增強現實技術在教育教學中的應用論文
摘要：增強現實作為一種新型媒體，尚未得到廣泛普及。介紹了增強現實的概念，分析了增強現實技術被融合到教育中的優勢，對增強現實技術與教育之間的融合進行展望，指出研究增強現實在教育教學中的應用，不僅能提升教育的發展，更能夠提高增強現實應用的廣泛性，這也是教育信息化環境下迫切可行的。
關鍵詞：增強現實；教育教學
引言
在信息化科技日新月異的大環境下，年輕的學習者可以學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，因此傳統教育已經跟不上學習者認知理解的步伐。幸運的是，一些新技術的出現，提高了學習者對復雜思維概念的理解，同時為學習者進行一些通常環境下難以實現的實驗提供了機會。筆者以探析增強現實技術在教育教學中的應用為宗旨，介紹了增強現實的相關概念，以讓讀者對增強現實有一個初步的認識。描述了增強現實技術被融合到教育中將會為教師和學習者帶來的優勢。從理論支持方面呈現了增強現實技術如何能夠應用于教育教學當中。預測了增強現實技術應用在教育教學中將會面臨的挑戰。并對全文做了總結，并對增強現實技術與教育之間的融合進行了展望。目的在于希望增強現實技術能夠改善提高傳統教學，同時希望能為增強現實技術在教育教學中的應用提供些許意見。增強現實涉及到多種計算機運作技術，一般是通過移動技術，以增強物理位置和多個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，網頁內容和３Ｄ建模。增強現實是虛擬現實技術的延伸，增強現實不同于虛擬現實，因為它不是用合成環境代替真實的世界。虛擬現實的連續性描述了不同類型的現實如何相互關聯。在這個連續性上，增強現實是位于居間的現實區域，即在物理環境和一個完全的虛擬環境之間。居間的現實包括位置更靠近物理現實的增強現實和更靠近虛擬環境的增強虛擬性［１］。增強現實應用程序可以在現實世界中疊加虛擬影像，引導給用戶新的使用標志信息或是通過桌面攝像頭和實時處理來看見幾何形狀，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品。增強現實技術提供模擬托管場地和數字信息。正如新媒體聯盟地平線項目報告中指出，雖然到目前為止增強現實最普遍的用途是消費領域，如市場營銷、社會參與、娛樂或基于位置的信息，但是新用途似乎每天都在出現，而且創建這些新應用的工具甚至都變得更容易使用［２］。
１增強現實技術融合在教育中的優勢
增強現實技術已經在諸如醫學、軍事訓練、工程設計、機器人及遠程機器人學、制造維護和修理、消費設計及，娛樂等多個領域得到了發展。綜合增強現實在上述領域中的應用，分析概括出增強現實所特有的優勢，并將這些有利優勢融合到教育中，對教育信息化和智慧教育的展開都將會有很大的幫助。
�。保痹鰪姮F實加強了學習者對知識的感知
增強現實技術能夠將合成的感覺信息融合進用戶對真實世界的感知中，當把增強現實技術應用到教育中，就可將原本教育課程中無法呈現不可抵達的真實世界，或者是僅僅存在于教師和學習者想象中的微觀世界用三維動畫模擬的方式生動形象地展現在教師和學生面前，使教師和學生方便地對其中的事物進行細致入微地觀察，探索事物的本質和規律［３］。增強現實加強了教師和學習者對真實環境的交互體驗和對知識本體的感知，并從多方位，多角度刺激了學習者的學習。圖１中，為增強現實技術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系統設備來提高教學過程的質量。在歷史課堂中學生們會有很多問題，如找到地圖或是圖像類的視覺數據和他們的空間或是時間上的關系，并把這些關系讀入文本等問題，教師通過展示不同地圖之間被聯系在一起的進而幫助學生解決問題，第一個多重接觸增強現實系統展示設備給學生呈現了實際的歷史地圖，第二個設備運用３Ｄ模型呈現給學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為增強現實技術在實際應用中的例子，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值的東西。
�。保矊τ谔厥鈱I具有高的應用價值
增強現實對于在實踐中學習或者操作具有危險性的專業而言，具有很強的實用價值。如高等教育中的核工程專業中有一些課程，存在教師難以教授、學生又難以理解的問題，因為教師難以將抽象的理論知識呈現給學生，只能用語言為學生講解，學生在單調乏味的環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，學生無法到真實場景中去實踐感知，增強現實技術的出現將極大地彌補這樣的不足，增強現實技術可以為師生提供逼真形象的學習情境，即使不去到真正的核工程現場，也能夠讓學生在幾近真實的情境中有效學習。
�。保吃黾恿藢W習者之間的互動
增強現實加強了真實世界，讓學習者在虛擬與現實結合的環境中真正地投入到學習當中進行了互動和有意義學習。如在天文學方面，增強現實的優勢也非常顯著。運用增強現實技術，教師可以方便地表達幾何形體的變化以及在空間中的關系，而學生在這種虛實融合的立體環境中更容易地掌握復雜的空間概念。
２增強現實應用在教育教學中的理論支持
�。玻闭J知主義理論對增強現實的支持
認知學習理論認為，人類的學習是經驗的重組，是認知結構的獲得和建構過程，強調有機體與環境的交互作用通過同化與順應的過程取得與環境的平衡。同時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。學習過程的實質是個體與環境的相互作用中，認知結構的不斷建構過程。認知主義學習理論的教學觀是：為學生提供一種對自身進行認知加工的特定情境和特殊過程，從而在促進學生認知結構的形成過程中推動學生的認知發展。教師創設的學習情境能否激發學習興趣。促進學生主動學習是教學活動的關鍵點之一，而基于增強現實技術能夠創設良好的學習情境。因此，將增強現實應用到教育中須從學生的認知心理出發，注重學生的具體經驗和對情景的理解，使得學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，促進認知發展。
２．２建構主義學習理論對增強現實的支持
建構主義是增強現實技術應用在教育領域中最有力的理論支持。建構主義認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得的。由于學習是在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助即通過人際間的協作活動而實現的意義建構過程，因此建構主義學習理論認為情境、協作、會話和意義建構是學習環境中的四大屬性。增強現實為教育課程所創設的情境、協作、會話和意義建構與建構主義的四大屬性進行了完美的對接，在應用增強現實的教育課堂中，多媒體技術是創設真實情景的有效工具，與增強現實技術相結合后則能產生身臨其境的逼真效果。超越時空和地域的協作學習將會成為增強現實學習的一種模式。增強現實的意義建構能促進學生自覺、主動去實現教師的教學目標，教師和外界環境的作用都是為了幫助和促進學生更好地學，建構主義學習理論使得增強現實技術應用到教育中更加有理可依。
３增強現實技術在教育教學領域應用中面臨的挑戰
�。常苯處熈晳T用熟練的教學方法而不愿嘗試新方法
知識的傳遞，是教師和學生共同學習和交流的'一個過程，在這個過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程中，習慣用自己熟知的手段和方法。有位學者說：每一次新技術的出現都不會一帆風順的，由此，如果必須讓教師們融合增強現實技術在教育教學中，教師們可能會出現不會上課的現象，因為多少年來他們已經有了一套獨特的直觀經驗和教學方法，讓他們快速改變方式，就需要重構教學體系，而這些經驗豐富的教師們多數都對技術的使用不夠熟練，重構教學體系過程花費很長時間和較大精力。這也是增強現實技術在教育領域應用中，教師會遇到的一個極大挑戰。
�。常苍鰪姮F實作為新型技術應用到教育中，其轉變過程會遇到困難
增強現實作為一種新型技術，在其剛開始出現的時候，除了在考古損毀遺跡的復原展示和文物保護上有所使用，在其他領域使用得非常少，在教育中的應用更是罕見。加之人們在運用新技術學習時，會產生很多來自環境和人為的障礙、易受外在增強現實技術形式的干擾，而忽視教學內容本身的學習等問題都說明，增強現實技術被應用到教育教學領域的初期會遇到一些困難，需要教育工作者和技術工作者預先設計出針對可能出現的問題的應對方案和策略，以確保增強現實技術更好地促進教師的教和學生的學，讓可預想到的問題得到最大化地解決。
４結語
信息化時代，科學技術在迅速發展，增強現實更是發展的如火如荼，綜合增強現實技術在不同領域的應用，站在教育的視角下冷靜思考增強現實與教育教學的結合，不難發現，今后要解決的是把增強現實技術轉化為可以真正上手的教育教學工具，才能將理想的狀態變為教育現實。變革需要經歷一段時間，如ＰＰＴ其實在２０年前ｏｆｆｉｃｅ軟件剛出來的時候就有了，但幾十年后才成為現在課堂中講課工具，所以一項新技術起初出現時，用的人很少，甚至會受到質疑，增強現實也是一樣。未來，基于增強現實技術自身的特點，其在教育中的應用，將較多地體現在教育游戲和ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的學習中，增強現實將能夠為教育游戲提供３Ｄ虛擬世界和３Ｄ虛擬環境，對于ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ而言，增強現實技術將可以讓學習者在增強現實的學習空間中進行更高效的學習。
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