◆田悅 張秀琦

0 引言

隨著新課程改革的深入推進(jìn)，信息技術(shù)教學(xué)也迎來新一輪的挑戰(zhàn)，對學(xué)生和教師同時提出新的要求，更加關(guān)注學(xué)生在信息技術(shù)課堂中的主體性，激發(fā)學(xué)生對于課程內(nèi)容的熱情，讓學(xué)生能夠更加主動地參與到課堂中來，促進(jìn)教師不斷提升自我，實現(xiàn)信息技術(shù)課堂的轉(zhuǎn)型。AR 技術(shù)是一種能夠讓虛擬世界被人類的不同感覺器官所感知，從而帶來一種超越現(xiàn)實、身臨其境的主觀感受，實現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實世界“無縫”融合的新型交互式人工智能技術(shù)，為升級信息技術(shù)課堂提供了新思路。

1 AR技術(shù)

AR（Augmented Reality，增強(qiáng)現(xiàn)實）技術(shù)是一種可以將現(xiàn)實環(huán)境與虛擬世界中的歷史特征“無縫”融合的新型技術(shù)手段，也就是說可以把真實環(huán)境中的信息與虛構(gòu)的歷史事件真實地疊加到一起，或者同時發(fā)生在一個場景中。AR 技術(shù)可以把存在于真實世界中的在特定時間甚至是空間中人們很難感受到的信息（包括視覺信息、聲音信息、味覺信息等）通過多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)融合、場景融合、實時交互等科學(xué)技術(shù)，模擬后再進(jìn)行疊加，將原本不存在的信息應(yīng)用到現(xiàn)實環(huán)境中，使人類能夠感受到，從而實現(xiàn)超越現(xiàn)實的主觀感受[1]。

這種增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，既能把真實的信息呈現(xiàn)在現(xiàn)實中，又能同時呈現(xiàn)虛擬信息，兩者相互補(bǔ)充、疊加。在可視增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)中，使用者使用虛擬頭盔，將現(xiàn)實與計算機(jī)圖像進(jìn)行多重組合，使其能夠在虛擬現(xiàn)實中看到周圍的真實世界[2]。

2 AR技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

AR 技術(shù)在教學(xué)活動中的作用表現(xiàn)在能夠?qū)⒊橄蟮氖挛锟梢暬崿F(xiàn)自然交互、對現(xiàn)實世界進(jìn)行一定的補(bǔ)充等，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實的教學(xué)情境[3]。AR技術(shù)能夠?qū)F(xiàn)實環(huán)境和虛擬信息結(jié)合起來，為學(xué)生提供身臨其境的真實感受，教師要鼓勵學(xué)生從多個角度進(jìn)行探索[4]。

2.1 AR 技術(shù)在代數(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

四川省成都市郫都區(qū)第一中學(xué)進(jìn)行相關(guān)教學(xué)實驗，從高一和高三分別選擇六人，教師在引入復(fù)數(shù)概念后，利用AR 技術(shù)來描述復(fù)平面與復(fù)矢量。學(xué)生用兩張有記號的牌表示不同的復(fù)數(shù)，然后把它們的位置轉(zhuǎn)換為兩個復(fù)矢量，并給出復(fù)數(shù)的表示。通過移動兩個記號的位置，可以看出不同的復(fù)數(shù)以及它們的加法和，學(xué)生可以自己歸納出它們的加法公式[5]。通過實際的使用效果可以看出，AR 技術(shù)的應(yīng)用能夠極大地激發(fā)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的熱情，學(xué)生可以使用AR 技術(shù)來觀察復(fù)數(shù)及其相關(guān)的運算，同時能夠更好地了解和掌握復(fù)數(shù)的含義和實際應(yīng)用，從而取得理想的教學(xué)效果。

2.2 基于AR 技術(shù)的校園導(dǎo)覽系統(tǒng)

基于移動AR 技術(shù)和位置服務(wù)的校園導(dǎo)覽系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是實景導(dǎo)航、目標(biāo)地查詢以及文化導(dǎo)覽[6]。導(dǎo)航系統(tǒng)以用戶端的攝像頭所看到的實時景象作為主界面，通過比較用戶所處的位置和數(shù)據(jù)庫中所有建筑預(yù)先存儲的位置來確定該區(qū)域所有建筑的所有信息，利用AR 技術(shù)將信息呈現(xiàn)在使用者的界面上。目標(biāo)查詢功能作為一個針對實景導(dǎo)航的補(bǔ)充功能，用戶可以在搜索欄輸入特定的目的地，系統(tǒng)就會計算出各種距離、方位等信息并利用AR技術(shù)在真實場景中顯示出來，用戶可以獲得更好的導(dǎo)覽體驗。文化導(dǎo)覽功能是當(dāng)使用者想要了解某個建筑的文化背景或者細(xì)節(jié)時，可以將客戶端的攝像頭朝向建筑物，系統(tǒng)會根據(jù)該功能找到對應(yīng)的資料，并向該服務(wù)器發(fā)送一個請求，服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中找到與之對應(yīng)的內(nèi)容并以3D 模型的方式呈現(xiàn)在用戶的屏幕前，從而實現(xiàn)與現(xiàn)實情境的相互交融。研究實踐表明：利用AR 技術(shù)能夠使空間信息可視化，從而拓寬研究的框架，并為地理學(xué)科的發(fā)展指明新的方向。

2.3 基于AR 技術(shù)的磁場可視化

國外比較早地使用AR 技術(shù)展示可視化磁場，主要包括靜態(tài)可視化電磁場和實時的可視化電磁場。Buchau 等人率先利用AR 技術(shù)對靜態(tài)可視化電磁場進(jìn)行嘗試，將AR 技術(shù)用在電動力學(xué)的授課活動中，從而在三維空間中對電磁場進(jìn)行計算并將結(jié)果展示給學(xué)生。但靜態(tài)可視化電磁場仍然停留在靜態(tài)的層面，AR 技術(shù)只是被當(dāng)作一種媒體用來展示不能直接觀察的事物。實時的可視化電磁場是由Matsutomo 等人設(shè)計的更好地利用AR 技術(shù)展示磁感線的圖像。另外，他們還設(shè)計了一種可以進(jìn)行互動的磁鐵等儀器，可以讓學(xué)生在電磁場中觀察磁感線的分布和變化，利用攝像機(jī)實時捕獲條形磁體，生成磁感線，并將其實時顯示出來，學(xué)生可以通過手動進(jìn)行操作，提高對物理的理解并掌握相關(guān)知識[7]。

這兩個案例都是利用AR 技術(shù)進(jìn)行模擬，讓學(xué)生可以在沒有理論知識作為指導(dǎo)的情況下進(jìn)行學(xué)習(xí)。實驗結(jié)果顯示：使用AR 技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的學(xué)生對電磁場部分的學(xué)習(xí)優(yōu)于未使用AR 技術(shù)的學(xué)生。利用AR 技術(shù)學(xué)習(xí)可以使學(xué)生高度投入其中，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中保持更好的專注程度。

3 利用AR技術(shù)升級信息技術(shù)課堂的探索

3.1 優(yōu)化教學(xué)形式，增強(qiáng)教學(xué)效果

目前的信息技術(shù)課堂仍存在灌輸式教學(xué)形式，對這種傳統(tǒng)的教學(xué)形式，大部分學(xué)生只是機(jī)械地接受教師傳授的知識，并不能做到真正地主動吸收知識。信息技術(shù)課程的知識具有一定的抽象性和復(fù)雜性，很多內(nèi)容與實際操作有關(guān)，教師只是通過多媒體展示結(jié)合語言描述，學(xué)生很難對其理解和掌握，由此影響到學(xué)習(xí)效果。

AR 技術(shù)大部分采用的是聲光影像技術(shù)，通過引入視頻、圖像等豐富的資源，可以用多種形式展示課程內(nèi)容，當(dāng)課堂需要無法直接呈現(xiàn)的教學(xué)情境時，可以采用搭建沉浸式場景的方式，讓學(xué)生身臨其境地體驗課程情境，從而對其中隱藏的理論知識產(chǎn)生興趣。同時，AR 技術(shù)有實時交互的特點，在信息技術(shù)教學(xué)過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和頭盔顯示器等技術(shù)，打破時空的局限性，使更多的學(xué)生參與互動交流。AR 技術(shù)具備傳統(tǒng)教學(xué)方式所沒有的思維構(gòu)想性，可以構(gòu)建與現(xiàn)實結(jié)合的虛擬環(huán)境，使學(xué)生在現(xiàn)實情境的基礎(chǔ)上對事物產(chǎn)生更多的理解和感悟，進(jìn)而擴(kuò)展學(xué)生的體驗范圍。

如在講授“人工智能及其應(yīng)用”部分的內(nèi)容時，為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生對于這部分內(nèi)容的理解，在應(yīng)用部分利用AR 技術(shù)，能夠通過事物所對應(yīng)的全方位的立體模型，讓學(xué)生真實地感受智能家居、智能制造、智能交通、智能安防等課堂無法直接呈現(xiàn)的授課內(nèi)容，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)直觀的教學(xué)情境。這種教學(xué)方式相較于教師傳統(tǒng)的結(jié)合書本中的圖片使用語言描述，能夠讓學(xué)生產(chǎn)生更加深刻的認(rèn)識，同時可以拉近學(xué)生與信息技術(shù)課堂之間的距離，提高教師的授課效率。

3.2 提升學(xué)生的參與感和專注度，建立良好的師生關(guān)系

信息技術(shù)課堂常用的是教學(xué)游戲這種類型的增強(qiáng)現(xiàn)實軟件，能夠加強(qiáng)學(xué)生的存在感，使學(xué)生的注意力更加集中，讓他們沉浸其中。

首先，AR 技術(shù)為學(xué)生提供了一個空間，這樣學(xué)生就會覺得自己與其他學(xué)生是處于同一位置的，學(xué)生之間能夠進(jìn)行即時交互，形成學(xué)生更容易接受的學(xué)習(xí)小組。

其次，AR 技術(shù)能夠?qū)⑻摂M的信息、學(xué)生和其他信息在一個真實存在的環(huán)境中融合起來。AR 技術(shù)作為沉浸式媒體，可以為學(xué)生提供各種及時的反饋，讓學(xué)生產(chǎn)生一種身臨其境的感受，但這其實是學(xué)生的一種真實主觀感受，這種感受可以不斷提醒學(xué)生使其處于專注狀態(tài)[8]。

教師的授課方式以及教師的性格特點都會對學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)課程產(chǎn)生一定的影響，教師要結(jié)合學(xué)生的心理發(fā)展趨勢和興趣愛好與學(xué)生保持較好的師生關(guān)系。學(xué)生并非學(xué)習(xí)機(jī)器，在學(xué)習(xí)過程中是極具感情的。對于沒有形成獨立思想和性格的學(xué)生，教師要加以引導(dǎo)；對于已經(jīng)有獨立思想和個性的學(xué)生，教師要給予學(xué)生足夠的尊重，不能將自己的想法強(qiáng)加于學(xué)生身上。AR 技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，能夠激起學(xué)生的探索欲望，從而拉近師生之間的距離。AR 設(shè)備也是教師親近學(xué)生的重要設(shè)施。當(dāng)可以讓學(xué)生感受到自己的尊重和熱情時，教師便能夠更好地完成預(yù)設(shè)的教學(xué)任務(wù)，達(dá)到預(yù)想的教學(xué)效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)也會變得更加高效。

3.3 創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化習(xí)題模式

教學(xué)內(nèi)容來自教材，而教材來自實際生活，教師要善于發(fā)掘生活中關(guān)于信息技術(shù)的資訊，使學(xué)生在書本之外獲得更多的知識，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。更重要的是改變傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，使其變得更生動、更有趣，學(xué)生不是灌輸式地接受知識，而是能夠進(jìn)行自我建構(gòu)，從而達(dá)成知識內(nèi)化。

物聯(lián)網(wǎng)最常見的就是智慧家居，運用AR 技術(shù)為學(xué)生呈現(xiàn)智慧家居的構(gòu)造，讓智慧家居不再是教材上的圖片，而是一個立體的全景家居。智慧家居主要指的是全屋互聯(lián)，包括窗簾、電視、水壺、燈、煙霧報警器等所有設(shè)備，房主可以通過手機(jī)進(jìn)行一鍵控制。目前，全屋設(shè)備互聯(lián)并不常見，教師可以運用AR 演示為學(xué)生提供直觀體驗，讓學(xué)生對其產(chǎn)生興趣，從教師的描述、提問變?yōu)閷W(xué)生能夠主動發(fā)掘問題。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是其由各種傳感器組成，對學(xué)生來講稍有難度，但也是很好的擴(kuò)展內(nèi)容，對于學(xué)生計算思維的培養(yǎng)具有重要作用。只有信息技術(shù)課堂充滿活力，學(xué)生才能全身心地參與課堂，從而不僅提升教學(xué)效率，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也會不斷優(yōu)化。

信息技術(shù)課程的課時安排少，學(xué)生對于信息技術(shù)學(xué)科并不重視，部分學(xué)生通過背題的方式通過考試，并沒有真正了解信息技術(shù)這門課程，對知識缺乏意義建構(gòu)，實踐操作也是考后即忘，并不能達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)、計算思維的目標(biāo)。因為信息技術(shù)課程較少，教師在上課前進(jìn)行內(nèi)容回顧是必要的，有利于學(xué)生進(jìn)行知識遷移。這就需要利用AR 技術(shù)為學(xué)生提供游戲模式的習(xí)題攻略，針對重難點進(jìn)行合理操作演示，對學(xué)生錯誤多的習(xí)題進(jìn)行收集且集中講解，講解時注意放慢速度，幫助學(xué)生理解并掌握知識點。

3.4 提升教師專業(yè)素養(yǎng)

作為一個隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展需要不斷進(jìn)行創(chuàng)新的學(xué)科，信息技術(shù)課程改革日益趨向于要求學(xué)生具備簡單的程序設(shè)計能力，教師也要針對學(xué)生的計算思維做好訓(xùn)練，為其他內(nèi)容的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)路上的引導(dǎo)者，同樣需要擁有足夠的知識儲備，不只是包括信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容，還需要對其他方面的知識內(nèi)容有所了解，這樣在上課時講授的內(nèi)容就可以不被課本框住，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也會大大提高。

教師要通過不斷提高專業(yè)技能為學(xué)生提供更好的幫助。專業(yè)技能是作為一名教師必須具備的基本能力。信息技術(shù)教師應(yīng)持續(xù)接受并掌握最新的技術(shù)，不斷進(jìn)行觀念更新，如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等。學(xué)校要定期組織優(yōu)秀教師就教學(xué)設(shè)計和教學(xué)方法等進(jìn)行交流，針對教師專業(yè)技能進(jìn)行考核，提升教師綜合素養(yǎng)。教師要認(rèn)識到信息技術(shù)學(xué)科的重要地位，信息技術(shù)課程無論是理論知識的學(xué)習(xí)，還是實踐操作的鍛煉，對學(xué)生都是有益的。適當(dāng)使用AR 技術(shù)能夠活躍信息技術(shù)課堂，這就需要學(xué)校對教師進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)。教師對于學(xué)科的重視會讓學(xué)生受到很大的影響，學(xué)生也會更加重視這門課的學(xué)習(xí)。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，AR 技術(shù)的相關(guān)設(shè)備價格過于昂貴，應(yīng)用場景較少，并沒有出現(xiàn)在大部分學(xué)校的信息技術(shù)課堂中[9]。但AR 技術(shù)具有遠(yuǎn)大的前景，推動AR 技術(shù)進(jìn)入信息技術(shù)課堂，能有效地促進(jìn)教師和學(xué)生快速成長。教師不僅要緊跟技術(shù)的變化，做好資源的及時更新工作，配好相關(guān)設(shè)備，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生主動探索挖掘知識的重難點。教師也要提高專業(yè)素養(yǎng)，以便能夠在信息技術(shù)課堂教學(xué)中合理安排使用AR 技術(shù)，做好AR 技術(shù)的推廣工作，讓AR 技術(shù)與信息技術(shù)課堂深度融合，從而不斷提高教學(xué)質(zhì)量。