中国知网论文检测样例–AR增强现实的特性以及教育潜力
发布时间：2017-08-22 点击率：0
计算机科学与教育技术领域的研究人员给予AR的定义多种多样。Milgram，Takemura，Utsumi和Kishino[1]通过广义和狭义两个维度定义了“增强现实”：广义上是指“增强自然反馈的操作与仿真的线索”；狭义上注重技术方面，认为AR是“虚拟现实的一种形式，其中参与者的头盔式显示器是透明的，能清楚地看到现实”。
也有学者根据其功能或特性来定义AR，例如，Azuma[2]认为，AR可以被定义为一个满足三个基本特征的系统：真实和虚拟的融合、实时交互、虚拟和真实物体在3D空间中的注册。在教育领域，尽管基于AR技术的虚拟学习环境是一个新生事物，但是它的某些特征符合教育理论上的一些观点。
比如：（1）行为主义认为学习是刺激—反应（S-R）联结公式，由刺激得到反应而完成学习[3]。在AR虚拟学习环境中，学习者与环境交互，而且能迅速得到反馈结果，并根据反馈结果决定下一步的操作，建立知识和反应之间的链接；（2）AR虚拟学习环境中包括丰富的建构工具包和表现场所，并强调学习者自己更多的控制，这样既符合皮亚杰“把实验室搬到课堂中去”的设想与实践[4]，又符合建构主义学习理论中关于“学习是一种真实情境的体验”的观点[5]
首先，AR通过让学生亲自接触3D模型来增强学习体验。AR能使学生利用3D模型来增强对现实情境的视觉感知能力[6]。学生能够通过多种不同的视角来观察3D模型，从而增强对现实事物的理解。Kerawalla，Luckin，Seljeflot和Woolard[7]演示过一个基于3D增强现实技术的天文学教学例子：老师和学生运用白板、投影、网络摄像头、增强现实空间和虚拟3D模型等教学用品来观察；同时，通过旋转虚拟3D地球来探究地球和太阳、白天和黑夜的关系。AR系统能够通过使用微粒、向量、符号等虚拟元素，让学习者用肉眼观察诸如气流或磁场这类抽象科学概念和难以观察到的现象。Fjeld和Voegtli[8]利用AR技术让学生选择化学元素来构成3D分子结构模型，还能够任意旋转分子模型。Clark，Dünser和Grasset[9]曾利用一个基于普通纸张、具有3D内容的图画薄，让孩子们观察到即时弹出的3D模型，以此将书中的内容形象化。磁场是看不见、摸不着但又是客观存在的，Cai，Chiang，Sun，Lin和Lee[10]选择初中物理中的磁场与磁感线作为教学内容，利用AR和Kinect设备，制作了体感教学软件将磁场可视化，并可由学习者通过手势与磁场进行实时自然交互。实证研究结果表明，采用这款基于增强现实的体感教学软件，能够很好的提升学生学习的效率和效果。这些增强现实的元素所产生的可视化效果，能够大大加强学生对抽象概念和不可见现象的感知。
（二）支持泛在环境下的情境式学习
在拥有移动设备、无线网络和本地注册技术的支持下，移动AR系统能够在真实环境中的电脑仿真技术、游戏、模型和虚拟物体的帮助下，使无处不在的合作式和情境式学习得到加强[11-12]。这个系统的特性包括便捷性、交互性、情境性、连通性以及个性化[13-14]。一些移动设备上的增强现实游戏就是基于支持课外学习而设计的，如，EnvironmentalDetectives[15-16]和MadCityMystery[17]。在EnvironmentalDetectives中，学生会利用一个平板电脑去实施侦测、收集特定地点的数据、分析和解读数据以及后根据各种关系得出结论。Squire和Klopfer[18]指出，让学生在真实空间中玩虚拟游戏，能够提升学生对环境的感知，能够促使他们结合所有环境因素做出明智的决定。
（三）提升学习者的存在感、直觉和专注度
Bronack[22]提到类似教学游戏和虚拟空间这种增强现实软件和其它沉浸式学习媒体，能够让学习者有某种存在感，能够增强他们的直觉，让他们专注其中。首先，AR能够给学习者一个特殊的空间，让他们感觉到跟其他人同处一个位置。这种存在感可加强学生对学习社区的认知[23]。其次，一个AR系统通过提供即时反馈和语音或非语音的提示来培养学生的直觉[24]。由于直觉对培养学习中的情感价值非常重要，而AR又恰恰能够将学习者、虚拟元素或信息以及某些特性在一个真实环境中融合到一块，所以，AR在培养学习者直觉方面有巨大潜力。后，像AR这样的沉浸式媒体，能够给学习者带来一种身临其境的感觉，而这种感觉也是一个人在综合而真实的体验中所拥有的主观感受[25]。Dede[26]也提到，沉浸式的环境能够使学习的内容变为真实中的问题和环境成为可能。
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