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    AR技術在現代教育中的運用及問題

    時間:2017-06-21 來源:電化教育研究 作者:周森,尹邦滿 本文字數:11260字
      [摘 要] 文章主要對 AR(增強現實技術)的相關研究文獻進行了系統的梳理和分析,詳細討論了 AR 的沉浸感 、泛在性和多用戶性三大技術特點及其在教育領域的五點應用優勢。 在此基礎上,我們提出 AR 不僅僅是一種技術革新,更是一種教育方式,并總結出了 AR 技術促進教學改革的三類教學方法:分別以“角色”、“任務”和“位置”為中心的案例實踐。 AR 以其獨有的技術優勢將情景化、參與式及生動形象的教育理念技術性地實施到一個新的水平,以大量的教改實踐促進了傳統教育理念、教學技術和學習范式三者的有機融合與重整。 同時,AR 也在技術實施、課堂應用和學習體驗三個反面存在諸多挑戰,對此我們也基于目前的研究基礎探討了初步的解決方法。
      
      [關鍵詞] AR(增強現實); 學習環境; 3D; 游戲化; 浸入式學習。
      
      一、引 言。
      
      近年來, 隨著可穿戴式信息設備和智能手機的迅猛發展,增強現實技術(AR)越來越受到教育研究者的重視,它創造了一種提高和增強現實的方式,帶來了令人鼓舞的教學可能性。 在 AR 出現之前,對復雜的空間構型和抽象概念的直觀感受是非常受限制的, 但 AR 可以很好地融合虛擬物體與真實環境,培養學生的理論素養和實踐能力,這是其他教育技術難以企及的。AR 作為一種關鍵的新興技術,給教育領域帶來的技術紅利和教學改革已經開始初步顯現,并將在未來的五到十年出現井噴之勢。
      
      為深入探究和預測 AR 給教育帶來的新興機遇,我們通過實證研究和理論分析兩方面的文獻梳理確定了 AR 的一般技術特征和定義。 雖然很多技術優勢并不是 AR 所獨有的,其他的新興技術手段也會帶來類似的教學效果(如移動學習環境)。 但通過對比總結后,我們認為 AR 最突出的特征是深入推進了設備的技術設計、教師的教學方法和學生的學習方式三者在應用中的有機整合,具體體現在 AR 促進教學改革的三種主要的教學方法。 但正如每一項新技術在帶來機遇的同時,也會帶來質疑和沖擊一樣,AR 在教育領域的應用在技術、教學和學習三個方面存在著很多有待解決的問題。
      
      二、AR 的技術特點及其優勢。
      

      (一) AR 的定義。
      
      早期的 AR 主要通過頭盔式裝備將虛擬信息疊加到現實世界, 幾乎等同于頭盔式的虛擬現實顯示器。 這其實體現了設備類型在 AR 發展中舉足輕重的地位。 因此,一些 AR 的使用者和設計者習慣于從設備上對其定義或分類:如臺式電腦、手持設備、頭戴式顯示器等不同終端單獨或組合構建的 AR. 但信息技術的迅猛發展大大拓展了 AR 概念,越來越多的硬件和軟件設備都可以用來創建或增強現實。 特別是筆記本電腦和智能手機的發展為增強現實創造了新的機遇,手持設備帶來的移動靈活性會增加學習環境的真實性和與他人互動的機會, 并創建 AR 的一種子類:移動 AR. 這讓 AR 在真實環境中更加自然,技術推廣更加容易。
      
      正是由于 AR 可以由多種創新技術 (如移動電腦、可穿戴式設備和浸入式技術)組合連接而創建,人們對它的理解多種多樣,計算機科學和教育技術研究者就給予了 AR 多種定義。如 Milgram 和 Takemura 最早以兩種方式定義了 AR:廣義上是指“使用模擬信號增加使用者的自然反饋”;狹義定義指“用虛擬現實技術制作的頭盔式顯示器, 用以呈現真實世界的清晰圖景”[1].也有人根據它的技術特征定義了 AR,例如 Azuma 提出,AR 是一種滿足以下三個特征的技術:現實和虛擬世界的融合;實時互動;3D 圖像的精確配準[2]. Klopfer 則主張從長期的技術發展來看待AR,不能將其嚴格定義,更不應特指某一項具體的技術,只要“將真實和虛擬的信息以一種有意義的方式融合起來”,就可歸屬為 AR[3]. 這種提法強調了 AR 技術將真實世界和虛擬世界無縫融合后帶來的沉浸感、即時互動性和深度的參與感。這些定義表明,AR 不限于任何一種技術和設備,它選擇性地利用合適的信息化手段提供額外的情景化信息,以增強學習者的現實體驗。 AR 基于技術,但卻“超越”技術。
      
      (二)AR 的分類。
      
      目前,混合現實的創生方式主要有兩種:增強現實(AR)和增強虛擬(AV)。 從上述對定義的討論可以看出,AR 僅僅提供了情景化信息作為現實的補充而不是替代, 它是對現實的替代或稱虛擬的現實化,即添加現實元素到虛擬環境中,整體上是虛擬的。 虛擬對象可以被描繪出來,添加到一個真實的環境中制成AR;同樣,一個真實的對象也可以投影到一個虛擬環境中制成 AV.二者都可以創造身臨其境的環境,但仍需注意 AV 和 AR 之間的差異。 Milgram 根據對現實的補充或增強的程度不同提出了現實-虛擬連續理論(如圖 1 所示),將混合現實技術從完全真實到完全虛擬進行排列,真實成分較多的就是 AR.
      
      【1】  
      Klopfer 還創設了一套標準來衡量 AR 中技術增強的分量,將其大致分為輕度增強現實和重度增強現實,前者是指用戶所處的環境中大量的信息和物理材料都是來自現實世界中的,只訪問相對較少的虛擬信息,后者則頻繁訪問虛擬信息。 增強程度的差異可作為 AR 的分類依據,如頭戴式顯示器可以很方便地提供巨量的虛擬信息,帶來沉浸感,多用于重度增強現實的創設;而帶有位置感知功能的移動設備創建的混合現實環境中,操作者只是偶爾訪問虛擬信息,主要還是與現實世界的物理材料和對象進行交互,屬于輕度增強現實的典型例子。
      
    周森,尹邦滿. 增強現實技術及其在教育領域的應用現狀與發展機遇[J]. 電化教育研究,2017,(03):86-93.
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