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增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在非正式學(xué)習(xí)空間中的應(yīng)用探討*

2015-01-31 11:40汪存友
中國(guó)教育信息化 2015年22期
關(guān)鍵詞:學(xué)習(xí)者現(xiàn)實(shí)空間

程 彤,汪存友

(山西師范大學(xué) 教育技術(shù)與傳媒學(xué)院,山西 臨汾041004)

計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展加快了人類(lèi)知識(shí)更新的速度,知識(shí)更新周期變得越來(lái)越短,傳統(tǒng)校園的課堂學(xué)習(xí)已經(jīng)無(wú)法滿足互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對(duì)知識(shí)快速更新的要求,人們開(kāi)始借助互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)滿足其對(duì)于知識(shí)的渴求,開(kāi)始尋找一種適合在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)展開(kāi)學(xué)習(xí)的方式,進(jìn)而一個(gè)新的概念隨之產(chǎn)生,即非正式學(xué)習(xí)空間。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠擺脫教室這一正式學(xué)習(xí)空間對(duì)學(xué)習(xí)者的束縛,為學(xué)習(xí)者在非正式學(xué)習(xí)空間中開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)提供技術(shù)支持。

一、非正式學(xué)習(xí)空間

學(xué)習(xí)空間即學(xué)習(xí)發(fā)生的場(chǎng)所。非正式學(xué)習(xí)空間是相對(duì)于正式學(xué)習(xí)空間而言的,傳統(tǒng)的正式學(xué)習(xí)空間主要以接受正規(guī)學(xué)校教育或繼續(xù)教育中的教室課堂為主,而非正式學(xué)習(xí)空間可以是工作、生活或社交中,在任何時(shí)間、從事非正式學(xué)習(xí)的任何空間,如戶外、博物館、咖啡館等等。正式學(xué)習(xí)與非正式學(xué)習(xí)最重要的區(qū)別在于正式學(xué)習(xí)是由外界發(fā)起、組織的,而非正式學(xué)習(xí)是由學(xué)習(xí)者自我發(fā)起、自我調(diào)控、自我負(fù)責(zé)的學(xué)習(xí)。[1]因此,非正式學(xué)習(xí)空間更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)空間對(duì)學(xué)習(xí)者的吸引力,以及學(xué)習(xí)空間能否更好地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),能否為學(xué)習(xí)者提供更多促進(jìn)其開(kāi)展自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality,簡(jiǎn)稱(chēng)AR)技術(shù)誕生于20世紀(jì)60年代,它是在虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,簡(jiǎn)稱(chēng)VR)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新興技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)比虛擬現(xiàn)實(shí)更加接近于現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)建了一個(gè)完全虛擬的、與現(xiàn)實(shí)割裂的世界。無(wú)論在場(chǎng)景還是物體方面,虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)建的都是虛擬的內(nèi)容,而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將虛擬的信息疊加到現(xiàn)實(shí)世界中,創(chuàng)建了一個(gè)虛實(shí)結(jié)合的世界。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中,場(chǎng)景中的某些部分是存在于現(xiàn)實(shí)中的。就目前來(lái)說(shuō),AR技術(shù)較多應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域,尤其是在廣告和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)方面吸引著消費(fèi)者的眼球。此外,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、歷史文化領(lǐng)域、紙媒行業(yè)和娛樂(lè)領(lǐng)域均有不同程度的應(yīng)用。隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展,教育領(lǐng)域的一些專(zhuān)家和研究人員也開(kāi)始逐漸嘗試將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入教學(xué)領(lǐng)域,探索增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于學(xué)習(xí)的作用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的定義目前還沒(méi)有統(tǒng)一,目前較公認(rèn)的是在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域具有較大影響力的Azuma提出的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的三大特點(diǎn),即虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互與三維配準(zhǔn)[2]。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)的場(chǎng)景中,虛擬物體以三維立體形式呈現(xiàn)。通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),用戶能夠真實(shí)地體驗(yàn)到疊加到真實(shí)環(huán)境中的虛擬信息,如圖片、文字、聲音、視頻和動(dòng)畫(huà)等等。同時(shí),用戶能夠在真實(shí)的環(huán)境中與虛擬的三維物體進(jìn)行互動(dòng)。筆者認(rèn)為,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是在計(jì)算機(jī)的顯示與交互、網(wǎng)絡(luò)的跟蹤與定位等技術(shù)的基礎(chǔ)上,將計(jì)算機(jī)形成的虛擬信息疊加到現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)場(chǎng)景,對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行了補(bǔ)充,使人們?cè)谝曈X(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等方面增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)。

三、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在非正式學(xué)習(xí)空間中的應(yīng)用

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)于人們終身學(xué)習(xí)的要求,非正式學(xué)習(xí)在人們學(xué)習(xí)中所占的比重越來(lái)越大,自主學(xué)習(xí)的方式和場(chǎng)所也越來(lái)越多樣化。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生在非正式學(xué)習(xí)空間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)提供了一種很好的方式。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在非正式學(xué)習(xí)空間中的應(yīng)用可以從多角度進(jìn)行分析。從開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)的角度可以分為專(zhuān)業(yè)教育機(jī)構(gòu)和一般商業(yè)機(jī)構(gòu),從學(xué)習(xí)者的受教育階段的角度可以分為K12、職業(yè)教育和高等教育等階段,從產(chǎn)品提供的主要用途的角度可以分為立體顯示、指引操控、教育游戲等,從是否需要借助網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以分為單機(jī)版應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)版應(yīng)用,從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)使用的載體角度可以分為基于頭戴設(shè)備與基于手持設(shè)備(平板電腦、智能手機(jī))等。

1.從開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)角度分析

最早涉足于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的專(zhuān)業(yè)教育機(jī)構(gòu)是美國(guó)的哈佛大學(xué),Ivan Sutherland教授發(fā)明的光學(xué)透明頭盔顯示器標(biāo)志著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生。目前,從事增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用程序研究的專(zhuān)業(yè)教育機(jī)構(gòu),除了哈佛大學(xué)外,還有哥倫比亞大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形與用戶界面實(shí)驗(yàn)室、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校教育學(xué)院、美國(guó)加州大學(xué)Davis分校、麻省理工大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)、加拿大多倫多大學(xué)等等。在國(guó)內(nèi),北京理工大學(xué)是較早從事增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的科研院所之一,此外還有北京航空航天大學(xué)、北京郵電大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢大學(xué)、上海大學(xué)和華南理工大學(xué)等??傮w來(lái)看,國(guó)外教育機(jī)構(gòu)相比國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō),在技術(shù)和應(yīng)用研究方面都更勝一籌。

在商業(yè)領(lǐng)域,德國(guó)Metaio集團(tuán)是全球增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)行業(yè)的領(lǐng)軍者。該公司在技能培訓(xùn)方面開(kāi)發(fā)了AR互動(dòng)說(shuō)明書(shū),為用戶提供轎車(chē)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)使用說(shuō)明書(shū)。英國(guó)Augmatic公司開(kāi)發(fā)了一系列以顯示3D模型為主、可應(yīng)用于多學(xué)科的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)演示工具,為學(xué)生提供交互式和獨(dú)立的自主學(xué)習(xí)體驗(yàn)。[3]新加坡的MXR Corporation Pte Ltd開(kāi)發(fā)了名為w IzQubes的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲,主要用于給兒童講故事,對(duì)兒童產(chǎn)生了很強(qiáng)的吸引力。[4]與專(zhuān)業(yè)教育機(jī)構(gòu)相比,商業(yè)公司對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究更加深入,研究產(chǎn)品也更多。

2.從學(xué)習(xí)者的受教育階段的角度分析

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教育方面的應(yīng)用從學(xué)習(xí)者受教育階段的角度分析,可以分為面向K12階段的學(xué)生、面向職業(yè)教育階段的學(xué)生和面向高等教育階段的學(xué)生。

(1)面向K12階段學(xué)生的教育應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書(shū)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲的使用者以K12階段的學(xué)生為主。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書(shū)將數(shù)字化的內(nèi)容融入到真實(shí)場(chǎng)景中,豐富了知識(shí)的表現(xiàn)形式,增強(qiáng)了閱讀的趣味性,使學(xué)習(xí)對(duì)于K12階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)變得更加容易。如《東京新聞》開(kāi)發(fā)了一款A(yù)R News應(yīng)用程序,用于輔助孩子們進(jìn)行課外閱讀。當(dāng)孩子們用手機(jī)掃描特定的文章時(shí),手機(jī)屏幕上會(huì)出現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果,同時(shí)伴有卡通人物為孩子朗讀新聞內(nèi)容。[5]開(kāi)發(fā)者通過(guò)這種方式將枯燥無(wú)味的新聞內(nèi)容變得生動(dòng)有趣,極大地提高了孩子們的閱讀興趣,同時(shí),孩子們可以隨時(shí)隨地地閱讀新聞,在很大程度上為孩子們開(kāi)展課外閱讀活動(dòng)提供了方便。教育游戲能夠?yàn)閷W(xué)生提供輕松自由的學(xué)習(xí)環(huán)境,使學(xué)生在寬松的學(xué)習(xí)氛圍中獲得思想的啟迪和能力的培養(yǎng)。[6]Juan,Alem and Cano(2011)呈現(xiàn)了一款名為ARGreenet的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲,旨在提高人們對(duì)于循環(huán)重要性的認(rèn)識(shí)以及如何做到循環(huán)回收利用。在研究過(guò)程中,就循環(huán)這一主題,38個(gè)8到13歲的被試孩子使用不同順序體驗(yàn)ARGreenet和普通移動(dòng)手機(jī)游戲。研究數(shù)據(jù)表明,與普通移動(dòng)手機(jī)游戲相比,69.4%的被試孩子更喜歡ARGreenet增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲,他們認(rèn)為ARGreenet游戲在操作性、吸引力和樂(lè)趣方面更勝一籌。[7]該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲能夠提供更具吸引力的學(xué)習(xí)空間,寓教于樂(lè)地促進(jìn)游戲者對(duì)于知識(shí)的理解。

(2)面向職業(yè)教育和高等教育的教育應(yīng)用

職業(yè)教育和高等教育階段更加注重實(shí)踐教學(xué)對(duì)于學(xué)習(xí)者的重要性。采用AR技術(shù)開(kāi)展的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)為學(xué)習(xí)者提供了虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)空間,使學(xué)習(xí)者真正參與到實(shí)踐活動(dòng)當(dāng)中,體現(xiàn)了著名實(shí)用主義教育家杜威“做中學(xué)”的教學(xué)思想。如哥倫比亞大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形與用戶界面實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)維修系統(tǒng)(Augmented Reality for Maintenance and Repair,ARMAR)用來(lái)輔助新兵學(xué)習(xí),士兵在實(shí)踐學(xué)習(xí)場(chǎng)所佩戴上數(shù)據(jù)眼鏡后,能夠通過(guò)數(shù)據(jù)內(nèi)容的指導(dǎo)在實(shí)際操作過(guò)程中快速掌握裝甲車(chē)的維護(hù)等技能。[8]李青、張遼東(2013)等人開(kāi)展了基于“微波技術(shù)與天線”課程的移動(dòng)探究性實(shí)踐學(xué)習(xí)活動(dòng),使用實(shí)驗(yàn)研究、問(wèn)卷調(diào)查和深度訪談的研究方法,證明了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)學(xué)習(xí)方式受到大部分學(xué)生的歡迎,能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并且對(duì)教學(xué)效果有正向促進(jìn)作用。[9]

四、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于非正式學(xué)習(xí)空間的特點(diǎn)

1.虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)場(chǎng)景

與使用傳統(tǒng)教學(xué)材料不同的是,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)將數(shù)字化的學(xué)習(xí)資源融入真實(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景中,豐富了學(xué)習(xí)材料的表現(xiàn)形式,營(yíng)造了虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)空間。如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子書(shū)將抽象的、難以理解的學(xué)習(xí)內(nèi)容通過(guò)生動(dòng)具體的3D立體圖像或動(dòng)畫(huà)展示出來(lái),為讀者提供更加直接的、具體的閱讀體驗(yàn),激發(fā)了讀者的閱讀興趣。另外,在技能培訓(xùn)中,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為實(shí)踐教學(xué)提供了虛實(shí)結(jié)合的場(chǎng)景,通過(guò)其較強(qiáng)的交互性,為培訓(xùn)人員提供了實(shí)地的、及時(shí)的操作引導(dǎo)。如哥倫比亞大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形與用戶界面實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)維修系統(tǒng)也通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)增強(qiáng)了現(xiàn)實(shí)環(huán)境。

2.游戲化泛在學(xué)習(xí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲?yàn)槭褂谜咛峁┝溯p松自由的學(xué)習(xí)環(huán)境,虛實(shí)結(jié)合的場(chǎng)景為使用者帶來(lái)更多方面的感官體驗(yàn),很大程度上激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣,寓教于樂(lè)地滿足了學(xué)習(xí)者泛在學(xué)習(xí)的需求。如Mitchlehan Media LLC公司開(kāi)發(fā)的AR Flashcards-Animal Alphabet榮獲2013年最佳移動(dòng)APP榮譽(yù),這是一款輔助小孩子學(xué)習(xí)字母的教育游戲,當(dāng)孩子用攝像頭對(duì)準(zhǔn)打印的flashcard的時(shí)候,漂亮的3D動(dòng)物將會(huì)在屏幕上彈出,點(diǎn)擊動(dòng)物將能夠聽(tīng)到字母發(fā)音和動(dòng)物名稱(chēng),通過(guò)聲音和3D模型的結(jié)合,極大地吸引了孩子們的學(xué)習(xí)興趣。[10]2014年P(guān)BS Kids公司開(kāi)發(fā)了Fetch!Lunch Rush移動(dòng)APP教育游戲,寓教于樂(lè)地訓(xùn)練兒童解決算術(shù)結(jié)果為1到10的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力。這款應(yīng)用程序能讓學(xué)生將標(biāo)記貼在任何地方,同時(shí)使用大腦和身體來(lái)參與游戲,解放對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)空間的限制,并且對(duì)于運(yùn)算結(jié)果有語(yǔ)音提示。[11]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲相對(duì)于傳統(tǒng)游戲具有更強(qiáng)的交互性與沉浸性。

3.移動(dòng)化學(xué)習(xí)

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的快速發(fā)展,人們迫切需要擺脫時(shí)間和空間對(duì)學(xué)習(xí)的限制,需要進(jìn)行隨時(shí)隨地自主化的學(xué)習(xí),移動(dòng)學(xué)習(xí)恰恰能夠滿足人們對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在運(yùn)行平臺(tái)方面從成本高昂的桌面計(jì)算機(jī)或工作站逐漸轉(zhuǎn)向成本較低的移動(dòng)平臺(tái),在顯示設(shè)備方面從頭戴顯示器、立體眼鏡逐漸轉(zhuǎn)向平板電腦或手機(jī)等移動(dòng)終端,用戶逐漸擺脫設(shè)備對(duì)使用環(huán)境的限制,開(kāi)始能夠走向室外體驗(yàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所帶來(lái)的樂(lè)趣。[5]因此,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人們進(jìn)行移動(dòng)化學(xué)習(xí)提供了技術(shù)支持。同時(shí),高普及度和便攜性的移動(dòng)設(shè)備為人們進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)提供了設(shè)備支持,基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)APP為人們進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)提供了必要的學(xué)習(xí)資源。如Metio公司為奧迪公司開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)說(shuō)明書(shū),能夠幫助用戶在汽車(chē)駕駛艙中隨時(shí)了解汽車(chē)駕駛艙的內(nèi)部按鍵和指示燈的功能,當(dāng)使用者啟動(dòng)手機(jī)APP應(yīng)用程序后,將攝像頭對(duì)準(zhǔn)駕駛艙中的部件,與之匹配的注釋信息將出現(xiàn)在手機(jī)屏幕中,以此來(lái)幫助用戶更好地了解駕駛艙。[12]

四、結(jié)束語(yǔ)

將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于非正式學(xué)習(xí)空間具有一定的優(yōu)勢(shì)。首先,3D立體顯示具有豐富的表現(xiàn)力,能夠形象直觀地顯示教育內(nèi)容,使學(xué)習(xí)者在理解一些抽象的幾何和化學(xué)模型等方面變得容易;其次,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有更強(qiáng)的交互性,能夠使學(xué)習(xí)者在接近真實(shí)的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”;再次,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于非正式學(xué)習(xí)空間能夠促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行探究式的自主學(xué)習(xí)?;谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教育應(yīng)用能夠極大地引起學(xué)生的興趣,使學(xué)生能夠更加投入地沉浸在自主式探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)借助于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,滿足了學(xué)習(xí)者在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的需求。

未來(lái),增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將結(jié)合當(dāng)前迅速發(fā)展的云計(jì)算和云存儲(chǔ)等技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展。期待更多更好的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用于教育領(lǐng)域,促進(jìn)我國(guó)教育信息化的進(jìn)一步發(fā)展。

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