莫莉敏

摘要：AR（增强现实技术）在最近几年获得了广泛的关注，将实际环境与虚拟影像互相融合并与使用者进行互动，可以让学生在沉浸式体验中学习，从而改善以往教学情境单调，教学方式单一且受制于条件制约，理论与实践过度脱节等不足。AR技术对于职业教育教学中是一种刚性需求，虽然存在技术上的局限性，但是AR技术在职业教育中的应用仍然存在广泛的前景和不可低估的潜力。

关键词：AR；增强现实技术；职业教育；信息化教育

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）29-0213-03

1 AR的概念和其特点

AR（Augmented Reality，简称AR）即增强现实技术，简单来说，就是利用现代计算机技术和互联网通信技术，通过计算现实环境的位置及角度，在现实环境中添加相应的图像、视频、3D模型等内容，这些内容具备实时性和交互性。同时，还可以借助诸如头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，使用户可以直接参与并探索所处的虚实结合的环境。和VR（Vitural Reality，虚拟现实技术）不同的是，相比VR几乎是完全依赖于计算机技术来营造的声光影像，给用户带来一种相对扁平而单一的体验，AR技术是在使用者的视野里将计算机生成的内容画面叠加在现实世界的画面中进行互动。所以，AR技术的核心与目标是将虚拟的信息应用到真实世界，提供基于真实世界却超越现实世界的感官体验。

AR技术不能算作是一项新技术，早在1990年，波音公司研究员Tom Caudell和他的同事在设计一个辅助飞机布线系统时提出了AR的概念[1]，从概念的提出至今（2017年），已经历时接近30年。早期受制于计算机运算能力的影响，AR技术并没有得到广泛的应用，现在，随着计算机运算能力的飞速增长，互联网传输能力和普及率的提升，无论是电视节目、可穿戴设备、移动端手游等，都广泛的运用了AR技术。以我们熟悉的春晚为例，电视台会根据摄像机的角度预先制作好一些画面如灯笼、花束等，计算机将这些画面合成在直播画面里，随着节目的不同，这些合成进来的画面也实时变化，电视机前的观众看到的就是极具节日气氛的画面的了。而处于现场的观众，其实是看不见这些被合成进来的画面的，是AR技术让电视机前的观众反而更有“眼福”。

AR技术主要具有以下特点：首先，融合虚拟和现实，基于现实但是超越现实。AR技术将计算机生成的虚拟影像和信息叠加到真实场景中，在有限的时间与场景里，让观众解读信息的效率大大增强。如在游泳赛事中，根据运动员抵达终点的顺序在泳道里实时标注名次、姓名、国籍等信息这一最普通的AR技术应用，甚至可以取代部分解说员的作用。其次，实时交互功能。这也是AR最吸引人的地方之一。通过AR系统中的交互接口设备，人们以最接近现实生活中的自然的方式与增强现实环境进行实时的交互操作，这种沉浸式的体验比普通的VR更有代入感。此外，AR技术还具有三维注册的特点，这也是AR技术发展中的一个瓶颈，即实时追踪和定位——将计算机产生的虚拟影像与真实环境进行准确对应，保持时间区间和范围区间内的一定精度。

2 AR技术的应用领域和当前国内的发展情况

AR技术可以广泛应用到军师、医疗、教育、建筑、影视、娱乐、家居、展览、电商、旅游等领域中。目前，国外的企业对AR技术领域投入逐渐增大，如谷歌公司、微软公司在AR领域的软硬件开发中都在持续投入，这也预示着AR技术有着广阔的前景。然而，国内现在从事AR技术领域开发的企业或者组织机构相对较少，投入的资金和人力也极少。就AR技术应用中需要使用的引擎软件来说，较为著名的Metaio和Vuforia两个AR引擎均是国外的产品，国内的企业如果想使用这两个产品需要先支付版权费用，这就导致了初始成本很高，因此国内的AR开发与应用大多是浅尝辄止。2017年，西北工业大学发出了国内首封AR高考录取通知书。通过配套的APP对通知书进行扫描，可以识别通知书上的特定区域，并在移动设备上展现和学院有关的立体的三维动画，学生在未入校以前，在实体通知书上可看到实时叠加的動态影像，势必对学院的实力产生信心，并引发深刻的自我认同感。这一张特殊的通知书采用的技术虽然相对简单，但是可以视为教育界在考生录取工作中应用AR技术的一次初探，此举在师生中也获得了广泛的好评。

尽管在底层系统研发方面鲜有中国公司的身影，但是国内很多大公司已经注意到AR技术的潜力并注入了大量的资金投资。如百度公司于2016年9月成立了百度风投，专注于人工智能，以及AR、VR等下一代科技创新项目，第一期基金规模将达2亿美金，重视程度可见一斑。腾讯、阿里巴巴、联想等公司均投资了美国的AR系统和硬件公司。[2]

虽然遗憾的是，在底层系统的开发上，国内的公司实力依旧不足，但是就全球AR投资布局来说，中国公司态度积极，这至少保证了AR技术的规模化应用。同时，虽然AR的热潮首先爆发在了游戏领域，教育领域中的AR广泛应用还有待时日，但是人们对新鲜事物的认知与接纳始终需要一个过程，有了游戏领域的经验积累，在教育领域中应用AR技术来辅助教学，也将变得水到渠成。

3 AR技术在职业教育中应用的优势

由于职业教育是面向职业、岗位活动的一种就业能力教育[3]，突出特征是从事技术、技能、技艺、技巧等实践性教育教学[4]。职业教育中，大量教学内容属于实践性内容，而许多实践性教学内容受环境、场地、设施设备、安全、污染、资金、不可控、难以复现等因素的影响，难以实现有效教学，仅凭教师作为引导者通过图片、动画的手段来讲解，学生作为单纯的学习者来理解，效果会大打折扣。因此，AR技术在职业教育教学中应该存在刚性需求，具有以下几个方面的优势：

3.1 AR技术是已有教学情境的极大补充

一些职业院校已经拥有了较为专业的、和学生就业方向相关的教学情境，在这些已有的教学情景上使用AR技术，是对教学情境维度的再次提升。以笔者所在的宁夏财经职业技术学院为例，学院实训中心有方便会计系学生进行实训的商业模拟银行实训室。此实训室具备叫号机、综合业务柜台、用于组间协作的格子间等设施，并配备了电脑、点钞机、装订机及各类票据，在一定程度上已经非常接近真实银行的硬件设施，可以让学生对商业银行的各类业务办理及管理模式进行快速了解，熟悉银行日常业务的操作流程以及工作制度，从而熟练掌握商业银行主要岗位所需的基本技能。endprint

虽然现有的模拟银行实训室已经能基本满足师生的教学需要，也提供了较好的教学体验，但是可以设想如果加入了AR技术，可以让实训室的体验感获得再次提升。如学生可以为电脑生成的虚拟客户办理业务；或将理财产品信息集成在AR卡片上，通过扫描卡片上的特定标识来展现更多的信息；以及利用带有人脸识别功能的AR技术对VIP客户进行身份确认从而提供专享服务等。这些功能都可以在保留现有硬件设施的基础上，进一步挖掘其更多的使用方法，是对已有的教学情境的极大补充。

3.2 AR技术可以将难以实现的教学情境在一定程度上动态展现

相比一些常规教学情境，如模拟银行、模拟股市、电工电子实验室等，有些高危行业或受制于场地、费用等影响难以搭建的教学情境，如化工实训室、生物科技实训室、飞机驾驶实训室等，在职业院校广泛稀缺。教师只能通过传统多媒体的方式去讲授，或带领学生去实地参观等方式来进行教学，条件更好一些的也有采用VR技术来进行教学。在这种情况下，如果采用了AR技术，如头戴式显示设备，将危险的环境、实际场地容纳不下的环境等在学生视野中虚拟展现，并根据学生的行为来触发对应的事件。如果学生不慎因为错误的操作而引发了严重后果，也并不会产生环境的破坏或人员伤亡，却可以给学生留下深刻的印象，也降低了学生在就业后的潜在威胁。

3.3 AR技术将单一的教学讲授过程变成了互动的沉浸式学习，增强学生的学习兴趣

和本科院校的生源相比，职业院校学生的学习能力和对知识的掌握水平普遍不足。虽然职业院校强调的更多的是“在做中学”，但是实践源于理论，基本理论学习不好，会直接导致学生操作的盲目与知识结构的欠缺。在这种情况下，一味地进行知识的传输会让学生更加茫然，从而直接削弱他们对运用知识分析和解决问题的能力，这也不利于培养学生继续学习的能力。

使用AR技术，将单一的教学讲授过程变为互动的沉浸式体验，可以让枯燥的理论知识变得更加具象，也增强了学生的学习兴趣。以计算机课程为例，在讲到计算机硬件的构成时，学生对诸如“运算器”、“控制器”、“存储器”等概念难以理解且容易混淆，教师在讲解这一部分知识点的时候也难以清晰又形象的表达这些零部件是如何独立工作和協同工作的。我们可以假设这样一个场景：学生拿起手中的手机，打开教学用的APP，对眼前的计算机主板进行扫描，手机上方随即出现各部分硬件的名称和功能简介，点击某个部位时，就出现简单的动画进行功能演示。点击手机屏幕中计算机主板上不同的部位，即可展现不同的信息；将镜头拿远，使所有的零部件同时出现在手机屏幕上，此时再播放各零部件之间协同运作的原理动画——这样一来，原本枯燥又抽象的一节课，变得直观而生动，课堂也由单一的教学讲授过程变成了可以按照学生的意愿来自由互动的、体验感更强的沉浸式学习。原本枯燥又难以理解的内容变得有趣又直观，可以极大的增强学生的学习兴趣，对学习效果的提升也就显而易见了。

3.4 AR技术有助于学生成为学习的主导者

传统的讲授教学方式，教师是主导者，学生跟随着教师的讲授被动接受知识，自主学习的积极性较低。AR技术的引入使教师一部分的功能被代替了，AR变成了学习材料的一部分，也像是新旧知识之间的一个支架或抓手。如果在AR系统中引入及时的反馈机制，让学生每掌握一点知识即可得到及时反馈，加深学生的自我效能认同感，从而调动学生自主学习的积极性，这样一来，学生就成为了学习的主导者，更符合现代社会对人才培养的要求。

3.5 学习效果更容易统计，有利于教师优化教学环节并对教学实现精细化控制与管理

传统的课堂，多以教师讲，学生听为主。学生的积极性有限，缺乏和教师的有效互动，听不懂时也可能存在不懂装懂的情况，即便是教师布置并回收了学生作业，也难以确保作业是学生本人独立完成。利用AR技术，通过相关的硬件对学生的身份进行识别，比如对学生进行面部扫描，确保教师的每一次作业都是由学生本人独立完成。学生完成作业时的每一步操作都会被记录下来，在提交作业的时候也将这些数据进行了汇总。教师对一个班乃至每一届的学生的真实学习情况所产生的数据进行分析，通过分析结果来比对学生对教学难点、教学重点的掌握情况，教师在此基础上进行反思，调整并优化教学环节，可以有效地提升教学效率和效果。

上述过程并非只能在学期末才可以进行。通过AR技术，教师甚至可以摒弃传统的点名方式，只要佩戴头盔式AR硬件，对课堂上的学生面部进行扫描，与班级学生名册数据进行比对，即可判断一堂课的出勤率情况。除此之外，学生的每一次随堂练习成绩都会被记录在案。教师可以通过扫描并识别学生的面部，实时调取这个学生的基本信息和开始学习以来的每一次随堂成绩。如果教师注意到特定的学生在某个环节掌握情况不佳的话，可以及时给出个性化指导。虽然在这一过程中，学生可能会获得“隐私权受到了一定侵犯”的不良体验，但是如果师生之间在课程开始就达成一致，形成简单的契约，AR技术可以代替教师对学生起到监督的作用，帮助学生在学习过程中始终保持高度的自律。对学生的自动化监督、对每一位特定学生的学习效果进行实时管控，可以帮助教师实现对教学的精细化控制与管理，最终提升了职业院校的办学水平。

4 AR技术在职业教育中应用的局限性

虽然AR技术在职业教育中可以说是存在刚需，但是受制于技术研发与师生的认知程度，存在以下局限性：

1） AR技术对移动终端有很强的依赖性。移动终端的性能是AR技术能否在移动互联网上实现广泛应用的重要因素之一。如果终端性能不足以支撑AR技术的应用要求，将会对AR技术的推广起到一定的制约作用。

2） 受技术影响，从事一线教学的广大职业院校教师很难结合自己的教学内容进行自主AR开发。短期内，专业公司提供的教学产品和教师的实际教学也需要不断磨合，现成的AR产品可能也往往不实用，其中一个原因是AR技术的专业描述与职业教育教学的实际需求存在差异，导致广大教师不知道如何将教学内容与之对应。

3） 由于场景产生器需要一边录制真实世界的视频，同时其数字化硬件还要将虚拟的图像与录制的视频融合起来，系统需要动态同步两种视频流。这一过程在不同的复杂程度下也会产生不均匀的延迟，这是在图像处理方面较难解决的问题。此外，准确定标也是一个较难解决的问题。人眼的生物性决定了对视觉上的微小偏差也非常敏感，虽然GPS的精度可以很高，但开放给民用的精度大约存在5-30米的偏差。精度越低，体验越差。最后，除了上述提到的静态误差，还存在一种“动态误差”，即产生实时画面的运算器需要的时间、传输这些数据需要的通信延迟等。这些问题是AR在各领域的实际运用中都存在的会导致用户体验降低的问题，在职业教育中也不例外。

5 结束语

AR技术在职业教育乃至在我国的各行各业中的应用目前仍处于起步阶段，技术短板的存在和大众认知的局限等问题仍需解决。但是我们有理由相信，随着AR相关技术的不断成熟，人们对AR的体验越来越深入，大数据、互联网和物联网等技术的不断发展，职业教育中信息技术引入的不断深入与完善，AR技术是具有相当竞争力的，应用前景非常广泛。因此，建议高职院校加大对AR技术应用的引进与尝试，开发和投入，以期达到降低教学成本、提高教学质量、增强学生竞争力最终提升办学水平的目的。

参考文献：

[1] 王璞.移动增强显示技术在图书馆中的应用研究[J].图书与情报，2014（1）：96-100.

[2] 中关村在线网.2017年也许将迎来AR元年[EB/OL]. http：//news.zol.com.cn/608/6082041.html.2016年10月11日

[3] 职教成函[2015]1号文件.教育部关于发布职业院校数字校园建设规范的通知[Z].2015.

[4] 教技厅函[2013]59号文件.教育部办公厅关于开展2013年度优质数字教育资源政绩活动的通知[Z].2013.endprint