AR学具在高校课程中的应用,本文是关于应用研究相关学士学位论文范文和应用研究和高校课程和课程方面论文如何写.
应用研究论文参考文献：
中图分类号：G434
文献标识码：A
D01:10.16871/j.cn¨kjwha．2018.07.002
摘 要当今高等教育中的课程,将知识点和操作技巧进行更加直观的展示是该类课程在当前阶段的需求.作者将以虚拟现实技术(Augmented Reality, AR)制作的学具与高校实践课结合,针对高等教育实践课程,设计了实验方案并进行测试,然后将教学效果进行了汇总和对比,最后得出结论并肯定了增强现实学具在高校课程中的应用潜力.该结论在高校课程教育研究中有一定的参考价值.
关键词虚拟现实教学实验学具
The Application of AR Learning Aids in the Courses ofHigher Education,, Jiang Zihao
Abstract The courses in colleges and universities are importantin higher education. Whether or not it is more intuitive to displayoperational details is the demand of this kind of courses in thecurrent stage. We will combine the AR learning aids and thepractice teaching. The experimental plan is designed and tested,and the teaching effect is summarized and contrasted. Finally, theconclusion is drawn, which confirms the potentiality of augment-ed reality in the courses. The conclusion has some reference val-ue in the research of curriculum education of colleges and uni-versities.
Key words Augmented Reality Technology;teaching experiment;learning aids
1 AR的教育背景
随着信息技术的发展,有越来越多的新技术应用在了教育中,通过信息技术的辅助,人们在教育中有了不少突破.
增强现实是虚拟现实技术的一种.增强现实技术基于计算机图形学等学科,它通过实时的计算使用者当前的方向和位置,将虚拟的信息定位到使用者针对真实世界的视野中去,以达到对真实视图中的某些物体进行“增强”这样的视觉效果,让使用者在增强现实世界中感受到了超越现实的体验“].通过增强现实辅助教学,可以减少传统教育中知识细节的传播损耗,提升了教学质量.
1966年Ivan Sutherland研发了目前公认的第一版基于增强现实技术的系统[2]_Sword of Damocles,1992年Tom Caudell和Did Mizell在论文[”《,Augmentedreality: an application of heads-up display technology to manual manufacturing processes》 中第一次提出了“Augmented Reality”(增强现实,简称AR)这个词汇,他们认为这种技术是通过虚拟物体来对现实物体进行的“增强”.Burdea G和Coiffet P在他们的著作《Virtual Reality Systems and Applications》提出了包括增强现实在内的虚拟现实技术具有“31”特性‘4],即Interactivity、Immersion和Imagination.
新媒体联盟[5,6]自2011 年开始,就在地平线报告中将增强现实技术作为重点关注的技术之一,地平线自2015 年来连续几年都提出该技术会对教育产生重大影响,并在近年的每一次报告*绍增强现实技术对教育的影响趋势,其中,渐渐地将“Simple Augmented Reality”替换为了“AugmentedReality”,该变化表明增强现实技术已经渐渐走向成熟,并且较为成熟的应用已经出现在了教育领域的某些方面.
2 AR 学具应用于教育的相关例子
学具是辅助学习者进行学习的一种工具,其可以应用在教学过程中和教学前后准备时间段,可以对学习者知识的把握、学习者技能的训练起到辅助作用.AR 学具即将虚拟现实技术应用在学具上,使得学具借助虚拟现实技术起到更好的对学习者的辅助作用.
最早将虚拟现实学具应用于教学的是Billinghurst[7],它制作了一本名为“MagicBook”的AR 学具,读者带上一个特殊的眼镜后,可以在Magic Book 上看到虚拟的3D 人物、物体和动画,这种做法丰富了书本的内容,增加了读书的趣味性.
蔡苏、张晗等教育研究者于2010 年提出了增强现实学习环境的构想[8,9],并出版了“未来之书”,书中选取了物理学科中的单摆、牛顿定律等实验制作成AR 学具.蔡苏等人通过制作凸透镜成像的AR 学具演示水分子、金刚石的分子构成,并应用于八年级学生的物理课和化学课中,证明了学生使用AR 技术制作的实验辅助学习更加容易掌握实验中的知识点.
另外,便携的移动AR 学具可以用于某些非常规教学环境、户外等,用户可以使用手机等移动设备与外界环境交互,完成学习任务.Furió D、Gonzalez-Gancedo S、Juan M C 等于2013年开发了针对旅游景点等知识学习的一系列增强现实学具[10],帮助学生更方便地记忆景点的场景细节、故事等.
3 AR 学具在高校实践课程的应用优势
在我国的高校中,课程类型分为理论课和实践课等,理论课的教学目的为使学生掌握理论的概念和逻辑,实践课的教学目的为使学生验证理论知识的内容,并将知识提升为技能,并掌握研究和创新的方法[11].
这些课程以传统教学方法开展存在一些无法解决的问题,如：某些理论课程中的某些知识点,教师无法用语言来更好地描述它,无法使学生很好地理解；某些实践型课程受实践环境的影响,老师无法一一给学生展示实践过程,或者学生无法通过实践环境进行真实的实践学习.
AR 学具在解决上述问题方面有一定优势,AR 学具通过增强现实技术,具有强大的模拟效果和展示能力,让学生在真实环境中“沉浸”入模拟的学习环境,提升学习效果.而且一些简单的AR 学具可以在手机上通过App 来实现,便于随时学习.
4 本文使用的AR 学具的介绍
针对实验,本文作者基于Unity[13]和Vuforia 软件环境开发了一些增强现实学具,其结构如图1 所示.用户可以通过该学具的设备（AR 眼镜或者手机）辅助相应课程的学习.该学具利用了摄像头中的现实场景,然后通过特殊的具有特征点的标记对虚拟信息呈现的位置进行空间注册,最后将叠加到现实场景中.
5 AR学具应用方案设计
为验证AR 学具对实践型课程的辅助效果,作者设计了将AR 学具应用于实践课教学的实验方案.由于实验的实训课程内容为信息和网络,实验对象是理科专业学生,因此在实验方案的设计中融入了STEAM和SPOC的一些教学理念[14],设计的教学实验方案如表1所示.
6 教学实验的实施
作者将教学方案实施于两个实验中,实验一的课程为“工业以太网的组建”,实验二的课程为“计算机网络技术”.
“工业以太网的组建”课程内容为以太网络的组建,其操作过程步骤复杂,教师无法在狭小的实验空间中一一给学生演示操作步骤,而使用该学具可以解决此问题,让学生通过观看AR 动画查看操作细节.作者使用该学具对其中一组学生进行了实验,学生在实训室中首先使用手机查看实训手册,然后通过手机中显示的AR 3D 动画复习课程原理和操作要点,如图2 所示.最后通过手机中的AR 操作游戏进行模拟练习.
作者将基于RealSeer dk1 眼镜的实训教具系统应用于“计算机网络技术”课程实验的实训教学环节,在实验中,首先学生佩戴RearSeer 眼镜并使镜片调至合适的位置,然后手握操作工具并将之移动到眼镜的视野中,教具系统识别工具后,将3D 教学动画经过畸变处理后显示在RearSeer眼镜的镜片上,如图3 和图4 所示.观察学习后,学生可以将RealSeer眼镜上的镜片上推,进行真实的操作练习.
7 实验结果分析
两次实验均采用了比较法,将学生分为两组,一组使用传统的方式进行教学,另一组使用AR 学具辅助教学,教学结束后在现场进行考试,考试结果如表2 和表3 所示.
两次实验均在考试后发放了调查问卷,共回收有效问卷92 份,有效回收率为95.8%,调查结果表明,学生们对使用AR技术的教学方式很感兴趣,学习满意度很高.
8 总结
通过上述的实验表明,通过设计一些较好的教学方案,AR 可以在高校课程的教学中起到很好的辅助效果[15],解决一些传统教学方式无法解决的问题.
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