增强现实技术在职业教育教材研发中的应用

·罗海林·

增强现实技术 （AR技术）是在虚拟现实技术基础上发展起来的一种计算机应用和人机交互技术，包含多媒体、三维建模、实时视频显示与控制、多传感器融合、实时跟踪与注册、场景融合等新技术与新手段。随着科技的飞速发展，移动设备和相关技术的成熟使得智能终端的性能飞速提升，满足了AR技术的软硬件需求，使AR技术得以跟手机一样走近普通大众，有广阔的市场前景。教育出版是对技术发展较为敏感的领域之一，针对当前职业教育的人才培养、课程改革、资源建设与教材研发，在当前教育信息化大发展的大背景下，AR技术在教材研发的应用中有其独到的价值。

一、AR技术及其特点

AR技术的吸引力在于虚实结合，借助计算机图形和可视化技术，生成现实环境中不存在的虚拟图像，并通过传感技术将虚拟图像准确地放在真实环境中，借助显示设备将虚拟图像与真实环境融为一体。

1．犃犚技术

AR技术通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界的感知，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”，帮助人们把虚拟场景在真实世界中展现出来。正因为此功能，对于教育、教学、学习者来说，应用AR技术，可以创新原有的知识传播模式，改变常规的单向线性知识传播以及学生被动地单向接受知识的模式，演化成多向的交流和可互动模式，从而可以全面提高学生的专业知识水平。因此，AR技术把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息 （例如视觉信息、声音、味道、触觉等），通过模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

2．犃犚技术的特点

AR技术是以交互性和构想为基本特征的高级人机交互界面，利用电脑生成逼真的包含视觉、听觉、触觉和动感的虚拟的环境，通过各种各样传感设备让用户完全 “沉浸”到这一环境中，实现用户和环境直接进行自然交互。

AR技术的特点主要包含以下几方面：

（1）AR的优越性体现在实现虚拟事物和真实环境的结合，让真实世界和虚拟物体共存。现在将AR技术引入出版领域，可以把图书带入三维时代，不再是单调的平面图形与文字，而是栩栩如生、生动直观的3D立体形象。因此，“AR技术＋出版”非常适合职业技术教材，可以为职业院校的教学、实验、实训等提供各种直观具体、可触摸的3D内容，特别适合展示医学、机械、电气、化学、农业、汽车等专业技术中不方便直接用文字或视频呈现的教学场景。

（2）多媒体融合、多感官刺激。运用AR技术的教材可以将文字、图片、声音、视频、动画、超链接等多种形式融合起来，给予学生视觉、听觉、触觉等多感官的刺激。对于学习职业技术、技能的学生来说，更容易理解、记忆书中的知识，可以更好地学习职业技能。

（3）交互性强。学习者可以直接和书中角色进行交流互动，还可以拍照合影进行分享。从某种意义上来说，学习者其实不是在 “看”运用了AR技术的教材，而是在 “体验”“参与”教材的内容、操作的过程等，具有 “穿越”的乐趣和眼见为实的亲身体验。

3．犃犚技术应用于教育的创新形式

目前，AR技术应用到教育中主要有以下几种形式：

（1）课堂教学：老师可以使用AR技术多媒体课程，帮助学生视觉呈现知识难点、复杂的操作流程等。

（2）兴趣学习：学生在课后，可以运用AR技术获得课程中相关多媒体的延伸内容，进一步掌握知识。

（3）互动实验：机械、力学、电子、汽车等专业知识，可用AR技术进行虚拟实验，增强了解。

（4）虚拟体验：学生的体感交互更加真实，为学生带来更加自然的人机交互体验和更真实的临场感。

AR技术应用到教育中的创新在于：

（1）教育模式创新：改变了学生获取知识及学习的习惯，更便于学生的学习。

（2）教育资源创新：通过大数据服务使得优质教育资源、教师、学生用户连接为一体，体现教育的公平性。

（3）技术应用创新：把AR技术等先进技术综合、深入地融入教育出版中，实现新的内容展示方式。

（4）商业模式创新：通过 “互联网＋教育”的全新商业模式，实现多方共赢、利益共享的商业模式，促进整个出版产业转型升级。

二、AR技术在职业教育教材研发中的优势

AR技术既继承了虚拟现实极强的三维表现力、沉浸性等优点，又具有实时的虚拟场景与真实场景融合的特点，因此，AR技术在职业技术知识教学与互动性学习方面有着得天独厚的优势。

1．犃犚技术可以提升教学过程的互动性及趣味性

在职业教育领域，由于传统教材、教学形式所限，往往只能单向传达信息和内容。通过AR技术可以创新教学模式，扩大传统教材、教学方式的信息量，提升教学过程的互动性及趣味性。AR技术使传统教材与学生之间有了一种新的沟通媒介，可以将传统教材、虚拟对象等有机结合起来，开创学生学习的新体验。当面对一本蕴含AR技术的教材时，学生既可像面对通常的纸质教材一样以传统方式翻阅，也可借AR技术与书中的情节或角色互动。

2．犃犚技术可以将难懂的职业教育内容可视化、形象化

针对特定的行业内容，AR技术可以将原来复杂难懂的专业知识通过富媒体的形式进行呈现，大大提高了职业技术知识的可传播性。在传统的教学中，最多只能通过学生的阅读、老师的讲解，配合3D实物模型来学习相关知识，而AR技术可以让学生方便接触到平时难以接触到的物体。现在，运用AR技术与职业技术教材相结合，并融合 “互联网＋”，通过三维模型及音视频等聚合媒体方式，全面立体地展现职业技术教育的相关知识点，某种程度上是一种 “学习的革命”。

3．犃犚技术可以增强学生的学习体验

AR技术可以通过让学生零距离直接接触复杂难懂的操作来增强学习体验，能使学生利用多媒体资源来增强对现实情境的视觉感知能力。学生通过多种不同的视角来学习，从而增强对知识的理解及不可见知识的感知，可以很好地提升学生学习的效率和效果。这些AR技术元素所产生的可视化效果，能够大大加强学生对抽象概念和不可见现象的感知。在移动设备、纸质教材、无线网络和本地注册技术的支持下，学生可以在AR技术的帮助下，使无处不在的互动式和情境式学习得到加强。

4．犃犚技术更适合智能时代学习者的学习习惯

AR作为沉浸式学习媒体，能够让学习者有某种存在感，能够增强他们的直觉，让他们专注其中。AR技术能够给学习者一个特殊的空间，让他们感觉到跟其他人同处一个位置，这种存在感可加强学生对学习社区的认知。同时，AR技术系统通过提供即时反馈和语音或非语音的提示与学生互动，更贴合职业院校学生的心理特点与认知规律，适合职业技术专业学生的学习习惯与要求。

当然，AR技术提供三维直观体验的特点使其非常适合展示那些需要形象思维解读的内容，而不适合抽象思维的内容。例如人民邮电出版社的 《大学体育（AR＋慕课版）》等教材，通过AR技术，全方位、立体式展示人体结构，弥补了实训器材、耗材、教具等不足而无法给学生提供足够学习机会的缺陷。

三、AR技术在职业教育教材研发中的应用

AR技术的兴起对于出版业来说，是一个难得的机遇，科技化、智能化、交互式已经成为数字出版的发展趋势。积极探索新技术在教育出版中的应用，让其首先为人才培养、教改革服务，是技术发展的目标之一。单从本文主题来说，“AR技术＋职业教育”的模式，能够更好地促进职业教育的发展，更好地培养新时代的大国工匠。

1．发展环境更加成熟，技术观念更加开放

近年来，推进虚拟现实在教育教学中的深入应用的政策文件接连推出，如《国家创新驱动发展战略纲要》《教育信息化 “十三五”规划》《国家信息化发展战略纲要》等，对教育领域的促进作用尤为突出。随着虚拟现实硬件设备的多样化、教学资源的丰富化，虚拟现实在教育教学中已逐步成为教育的必然发展趋势。《国家教育事业发展 “十三五”规划》明确要求，要支持各级各类学校建设智慧校园，综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式。目前，国内已经有很多教育出版企业、应用类科技企业将AR技术应用于数字出版和教育领域。AR技术作为新的教育技术，以其自身强大的教学优势和潜力，渐渐受到教学工作者的重视和青睐，在教学领域中发挥着重要的作用，对人才培养、教学产生了深远的影响。教育部网络安全和信息化领导小组审议通过的 《2018年教育信息化和网络安全工作要点》中就特别指出要推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用。这些都彰显了技术发展对教育发展的促进作用。

2．犃犚技术应用于职业教育优势明显，为职业教育服务

如何让职业院校的学生学到适合岗位需求、企业发展的知识与技术，是老师们的棘手问题。现在将AR技术与纸质教材相结合，配上具有强烈视觉冲击的三维立体图像，通过手机、IPAD等移动终端向学生全面展示教材、教学的内容，将平面的知识以立体化的形态呈现，使知识更容易被这些学生接受。结合职业教育的特点，AR技术向学生提供更具生动性、更具趣味性的知识，培养学生掌握探究性学习模式，必然更有利于学生提高学习效率，更有利于学生成才。

3．犃犚技术门槛降低，应用犃犚技术的教材研发更加便捷

目前，市场上已有很多科技公司推出针对出版社AR技术的解决方案，出版社的编辑只要经过培训，就可以通过AR技术的操作平台快速定制AR页面，实现3D模型的旋转、拆分、组装，以及教材文字、图片、音频、视频的编辑加工。特别是AR素材库更为丰富，出版社可减少制作3D模型的时间、物力、人力成本，集中精力将这些AR内容与教材更好地结合，以更丰富的内容吸引学生。此外，加上国家、教育行政部门的大力支持，出版社及职业院校更应该在AR技术在教材中的应用上迈出跨越性的步伐。

4．成本逐步下降，收益可期

在当下的媒体融合形势下，依托AR技术打造服务职业教育出版领域的大平台，将多媒体资料与纸质教材融合，以音频、视频、多媒体动画模型形式为学生提供丰富的内容，助力传统教育模式实现数字化转型，是每个教育工作者、出版人等的责任。我们必须认识到，将AR技术广泛地应用到职业教育人才培养、实训操作、课堂教学中，对于贯彻落实教育部的要求和 “智慧课堂改革”有重大意义。通过其交互感提高职业院校学生的学习兴趣，让他们在愉悦的环境下进行自主探究、项目学习等，进一步培养他们的思维能力，让职业院校学生感受到知识的魅力，享受学习、技能培养的乐趣。AR技术与职业教育的完美结合，必然会为开启未来职业教育创新之路做出巨大贡献。

5．创造营销亮点，促进教材选用

嵌入AR技术的教材，在不改变印制工序、几乎不增加任何印制成本的前提下，依靠新技术就完成纸质书籍的立体化，这在当下教材营销模式趋同、教材市场恶性竞争的情况下，是很好的营销宣传亮点，对塑造出版企业品牌、提高竞争门槛、提升对院校师生服务水平有积极的作用。同时，AR技术允许与纸质教材相关联的内容不断更新，扩大和延长了纸质教材的内容空间及服务周期，对出版企业服务院校师生提供了很好的条件。将AR技术作为对师生知识服务的入口，将知识立体、直观地展示在师生面前，使信息更易于接受和掌握，为知识服务的效果提供了保证。从某种程度上说，这具有划时代的意义，需要出版企业特别是为职业院校服务的出版企业，在教材研发上做出回应。