媒體，尚未得到廣泛普及。介紹了增強現實(shí)的概念，分析了增強現實(shí)技術(shù)被融合到教育中的優(yōu)勢，對增強現實(shí)技術(shù)與教育之間的融合進(jìn)行展望，指出研究增強現實(shí)在教育教學(xué)中的應用，不僅能提升教育的發(fā)展，更能夠提高增強現實(shí)應用的廣泛性，這也是教育信息化環(huán)境下迫切可行的。

　　關(guān)鍵詞：增強現實(shí)；教育教學(xué)

　　引言

　　在信息化科技日新月異的大環(huán)境下，年輕的學(xué)習者可以學(xué)習更多更復雜抽象的知識，而不僅僅是早期教育中一些淺易的基礎性知識，因此傳統教育已經(jīng)跟不上學(xué)習者認知理解的步伐。幸運的是，一些新技術(shù)的出現，提高了學(xué)習者對復雜思維概念的理解，同時(shí)為學(xué)習者進(jìn)行一些通常環(huán)境下難以實(shí)現的實(shí)驗提供了機會(huì )。筆者以探析增強現實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應用為宗旨，介紹了增強現實(shí)的相關(guān)概念，以讓讀者對增強現實(shí)有一個(gè)初步的認識。描述了增強現實(shí)技術(shù)被融合到教育中將會(huì )為教師和學(xué)習者帶來(lái)的優(yōu)勢。從理論支持方面呈現了增強現實(shí)技術(shù)如何能夠應用于教育教學(xué)當中。預測了增強現實(shí)技術(shù)應用在教育教學(xué)中將會(huì )面臨的挑戰。并對全文做了總結，并對增強現實(shí)技術(shù)與教育之間的融合進(jìn)行了展望。目的在于希望增強現實(shí)技術(shù)能夠改善提高傳統教學(xué)，同時(shí)希望能為增強現實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應用提供些許意見(jiàn)。增強現實(shí)涉及到多種計算機運作技術(shù)，一般是通過(guò)移動(dòng)技術(shù)，以增強物理位置和多個(gè)帶有數字信息的對象。數字信息可以具有各種形式，包括文本，音頻，視頻，網(wǎng)頁(yè)內容和３Ｄ建模。增強現實(shí)是虛擬現實(shí)技術(shù)的延伸，增強現實(shí)不同于虛擬現實(shí)，因為它不是用合成環(huán)境代替真實(shí)的世界。虛擬現實(shí)的連續性描述了不同類(lèi)型的現實(shí)如何相互關(guān)聯(lián)。在這個(gè)連續性上，增強現實(shí)是位于居間的現實(shí)區域，即在物理環(huán)境和一個(gè)完全的虛擬環(huán)境之間。居間的現實(shí)包括位置更靠近物理現實(shí)的增強現實(shí)和更靠近虛擬環(huán)境的增強虛擬性［１］。增強現實(shí)應用程序可以在現實(shí)世界中疊加虛擬影像，引導給用戶(hù)新的使用標志信息或是通過(guò)桌面攝像頭和實(shí)時(shí)處理來(lái)看見(jiàn)幾何形狀，而更貼近生活的是地理定位、地理標簽入口和用交互式打印的產(chǎn)品。增強現實(shí)技術(shù)提供模擬托管場(chǎng)地和數字信息。正如新媒體聯(lián)盟地平線(xiàn)項目報告中指出，雖然到目前為止增強現實(shí)最普遍的用途是消費領(lǐng)域，如市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、社會(huì )參與、娛樂(lè )或基于位置的信息，但是新用途似乎每天都在出現，而且創(chuàng )建這些新應用的工具甚至都變得更容易使用［２］。

　　１增強現實(shí)技術(shù)融合在教育中的優(yōu)勢

　　增強現實(shí)技術(shù)已經(jīng)在諸如醫學(xué)、軍事訓練、工程設計、機器人及遠程機器人學(xué)、制造維護和修理、消費設計及，娛樂(lè )等多個(gè)領(lǐng)域得到了發(fā)展。綜合增強現實(shí)在上述領(lǐng)域中的應用，分析概括出增強現實(shí)所特有的優(yōu)勢，并將這些有利優(yōu)勢融合到教育中，對教育信息化和智慧教育的展開(kāi)都將會(huì )有很大的幫助。

　�。保�１增強現實(shí)加強了學(xué)習者對知識的感知

　　增強現實(shí)技術(shù)能夠將合成的感覺(jué)信息融合進(jìn)用戶(hù)對真實(shí)世界的感知中，當把增強現實(shí)技術(shù)應用到教育中，就可將原本教育課程中無(wú)法呈現不可抵達的真實(shí)世界，或者是僅僅存在于教師和學(xué)習者想象中的微觀(guān)世界用三維動(dòng)畫(huà)模擬的方式生動(dòng)形象地展現在教師和學(xué)生面前，使教師和學(xué)生方便地對其中的事物進(jìn)行細致入微地觀(guān)察，探索事物的本質(zhì)和規律［３］。增強現實(shí)加強了教師和學(xué)習者對真實(shí)環(huán)境的交互體驗和對知識本體的感知，并從多方位，多角度刺激了學(xué)習者的學(xué)習。圖１中，為增強現實(shí)技術(shù)在歷史課程中的應用，教師可以在歷史課堂中利用多重接觸增強現實(shí)系統設備來(lái)提高教學(xué)過(guò)程的質(zhì)量。在歷史課堂中學(xué)生們會(huì )有很多問(wèn)題，如找到地圖或是圖像類(lèi)的視覺(jué)數據和他們的空間或是時(shí)間上的關(guān)系，并把這些關(guān)系讀入文本等問(wèn)題，教師通過(guò)展示不同地圖之間被聯(lián)系在一起的進(jìn)而幫助學(xué)生解決問(wèn)題，第一個(gè)多重接觸增強現實(shí)系統展示設備給學(xué)生呈現了實(shí)際的歷史地圖，第二個(gè)設備運用３Ｄ模型呈現給學(xué)生豐富多彩的仿真內容，最終形象化的圖像內容如圖１所示。圖２、圖３為增強現實(shí)技術(shù)在實(shí)際應用中的例子，圖中給出了托波爾恰尼城堡廢墟形象化的可視圖片，其中包含了該城堡的基本有價(jià)值的東西。

　�。保�２對于特殊專(zhuān)業(yè)具有高的應用價(jià)值

　　增強現實(shí)對于在實(shí)踐中學(xué)習或者操作具有危險性的專(zhuān)業(yè)而言，具有很強的實(shí)用價(jià)值。如高等教育中的核工程專(zhuān)業(yè)中有一些課程，存在教師難以教授、學(xué)生又難以理解的問(wèn)題，因為教師難以將抽象的理論知識呈現給學(xué)生，只能用語(yǔ)言為學(xué)生講解，學(xué)生在單調乏味的環(huán)境難以吸收同化枯燥的理論，加之核工程輻射力非常強具有很大的危險性，學(xué)生無(wú)法到真實(shí)場(chǎng)景中去實(shí)踐感知，增強現實(shí)技術(shù)的出現將極大地彌補這樣的不足，增強現實(shí)技術(shù)可以為師生提供逼真形象的學(xué)習情境，即使不去到真正的核工程現場(chǎng)，也能夠讓學(xué)生在幾近真實(shí)的情境中有效學(xué)習。

　�。保�３增加了學(xué)習者之間的互動(dòng)

　　增強現實(shí)加強了真實(shí)世界，讓學(xué)習者在虛擬與現實(shí)結合的環(huán)境中真正地投入到學(xué)習當中進(jìn)行了互動(dòng)和有意義學(xué)習。如在天文學(xué)方面，增強現實(shí)的優(yōu)勢也非常顯著(zhù)。運用增強現實(shí)技術(shù)，教師可以方便地表達幾何形體的變化以及在空間中的關(guān)系，而學(xué)生在這種虛實(shí)融合的立體環(huán)境中更容易地掌握復雜的空間概念。

　　２增強現實(shí)應用在教育教學(xué)中的理論支持

　�。玻�１認知主義理論對增強現實(shí)的支持

　　認知學(xué)習理論認為，人類(lèi)的學(xué)習是經(jīng)驗的重組，是認知結構的獲得和建構過(guò)程，強調有機體與環(huán)境的交互作用通過(guò)同化與順應的過(guò)程取得與環(huán)境的平衡。同時(shí)人的認識不是由外界刺激直接給予的，而是外界刺激和認知主體內部心理相互作用的結果。學(xué)習過(guò)程的實(shí)質(zhì)是個(gè)體與環(huán)境的相互作用中，認知結構的不斷建構過(guò)程。認知主義學(xué)習理論的教學(xué)觀(guān)是：為學(xué)生提供一種對自身進(jìn)行認知加工的特定情境和特殊過(guò)程，從而在促進(jìn)學(xué)生認知結構的形成過(guò)程中推動(dòng)學(xué)生的認知發(fā)展。教師創(chuàng )設的學(xué)習情境能否激發(fā)學(xué)習興趣。促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習是教學(xué)活動(dòng)的關(guān)鍵點(diǎn)之一，而基于增強現實(shí)技術(shù)能夠創(chuàng )設良好的學(xué)習情境。因此，將增強現實(shí)應用到教育中須從學(xué)生的認知心理出發(fā)，注重學(xué)生的具體經(jīng)驗和對情景的理解，使得學(xué)習者的新舊知識之間的同化順利完成，建構起自身的認知結構，促進(jìn)認知發(fā)展。

　�。玻�２建構主義學(xué)習理論對增強現實(shí)的支持

　　建構主義是增強現實(shí)技術(shù)應用在教育領(lǐng)域中最有力的理論支持。建構主義認為，知識不是通過(guò)教師傳授得到的，而是學(xué)習者在一定的情境即社會(huì )文化背景下，借助其他人的幫助，利用必要的學(xué)習資料，通過(guò)意義建構的方式而獲得的。由于學(xué)習是在一定的情境即社會(huì )文化背景下，借助其他人的幫助即通過(guò)人際間的協(xié)作活動(dòng)而實(shí)現的意義建構過(guò)程，因此建構主義學(xué)習理論認為情境、協(xié)作、會(huì )話(huà)和意義建構是學(xué)習環(huán)境中的四大屬性。增強現實(shí)為教育課程所創(chuàng )設的情境、協(xié)作、會(huì )話(huà)和意義建構與建構主義的四大屬性進(jìn)行了完美的對接，在應用增強現實(shí)的教育課堂中，多媒體技術(shù)是創(chuàng )設真實(shí)情景的有效工具，與增強現實(shí)技術(shù)相結合后則能產(chǎn)生身臨其境的逼真效果。超越時(shí)空和地域的協(xié)作學(xué)習將會(huì )成為增強現實(shí)學(xué)習的一種模式。增強現實(shí)的意義建構能促進(jìn)學(xué)生自覺(jué)、主動(dòng)去實(shí)現教師的教學(xué)目標，教師和外界環(huán)境的作用都是為了幫助和促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)，建構主義學(xué)習理論使得增強現實(shí)技術(shù)應用到教育中更加有理可依。

　　３增強現實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域應用中面臨的挑戰

　�。常�１教師習慣用熟練的教學(xué)方法而不愿嘗試新方法

　　知識的傳遞，是教師和學(xué)生共同學(xué)習和交流的一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中教師所扮演的角色是主導者，幫助者和傳授者。但有一些知識是需要傳遞的，需要教師的講述，而教師在知識講述的過(guò)程中，習慣用自己熟知的手段和方法。有位學(xué)者說(shuō)：每一次新技術(shù)的出現都不會(huì )一帆風(fēng)順的，由此，如果必須讓教師們融合增強現實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中，教師們可能會(huì )出現不會(huì )上課的現象，因為多少年來(lái)他們已經(jīng)有了一套獨特的直觀(guān)經(jīng)驗和教學(xué)方法，讓他們快速改變方式，就需要重構教學(xué)體系，而這些經(jīng)驗豐富的教師們多數都對技術(shù)的使用不夠熟練，重構教學(xué)體系過(guò)程花費很長(cháng)時(shí)間和較大精力。這也是增強現實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域應用中，教師會(huì )遇到的一個(gè)極大挑戰。

　�。常�２增強現實(shí)作為新型技術(shù)應用到教育中，其轉變過(guò)程會(huì )遇到困難

　　增強現實(shí)作為一種新型技術(shù)，在其剛開(kāi)始出現的時(shí)候，除了在考古損毀遺跡的復原展示和文物保護上有所使用，在其他領(lǐng)域使用得非常少，在教育中的應用更是罕見(jiàn)。加之人們在運用新技術(shù)學(xué)習時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很多來(lái)自環(huán)境和人為的障礙、易受外在增強現實(shí)技術(shù)形式的干擾，而忽視教學(xué)內容本身的學(xué)習等問(wèn)題都說(shuō)明，增強現實(shí)技術(shù)被應用到教育教學(xué)領(lǐng)域的初期會(huì )遇到一些困難，需要教育工作者和技術(shù)工作者預先設計出針對可能出現的問(wèn)題的應對方案和策略，以確保增強現實(shí)技術(shù)更好地促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)，讓可預想到的問(wèn)題得到最大化地解決。

　　４結語(yǔ)

　　信息化時(shí)代，科學(xué)技術(shù)在迅速發(fā)展，增強現實(shí)更是發(fā)展的如火如荼，綜合增強現實(shí)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應用，站在教育的視角下冷靜思考增強現實(shí)與教育教學(xué)的結合，不難發(fā)現，今后要解決的是把增強現實(shí)技術(shù)轉化為可以真正上手的教育教學(xué)工具，才能將理想的狀態(tài)變?yōu)榻逃�現實(shí)。變革需要經(jīng)歷一段時(shí)間，如ＰＰＴ其實(shí)在２０年前ｏｆｆｉｃｅ軟件剛出來(lái)的時(shí)候就有了，但幾十年后才成為現在課堂中講課工具，所以一項新技術(shù)起初出現時(shí)，用的人很少，甚至會(huì )受到質(zhì)疑，增強現實(shí)也是一樣。未來(lái)，基于增強現實(shí)技術(shù)自身的特點(diǎn)，其在教育中的應用，將較多地體現在教育游戲和ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的學(xué)習中，增強現實(shí)將能夠為教育游戲提供３Ｄ虛擬世界和３Ｄ虛擬環(huán)境，對于ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ而言，增強現實(shí)技術(shù)將可以讓學(xué)習者在增強現實(shí)的學(xué)習空間中進(jìn)行更高效的學(xué)習。

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