悦趣多-基于增强现实技术高中通用技术创新教育平台

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1、悦趣多:基于增强现实技术高中通用技术创新教育平台　　[摘要]越来越多的高中尝试把增强现实（AugmentedReality，简称AR）技术引入高中通用技术创新设计课程，从而提高教学质量和学生作品的创新力。然而由于教师资源、相关教学设备以及高中生缺乏编程能力的限制，大部分中国高中没有能力建立引入AR的通用技术课程。为了解决这个问题，笔者基于JohnKeller的ARCS动机激发模型，利用AR交互技术和动态编译技术设计实现了名为“悦趣多”的教学辅助系统。在这个平台上学生既可以学习AR技术的基本原理，亲身感受AR应用的特点，也可以在不懂编程技术的情况下

2、实现自己的AR创新设计。在人大附中进行试点教学，并利用学习动机调查问卷和创意产品语义量表评估了教学效果，结果显示“悦趣多”作为创新教育平台能很好地促进学生对于AR技术基本原理的学习，提高学生作品的创新力。[关键词]增强现实；教育技术；计算机辅助教学；辅助设计[中图分类号]G434[文献标志码]A[作者简介]魏小东（1984—），男，甘肃兰州人。博士，主要从事人机交互技术在教育应用中的研究。E-mail：wxd1633@163.com。14一、引言《普通高中通用技术课程标准》提出的课程目标是：“以基础的、宽泛的、与学生日常生活联系紧密的技术内容为载

3、体，以进一步提高学生的技术素养、促进学生全面而富有个性的发展为目标。”其核心思想就是提高学生的技术素养和创新力，包括通用技术的基本知识和基本技能，技术及其设计的一般思想和方法，运用技术原理解决实际问题的能力和终身进行技术学习的能力，还包括正确的技术观，技术创新意识，负责、安全地使用技术的行为习惯以及对技术文化的理解、评价及选择能力[1][2]。根据通用技术课程目标，越来越多的高中希望引进目前流行的新技术和新教学思路来改善高中通用技术教学效果，提高学生设计作品的创新力。增强现实（AugmentedReality，简称AR）技术，是在虚拟现实的基础上

4、发展起来的新技术，也被称之为混合现实，是指通过将计算机生成的虚拟场景、文字注释等信息实时、精确地叠加到使用者所观察到的真实世界景象中，对人的视觉系统进行延伸和扩充的一种技术[3][4]。目前也已经出现了流行的科技产品，如Google14Glass，是由谷歌公司于2012年4月发布的一款增强现实眼镜[5]。AR技术应用于教育教学也慢慢成为了一个研究趋势，如立体书籍、操作技能培训、AR教育游戏，残障人群学习等[6][7]。科技创新教育走在前列的人大附中已经将AR技术教学纳入到了通用技术教学的必修课中，主要培养学生AR应用创新实现能力，借此使学生明确一

5、个通用的、完整的设计过程，学会与技术有关的各种实现途径和方法。但由于AR技术教师资源和AR教学设备的限制，在课程实施过程中出现了两方面的问题。1.人大附中为了让学生更好地设计实现AR应用，需要给学生讲解基本的AR原理。但在这一教学阶段，采用普通的教学方式，极大地降低了学生的参与性。在通用技术课堂中，学生更喜欢动手参与，仅仅通过教师讲解比较难理解的AR技术，无疑大大降低了学生的学习兴趣。再加上AR技术教师短缺，这种情况无疑加重了教师的教学负担。2.AR应用是真实场景和虚拟物体的叠加，人大附中开设的AR技术课程要求学生在摄像头采集的真实场景上叠加3D

6、模型，因此开设了3D建模软件使用课程。学生设计完自己的AR应用后，先制作需要叠加的3D模型，然后在教师的帮助下完成模型和场景的叠加。由于大部分的学生并没有编程经验，3D模型和真实场景的叠加工作全部落在教师的身上，这使得教师的工作负担过于繁重，并且极大地降低了学生创作的灵活性。为了解决以上问题，笔者设计实现了“悦趣多”教学辅助系统。二、基于ARCS模型的系统设计14为了提高学生学习AR技术的积极性，增强学生设计作品的创新力，减少代课教师的教学负担，让“悦趣多”科学并有效地应用于高中通用技术课程，我们引入了美国心理学家JohnKeller提出了ARC

7、S动机激发模型。Keller认为影响学生学习动机的因素有四类：注意（Attention）、关联（Relevance）、自信（Confidence）、满足（Satisfaction），简称ARCS动机激发模型（ARCS模型）[8][9][10]。该模型说明，为了激发学生的学习动机，首先要引起学生对一项学习任务或学习目的的注意和兴趣；其次，使学生理解完成这项学习任务与自己密切相关；再次，对学生进行鼓励，逐渐培养和建立他对完成学习任务的信心；最后，让学生产生完成学习任务后的满足感。因此在设计“悦趣多”教学辅助系统的功能时结合ARCS动机激励模型，始终以

8、激发学生学习动机，提高学生学习的自信心和自主性以及提高该课程的教学效果为目标。（一）使用AR技术作为交互方式引起学生的注意14根据ARC