(二)基于位置的 AR 教学方式。
在强调学生和物理环境相互作用方面, 移动 AR技术最具代表性。 它可以充分利用移动技术的优势,通过移动设备的地理定位系统(如 GPS)跟踪学习者的位置[15]. 当学习者到达某个确切的地点,教学方案相应地开展。 实时感知学生的空间位置的教学方式的一个潜在的好处是给学生带来真实感。 学生会觉得参加的教学活动是植根于“现实”的。 此外,熟悉的真实环境也有助于他们作出符合实际的明智决策,比如环境问题的教学中,最直接有力的教学方式是让学生自己动手采集不同位置的第一手资料, 然后再做出作策。
(三)基于学习任务的 AR 教学方式这一大类又可分为三个小类: 以游戏为基础,以问题为基础和以工作室为基础。 由于任务的多种多样,这些方法的实施并不一定依赖于某一种特定的单一 AR 技术。
基于游戏的学习应用在目前最受欢迎。 游戏可以被定义为“在数字设备上创建一个现实世界与虚拟世界相融合的背景层的支持”,然后嵌入领地争夺、极限挑战、角色扮演等一系列的任务,它很好地刺激了参与者的好胜心和好奇心,具有很强的娱乐性。 例如,在AR 游戏 “爆发 @ 研究所 ”(
Outbreak@The Institute)中,学生扮演医疗技术人员、医生、护士和公共卫生专家等,协同工作以防止传染病的进一步蔓延。 通过与虚拟人物的互动,学生可以收集信息,并通过嵌入在系统中的真实资源和工具来获取虚拟数据[16].
以问题为基础的任务型教学模式长于促进自主学习,自我激励,培养独立解决问题的能力和知识迁移应用能力。 它与游戏学习可以很好地融合。 例如在 AR游戏应用的不同阶段,设置循序渐进的任务型学习模块,打破学习和游戏的边界,让学习任务不再枯燥与沉重,在生动活泼中不知不觉掌握知识,提升能力。
工作室为基础的学习应用强调学习的任务导向,并侧重于设计和制作,其基本理念是将学生培养成设计师。 这种方法大多是基于开放性主题的项目式开发,例如使用移动设备发现和研究社区问题,然后围绕选定的主题设计基于 GPS 系统的 AR 游戏。
四、AR 应用面临的问题、对教育基本理念的冲击及发展方向。
(一)AR 应用面临的问题。
正如许多其他的新兴技术一样,AR 在提供了新的可能性的同时,也带来了挑战。 我们通过文献分析,将从技术、教学和学习三个方面梳理这些问题。
1. 技术问题。
一套 AR 设备通常包括头戴式显示器和/或辅助的计算机设备,烦琐和昂贵的设计会造成不适和觉知浅化等问题。 为了避免这些问题,目前的 AR 系统降低了眩晕感,并努力增强沉浸感和存在感。 然而,这些系统一般都集成了多种硬件和软件设备,导致设备之间的接口众多,一个设备的信息传输到另一个上并不十分流畅并有延迟。 此外,所使用的设备越多,故障的风险越大。 如何保持多台设备的高兼容性与稳定性就成为关键问题。 此外,GPS 系统不精确甚至错误的定位会给师生带来挫败感,但幸运的是,设备的兼容性和稳定性可以由快速发展的无线移动技术解决。平板电脑和智能手机的 CPU 越来越快,内存和硬盘容量也越来越大。 可以肯定的是,AR 系统的技术问题将随着智能手机和穿戴式设备的成熟逐步得以解决。
2. 教学问题。
在教学实施中,虚拟与现实的平衡并不那么容易做到。比如 AR 系统中 GPS 定位系统可以深入推进学生的情境化学习,但是是否所有活动都要去户外的实地情境中调研呢? 如果这样,将耗费大量时间和交通成本。 幸运的是,AR 自身的虚拟创造性、生成增强性也同时可以帮助学生给自己熟悉的地点位置设计新的内涵,在身边的环境中找到替代。 Timelab 2100 就是赋予实际情境以可移植性。 可见,在实地调研和虚拟学习两方面,AR 都可实施,但二者的应用需要认真平衡。 正如 Klopfer 和 Squire 指出的,真实现实和虚拟现实之间的信息如何分发和交互,又如何协调学生为学习主体的个性化体验式学习与教师为引导中心的引领归纳式教学的关系,这需要教育工作者运用丰富的实践经验和科学的教育实施理论来调和这种冲突。
另一个问题是教学内容的僵化。 在一些 AR 系统中,教学内容和顺序是固定的,教师不能根据学生的需求灵活地改变。 虽然很多教师已经体会到课堂上运用 AR 系统的巨大优势, 但他们也反应 AR 中的内容难以调整和控制[17]. 对于这个问题,Kerawall 等人的研究建议通过增强软件平台的开放性和授权工具的使用来解决,进一步增强个性化设置,让教师和学生有权在软件平台上修改和创建适合自己的 AR 作品,以满足不同学生的需求[18].
3. 学习问题。
AR 提供的信息量过大, 还需要同时驾驭多种设备,完成复杂的任务,容易让学生认知超载,让他们手忙脚乱、不知所措。 学生不得不处理不熟悉的技术以及复杂的任务,比如空间导航、互动协作、技术操作和数量估算。 Kerawalla 研究表明,学生在 AR 环境遇到挑战的原因之一就在于缺乏这些基本的技能。 尤其是小学生或新手。 信息过载、多种技术设备的烦琐操作、任务复杂,均会导致 AR 环境中的认知负荷超过他们的承受能力。
此外,这种现实与虚拟交融的混合现实可能导致学生产生困惑。 Klopfer 的研究中,一些学生迷失在游戏中,难以回到现实世界[19].这虽然证明了 AR 良好的逼真性, 但忽略了真实的环境可能无法高效地学习,并对学生的人身安全和精神健康造成威胁。 因此,需要增强 AR 平台的易用性, 操作起来更加简易流畅,特别要设置提醒回到现实的操作。
(二)AR 对教育基本理念的冲击及发展方向。