錢(qián)昌俊

摘要：AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）作為VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的拓展，將在現(xiàn)實(shí)世界難以體驗(yàn)到的實(shí)體信息，通過(guò)信息技術(shù)模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息投射到真實(shí)世界，使得真實(shí)環(huán)境和虛擬物體實(shí)時(shí)地疊加到同一個(gè)空間。文章通過(guò)探究AR技術(shù)特點(diǎn)，探討其在解決職業(yè)教育領(lǐng)域中部分專業(yè)課程進(jìn)不去、看不見(jiàn)、動(dòng)不了的難題，給職業(yè)教育教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用者帶來(lái)一些啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);職業(yè)教育;專業(yè)課程;實(shí)踐;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）35-0249-03

Abstract： AR （Augmented Reality）， as an extension of VR （Virtual Reality） technology， will superimpose the real information which is difficult to experience in the real world through information technology simulation， and then project the virtual information into the real world， so that the real environment and virtual objects can be superimposed into the same space in real time. By exploring the characteristics of AR technology， this paper explores how to solve the problems of inaccessibility， invisibility and inactivity of some professional courses in the field of Vocational education， and brings some inspiration to the practical applicants of vocational education teaching.

Key words： augmented reality; vocational education; professional curriculum; practice; application

1 概述

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，新興技術(shù)如VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、MR（混合現(xiàn)實(shí)）、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）與教育的結(jié)合越來(lái)越緊密。雖然AR技術(shù)不是最新的，但因?yàn)樗c職業(yè)教育中的場(chǎng)景教學(xué)匹配度很高，可以讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中探索各種有趣的學(xué)習(xí)資料，最重要的一個(gè)功能是讓學(xué)生通過(guò)AR技術(shù)進(jìn)入一個(gè)和現(xiàn)實(shí)高度仿真的環(huán)境，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的視覺(jué)和交互形式學(xué)習(xí)。在做一些高成本、高危險(xiǎn)、高污染的專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)時(shí)很好地解決了難交、難學(xué)、難練的問(wèn)題，即使犯錯(cuò)，也不會(huì)有任何嚴(yán)重后果。本文主要通過(guò)AR技術(shù)在職業(yè)教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，為深入研究AR技術(shù)與更為寬泛的教育領(lǐng)域中的融合做探索。

2 AR技術(shù)原理

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱 AR），是一種虛擬影像和現(xiàn)實(shí)影像的融合技術(shù)，這種技術(shù)的目的是通過(guò)輸出設(shè)備將把虛擬世界投射到現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。典型的AR系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，由真實(shí)場(chǎng)景、虛擬場(chǎng)景生成單元、虛擬場(chǎng)景渲染以及輸入輸出交互設(shè)備構(gòu)成。虛擬場(chǎng)景生成單元通過(guò)攝像頭、傳感器等設(shè)備負(fù)責(zé)虛擬場(chǎng)景建模、繪制和管理;三維交互跟蹤設(shè)備負(fù)責(zé)真實(shí)世界信號(hào)采集及場(chǎng)景操作信號(hào)的輸入輸出;虛擬場(chǎng)景渲染負(fù)責(zé)對(duì)虛擬場(chǎng)景生成單元采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景和真實(shí)場(chǎng)景坐標(biāo)系對(duì)齊，并進(jìn)行虛擬場(chǎng)景的融合運(yùn)算，融合后的數(shù)據(jù)信息可以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在輸入輸出設(shè)備中，讓用戶直觀感受。

3 職業(yè)教育領(lǐng)域AR技術(shù)需求分析

傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式基本為教師向?qū)W生進(jìn)行單向講授知識(shí)，教學(xué)方法大多采用講授法和演示法。單向講授型的教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)在于理論上充分發(fā)揮了教師在課堂上的主導(dǎo)作用，可以讓學(xué)生較為高效地掌握書(shū)本上的知識(shí)目標(biāo)。但傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式在職業(yè)教育領(lǐng)域具有很大的局限性：在職業(yè)教育領(lǐng)域很多專業(yè)課程需要讓學(xué)生動(dòng)手去進(jìn)行實(shí)踐體驗(yàn)，在“做”的過(guò)程中讓學(xué)生理解抽象事物或知識(shí)。特別是職業(yè)教育領(lǐng)域中部分專業(yè)課程在傳統(tǒng)講授過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)進(jìn)不去、看不見(jiàn)、動(dòng)不了的難題更無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)課堂進(jìn)行解決。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的師生互動(dòng)、生生互動(dòng)都受到人數(shù)和場(chǎng)地的限制，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)體驗(yàn)不佳，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)意識(shí)。

AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)融合到課堂教學(xué)中如圖2所示，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的大多缺陷，AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)同步、交互自然的特點(diǎn)能為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)更為信息化的學(xué)習(xí)環(huán)境，能讓學(xué)生感受到高度的虛實(shí)結(jié)合性、交互性和沉浸性，職業(yè)教育領(lǐng)域中的專業(yè)課程可以讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)環(huán)境背景中看到虛擬生成的模型對(duì)象，并且可以對(duì)這一模型對(duì)象進(jìn)行快速生成、操縱和旋轉(zhuǎn)。

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，師生之間的交互就是古板的教師講，學(xué)生聽(tīng)。教師在講授過(guò)程中會(huì)提問(wèn)部分問(wèn)題，至于問(wèn)題是否所有學(xué)生均已掌握，因時(shí)間關(guān)系，教師無(wú)法準(zhǔn)確掌握結(jié)果。導(dǎo)致師生互動(dòng)不多、不深、不細(xì)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果必然不佳。而在AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)實(shí)現(xiàn)的虛實(shí)融合的課堂場(chǎng)景中，學(xué)生因?yàn)槟芸吹匠橄蟮膶W(xué)習(xí)內(nèi)容，并很快能與之交互，交互后能得到即時(shí)反饋，并根據(jù)反饋結(jié)果可以做出下一步的操作，這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程中的知識(shí)和反饋之間的連接，符合教育心理學(xué)中的及時(shí)反饋，讓學(xué)生及時(shí)知道自己“做”的是否正確，從而意識(shí)到自己是否已達(dá)到了“學(xué)”的預(yù)期目標(biāo)。

AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)同步、交互自然的特點(diǎn)極大地拓展了教學(xué)場(chǎng)景并豐富了教學(xué)情境，有助于職業(yè)學(xué)校學(xué)生理解專業(yè)課程中的抽象知識(shí)。書(shū)本中的知識(shí)都來(lái)源于真實(shí)生活并高于真實(shí)生活，只有在真實(shí)情景中使用、體驗(yàn)知識(shí)才能真正理解知識(shí)并運(yùn)用知識(shí)。學(xué)生通過(guò)在AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)創(chuàng)設(shè)的教學(xué)場(chǎng)景中通過(guò)自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，在實(shí)際課堂體驗(yàn)過(guò)程中完成知識(shí)體系的建構(gòu)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境就實(shí)現(xiàn)了讓學(xué)習(xí)者嵌入和現(xiàn)實(shí)相關(guān)的環(huán)境中，體驗(yàn)有關(guān)學(xué)習(xí)真實(shí)世界的環(huán)境，再次遇見(jiàn)真實(shí)環(huán)境以后的反應(yīng)速度就會(huì)比單純理論帶來(lái)的印象深刻，使學(xué)生能夠真正提高學(xué)以致用的效率。

4 AR技術(shù)在職業(yè)教育專業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 AR技術(shù)在專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程作為職業(yè)學(xué)校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其主要教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)，體系架構(gòu)、局域網(wǎng)數(shù)據(jù)通信基本原理、以太網(wǎng)原理、操作系統(tǒng)和因特網(wǎng)的基本原理等。

職業(yè)教育培養(yǎng)的學(xué)生對(duì)概念、原理等理論性知識(shí)掌握起來(lái)較為困難，采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段來(lái)進(jìn)行知識(shí)講授，課堂教學(xué)效果會(huì)大打折扣，AR技術(shù)通過(guò)創(chuàng)設(shè)的沉浸式的多媒體教學(xué)環(huán)境，讓枯燥難理解的原理知識(shí)變得直觀和生動(dòng)。教師事先在后臺(tái)對(duì)原理知識(shí)進(jìn)行AR處理，課堂中學(xué)生拿起手中的移動(dòng)終端設(shè)備，打開(kāi)教學(xué)用的APP，點(diǎn)擊屏幕中的某個(gè)按鍵時(shí)，會(huì)實(shí)時(shí)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)原理動(dòng)畫(huà)進(jìn)行功能演示。

例如講授因特網(wǎng)原理時(shí)，學(xué)生可點(diǎn)擊移動(dòng)終端中的因特網(wǎng)原理演示按鈕，將鏡頭拿遠(yuǎn)，移動(dòng)終端會(huì)展示當(dāng)用戶按下“回車(chē)鍵”后，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包經(jīng)歷了查詢ip地址、建立tcp連接，接入服務(wù)器、瀏覽器發(fā)起http請(qǐng)求、服務(wù)器后臺(tái)操作并做出http響應(yīng)、網(wǎng)頁(yè)的解析與渲染這五大關(guān)鍵步驟，從而讓學(xué)生能直觀感受到看不見(jiàn)、摸不著的“網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包”流向問(wèn)題，讓枯燥的原理變成有趣的互動(dòng)，這樣來(lái)讓學(xué)生體驗(yàn)情境學(xué)習(xí)帶來(lái)的樂(lè)趣，來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

4.2 AR技術(shù)在專業(yè)技能課程教學(xué)中的應(yīng)用

《網(wǎng)絡(luò)綜合布線》《網(wǎng)絡(luò)組建與維護(hù)》作為職業(yè)學(xué)校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的兩門(mén)專業(yè)技能課程，其目的是培養(yǎng)學(xué)生從事網(wǎng)絡(luò)組建、綜合布線設(shè)計(jì)與施工、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝與調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)等技能。這兩門(mén)課程專業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)，傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中因?qū)W校與真實(shí)企業(yè)場(chǎng)景的不一致，學(xué)生體驗(yàn)不到將來(lái)從事的工作崗位的現(xiàn)場(chǎng)感和結(jié)構(gòu)空間。

通過(guò)AR技術(shù)創(chuàng)設(shè)真實(shí)施工案例，讓學(xué)生體驗(yàn)從網(wǎng)絡(luò)施工設(shè)計(jì)，到實(shí)現(xiàn)工作區(qū)子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)、垂直子系統(tǒng)、管理間子系統(tǒng)、設(shè)備間子系統(tǒng)、進(jìn)線間子系統(tǒng)和建筑群子系統(tǒng)的全過(guò)程搭建。搭建過(guò)程中，通過(guò)可穿戴設(shè)備記錄學(xué)生操作軌跡，判斷學(xué)生操作互動(dòng)的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，來(lái)作為評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，確定學(xué)生是否熟練掌握網(wǎng)絡(luò)綜合布線課程的各個(gè)技能要點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)綜合布線系統(tǒng)搭建完成后，利用AR技術(shù)和Cisco模擬器等設(shè)備虛擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)管理員崗位，對(duì)已完成布線的企業(yè)案例進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組建與維護(hù)，讓學(xué)生對(duì)常見(jiàn)的交換機(jī)、路由器、無(wú)線AP、Vlan進(jìn)行設(shè)置和管理，對(duì)常用的DHCP、DNS、WWW、FTP、SMTP等服務(wù)進(jìn)行配置與調(diào)試，通過(guò)教師事先設(shè)計(jì)的AR應(yīng)用，讓學(xué)生更加熟練地掌握網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試以及網(wǎng)絡(luò)故障的診斷、排除。培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合職業(yè)能力，創(chuàng)新精神和良好的職業(yè)道德。

4.3 專業(yè)課教學(xué)中應(yīng)用AR技術(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題

隨著教育部《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的發(fā)布，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”越來(lái)越多地走進(jìn)各種類(lèi)型的學(xué)校，職業(yè)學(xué)校在每年一度的信息化教學(xué)大賽這項(xiàng)全國(guó)性的賽事推動(dòng)下，在課堂教學(xué)改革的深度與寬度都在不斷加大的形勢(shì)下，越來(lái)越多的職業(yè)學(xué)校教師將以AR技術(shù)為代表的最新的信息技術(shù)運(yùn)用到專業(yè)課教學(xué)中，傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式逐漸被顛覆。

部分激進(jìn)教師認(rèn)為，AR技術(shù)有那么多優(yōu)勢(shì)，應(yīng)當(dāng)在專業(yè)課教學(xué)快速普及AR技術(shù)，將傳統(tǒng)的理論知識(shí)講解用AR技術(shù)來(lái)代替。另外少數(shù)教師，尤其是老教師迫于學(xué)校信息化教學(xué)公開(kāi)課的需要，在教學(xué)中運(yùn)用AR技術(shù)，因技術(shù)理解不足、業(yè)務(wù)不熟，導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用只能流于形式，不能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，甚至還會(huì)引起學(xué)生的反感，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，在專業(yè)課教學(xué)與AR技術(shù)結(jié)合時(shí)要注意相融合，不能生搬硬套。

職業(yè)學(xué)校教師加強(qiáng)自身信息技術(shù)素養(yǎng)是當(dāng)前新時(shí)代教師的一項(xiàng)教學(xué)基本要求，也是教師體現(xiàn)終身學(xué)習(xí)者的一個(gè)外在表現(xiàn)。如何通過(guò)優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計(jì)在已經(jīng)熟悉的傳統(tǒng)課堂教學(xué)中融入先進(jìn)的AR技術(shù)，融合的目的是促進(jìn)學(xué)生最大更好地掌握知識(shí)要點(diǎn)，融合過(guò)程中不能全盤(pán)變抽象為具體，貌似一目了然，但和盤(pán)托出帶來(lái)的后果會(huì)讓學(xué)生喪失思考的興趣。在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，精心設(shè)計(jì)專業(yè)課教學(xué)過(guò)程和教學(xué)場(chǎng)景，創(chuàng)造師生共同參與、高效互動(dòng)的情境教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，讓學(xué)生不斷地享受學(xué)習(xí)、最大限度地激起學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力、讓學(xué)生在體現(xiàn)虛擬場(chǎng)景后更愿意到真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐動(dòng)手操作，以達(dá)到“做中學(xué)、學(xué)中做”的職業(yè)教育改革的真正意義。

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[通聯(lián)編輯：光文玲]