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AR在高校创客教育中的应用

随着图形计算、数据传输、可穿戴显示、人机接口等周边技术的不断发展,增强现实(Augmented Reality,以下简称 “AR”)的相关技术及应用日趋完善。AR通过软硬件人机交互通道,从视觉、听觉、运动、触觉、味觉、嗅觉等方面建立一套感官刺激,与现实世界的感官融合,在现实世界中延伸出新的交互环境。此外,区别于虚拟现实,AR更强调虚拟世界与现实世界信息的融合,并实时动态更新,能够极大扩展现实环境交互中,操作者所接收的信息。基于这一特点,在很多创客实践教学中的场景中,AR在提高学习质量方面,都具有极大的潜力。

一、增强现实及其在高校创客教育中的应用

针对一些具有较高成本、对条件保障有较高要求、高危险性、不可及等特点的设备、实验、系统等教学场景,AR技术提供了一种接近真实、便捷的教学方式。近年来盛行的创客运动,一方面在推动AR相关交互展示技术和内容制作的发展,另一方面从AR技术的快速发展中受益。高校创客教育,以学生为主体,以项目为导向,其教学内容的来源,具有跨学科、跨地域、形式多样等特性。借助AR技术,可以将不同地点的教学内容或研究开发对象,进行异地实时交互呈现,实现协同设计、协同开发,甚至协同生产。

AR技术与创客教育真正的融合,则需要从学习过程全生命周期,以系统观角度进行研究和设计。与商业、娱乐应用不同,AR的教育应用设计,需要遵循教学活动设计的基本原则,其目标是提高综合教学成效,而不仅仅局限于提高师生互动,或是增强课堂参与度等某几个方面。笔者试图从培养目标、成效度量、师资、教学设施等角度,分析AR在高校创客教学中应用的机遇与挑战。

二、增强现实应用于创客教育中的意义及设计要素

(一)结合不同培养目标进行AR应用决策

培养学生在知识、能力、素养等方面所达到的目标,是决定教学活动中是否以及如何应用AR技术的要素。不同教学活动在三个方面的侧重,是AR教学内容设计的主要依据。在知识层面,学习过程的目标是对一套知识体系的掌握,以及若干知识点的记忆。

根据这个目标设定的学习大纲,是为学习过程制定的 “合约”,因此也定义了AR教学的内容合约。AR场景中出现的知识点,在展示时长、展示方式、内容准确性、出现顺序等方面,应遵循教学内容设计合约,并有利于学生掌握知识,利用AR交互多感官联动的特点,促进长期知识记忆的形成。

此外,随着移动互联网的普及,以及数据压缩技术的提升,借助AR搭建虚拟实验室,由个人移动终端进行接入,可以让学生在课堂之外浏览课程内容,这非常有助于课堂之外学生进行自主学习。

(二)AR与成效度量方法的结合

创客教育中学习成效的度量,强调过程度量与结果度量并重。而AR教学内容中设置阶段性考核点,并在内容制作时,定义好过程度量的数据采集格式,有利于分析掌握学生的学习进度,更好地实时度量学习成效。借助AR等信息化手段进行教学的优势在于,教学过程可以更便捷地设定考核点,且过程数据多为结构化数据,便于后续分析。AR交互场景中,可以将创客任务分解为多个阶段的子任务,并设置不同维度的度量点。在团队协作中,也可以结合AR场景的实时交互性和信息叠加特点,有针对性地设置团队成员间一定信息的共享,例如考察其他团队成员的状态等,不仅让教学者能够实时了解学习进程,更促进学习者同侪之间的交流。

(三)师资建设

AR技术的应用,涉及信息技术、心理学、人机交互等多个学科,设计优秀的AR教学内容,不仅需要对学习过程的准确把握,还需要具备上述知识技能的专业人员配合。在AR内容设计环节,教学设计者与AR专业工程师配合,根据教学内容重点,设计AR交互。这一过程需要教学设计者梳理学习过程的各个环节,有助于教学内容质量的提升。此外,教学设计者也需掌握AR的基本原理和制作方法,从而更好地组织教学内容,以充分发挥AR交互提升学习成效的作用,并设计出利用AR特长进行学习评估的方法。

(四)AR教学设施

AR在各个领域都具有广泛的应用前景。在教育领域,针对科学、技术、工程等方面的教学内容与实践活动在日益增加。AR技术,在电子化教学基础设施和校园网络设施逐步完善的前提下,能够很快进行部署。创客教学过程中,以项目为导向,同时由于AR场景涉及虚拟与现实信息叠加融合,这种个人使用模式,要求AR设备应按照课堂学生数量进行规划。

AR内容可以采用在线云端数据作为主要来源,对于具有独特学科背景或技术领域、或将课程内容建设列入创客教育发展规划的学校机构,则可以在本地建设私有云服务,从内容制作开始提供本地资源,缩短制作周期。

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