基于增强现实的幼儿认知教学环境研究

吴冬花，邓丽娜

（1.甘肃省秦安县第一幼儿园，甘肃秦安741600；2.西北师范大学教育技术学院，甘肃兰州730070）

一、增强现实教学环境构建

（一）教学模式说明

认识动物是幼儿生命教育的重要组成部分，《两栖动物的秘密》AR应用面向幼儿园日常教学，适用于中大班幼儿。在设计应用之前首先对设计内容进行了调查研究，确认了认识两栖动物是中班教学大纲的内容[1]；其次对试点幼儿园的教学环境做了调查，日常的教学活动是以PC端为载体的多媒体教学。本文开发的AR应用包括4种两栖动物（青蛙、蛇、鳄鱼、乌龟）的3D模型、立体声画与虚拟场景，使用时无须安装程序，直接打开应用便可以投影到移动设备和打印标记的任何地方。

（二）虚实融合方法

计算机通过识别自然图像将虚拟教学资源虚拟叠加在真实场景中。自然图像纹理越丰富，计算机越容易识别相关图像。为了激发幼儿学习兴趣，包含自然图像的印刷品被设计成了符合幼儿喜好与大小的折页，如下图（a）。在确定自然图像被计算机识别后，利用游戏引擎整合计算机视觉插件，将包含教学内容、三维模型、音频资源和视频资源的教学资源叠加在相应的真实场景中。

（三）沉浸感教学场景搭建

综上所述，《两栖动物的秘密》AR应用程序分为8个不同的场景，其中包含了4种两栖动物，分别为青蛙、蛇、鳄鱼和乌龟，每个动物对应两个场景：3D动物模型与动画短片，可以通过识别不同的标记来切换场景。为了使模型看起来栩栩如生，使用了纹理材质贴图增加质感；为了让幼儿进一步了解动物的习性与特征，设计了生动有趣的动画短片，展示两栖动物的生存环境，并在3D场景中加入了同步音频，如蛙鸣等。如图（b）（c）为部分虚实融合教学场景。

二、认知教学实验

为了检验增强现实技术支持幼儿了解特殊动物的认知效果，以主题活动“两栖动物的秘密”为例，做了完整的教学设计。该活动让幼儿通过AR应用直接观察4种两栖动物并引导幼儿讲出动物外形特征外，还通过动画短片了解两栖动物的生存环境和生活习性且能进行故事的复述。在以往的教学活动中，教师利用PPT课件进行演示和讲解，为了考察增强现实技术支持幼儿认识特殊动物的教学效果是不是更好，本研究采用准实验研究法，控制变量为“教学环境”，实验组采用AR应用环境教学，对照组采用PPT环境教学，多媒体内容完全一致。实验结果表明，采用AR应用环境教学优于PPT环境教学。

三、认知教学环境评测

（一）增强现实应用对幼儿情感态度的影响

为了了解幼儿对AR应用的态度，实验收集了实验组幼儿（23人）的体验反馈：幼儿均认为“拿折页‘变出’小动物，非常好玩”；“相比于以前的课更喜欢今天这样的”；对于“为什么喜欢今天的课”，有9名幼儿是因为“今天的课很有趣”，7名幼儿是因为“很神奇”，5名幼儿是因为“我变出了动物”，2名幼儿是因为“小动物很逼真，但不会咬人”。因此，可以得出《两栖动物的秘密》AR应用很好地激发了幼儿的兴趣，使幼儿更加喜爱课堂；新奇的增强现实技术能够成功地吸引幼儿的注意力，使幼儿沉浸其中；良好的交互体验帮助幼儿与周围环境建立联系，获得有趣的自我体验与满足感。不仅如此，通过录像观察，发现实验组的课堂氛围较对照组明显热烈，幼儿注意力普遍集中。可以认为增强现实应用对幼儿情感态度方面的影响是积极的。

（二）增强现实应用对教师发展的影响

在感知有用性调查中，引入了TAM技术接受模型[2]，90%的教师认为“逼真立体的3D动物吸引了幼儿的眼球”；70%的教师认为“画面的可操作性增强了幼儿参与教学的欲望”；60%的教师认为“对新技术的好奇吸引幼儿进行探索”；40%的教师认为“AR环境使幼儿沉浸其中与小动物们积极互动”。可见，增强现实技术能够提高幼儿注意力、激发幼儿兴趣、培养幼儿观察力与交往能力等，是教学过程中的有效手段。

问卷结果显示，90%的教师认为AR应用的人机交互界面操作简单，体验良好；80%的教师认为应用操作没有难度，教师和幼儿都只需要简单的指导和练习就能掌握操作要领；60%的教师认为应该多让幼儿参与交互，在交互中获得体验满足对提高教学效果卓有成效。

综上所述，本文中的《两栖动物的秘密》AR教学应用对于改善幼儿认知能力、培养幼儿情感、帮助教师发展都有着积极的作用和显著的效果，因此可以认为增强现实应用辅助幼儿教学是有效可行的。

虚实融合教学资源场景