增强现实的教学媒体功能及选择模型分析

曹 知

（文山学院 信息科学学院，云南 文山 663099）

增强现实技术（Augmented Reality）作为虚拟现实技术的一种延伸，是将计算机产生的虚拟对象与真实世界结合起来，构造出虚实结合的虚拟空间[1]。增强现实技术具有虚实结合、实时交互、三维沉浸的特点[2]。增强现实技术在教学中有一定的应用前景，相较传统多媒体技术，它扩展了交互方式，增加教学形象性与直观性。

近几年有不少学者探讨增强现实技术的教育应用，CNKI数据（表1）反映出相关研究逐步升温的态势。从学科上来看，研究范畴较广，物理、数学、生物、地理、化学以及语言学习等学科均有涉及，同时在STEAM教育、创客教育等模式上也有一些研究。

表1 CNKI中“增强现实/AR”同时包含“教学/教育”主题检索结果

从绩效的角度来看，作为新兴的媒体技术，准确把握其媒体特征及功能，才能在不同情景的教学应用中发挥其优势。

1 增强现实的媒体特征

媒体特征的分析，可以从呈现力、重现力、传送能力、可控性、参与性等方面考虑[3]。

在呈现力、重现力、参与性方面，增强现实有其优势。呈现力上，增强现实在呈现事物的空间、时间、运动、颜色、声音等属性上的能力较强，能够较为全面的表征事物的运动状态与规律。重现力上，增强现实的模型和场景都是可以重复呈现的，甚至交互的过程也可以记录下来。参与性方面，增强现实具有较强的人机交互特性，作为教学媒体开展教学活动时，多感官和沉浸式的参与方式，使学习者可以在行为和情感上高度融入。增强现实所提供的极强的表现力和感染力，更容易促进学习者的身心投入，引起学习者注意，提高学习兴趣。

表2 增强现实的媒体特性

2 增强现实的媒体功能

“经验之塔”理论对于探讨增强现实的媒体功能和进行媒体选择具有一定的指导意义。

根据美国视听教育家埃德加·戴尔（Edger Dale）的理论，在教学中经验可以直接得到，也可以间接获得，经验按照其抽象程度，可以分为三大类十个层级，称为“经验之塔”（Cone of Experience）。抽象的经验位于塔顶端，做的经验位于塔底层，而处于中间层的媒体弥合着抽象经验与做的经验之间的鸿沟。

新的媒体出现之后，在教学领域往往较晚得到普及，增强现实目前已经具备了一些普及的条件，相关的软硬件正在不断发展。作为新兴的教学媒体，增强现实在“经验之塔”中的地位值得探讨。

增强现实在“经验之塔”中的地位问题，涉及“经验之塔”理论的演进。石长征、许坦等人探讨过计算机在“经验之塔”中的位置问题，认为国内的改进方式有三类[4]，一是植入说，二是夹层说，三是重构说。植入说和夹层说都是在原框架上的修补更新，而重构说是对“经验之塔”的再造。增强现实与计算机相比，它的媒体属性更加丰富，如果使用重构方式进行划分，产生的新问题可能会影响理论的权威性和实践指导价值。“经验之塔”理论是在20世纪40年代发表的，之所以弥久不衰，一个重要的因素是其易用性和普适性。从这个角度出发，保留经验之塔的原有框架不失为一种具有实际意义的方式。

增强现实置入“经验之塔”哪一层较为合适？“经验之塔”理论按抽象程度进行分类，认为媒体处在“观察的经验”层次，提供替代性的经验。增强现实的媒体本质也决定了其应属“观察的经验”这一大类。张燕翔等人通过实验实证发现，与实物模型教学媒体相比，增强现实教学媒体在“做的经验”上得分稍低，但是在“观察的经验”和“抽象的经验”上略高[5]，这说明将增强现实划入“观察的经验”这一层并没有与原有的理论框架冲突。具体到层级，除了考虑提供的经验的具体程度，还应考虑操作难度、成本等方面。增强现实的集成性、交互性、沉浸性特征，使其能提供更为具体的经验，比“电影、电视”更能刺激感官通道。综合考虑，增强现实应置入“电影、电视”与“参观展览”之间。这一划分对教学中的媒体选择具有重要意义。

图1 “增强现实”在“经验之塔”中的位置

3 增强现实的教学媒体选择模型

一些学者基于不同的角度提出过媒体选择模型。冯晓英等人基于远程教育环境提出了围绕技术、教学、实现三个维度的模型[6]。石长征等人结合“经验之塔”与其提出的“体验之塔”，给出了一个嵌套型的选择模型，力求搭建一种不受媒体发展影响的可持续发展框架[4]。本文倾向于从绩效的角度考虑媒体选择，采用K.Lonigo提出的教学媒体选择模型，主要考虑学习类型、成本、效能等因素[3]。

3.1 学习类型

根据教学目标而确定的学习行为可以分为五个类型：学习事实性信息；学习对多种事物的识别能力；学习抽象的原理、概念、法则；学习解决某种问题的程序与方法；学习操作性技巧。

3.2 成本

成本包含费用、人力、时间等方面。目前增强现实在媒体制作成本上低于电影和计算机辅助教学，成本花费趋近于中等水平（M）。成本主要集中在资源的制作、设备费用上，得益于手持式设备的普及和软件资源的商业化开发，近两年使用成本已有所降低。

3.3 效能

媒体的效能用三个等级表示：高效能（HP）、局部效能（MP）、低效能（LP）。效能级别越高，说明越能迅速、准确、有效的完成教学任务。针对不同学习类型，同一媒体会有不同的效能。与传统电子媒体不同的是，增强现实在学习操作性技能时，由于其虚拟与现实的混合特征，可以达到较高的效能（HP）。波音公司较早尝试将增强现实技术用于飞机装配上[7]，提高了飞机线缆的布线效率，降低了错误率。增强现实在职业技能培训、医学、工程教育等方面的操作技能学习上也有较大的应用潜力[8]。

在常用于教学的媒体中，静止图片、配音幻灯这两种媒体综合效能及能效比均较高，可以作为参照。成本上，静止图片的制作成本相对较低（L），配音幻灯的成本处于低到中水平（L-M）；效能上，静止图片在五种学习类型中的效能分别为MP-HPMP-MP-LP（按3.1中出现先后排序），配音幻灯分别为MP-HP-MP-HP-LP[3]。综合考虑学习类型、成本、效能，将各项指标形象化展示，可以得出增强现实的媒体选择范围模型（图2）。

图2 增强现实媒体选择范围图

通过对比发现：这三种媒体中，增强现实在学习操作性技能时是最优的；由于当前的成本因素，在其他学习类型中增强现实并不是最优媒体。

4 结语

与传统电子媒体相比，增强现实与虚拟现实都在沉浸感、交互性方面具有优势，但增强现实的虚实结合特点，使其在教学应用中有更广泛的前景。根据增强现实的媒体本质，可以将其划分在“经验之塔”中“观察的经验”类别，为学习提供替代性的经验。尤其是在操作性技能经验的获得上，增强现实是较优的选择。

安东尼·贝茨认为不存在面面俱到的“超级媒体”，但有适合某一教学目标的较优媒体[3]。尽管增强现实在呈现力、重现力、参与性等方面有显著优势，但综合分析当前成本和效能，在进行教学媒体选择时，增强现实并非不同学习类型下的普适最优解。