利用AR技术升级信息技术课堂探索*

◆田悦 张秀琦

0 引言

随着新课程改革的深入推进，信息技术教学也迎来新一轮的挑战，对学生和教师同时提出新的要求，更加关注学生在信息技术课堂中的主体性，激发学生对于课程内容的热情，让学生能够更加主动地参与到课堂中来，促进教师不断提升自我，实现信息技术课堂的转型。AR 技术是一种能够让虚拟世界被人类的不同感觉器官所感知，从而带来一种超越现实、身临其境的主观感受，实现虚拟世界与现实世界“无缝”融合的新型交互式人工智能技术，为升级信息技术课堂提供了新思路。

1 AR技术

AR（Augmented Reality，增强现实）技术是一种可以将现实环境与虚拟世界中的历史特征“无缝”融合的新型技术手段，也就是说可以把真实环境中的信息与虚构的历史事件真实地叠加到一起，或者同时发生在一个场景中。AR 技术可以把存在于真实世界中的在特定时间甚至是空间中人们很难感受到的信息（包括视觉信息、声音信息、味觉信息等）通过多媒体技术、传感器技术融合、场景融合、实时交互等科学技术，模拟后再进行叠加，将原本不存在的信息应用到现实环境中，使人类能够感受到，从而实现超越现实的主观感受[1]。

这种增强现实技术，既能把真实的信息呈现在现实中，又能同时呈现虚拟信息，两者相互补充、叠加。在可视增强现实技术中，使用者使用虚拟头盔，将现实与计算机图像进行多重组合，使其能够在虚拟现实中看到周围的真实世界[2]。

2 AR技术在教育教学中的应用

AR 技术在教学活动中的作用表现在能够将抽象的事物可视化、实现自然交互、对现实世界进行一定的补充等，为学生创设真实的教学情境[3]。AR技术能够将现实环境和虚拟信息结合起来，为学生提供身临其境的真实感受，教师要鼓励学生从多个角度进行探索[4]。

2.1 AR 技术在代数教学中的应用

四川省成都市郫都区第一中学进行相关教学实验，从高一和高三分别选择六人，教师在引入复数概念后，利用AR 技术来描述复平面与复矢量。学生用两张有记号的牌表示不同的复数，然后把它们的位置转换为两个复矢量，并给出复数的表示。通过移动两个记号的位置，可以看出不同的复数以及它们的加法和，学生可以自己归纳出它们的加法公式[5]。通过实际的使用效果可以看出，AR 技术的应用能够极大地激发学生对教学内容的热情，学生可以使用AR 技术来观察复数及其相关的运算，同时能够更好地了解和掌握复数的含义和实际应用，从而取得理想的教学效果。

2.2 基于AR 技术的校园导览系统

基于移动AR 技术和位置服务的校园导览系统主要实现的功能是实景导航、目标地查询以及文化导览[6]。导航系统以用户端的摄像头所看到的实时景象作为主界面，通过比较用户所处的位置和数据库中所有建筑预先存储的位置来确定该区域所有建筑的所有信息，利用AR 技术将信息呈现在使用者的界面上。目标查询功能作为一个针对实景导航的补充功能，用户可以在搜索栏输入特定的目的地，系统就会计算出各种距离、方位等信息并利用AR技术在真实场景中显示出来，用户可以获得更好的导览体验。文化导览功能是当使用者想要了解某个建筑的文化背景或者细节时，可以将客户端的摄像头朝向建筑物，系统会根据该功能找到对应的资料，并向该服务器发送一个请求，服务器从数据库中找到与之对应的内容并以3D 模型的方式呈现在用户的屏幕前，从而实现与现实情境的相互交融。研究实践表明：利用AR 技术能够使空间信息可视化，从而拓宽研究的框架，并为地理学科的发展指明新的方向。

2.3 基于AR 技术的磁场可视化

国外比较早地使用AR 技术展示可视化磁场，主要包括静态可视化电磁场和实时的可视化电磁场。Buchau 等人率先利用AR 技术对静态可视化电磁场进行尝试，将AR 技术用在电动力学的授课活动中，从而在三维空间中对电磁场进行计算并将结果展示给学生。但静态可视化电磁场仍然停留在静态的层面，AR 技术只是被当作一种媒体用来展示不能直接观察的事物。实时的可视化电磁场是由Matsutomo 等人设计的更好地利用AR 技术展示磁感线的图像。另外，他们还设计了一种可以进行互动的磁铁等仪器，可以让学生在电磁场中观察磁感线的分布和变化，利用摄像机实时捕获条形磁体，生成磁感线，并将其实时显示出来，学生可以通过手动进行操作，提高对物理的理解并掌握相关知识[7]。

这两个案例都是利用AR 技术进行模拟，让学生可以在没有理论知识作为指导的情况下进行学习。实验结果显示：使用AR 技术进行学习的学生对电磁场部分的学习优于未使用AR 技术的学生。利用AR 技术学习可以使学生高度投入其中，学生能够在学习过程中保持更好的专注程度。

3 利用AR技术升级信息技术课堂的探索

3.1 优化教学形式，增强教学效果

目前的信息技术课堂仍存在灌输式教学形式，对这种传统的教学形式，大部分学生只是机械地接受教师传授的知识，并不能做到真正地主动吸收知识。信息技术课程的知识具有一定的抽象性和复杂性，很多内容与实际操作有关，教师只是通过多媒体展示结合语言描述，学生很难对其理解和掌握，由此影响到学习效果。

AR 技术大部分采用的是声光影像技术，通过引入视频、图像等丰富的资源，可以用多种形式展示课程内容，当课堂需要无法直接呈现的教学情境时，可以采用搭建沉浸式场景的方式，让学生身临其境地体验课程情境，从而对其中隐藏的理论知识产生兴趣。同时，AR 技术有实时交互的特点，在信息技术教学过程中，可以通过网络技术和头盔显示器等技术，打破时空的局限性，使更多的学生参与互动交流。AR 技术具备传统教学方式所没有的思维构想性，可以构建与现实结合的虚拟环境，使学生在现实情境的基础上对事物产生更多的理解和感悟，进而扩展学生的体验范围。

如在讲授“人工智能及其应用”部分的内容时，为了达到更好的教学效果，增强学生对于这部分内容的理解，在应用部分利用AR 技术，能够通过事物所对应的全方位的立体模型，让学生真实地感受智能家居、智能制造、智能交通、智能安防等课堂无法直接呈现的授课内容，为学生创设直观的教学情境。这种教学方式相较于教师传统的结合书本中的图片使用语言描述，能够让学生产生更加深刻的认识，同时可以拉近学生与信息技术课堂之间的距离，提高教师的授课效率。

3.2 提升学生的参与感和专注度，建立良好的师生关系

信息技术课堂常用的是教学游戏这种类型的增强现实软件，能够加强学生的存在感，使学生的注意力更加集中，让他们沉浸其中。

首先，AR 技术为学生提供了一个空间，这样学生就会觉得自己与其他学生是处于同一位置的，学生之间能够进行即时交互，形成学生更容易接受的学习小组。

其次，AR 技术能够将虚拟的信息、学生和其他信息在一个真实存在的环境中融合起来。AR 技术作为沉浸式媒体，可以为学生提供各种及时的反馈，让学生产生一种身临其境的感受，但这其实是学生的一种真实主观感受，这种感受可以不断提醒学生使其处于专注状态[8]。

教师的授课方式以及教师的性格特点都会对学生学习信息技术课程产生一定的影响，教师要结合学生的心理发展趋势和兴趣爱好与学生保持较好的师生关系。学生并非学习机器，在学习过程中是极具感情的。对于没有形成独立思想和性格的学生，教师要加以引导；对于已经有独立思想和个性的学生，教师要给予学生足够的尊重，不能将自己的想法强加于学生身上。AR 技术作为一种新兴的技术，能够激起学生的探索欲望，从而拉近师生之间的距离。AR 设备也是教师亲近学生的重要设施。当可以让学生感受到自己的尊重和热情时，教师便能够更好地完成预设的教学任务，达到预想的教学效果，学生的学习也会变得更加高效。

3.3 创新教学内容，优化习题模式

教学内容来自教材，而教材来自实际生活，教师要善于发掘生活中关于信息技术的资讯，使学生在书本之外获得更多的知识，培养学生的信息素养。更重要的是改变传统的教学内容，使其变得更生动、更有趣，学生不是灌输式地接受知识，而是能够进行自我建构，从而达成知识内化。

物联网最常见的就是智慧家居，运用AR 技术为学生呈现智慧家居的构造，让智慧家居不再是教材上的图片，而是一个立体的全景家居。智慧家居主要指的是全屋互联，包括窗帘、电视、水壶、灯、烟雾报警器等所有设备，房主可以通过手机进行一键控制。目前，全屋设备互联并不常见，教师可以运用AR 演示为学生提供直观体验，让学生对其产生兴趣，从教师的描述、提问变为学生能够主动发掘问题。物联网的本质是其由各种传感器组成，对学生来讲稍有难度，但也是很好的扩展内容，对于学生计算思维的培养具有重要作用。只有信息技术课堂充满活力，学生才能全身心地参与课堂，从而不仅提升教学效率，而且学生的学习效果也会不断优化。

信息技术课程的课时安排少，学生对于信息技术学科并不重视，部分学生通过背题的方式通过考试，并没有真正了解信息技术这门课程，对知识缺乏意义建构，实践操作也是考后即忘，并不能达成培养学生信息素养、计算思维的目标。因为信息技术课程较少，教师在上课前进行内容回顾是必要的，有利于学生进行知识迁移。这就需要利用AR 技术为学生提供游戏模式的习题攻略，针对重难点进行合理操作演示，对学生错误多的习题进行收集且集中讲解，讲解时注意放慢速度，帮助学生理解并掌握知识点。

3.4 提升教师专业素养

作为一个随着科学技术不断发展需要不断进行创新的学科，信息技术课程改革日益趋向于要求学生具备简单的程序设计能力，教师也要针对学生的计算思维做好训练，为其他内容的学习打好基础。教师作为学生学习路上的引导者，同样需要拥有足够的知识储备，不只是包括信息技术学科的教学内容，还需要对其他方面的知识内容有所了解，这样在上课时讲授的内容就可以不被课本框住，学生的学习兴趣也会大大提高。

教师要通过不断提高专业技能为学生提供更好的帮助。专业技能是作为一名教师必须具备的基本能力。信息技术教师应持续接受并掌握最新的技术，不断进行观念更新，如人工智能、物联网等。学校要定期组织优秀教师就教学设计和教学方法等进行交流，针对教师专业技能进行考核，提升教师综合素养。教师要认识到信息技术学科的重要地位，信息技术课程无论是理论知识的学习，还是实践操作的锻炼，对学生都是有益的。适当使用AR 技术能够活跃信息技术课堂，这就需要学校对教师进行统一培训。教师对于学科的重视会让学生受到很大的影响，学生也会更加重视这门课的学习。

4 结束语

当前，AR 技术的相关设备价格过于昂贵，应用场景较少，并没有出现在大部分学校的信息技术课堂中[9]。但AR 技术具有远大的前景，推动AR 技术进入信息技术课堂，能有效地促进教师和学生快速成长。教师不仅要紧跟技术的变化，做好资源的及时更新工作，配好相关设备，更重要的是引导学生主动探索挖掘知识的重难点。教师也要提高专业素养，以便能够在信息技术课堂教学中合理安排使用AR 技术，做好AR 技术的推广工作，让AR 技术与信息技术课堂深度融合，从而不断提高教学质量。