增强现实技术在教育出版数字化中的应用

朱晓莉 张 耀 王 维

（苏州工业园区服务外包职业学院,江苏 苏州 215123）

1 前言

增强现实(Augmented Reality，AR)是指利用计算机制作的三维数据、视频、音频和不同传感器融合，通过硬件将生成的虚拟物体与现实场景内容进行信息的无缝集成，使虚拟信息叠加到现实世界形成仿真的感官体验。例如，科普类AR互动绘本，将图形图像元素进行三维立体塑造，让读者能够通过客户端扫描设计MARK，了解人物、动物等相关科普知识。又如，利用AR技术对历史遗迹、传统技艺进行呈现，达到历史文物的还原和“复活”。

自媒体时代，增强现实技术随着不断发展逐渐被大众所广泛应用，也逐渐深入到教育与文化领域当中，推动教育教学工作。我国教育部等五部门发布的《教师教育振兴行动计划（2018—2022）》提出要“充分利用云计算、大数据、虚拟现实、人工智能等新技术，推进教师教育信息化教学服务平台建设和应用，推动以自主、合作、探究为主要特征的教学方式变革”。对于教育出版来说，增强现实技术作为一种交互性应用型的新兴技术，适用于不同阶段和学科的教育内容，可以促进教育数字化转型的发展。如何科学地寻找教育出版数字化的方向是亟待思考的问题[1]。

2 增强现实技术应用到教育出版中的新视野

2.1 增加多元化阅读体验

增强现实技术融合音频、视频、文字、动画等元素，能改变教育出版物的阅读体验，通过多感官沉浸式体验提升教育乐趣。该技术可以使学习者通过智能移动终端（智能手机、穿戴式终端、AR眼镜）和小程序、APP将虚拟交互内容从听觉、视觉沉浸到三维虚拟场景，与虚拟角色进行互动，实现知识内容的虚拟构建。原本枯燥的知识点内容变得可视化，把抽象、复杂的阅读内容以数字化的方式呈现出来，学习者能更直观且身临其境地感受阅读乐趣[2]。增强现实技术可以提供大量的教学资源，通过教育出版物UI选项，学习者可有选择性地学习章节内容，实现教育内容的拓展，掌握系统化的知识；还可以把教育过程融入游戏式学习过程中，有效提升学生学习兴趣，比如AR课件（如图1所示）。

图1 AR课件

2.2 激发学习者创造性思维

由于增强现实技术实现的数字内容都是三维立体的，区别于传统教育出版物二维平面图像，非常直观、立体、形象，实现视觉、听觉、触觉等不同感官的学习体验，可将难以实现的教育情境进行展现，在教授技能的同时激发学习者创造性思维。很多枯燥的教学内容融入增强现实技术具有更强表现力和吸引力。例如特殊的地理环境、历史事件、历史古迹等受环境场地限制的事物都可以通过增强现实技术构建教育情境进行展示，让学习者对所学内容产生更多创造性理解。又如用增强现实技术进行艺术创作，体验陶瓷、石雕、核雕等非物质文化遗产传承，教学情境使用移动客户端或网络获得数字艺术自主创作，学习新知，动手做，用脑想，将传统的理论讲授过程变成互动沉浸式体验，增强了学习成就感和创作热情。如图2所示，整合教育资源，构建教育情境，将增强现实技术融入教育出版物中，构建基于数字媒体环境下的混合教育情境，最大限度激发学生创造性思维。

图2 “AR”教育情境

2.3 学习信息数据反馈

增强现实技术可以通过互联网数据流形式对教学过程中学生的学习进度和内容进行报告反馈。这种信息获取方式极大地提高了教师教学内容反馈的效率，也具有一定的教学情况分析参考价值，有助于了解学生学习掌握情况、授课应用情况，帮助老师寻找最适合的教学计划。通过增强现实技术应用于教育出版物进行学习知识点的标记，教师可以从数据记录和分析内容中找到学生学习过程中遇到的内容难点，有针对性地为学生提供解答以及在下次教学过程当中重点分析讲解，提升教学质量和教学效果。传统的数字出版物无法与学习者进行互动，也存在无法对学习者进行信息化数据跟踪的情况。增强现实技术可以帮助学习者通过学习内容通关模式进行循序渐进的认知和提升，数字化学习使学习内容具有稳定性和拓展性。

2.4 教学模式智能数字化

自媒体时代的到来，将数字化、信息化教学方式融入传统教学方式当中，是信息化教学改革的重要现代科学技术手段。增强现实技术融合传统教学出版物应用于课堂教学，是教学改革发展的重要趋势。可以将学习内容汇编为图书、报纸、期刊等各种印刷品，让移动电子设备的摄像头扫描这些印刷品上设计好的图片或者标志印记，电子设备摄像头会对二维图片进行识别，通过电子客户端的屏幕显示器获得虚拟的数字化教学内容。增强现实融合教育出版物为教师提供新的信息化教学手段，拓展课堂教学数字化内容，将2D纸质平面的知识内容变成沉浸式的3D互动知识内容，将不同学科的知识内容变成知识库和数据库，让学生通过数字化实时成像方式更直观地了解学习内容，并对学习内容全方位切合实际地理解和认知。这种促进教学模式智能化的方法转变，改变了传统教学过程仅通过文字或者2D图片方式传达的枯燥的学习过程，提高了学生学习兴趣，多角度推动学生主动学习能力。

3 增强现实技术应用到教育出版中的局限性

3.1 教学资源不足的局限性

尽管增强现实技术应用到教育领域为教育带来了很多益处，但是现有增强现实教育资源仍旧不足。目前市场上有一部分教育游戏APP、以增强现实技术为基础制作的智能图书或者绘本，但对于巨大的教育教学市场需求来说，增强现实教学资源非常少，并且教学内容的设计场景相对单一和局限，缺乏了解教学方法的应用型学者参与开发，目前还不能满足大量学习者的学习需求。

3.2 技术内容的局限性

在资源开发的过程中，需要设计者对教学资源充分地了解，教学情境资源的互动内容需要更多的计算机研发人才和教育工作者合作进行开发。很多教育工作者不了解增强现实技术，甚至接触过增强现实技术的教育工作者少之又少，更加难以开发相应的教学资源。而通过市场上的相关科技公司帮助开发移动增强现实教学资源，存在着技术内容与教学内容衔接的灵活性不足以及局限性，对开发者自身的技术水平和综合水平的要求更高。硬件设备如VR眼镜或者头盔，会或多或少使人产生佩戴的眩晕感，影响学习者的视觉体验；系统网络性能不佳、开发速度较慢、互动效果不充分等问题都需要技术的支持。目前增强现实技术处于发展的初期，还不能完全满足学习内容呈现的全部细节要求，需要更长的时间、更全面的技术应用到教学领域，推动教育系统的发展。

3.3 开发成本的局限性

增强现实技术应用的基本硬件需求、数字资源开发和制作以及程序编写人员的成本都相对较高，现阶段国内增强现实教育出版物数量上和类别上仍较为有限，因此增强现实技术在教育出版数字化领域的普及还有一定的困难。例如，增强现实类教育出版物在开发过程中会配套提供教育类APP，但一些舒适度高的VR眼镜价格高达几千元，1本AR绘本的内容模型、动画等制作成本可高达数十万元，因而开发成本较高，如果降低成本，教育出版数字化的效果就会大打折扣，比如运行过程出现卡顿、内容显示质量降低、内容结构不稳定、3D模型精细度较低等。

4 推进增强现实技术应用到教育出版中的建议

4.1 重视教育出版数字化人才的培养

基于目前移动增强现实教学资源相对较少，增强现实技术对教师的信息化综合素质要求比较高，增强现实技术深入应用到教学过程中需要一系列技术支持，亟待重点培育数字内容设计以及数字技术整合的复合型人才。教育出版数字化人才培养可以采用项目实践的教学模式，让学生通过多看、多听、多操作的方式，将理论与实际相互结合。例如，选择一门数字绘本教育案例，学生以完成案例为路线进行应用技术的理论学习和实践操作，收集参考图片和素材，应用3Ds max、Maya、C4D等三维数字建模软件对图片素材进行数字模型制作，通过引擎软件Unity 3D进行编程开发，生成可执行文件，学习者可以应用智能移动客户端扫描生成的Mark观看3D数字绘本项目成果。完善针对数字教育人才的激励制度，结合项目资金和资源分配，鼓励培养对象到行业或者专门的培训机构进行技能提升。对于优秀的数字教育人才要提供重点支持，将其作为教育重点资助人才培养。高校也可以和企业进行合作，让数字出版人才实现特定人才培养，充分吸收多学科的方法和理念，结合业界和学界联合培养数字出版人才。

4.2 创新内容形式，完善教育出版实际需求

利用增强现实技术，创新内容形式，使教育出版内容形成趣味知识传递，给学习者带来新鲜感。虚拟数字化出版方式诞生新型知识传播方法，突破传统出版方式的教育模式，满足学习者需求，打造大量的数字资源。以找准教育对象以及教育内容为出发点，剖析、整合、创新、完善教育出版内容，贴近学习者需求。通过扫描二维平面的图案或者标记进行识别和计算，让学习者可以获得独特和个性化教学内容，数字内容可以多形象、多元化地呈现出来，帮助学习者对知识的理解和记忆，提高学习兴趣和注意力。比如，在临床医学领域的教学环境中，设计增强现实临床医学教学辅助APP，让学生在虚拟场景中全方位地观摩、学习、操作临床知识，包括观察和解剖人体器官，提高临床熟练程度，体验不一样的教育形式。

4.3 加强教育资源与技术的融合实现增值

数字化的教育资源出版内容与增强现实技术融合，可丰富教育信息资源，实现高附加值。随着创意经济时代数字媒体技术的不断发展，学生在学习和掌握专业技能的过程中，越来越倾向于电子与纸质结合的学习方式，电子阅读学习时间的比重越来越大于纸质阅读，教育内容和形式也趋于多样化。设计优秀的数字媒体教材，并应用于教学过程，可以组织数字媒体相关企业导师和有经验的教师自编教材，根据行业动态实时修订，保证专业核心课程内容技术和成果与行业对接。相对于传统意义的单一模式来说，教育数字出版内容可以通过不同的传递渠道交叉传递信息，形成复合型模式环境，构建高效个性化交互式课堂。例如，运用增强现实技术进行生物、化学、物理等危险以及不可控的实验环境模拟，虚拟实验包含操作的每个步骤和实验过程所需要的工具，以及文字说明，训练实验操作技能。应用增强现实技术与实验环境融合的虚拟场景，避免因为危险环境以及场地人数限制产生环境的破坏或者人员伤亡，使学生在虚拟场景中模拟实验，应用虚拟设备训练，提升实验设备或装置的代入感，零风险、低成本地提高训练效果，提升学生的实验操作技能。

4.4 创新教育出版产业链环节的经营模式

积极探索教育出版产业链环节盈利模式和商业模式，把握国家政策导向，推动出版产业与教育资源的整合业务开发，以及教育数字出版行业的可持续发展。国家新闻出版署发布并于2019年7月开始实施《出版物AR技术应用规范》，对于有一定影响力的出版社，应该融合教育资源以及技术部门，合作推进增强现实技术在教育数字出版中的应用，通过第三方电商平台、出版方自建数字平台进行推广发行，构建自媒体时代新型产业合作关系网络。完善售后服务，对于出版的媒体内容应该有专门的维护和升级功能，保证随着教育发展过程知识点的变化进行更新；转换更加合理的阅读操作模式，提升阅读体验，完善管理水平，增加增强现实数字出版物的市场竞争力。

5 结语

目前国内教育出版数字化领域应用增强现实技术还处于发展初期，还存在着交互内容局限性以及呈现的数字素材相对较少的问题，但是应用增强现实技术对于教育数字出版教学和学生学习效率以及兴趣的提高有很大帮助。增强现实技术还处于新型技术的前沿，需要更多的复合型技术人员进行开发和创新，增强现实技术的设备更新以及技术发展将会在教育领域扮演重要角色。