王永图　张金燕

摘要：数字化背景下，各级各类学校积极引入以大数据、区块链为典型的“互联网+”技术，旨在打造“线上+线下”互补协作办学新形式。互联网是高校管理的中介承载物，可以利用不同的新兴技术实现线上线下协同办学。线上上课相比面对面授课有相当大的灵活性。从学生角度而言，没有办法和教师进行眼神交流和即时反馈学习进度；从授课教师角度而言，可以采用课堂录播的方式，方便学生课后寻找适合的时间自学。这导致学生的学习进度在一定程度上无法集中和统一，学习时间有可能变得碎片化。如何在线上上课的模式下减少时空因素造成的不良影响，利用AR技术为学生提供沉浸式学习的技术条件和氛围环境，成为各方共同关注的重点。文章探究AR技术在沉浸式学习中的应用现状，通过对相关案例的分析，寻找AR技术应用于沉浸式学习中的可能性，进而为数字化背景下学生的学习提供更加理想的学习氛围和更加高效的学习方法。文章基于现实情况提出有效的解决方案，实现沉浸式学习，提高学生的学习效率，激发学生学习的内生动力，通过分析AR技术应用于教学的案例，分析“AR+沉浸式学习”的优劣势，最后提出问题解决方案，期待“AR+沉浸式学习”在未来有更好的前景和发展。

关键词：AR；沉浸式学习；数字化

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2023）14-00-03

1 “AR+沉浸式学习”的特点

1.1 化抽象为具体

首先，利用AR（增强现实）技术亲自感触各种各样的3D模型，可以在很大程度上优化学习体验，化抽象概念为具体可接触的模型或虚拟实物。在课堂中，通过AR技术展现出来的3D模型，为学生提供多角度、全方位观察模型的条件，使学生对概念和知识点形成立体的认识和理解。在平时的教学中，面对多学科融合交叉的课程，教师可以利用AR技术展示所学知识及题目中运用到的知识点，将多门学科知识融合在一起，能使学生更易接受［1］。

在地理课堂中，大部分教师会选择利用黑板或自己所带的一些上课道具，让学生初步了解相关知识。很多教师会积极使用白板、投影、多媒体等现代教学工具，这些工具可以使教师和学生之间更好地互动和交流。相比之下，利用AR技术呈现的增强现实空间和虚拟3D模型等具有得天独厚的优势。在了解地球和宇宙的全貌时，利用AR技术可以实现沉浸式的观察和体验，让学生自由地旋转、跟踪、探索地球与宇宙的奥秘。AR技术不断发展成熟，能够大幅提升人的三维及三维以上的逻辑思维和抽象思维能力［2］。

除此以外，针对气流、分子和电场这类肉眼很难观察到的微观事物，AR系统凭借独特的优势，能够使分子结构、向量等元素以实体可见的形态表现出来，很多难以理解的现象能够被直观展示出来。针对书本中较抽象和难以理解的知识点，利用AR技术可以很好地将其形象化，最大限度地减少时空对学习者的影响，从而达到沉浸式学习的效果。

中学物理课本中磁场与磁感线的相关内容一直是教学重点和考试难点，看不见摸不着的磁场让教师和学生感到头疼。针对这个教学难点，蔡苏和团队在深入研究AR技术和Kinect设备并得到一定的研究成果之后，设计出了能够将磁场可视化的体感教学软件。通过该软件，学生可以通过手势动作和磁场交互，磁场和其中的变化如同触手可及的实物呈现在学生的面前。在对使用该软件的学生进行调查和检测之后，可以明显发现学生探究知识的热情增加了，对抽象事物和微观事物的感知能力也得到了明显的强化。

1.2 营造情景式学习环境

如今，人手一部手机和电脑已经成为社会常态，电脑仿真技术、游戏模型设计和虚拟物件实体化构建技术也不断成熟。有了硬件设备和软件架构，以移动AR技术为基础的情景式学习突破了时空限制，得到了大范围普及。这个系统的便捷性、交互性、情境性、连通性以及个性化等优点和特性，在学生和教师使用过程中展现得淋漓尽致。除了在课内的学习用途以外，还存在一些针对支持课外学习而设计的移动设备上的增强现实游戏。在环境勘测中，只需要一个搭载了勘测游戏APP的平板电脑，学生就可以开展勘测工作——确定勘测点、搜集勘测数据，最后对搜集到的数据进行整理分析，并得出其中各勘测主体的关系。

参考前人相关文献，Klopfer等研究者發现，在现实世界中，可以通过让学生接触虚拟游戏来加深其对氛围与环境的认知，同时激发学生学习的积极性。与之相反，另一部分研究者认为可移动、方便携带的设备会分散学生的注意力，进而有可能导致任务的完成变得困难［3］。AR系统中的嵌入式提醒功能有效抵消了上述有可能产生的不利影响：通过实时监测学生所处的位置和设备使用状态，及时显示任务完成进展和下一步任务，从而达到提示学生集中注意力的目的。除此以外，移动AR技术也给学生提供了社交上的便利。通过移动设备接入网络之后，学生就可以与同学、朋友隔着屏幕面对面交流，增强社会交互性。

1.3 增强学习者的存在感

运用AR技术设计出类似教学游戏的沉浸式学习媒体，能够让学生在教学中有主体意识，获得存在感，充分调动学习者的多种感官，将听觉、视觉、触觉等多感官结合，使学生更容易全身心投入［4］。

首先，利用AR提供的特殊学习空间，可以使学习者觉得自己和别人站在同一立场上，这种存在感能够强化学生对学习环境的感知。其次，AR技术构建的学习系统可以提供语音即时反馈。AR技术可以在真实的环境下把教师和学生、虚拟元素整合在一个系统中，更好地进行信息沟通，优化学习者的直觉体验。因此，AR技术构建的系统对发展学习者的直觉具有很大的作用。针对一些AR等沉浸式媒体软件，在以上已有的体验之外，还能够使学习者有身临其境之感，而且这种情感是个体在全面、现实的经历中产生的主观感受。沉浸式环境下，可以将学生所学知识转化为真实世界的疑问与情境。

1.4 提高学习者的参与度

在平时的课程中，教师会优先使用传统幻灯片等教学工具，但是这样的动画无法让学习者产生真实的参与感，只能知道大致的结果和流程，不能支撑学生身临其境地进行现实操作。大多数模拟实验都是以固定程序作为后台支撑，即使学习者犯了错或者操作失误，也只会出现固定程序设计好的结果，并不能让学习者有真实的参与感和操作感，也无法让学习者在错误中摸索重新找到正确做法的体验［5］。

应用AR技术能够很好地避免这些问题，其不仅可以将“抛”硬币的动作通过交互让学生更有真实感和有趣的游戏体验感，还可以迅速记录统计数据，解决实验资源不足、场地限制等问题。例如，在物理课堂中需要做大量的实验来得出物理结论，但利用AR技术进行凸透镜成像实验，就不需要在现实中准备蜡烛、透镜等实验用材，学生用手就可以控制虚拟的蜡烛进行前后移动和更换不同型号的透镜，进而控制变量，观察现象。这种用手直接参与的自然交互方式，与在现实中做实验的感觉基本是一致的，并且学生的参与度也能够大大提高，在课堂中能成功转换身份，变成课堂的主导者。

1.5 将生活和学习相结合

可以利用AR和其他技术手段对博物馆和馆内文物进行数字化三维建模，使参观博物馆的行为摆脱时空限制。广州华锐互动开发的AR博物馆满足了这样的需求，把博物馆“搬”到了每个人的身边。学生只要拿起AR设备，就可以在利用VR技术制作的三维仿真场景中欣赏展品。在AR参观中，学习者可以进行多感官接触，获得身临其境的体验。比如在参观火箭时，运用AR技术，学生可以看到火箭升空的整个过程和在此过程中发出的声音。学生通过用手指滑动火箭，还可以查看火箭的外部构造。在这个过程中，学生得以在生活化的场景中通过AR技术获得更加优质的体验，将生活和学习有机结合起来。

2 “AR+沉浸式学习”现存的问题

2.1 技术不成熟，反馈不及时

虽然AR技术的优势和重要性得到了越来越多的认可，但AR技术的开发和推广之路依然困难重重。就像有些人在玩3D游戏的时候会有眩晕和想要呕吐的感觉，在AR技术支持下的虚拟世界中行进和调转方向的时候，部分使用者可能产生不良反应。并且增强现实主要应用在一些专门设立的体验馆，在人们的工作、生活和学习中运用得较少［6］。与此同时，想要应用效果更好的AR技术，就要投入更多的资金，而以学校为主的教育领域常常因为没有足够的资金只能选择环幕投影这样造价较低的技术，最后不仅没有给使用者带来富有层次感的环境体验效果，反而会加剧给使用者带来的不良反应，无法取得理想的效果。此外，支撑AR技术中交互功能顺畅实现所需要的海量数据，在实际运用过程中经常因为数据精度、存储设备老旧和更换成本高等问题无法达到理想的应用状态，最终使AR技术在推广过程中陷入延迟高和数据更新显示慢的困境，在一定程度上影响了AR技术的发展。

2.2 资金耗费大，更新换代难

当前，AR技术快速发展，已经渗透到各个领域，并且可以取得逼真效果。近年来，越来越多的教育研究者进行了各种各样的尝试，力争将AR技术与教育高效结合起来。但由于AR技术目前仍处于初级发展阶段，所以研发前期投入资金过多、研究周期长、投资风险高等弊端很可能导致后期研发资金匮乏。在科技发展日新月异的今天，如果资金不足导致研究开发无法及时跟上，就会造成技术断层、设备材料短缺、研究对象过时落后等一系列连锁反应。因此，研发投入高、回报周期长的严苛条件进一步阻碍了AR技术的研究开发。

3 “AR+沉浸式学习”解决方案

3.1 创设教学情境

高效的学习需要创设一定的教学情境。情境教育理论指出，儿童天性应该适应情境教育，儿童天性是情境的理论基石，情境教育内核以“儿童—知识—社会”这三个维度为支撑，构筑了三维度融合的具有独特优势的课程范式。除了儿童天性作为理论支撑以外，情境理论具有充足的科学依据，最新脑科学成果就证实了这一理论，即儿童的脑是敏感的，单调重复的学习环境容易导致儿童无法集中注意力，并且无法形成长久的学习专注力。不同于成年人的是，儿童的脑会优先接受并处理情绪性信号，不会理性思考生活中的问题，利用这一特点，AR技术可以充分调动积极情感，从而使学习活动高效开展。在平时上课的过程中，可以创设设疑式情景、争论式情景等，使学生积极参与一些特定社会情境的文化实践，快速并有效地获得丰富的文化知识。基于情境理论，学生在特定情境下获取知识更加快速直接，如果要提升学生的学习技能，增强学生的认知能力，那么通过AR技术创设教学情境将成为提高学习效率的重要途径。

3.2 拓展学习空间

开展线上教学，学生面临一些实践活动无法正常开展的问题，利用AR技术可以实现虚拟现实体验，更好地开阔学生的视野。运用AR技术可以进行沉浸式学习，能在用户可观测的现实场景下集成大量资源信息等数据，为教师和学生营造沉浸式学习环境，激发学生的学习兴趣，充分发挥学生的积极性和主观能动性。

目前，基于增强现实的虚拟现实课程已经成为许多高校教育教学改革的重要内容之一，不仅能提高教学效率，还有助于培养学生的实践探索能力，促进其全面发展。同时，增强现实技术可以对目标对象进行三维建模和展示，学生可通过观察不同的角度了解该模型，与虚拟模型互动，强化目标对象认知。这种虚实结合的教学方式使学习者能更加真实地感受虚拟世界。另外，增强现实系统的实时交互等特性弱化了定位、空间限制，教师既可上课，又可远距离引导学生，填补现实环境下装备的缺失，达到资源共享的目的。当前，AR技术已经初步应用于教学领域，但在教育领域尚未引起广泛关注。

4 结语

在当前的数字化背景下，一轮又一轮教学方式的变革随着“互联网+”等新兴技术的如火如荼发展而不断深入。作为AR技术的使用者，应客观看待新兴技术在教育教学中的应用，将教育教学与AR技术高效结合，提升课堂的可视化、可触化程度。在将AR技术投入使用的过程中，存在很多应用壁垒，其仍然有很长的发展路程。AR技术作为一种前卫技术，虽然未来可能面对很多不确定性，但在AR技术开发人员和教育实践者的齐心协力下，其会在教育领域取得飞跃式的突破，为未来教育教学工作创造出更大的价值。

参考文献：

［1］ 王一美.数字化背景下应用型高校教育管理的创新方法［J］.中国多媒体与网络教学学报，2022（10）：114-117.

［2］ 杜二敏.具身认知视角下沉浸式学习的发生机制探析［J］.宁波大学学报（教育科学版），2022，44（2）：30-37.

［3］ 蔡苏，宋倩，唐瑶.增强现实学习环境的架构与实践［J］.中国电化教育，2011（8）：114-119.

［4］ 李青，张辽东.基于增强现实的移动学习实证研究［J］.中国电化教育，2013（1）：116-120.

［5］ 李丹，马力，官巍，等.增强现实（AR）英语教学应用设计研究［J］.中国教育信息化，2017（15）：68-71.

［6］ 陆文利，王淳，赵春芝.增强现实（AR）技术在高校基础实验教学中的应用［J］.实验室科学，2018，21（2）：164-166.

作者简介：王永图（2001—），女，江苏镇江人，本科在读，系本文通讯作者，研究方向：AI+沉浸式学习。

张金燕（2002—），女，山西忻州人，本科在讀，研究方

向：AI+沉浸式学习。

基金项目：本论文为2020年度江苏省教育科学“十三五”规划课题“数据驱动下智慧课堂教学模式研究与实践”成果，项目编号：C-b/2020/01/08