趙曉嬿

[摘 要] 增強現(xiàn)實技術(shù)由于具有立體化、交互性、關(guān)聯(lián)方式安全、使用便捷等特性，在基礎(chǔ)教育階段具有很強的應(yīng)用性。然而目前AR技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的應(yīng)用仍存在開發(fā)成本高、內(nèi)容維護難度大、潛在影響青少年視力、盈利模型不清晰等問題。因此現(xiàn)階段國內(nèi)出版社在開發(fā)基礎(chǔ)教育階段AR立體化教材時，應(yīng)結(jié)合自身定位和學(xué)科需求策略性地選擇開發(fā)方式，確定模型的精細度、必要性以及技術(shù)的應(yīng)用形式和融合形式，并積極推進技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實施、探索盈利模式和商業(yè)模型，讓AR技術(shù)成為出版社數(shù)字化升級的新支點，為教育出版注入新動力。

[關(guān)鍵詞] 增強現(xiàn)實 基礎(chǔ)教育 教材 標(biāo)準(zhǔn)

[中圖分類號] G239[文獻標(biāo)識碼] A[文章編號] 1009-5853 （2019） 06-0093-05

[Abstract] The applicability of augmented reality technology in the preliminary education stage is highly strong due to its three-dimensional， interactive， safe and convenient use. However， there are still some problems of the application of AR technology in the field of preliminary education， such as high development cost， difficult to maintain the content， potential impact on teenagers vision， unclear profit model and so on. Therefore， when developing AR three-dimensional textbooks for preliminary education， domestic publishing houses should strategically choose the development mode， determine the precision and necessity of the model， and the application form and integration form of technology according to their own positioning and the requirements of disciplines， as well as actively promote the implementation of technical standards， and explore the profit model and business model， so as to make AR technology a new fulcrum for the digital upgrade of publishing houses， and inject new impetus into Educational Publishing.

[Key words] Augmented reality technology Preliminary education Textbook Standard

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術(shù)，是一種借助計算機圖形、可視化等技術(shù)，將虛擬信息疊加到真實環(huán)境中，從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗的數(shù)字化技術(shù)。隨著移動終端的普及，近幾年AR技術(shù)快速發(fā)展，在醫(yī)療、建筑、游戲、新聞等多個領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，并為這些行業(yè)帶來了重大影響和變革。2018年教育部等5部門印發(fā)《教師教育振興行動計劃（2018—2022年）》，明確提出：“充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等技術(shù)，推進教師教育信息化教學(xué)服務(wù)平臺建設(shè)和應(yīng)用，推動以自主、合作、探究為主要特征的教學(xué)方式變革?！?/p>

與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相比，增強現(xiàn)實技術(shù)既具有立體化、交互性的特性，又無需佩戴沉重的頭盔，在基礎(chǔ)教育階段具有更強的便捷性和應(yīng)用性。在基礎(chǔ)教育教材中引入AR技術(shù)，不僅可將音頻、視頻、動畫、游戲、全景圖片等多媒體資源與教材“無縫”鏈接，而且可將抽象的文字或平面圖片立體、形象地呈現(xiàn)出來，并可實時互動，從而為學(xué)生帶來浸入式、交互式的學(xué)習(xí)體驗，為教師提供多層次的信息化教學(xué)資源，也為教育類出版社數(shù)字化轉(zhuǎn)型和知識服務(wù)升級提供新的探索方向。

1 AR技術(shù)在教育出版領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于技術(shù)上先行一步，國外教育類出版社早在2012年就開始涉足和布局AR出版。而國內(nèi)出版社近幾年在各分支教育領(lǐng)域多有嘗試，陸續(xù)推出了一些較具代表性的AR出版物，尤其在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域進行了多種有益嘗試。

1.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

國外知名教育出版社，如麥格勞-希爾教育集團（McGraw Hill Education）、培生（Pearson）等，在AR出版領(lǐng)域早有嘗試與布局。麥格勞-希爾教育集團早在2012年就與韓國互動媒體集團蜻蜓公司合作，開發(fā)針對亞洲兒童的英文教材。培生則在2013年與萊爾公司（Layar）推出手機應(yīng)用“跳躍的頁面（Bounce Pages）”，并將其應(yīng)用到德克薩斯州學(xué)生的教科書中。使用者打開應(yīng)用攝像頭掃描頁面，就可以在屏幕上看到人物、風(fēng)景和對書本內(nèi)容的生動解釋;使用的教材都有120頁內(nèi)容可以產(chǎn)生AR效果。2012年，專注教科書的日本“東京書籍株式會社”（Tokyo Shoseki）也發(fā)布了AR系列教科書，涵蓋物理、天文、化學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科。其通過AR技術(shù)將教科書和數(shù)字內(nèi)容相連接，提高學(xué)習(xí)者對教科書內(nèi)容的理解。

1.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

在近年一份較多被引用的關(guān)于AR技術(shù)在出版業(yè)應(yīng)用情況的報告顯示 ：截至2017年，京東、當(dāng)當(dāng)、亞馬遜三大電商平臺可統(tǒng)計的AR圖書共275種，其中科普類為168種，動漫動畫類56種，占比分別為61%和20%;教育類為46種，占比17%。在AR教材類出版物中，高等教育、職業(yè)教育、基礎(chǔ)教育類幾乎齊頭并進。其中，高等教育、職業(yè)教育類AR教材主要來自國內(nèi)幾家大型教育類出版社，如人民衛(wèi)生出版社、北京大學(xué)出版社、人民郵電出版社等，內(nèi)容主要集中在醫(yī)學(xué)、機械、汽修等?；A(chǔ)教育類AR教材起步較晚，還處于發(fā)展初期;但是近幾年陸續(xù)推出了一些在創(chuàng)新性和品質(zhì)上都具有較高認可度的代表性教材。如青島出版社在2016年推出的新版《快樂足球》教材，人民教育出版社在2017年與夢想人科技合作推出的《校園足球（跨媒體3D版）》。這些產(chǎn)品通過AR視頻技術(shù)，對足球技戰(zhàn)術(shù)進行立體化展示，學(xué)生可以從各個角度反復(fù)觀看動作細節(jié)，切實解決了足球教學(xué)中的痛點。

考慮到教材嚴(yán)格的審核機制，一些教育出版社選擇以AR教輔類圖書、課外讀物作為試水AR技術(shù)的切入點。如北京師范大學(xué)出版社在2018年推出的《AR學(xué)化學(xué)：高中化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》，將計算機動畫制作成優(yōu)選的增強現(xiàn)實內(nèi)容，學(xué)生可在屏幕上任意轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)模型，觀察微觀細節(jié);在部分交互過程中，使用者還可自主點選元素，生成對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，獲得更加個性化、深層次的交互體驗。江蘇鳳凰教育出版社推出的《小學(xué)科學(xué)活起來》依據(jù)義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)編寫，以4D形式呈現(xiàn)知識性動畫，并具備交互功能。此外，山東教育出版社出版的《暑假生活指導(dǎo)》、龍門書局出版的《黃岡小狀元》等，對AR技術(shù)也有不同程度的應(yīng)用。

由于教材出版的特殊性、開發(fā)成本、技術(shù)結(jié)合度等因素，現(xiàn)階段國內(nèi)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域AR出版物在數(shù)量上仍較為有限;品種也有一定局限性，主要集中在小學(xué)科學(xué)、體育等學(xué)科上;AR教輔圖書多是試水行為，單點開花，尚未形成體系規(guī)模。在技術(shù)應(yīng)用層面，多為淺層的圖像識別，建模、交互等技術(shù)雖有涉獵，但仍處于初級階段。AR教材類出版物還有很大的探索和發(fā)展空間。

2 基于AR技術(shù)的基礎(chǔ)教育教材的優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)出版形式，基于AR技術(shù)的基礎(chǔ)教育教材優(yōu)勢顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

一是可具象呈現(xiàn)文字和二維圖片難以解釋的抽象概念，以及現(xiàn)實中難以直接觀察的對象，創(chuàng)建立體、形象、直觀的學(xué)習(xí)內(nèi)容，如分子結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁感線、等高線等，解決紙質(zhì)教材無法攻克的教學(xué)痛點。

二是AR技術(shù)可以將音頻、視頻、動畫、游戲等多媒體資源與紙質(zhì)圖書有機融合。同時還支持新型的360゜全景資源，極大地突破了紙質(zhì)圖書承載信息的約束，給學(xué)生帶來更加豐富、有趣的學(xué)習(xí)體驗。

三是支持實時交互和多種交互形式。學(xué)生可以根據(jù)個人需求對3D模型進行實時的旋轉(zhuǎn)、縮放、透視等操作，并可自主選擇播放多媒體資源，滿足自主化、個性化的學(xué)習(xí)需求，使傳統(tǒng)的靜態(tài)、單向、被動式學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻胧?、互動式、探索式的學(xué)習(xí)體驗。同時，有些交互操作基于手勢，摒棄了鼠標(biāo)、鍵盤，讓學(xué)生以一種更為自然的方式與虛擬對象和場景進行交互。

四是可以實現(xiàn)圖書內(nèi)容的動態(tài)更新。紙質(zhì)圖書內(nèi)容的更新和補充只能通過教材再版來實現(xiàn)。AR技術(shù)可在紙本內(nèi)容不變的情況下，通過后臺迭代及時更新關(guān)聯(lián)內(nèi)容，賦予圖書動態(tài)的生命力。

五是保障教材使用的安全性。教育部在《關(guān)于2017年中小學(xué)教學(xué)用書有關(guān)事項的通知》中明確提出：“中小學(xué)教材中一律不得出現(xiàn)提供額外教學(xué)輔助資料的各類鏈接網(wǎng)址、二維碼等信息”。這讓中小學(xué)教師和學(xué)生查找資源增加了難度。AR技術(shù)基于圖像識別算法，不需要對頁面做任何更改，就可以將多媒體資源與圖書相關(guān)聯(lián)。

3 基礎(chǔ)教育領(lǐng)域AR出版物面臨的問題

雖然AR技術(shù)對于基礎(chǔ)教育教材優(yōu)化升級推動作用顯著，但現(xiàn)階段出于出版社自身基因、技術(shù)應(yīng)用成熟度、用戶特點等原因，基礎(chǔ)教育領(lǐng)域AR出版物開發(fā)面臨的問題也不容忽視，主要包含以下5個方面。

開發(fā)成本高，技術(shù)人員缺乏，自主研發(fā)難度大。相較于傳統(tǒng)圖書，AR類圖書涉及三維數(shù)字內(nèi)容的制作和程序的編寫，技術(shù)開發(fā)成本較高。1個AR模型的制作成本一般在3000—20000萬元不等;1本包含10個左右AR模型的圖書，僅模型制作費用就可高達數(shù)十萬元。而教材在出版和審核上都更為嚴(yán)格，對3D模型的精細度、交互操作、增強效果等的要求也就相應(yīng)更高，進一步加大了AR教材的開發(fā)成本和開發(fā)難度。

此外，AR出版具有一定的技術(shù)壁壘，需要專業(yè)技術(shù)人員;而出版行業(yè)技術(shù)人員缺乏，如果自建團隊，技術(shù)人員薪資較高，人力成本會大幅上升，這限制了出版社自主研發(fā)的步伐。

合作開發(fā)、引進版權(quán)模式下，內(nèi)容維護難度大。出于開發(fā)成本、周期和人員的多重考慮，現(xiàn)階段多數(shù)出版社還是選擇委托開發(fā)或合作開發(fā)的形式。這兩種情況下，存儲AR內(nèi)容的后臺服務(wù)器通常不在出版社，而在技術(shù)公司手中，內(nèi)容維護難度較大。一些引進版權(quán)的AR教材，也存在類似情況。

資源關(guān)聯(lián)和存儲依托網(wǎng)絡(luò)，使用安全性上存在一定風(fēng)險。AR內(nèi)容的存儲、關(guān)聯(lián)和使用都需要網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有可能出現(xiàn)識別無效、關(guān)聯(lián)失效、關(guān)聯(lián)錯誤、顯示滯后等問題。因此，出于安全性考慮，不少出版社對AR教材、教輔仍持觀望態(tài)度。

內(nèi)容呈現(xiàn)依賴電子設(shè)備，青少年長時間使用影響視力水平。AR出版物大多需借助手機、平板電腦等電子設(shè)備進行閱讀，基礎(chǔ)教育教材的使用主體是青少年，視力正在發(fā)育期，長時間觀看電子屏可能會對視力造成影響。

盈利模式尚不清晰，財政資金支持力度有限。教材定價相對固定，教輔類圖書定價雖有一定自主性，但使用者對AR體驗的需求彈性很大。因此，高昂的開發(fā)成本，很難從價格和銷量上得到彌補，盈利模式仍有待探索。同時，雖然國家相繼出臺鼓勵增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的政策性文件，但關(guān)于人才培養(yǎng)、項目支持方面的財政性政策和扶持基金仍然缺乏，資金層面支持力度有限。

4 基礎(chǔ)教育領(lǐng)域AR立體化教材的發(fā)展策略

通過對AR技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域應(yīng)用的問題分析，以及國內(nèi)外AR立體化教材和教育應(yīng)用成功案例的比較，現(xiàn)階段教育類出版社可以從以下幾方面有策略地進行基礎(chǔ)教育階段AR立體化教材的開發(fā)。

4.1 結(jié)合自身定位和能力，策略性選擇開發(fā)方式

現(xiàn)階段，出于開發(fā)成本和開發(fā)難度方面的考慮，多數(shù)出版社更傾向于也更適合以合作開發(fā)的形式推出AR教材。國內(nèi)已有中國科技大學(xué)先進技術(shù)研究院、夢想人科技等科研機構(gòu)和技術(shù)企業(yè)研發(fā)了專門針對新聞出版行業(yè)的AR數(shù)字出版系統(tǒng)。選擇合作機構(gòu)時，對AR數(shù)字出版系統(tǒng)的考量需從以下3個方面進行評估：一是系統(tǒng)執(zhí)行“三審三較”制度，可進行關(guān)鍵點把控，保障AR出版內(nèi)容的政治性、科學(xué)性和邏輯性;二是平臺符合AR數(shù)字出版規(guī)范和ISLI標(biāo)準(zhǔn)體系，保證編碼規(guī)則的一致性，提高不同終端的兼容性，以減少多版本開發(fā)費用;三是具有應(yīng)急處理功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不當(dāng)內(nèi)容時，管理員可及時登錄應(yīng)急賬號，對存在問題的內(nèi)容、出版物進行刪除或下架處理。

當(dāng)然，技術(shù)決定發(fā)展。待時機和條件成熟時，部分出版社還是應(yīng)自建研發(fā)團隊，開發(fā)符合自身需求的AR數(shù)字出版系統(tǒng)，從源頭保證AR內(nèi)容的規(guī)范性、維護的便捷性，以及在發(fā)行、管理、運營上的自主性。

4.2 建立自有3D模型庫，注重模型的精細度、區(qū)分度和必要性

一些技術(shù)企業(yè)立足AR技術(shù)優(yōu)勢開發(fā)了3D模型庫，但內(nèi)容質(zhì)量參差不齊。而教育類出版社基于多年的知識服務(wù)建設(shè)，積累了大量內(nèi)容資源，而且相當(dāng)一部分建立了自己的知識元庫和知識體系，在3D模型庫的建設(shè)上有著天然優(yōu)勢。所以，有條件的出版社建立3D模型庫是一種自然和必然的選擇。在模型庫建設(shè)過程中，有以下幾點需要注意。

首先，模型的精細度既關(guān)乎師生的使用體驗，也體現(xiàn)著AR教材的品質(zhì)水準(zhǔn)。所以，應(yīng)適度提升模型的精細度，豐富交互操作，為師生創(chuàng)造更好的使用體驗。

其次，同一模型出現(xiàn)在不同階段教材中時，應(yīng)根據(jù)具體教學(xué)要求，確定呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)和標(biāo)注內(nèi)容。以細胞模型為例，在初中生物教材中只需呈現(xiàn)細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而在高中教材中則需呈現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、核糖體等亞細胞結(jié)構(gòu)。

再次，3D模型不應(yīng)只是圖像的疊加或立體化再現(xiàn)，而應(yīng)能展現(xiàn)文字和平面圖片無法呈現(xiàn)的內(nèi)容。因此在構(gòu)建3D模型庫時，要選擇適于也有必要以三維形式展示的知識點進行建模。如地理學(xué)科中地殼的結(jié)構(gòu)這一知識點，雖然很適于以三維形式呈現(xiàn)，但在實際教學(xué)中只需一張掛圖就可以清楚解釋;所以，從教學(xué)價值的角度來看，此知識點建模的意義并不大。

模型庫建立后，應(yīng)及時將模型與教材教輔圖書內(nèi)容相匹配，實現(xiàn)一次開發(fā)、多次復(fù)用，進一步降低開發(fā)成本。

4.3 根據(jù)學(xué)科特點和內(nèi)容，選擇合適的技術(shù)應(yīng)用形式和技術(shù)融合形式

AR技術(shù)對不同知識的呈現(xiàn)效果存在一定差異性，在具體應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)學(xué)科特點選擇合適的應(yīng)用形式。如物理、化學(xué)學(xué)科，特別是其中的實驗內(nèi)容，借助AR虛擬交互技術(shù)，能以一種自然交互的形式對程序性知識進行識記，如用原子搭建化學(xué)分子結(jié)構(gòu)，不僅可以增強學(xué)生對化學(xué)規(guī)律、現(xiàn)象的理解，也能通過模擬實操過程提升實驗技能。而小學(xué)語文、英語等學(xué)科，則適于采用AR識別技術(shù)，關(guān)聯(lián)音頻、視頻、動畫、游戲等多媒體資源，并可設(shè)計基于手勢的匹配游戲，吸引學(xué)生注意力，提升學(xué)習(xí)興趣。

此外，AR技術(shù)具有較高的技術(shù)融合度，可通過將AR技術(shù)與不同信息化技術(shù)相融合，創(chuàng)造更多有趣的應(yīng)用體驗。如將AR技術(shù)與地理定位技術(shù)結(jié)合，將虛擬的地理景觀與真實世界相融合，使參與者在虛擬環(huán)境中進行直觀的探索;將AR技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，實時記錄學(xué)生的實驗結(jié)果，并在后臺自動生成大樣本實驗次數(shù)的統(tǒng)計、分析結(jié)果;將AR技術(shù)與體感交互技術(shù)結(jié)合，幫助學(xué)生更好地理解磁場和磁感線等抽象概念，提升學(xué)習(xí)興趣，等等。

4.4 推動AR技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的實施和完善

國家新聞出版署于2019年5月正式發(fā)布《出版業(yè)AR技術(shù)應(yīng)用規(guī)范》。在基礎(chǔ)教育出版領(lǐng)域有一定規(guī)模和影響力的出版社，應(yīng)有意識地聯(lián)合科研院所和技術(shù)企業(yè)，推進AR技術(shù)應(yīng)用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的實施與完善。一方面，借以解決AR教材兼容性差、網(wǎng)絡(luò)出版安全、使用安全等問題，如規(guī)定在教材配套應(yīng)用（App）中必須有護眼功能定時提醒閱讀時間，保護青少年視力;另一方面，在實施過程中也能推進自身轉(zhuǎn)型升級和融合發(fā)展的進程，同時也為AR出版產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展履行自己的社會責(zé)任。

4.5 積極探索盈利模式和商業(yè)模式

在確定開發(fā)策略的同時，出版社也應(yīng)積極展開AR數(shù)字化出版盈利模式的探討，推動AR出版業(yè)務(wù)健康、可持續(xù)地發(fā)展。教材類AR出版物，可參考人衛(wèi)出版社“增值服務(wù)”的形式，教材定價不變，如想體驗AR內(nèi)容，則需線上支付費用;教輔類AR出版物，既可采用與教材相同的“在線付費”方式，也可適當(dāng)提高定價，AR數(shù)字內(nèi)容和增值服務(wù)則免費提供。

有條件的出版企業(yè)可以在資本層面，以投資、參股、并購等多種方式，探索新的AR數(shù)字化出版商業(yè)模式和運營模式。

5 結(jié) 語

我國基礎(chǔ)教育出版領(lǐng)域?qū)R技術(shù)的應(yīng)用雖然還處于簡單呈現(xiàn)、交互不深、種類有限的發(fā)展初期，在具體應(yīng)用層面也存在一些問題，但其對教材出版和教學(xué)、學(xué)習(xí)方式的影響和改變，卻是不容置疑的。

教育類出版社在AR技術(shù)應(yīng)用方面既要保持開放、寬容的心態(tài)，積極探索既能體現(xiàn)AR技術(shù)優(yōu)勢，又符合教材出版要求的應(yīng)用方式和出版形式，也要加強AR技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的實施和完善，推動基礎(chǔ)教育領(lǐng)域AR數(shù)字化出版高質(zhì)量、健康、快速地發(fā)展。

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（收稿日期： 2019-07-08）