AR資源在高職院校開發(fā)應(yīng)用的SWOT分析與對策

桂建婷，宋誠英，張瑞芳，車月琴

(廣州城市職業(yè)學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心，廣東 廣州 510405)

AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality簡稱AR)指的是將計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)生成的三維虛擬場景疊加到真實(shí)的世界，從而實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合。AR與VR(虛擬現(xiàn)實(shí)，Virtual Reality簡稱VR)[1]最大的不同在于，前者既可以看到虛擬的場景也可以看到真實(shí)的場景，而后者是完全與真實(shí)世界隔離，眼前所見均為虛擬世界。廣義上看，VR包含AR，狹義上看VR與AR彼此獨(dú)立，兩者在關(guān)鍵器件、終端形態(tài)上相似性較大，而在關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上有所差異。VR側(cè)重于游戲、視頻、直播與社交等大眾市場，AR則側(cè)重于工業(yè)、零售、教育等垂直應(yīng)用[2]。

國外對AR的研究可追溯至20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)者伊凡·蘇澤蘭與同事和學(xué)生共同開發(fā)出了最早的AR系統(tǒng)模型[3]。AR在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用是國外研究者們的研究熱點(diǎn)之一，基于AR技術(shù)創(chuàng)建教育項(xiàng)目正成為一種越來越普及的教育媒體設(shè)計(jì)方案。Magic Book是AR與教育的最早結(jié)合應(yīng)用，它能夠根據(jù)書本內(nèi)容制作成3D場景和動畫，兒童利用一個特殊的眼鏡能夠看到虛實(shí)結(jié)合的場景[4]。國內(nèi)教育專家學(xué)者也對AR技術(shù)手段應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域的可能性與有效性進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成果。北京師范大學(xué)現(xiàn)代教育研究所團(tuán)隊(duì)提出了AR學(xué)習(xí)環(huán)境的架構(gòu)，并基于此實(shí)現(xiàn)了一本AR概念演示書——未來之書，這是國內(nèi)AR電子書研究的典型代表[5]。移動AR(Mobile Augmented Reality)[6]是指AR技術(shù)在手持設(shè)備上的應(yīng)用，移動AR比傳統(tǒng)AR具備較高的自由移動性，本文所指的AR資源均指的是移動AR資源。

根據(jù)教育部2000年發(fā)布的《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》，媒體素材是傳播教學(xué)信息的基本材料單元，可以分為文本類素材、圖形圖像類素材、音頻類素材、視頻類素材、動畫類素材，這些也是目前教學(xué)中最常見的教學(xué)資源。相較于傳統(tǒng)教學(xué)資源，AR教學(xué)資源有著非常顯著的優(yōu)勢：首先，AR技術(shù)生成的場景具有較強(qiáng)的沉浸感，能夠創(chuàng)設(shè)更加生動立體的學(xué)習(xí)情境；其次，AR交互方式靈活自然，方便學(xué)生進(jìn)行自主探索；最后，AR技術(shù)所提供的體驗(yàn)更加真實(shí)，有助于幫助學(xué)生理解抽象概念，強(qiáng)化知識的構(gòu)建。

本文以廣州城市職業(yè)學(xué)院為例，首先，對學(xué)校AR資源應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，繼而得出“困境金字塔”，接著使用SWOT分析理論對AR教學(xué)資源開發(fā)與利用的內(nèi)部優(yōu)勢和劣勢，外部機(jī)會和威脅進(jìn)行客觀分析，從而得出“困境金字塔”解決策略。

一、AR資源在高職院校開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

(一)現(xiàn)狀

通過對廣州城市職業(yè)學(xué)院一線教師使用AR資源開展教學(xué)進(jìn)行深入調(diào)研，初步得到AR教學(xué)資源在高職院校應(yīng)用現(xiàn)狀。

學(xué)校食品系教師利用AR技術(shù)開發(fā)食品營養(yǎng)素AR資源，學(xué)生利用手機(jī)AR應(yīng)用掃描飲料瓶，飲料中的營養(yǎng)素構(gòu)成便以AR形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，如圖1所示。學(xué)生點(diǎn)擊某個元素，畫面正中間會出現(xiàn)該元素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，學(xué)生能夠及時學(xué)習(xí)鞏固并掌握食品營養(yǎng)素的結(jié)構(gòu)和功能。教師表示，相較于查看化學(xué)符號，這種形象立體的化學(xué)模型讓學(xué)生能夠更加牢固地記住各種營養(yǎng)素的組成。

圖1 可樂營養(yǎng)素AR應(yīng)用

同樣是AR資源在食品專業(yè)應(yīng)用案例，教師在教授藥食同源原料的時候，利用AR技術(shù)開發(fā)了藥食同源植物AR資源庫，如圖2所示。資源庫中收錄了常見的藥食同源植物，如番木瓜、甜葉菊、魔芋等。學(xué)生打開手機(jī)APP通過掃描特定的標(biāo)識物，進(jìn)入資源庫中，通過選中相應(yīng)的植物，可以查看該原料的簡介、特點(diǎn)和功效，同時屏幕正中間顯示出該原料的立體模型。模型還支持拖動、放大、縮小等交互功能。傳統(tǒng)授課環(huán)節(jié)，教師在講到藥食同源植物專業(yè)知識時，通常都使用圖片或視頻來進(jìn)行展示，學(xué)生則被動地坐在教室里聆聽與觀看，而藥食同源植物AR資源庫則大大改變了學(xué)習(xí)形式，學(xué)生不再被動地學(xué)習(xí)，而是主動拿起手機(jī)去探索不同植物的成分、功效，形象立體的植物形象以及全新的學(xué)習(xí)方式給學(xué)生帶來了友好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

圖2 藥食同源植物AR應(yīng)用

學(xué)校市政工程專業(yè)教師利用AR技術(shù)開發(fā)市政管道工程施工APP，如圖3所示。學(xué)生使用手機(jī)AR應(yīng)用掃描書本中的圖片即可查看三維濾水管構(gòu)造模型，從而強(qiáng)化學(xué)生對濾水管的認(rèn)識。相比教材中的二維圖片，AR形式的模型構(gòu)造更加立體形象。傳統(tǒng)課堂中，教師為了演示某個零件，可能需要拿實(shí)物演示，還要將圖片拍好發(fā)給學(xué)生復(fù)習(xí)，而AR資源的立體生動呈現(xiàn)可以很好地解決這方面的問題，一旦學(xué)生忘記某個知識點(diǎn)，只要打開手機(jī)掃碼查看即可，有助于學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)。

圖3 濾水管AR應(yīng)用

AR資源除了在專業(yè)技能學(xué)習(xí)的課堂中出現(xiàn)，還出現(xiàn)在傳統(tǒng)文化課堂中，如圖4所示。在一堂主題為“孝”的國學(xué)課堂中，學(xué)生利用手機(jī)掃描一張《夜宴圖》的圖片就可以觀看立體的古代夜宴場景，能夠清晰地看到場景中人物動作和表情，還可以通過旋轉(zhuǎn)等操作從多個角度對場景的細(xì)節(jié)進(jìn)行觀察。比起觀看圖片學(xué)習(xí)，學(xué)生認(rèn)為AR創(chuàng)設(shè)的真實(shí)場景更有助于理解古代傳統(tǒng)禮儀，從而正確感知中華傳統(tǒng)文化。

圖4 傳統(tǒng)文化AR應(yīng)用

(二)小結(jié)

從學(xué)校一線教師使用AR資源開展教學(xué)情況來看：AR資源的立體呈現(xiàn)為學(xué)習(xí)方式增添了技術(shù)活力和科技感儀式，深受互聯(lián)網(wǎng)時代大學(xué)生的歡迎，學(xué)生對于AR資源表現(xiàn)出了極大的探索興趣。AR資源在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)資源單向傳播的不足，能夠支持學(xué)生進(jìn)行深入研究，對于學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探究起到了很好的輔教作用。目前學(xué)校教師開展教學(xué)所使用的AR應(yīng)用終端載體均為智能手機(jī)，AR應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路主要是針對教學(xué)中的某個難點(diǎn)或者重點(diǎn)，借鑒AR形式的立體與真實(shí)特點(diǎn)來呈現(xiàn)與知識點(diǎn)相關(guān)的立體模型和三維真實(shí)場景，從而幫助學(xué)生理解抽象難懂的知識。從一線教育資源應(yīng)用來看，AR資源確實(shí)在解決“進(jìn)不去、看不到、難再現(xiàn)”等教學(xué)困境中為教師開辟了新的希望，為適應(yīng)新一輪的教學(xué)模式改革帶來了春風(fēng)。受限于AR技術(shù)的專業(yè)跨度大、技術(shù)復(fù)雜等因素，學(xué)?，F(xiàn)有的AR資源一般為單個場景和知識點(diǎn)的呈現(xiàn)，在交互形式上略顯單一，缺乏完善的教學(xué)評價功能。目前，一線教師開展教學(xué)所使用的AR應(yīng)用均來自于學(xué)校VR/AR工程中心，是專業(yè)與AR技術(shù)深度融合的教學(xué)產(chǎn)物。

(三)困境金字塔

對一線教師利用AR資源開展教學(xué)情況的調(diào)研結(jié)果顯示，AR資源應(yīng)用現(xiàn)狀陷入了“困境金字塔”，如圖5所示。困境金字塔按照由下到上的順序整體分成三層，第一層從教師對AR資源認(rèn)知層面來描述，在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)大部分教師沒有在教學(xué)中使用過AR類教學(xué)資源，部分教師甚至不知道AR類教學(xué)資源，這從側(cè)面說明教師對AR教學(xué)功能探索尚未起步。第二層從當(dāng)前AR資源匱乏的現(xiàn)狀來描述，目前教學(xué)中使用的AR資源處在匱乏狀態(tài)，一方面是因?yàn)槭袌錾铣墒炜捎玫馁Y源較少，另一方面在于很少有教師能夠自主開發(fā)出適合的資源。第三層從自主開發(fā)的現(xiàn)狀來描述，對一線教師調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，AR資源開發(fā)涉及的流程多、技術(shù)復(fù)雜，整個AR資源的開發(fā)需要經(jīng)過需求確定、原型設(shè)計(jì)、建模、編程、測試等多個環(huán)節(jié)，整個流程每個環(huán)節(jié)都需要專業(yè)的人員參與，這在一定程度上對時間成本、技術(shù)成本和人員成本都提出了較高的要求。

圖5 困境金字塔

二、困境金字塔解決策略——基于SWOT理論

困境金字塔客觀描述了AR資源在廣州城市職業(yè)學(xué)院應(yīng)用現(xiàn)狀，如何解決困境金字塔，為AR資源的發(fā)展與傳播開辟新的航線，不僅需要梳理困境現(xiàn)狀，更要用發(fā)展的眼光著眼未來。本文基于SWOT理論，并試著用系統(tǒng)分析的思想，對困境金字塔的每一層困境給出相應(yīng)的解決對策。

(一)AR類教學(xué)資源開發(fā)應(yīng)用的內(nèi)部環(huán)境分析

1.優(yōu)勢分析

(1)AR資源的優(yōu)勢。第一，AR資源有著形式新穎、交互自然的特點(diǎn)，使得學(xué)生能以更自然的方式自主探索，為高職學(xué)生所喜愛；第二，將AR資源引入高職，既能夠解決“看不見、進(jìn)不去”的難題，又可以創(chuàng)設(shè)真實(shí)學(xué)習(xí)情境，從而提高學(xué)習(xí)保持率；第三，AR資源在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)資源單向傳播的不足，對于學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探究起到了很好的輔教作用。

(2)AR資源的未來趨勢。教育領(lǐng)域著名組織The New Media Consortium(NMC)在其發(fā)布的教育領(lǐng)域技術(shù)趨勢年度報(bào)告中，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)列為未來幾年最具有潛力的技術(shù)之一。

(3)學(xué)校在AR資源建設(shè)方面有一些基礎(chǔ)。廣州城市職業(yè)學(xué)院VR/AR工程中心建成于2018年12月，定期向全校教師開放VR/AR體驗(yàn)活動，并定期邀請企業(yè)行業(yè)專家為教師開展專題講座。在將AR技術(shù)與專業(yè)教學(xué)深度融合方面，做出了一些初步探索。

2.劣勢分析

(1)AR概念普及度低。部分教師對新興技術(shù)敏感度低，將AR類資源應(yīng)用到教學(xué)中尚處于起步階段。

(2)AR資源匱乏。目前適合用于教學(xué)的專用AR資源比較少，一方面由于整個行業(yè)處在發(fā)展探索之中，成熟穩(wěn)定的資源數(shù)量少；另一方面，教師現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)和技能儲備無法自主開發(fā)適用的資源。

(3)AR資源開發(fā)成本高。第一，在開發(fā)技術(shù)方面，AR資源涉及的專業(yè)知識涵蓋數(shù)字圖形圖像處理、三維建模、虛擬現(xiàn)實(shí)程序開發(fā)、UI設(shè)計(jì)與制作等，專業(yè)跨度大，過程復(fù)雜；第二，對硬件要求方面，AR資源屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的衍生品，對計(jì)算機(jī)在圖形渲染方面的性能要求較高；第三，在開發(fā)軟件方面，AR資源開發(fā)涉及的軟件包括圖形圖像處理軟件、三維建模軟件、引擎軟件、專門的SDK等，相較于傳統(tǒng)教學(xué)資源的制作軟件，AR資源開發(fā)所涉及的每一款軟件都有很高的門檻。綜合以上三點(diǎn)，AR資源的開發(fā)需要強(qiáng)大的軟硬件技術(shù)支撐，需要耗費(fèi)較大制作成本，過程復(fù)雜，普通一線教師很難掌握。

(二)AR教學(xué)資源開發(fā)應(yīng)用的外部環(huán)境分析

1.機(jī)會分析

(1)新興技術(shù)快速發(fā)展。終端硬件性能發(fā)展可以提高AR資源的顯示品質(zhì)，提升體驗(yàn)舒適度；作為未來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主流戰(zhàn)場，智能手機(jī)普及率高且覆蓋面廣，國內(nèi)一些運(yùn)營商及企業(yè)很早就在布局5G，5G與云計(jì)算技術(shù)能夠解決目前AR資源的運(yùn)算能力問題。

(2)教育部正式設(shè)立虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)。國家“十三五”規(guī)劃綱要中明確提出要大力推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)等新興前沿領(lǐng)域的創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。教育部于2018年在髙職院校中新增了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)[7]，并在申報(bào)院校中批準(zhǔn)了71所高職院校開辦“虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)”專業(yè)，于2019年9月開始招生，廣東省有5所高職院校獲批。2020年2月25日，教育部公布2019年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果[8]，其中“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”本科專業(yè)納入《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄(2020年版)》，首批開設(shè)“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”本科專業(yè)的學(xué)校有4所。高職專業(yè)的設(shè)立和本科專業(yè)的設(shè)立實(shí)現(xiàn)了銜接，在人才培養(yǎng)方面拓寬了道路，為培養(yǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)復(fù)合型人才奠定了基礎(chǔ)。專業(yè)的設(shè)立證明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)課程進(jìn)入高校，標(biāo)準(zhǔn)意味著統(tǒng)一和普及，這一舉措將讓更多的人認(rèn)識虛擬現(xiàn)實(shí)，也讓這一技術(shù)能夠以最快的速度落實(shí)下去。作為廣義上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，AR技術(shù)也將乘上快速發(fā)展的列車，這也為AR類資源的輸出奠定了基礎(chǔ)。

(3)AR類資源有著重要的教育價值。AR交互手段給教育者提供了新的方式表達(dá)給學(xué)習(xí)對象，也用最貼近自然的交互方式為學(xué)習(xí)者搭建一個自主探索的空間，這對于抽象內(nèi)容的教學(xué)具有啟發(fā)意義。正是由于AR技術(shù)的這些特點(diǎn)，使得它在教育領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間。

2.威脅分析

(1)現(xiàn)有傳統(tǒng)教學(xué)資源對AR資源的“排斥”。目前，教師備課資源形式大多以傳統(tǒng)資源為主，如PPT、音視頻、圖片、文檔等，隨著多媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，傳統(tǒng)的資源可以同時共生在一個平臺上，目前國內(nèi)有很多主流的在線教學(xué)平臺，教師可以把PPT課件、微課視頻、圖片案例等資源按照教學(xué)設(shè)計(jì)架構(gòu)進(jìn)行組織上傳，學(xué)生可以通過課程指引很容易訪問課程中的各類資源，比如學(xué)生使用一個手機(jī)APP就能觀看所有的課程資源。相比傳統(tǒng)資源，AR資源運(yùn)行平臺暫時還不能完全與傳統(tǒng)資源運(yùn)行平臺兼容，這也就導(dǎo)致傳統(tǒng)資源對AR資源的“排斥”。而這種“排斥”并不能在短期內(nèi)消除，正如“互聯(lián)網(wǎng)+教育”很早就被提出，但是傳統(tǒng)教學(xué)因其有特定的優(yōu)勢，在線教學(xué)一直是傳統(tǒng)教育的補(bǔ)充形式，直到2020年新冠疫情的發(fā)生才加速了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展。因此，AR資源的成熟應(yīng)用也需要時間和機(jī)會來消除現(xiàn)存的“排斥”。

(2)不利于新一輪教學(xué)改革。AR技術(shù)與教育教學(xué)的融合將成為新一輪教學(xué)改革的方向。目前，學(xué)校還處在AR資源開發(fā)與應(yīng)用的初步探索階段，利用AR資源開展教學(xué)的教師更是鳳毛麟角，不利于教師開展新一輪教學(xué)改革研究。

(三)AR教學(xué)資源開發(fā)與利用的發(fā)展策略

在對AR資源開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行SWOT分析之后，結(jié)合學(xué)校現(xiàn)狀，針對困境金字塔提出解決策略，如圖6所示。

圖6 困境金字塔及其解決對策

1.更新教師知識結(jié)構(gòu)應(yīng)對其對新興技術(shù)敏感度低的困境

教師對新興技術(shù)敏感度低的原因在于他們的知識結(jié)構(gòu)有待更新，應(yīng)對策略為“兩輸入，一輸出”。輸入方面：一是定期邀請行業(yè)專家定期為教師開展VR/AR教學(xué)資源制作、開發(fā)、應(yīng)用等主題講座及培訓(xùn)；二是組織教師到VR/AR企業(yè)進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)、體驗(yàn)、培訓(xùn)。輸出方面：充分發(fā)揮教師主觀能動性，組建校級VR/AR專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)，推動更多教師從“知道”轉(zhuǎn)向“行動”。

2.項(xiàng)目驅(qū)動資源建設(shè)應(yīng)對資源匱乏的困境

針對目前資源匱乏現(xiàn)狀，學(xué)校層面通過政策導(dǎo)向，鼓勵教師開展與AR資源開發(fā)及應(yīng)用相關(guān)的各級各類教研、科研、教改、競賽等項(xiàng)目，秉持“從教學(xué)中來，到教學(xué)中去”的原則，鼓勵不同系部教師進(jìn)行跨專業(yè)合作，充分調(diào)動一線教師的主動性、積極性，從而豐富教學(xué)一線AR資源的建設(shè)。

3.深度開展校企合作應(yīng)對自主開發(fā)難度大的困境

針對自主開發(fā)難度大的困境，應(yīng)對策略為深度開展校企合作。將一線教學(xué)需求引入企業(yè)，企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目引入學(xué)校，探索人才共育，成果共享模式；組建企業(yè)專家-學(xué)校教師合作團(tuán)隊(duì)，企業(yè)專家為學(xué)校教師提供專業(yè)知識和技術(shù)方面的培訓(xùn)，學(xué)校教師帶領(lǐng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)攻關(guān)企業(yè)項(xiàng)目，在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)“企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目進(jìn)課堂”，為學(xué)生積累項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)校參與產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行探索，為專業(yè)人才輸出作出貢獻(xiàn)。