AR增强现实技术在职业教育数字化教材开发中的应用研究
李绍良，姜灵美，任建峰
（鄂尔多斯职业学院，内蒙古 鄂尔多斯）
摘 要： 高等职业教育在内涵建设过程中，优质的教材建设是必不可少的重要环节，而已经出版的符合高职教育特点的教材，存在教学资源形式单一，无法与学生形成良好互动等缺点，最终使教学无法达到预期效果。使用AR增强现实技术与教材中的教学资源相结合，设计出教学资源三维立体认知、教育互动游戏等多种形式的移动AR教学软件，使学生在学习教材的同时进行纸数互动学习，提高学生学习兴趣和学习效果。
关键词： 高职教材；AR增强现实；虚实结合
随着职业教育改革的推进，职业教育的内涵建设朝着微观、具体活动发展，并且与工作过程的衔接更加紧密，教材作为职业教育改革实施的载体，在人才培养过程中发挥着重要作用。现今已出版的理实一体项目化教材数量不少，部分学校虽然使用了这样的教材，却因实训设备却达不到教材要求，使得教材的教学改革效果没有完全发挥出来。运用AR技术与教材中的教学资源相结合，模拟教材中设备使用的工艺流程及操作、维护等工作过程，能够使职业教育教学改革发挥出更大的效果和作用。
一 AR增强现实技术简介
增强现实（Augmented Reality，简称 AR）技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的技术，用计算机实时产生三维信息来增强人对真实世界的感知。AR技术奖虚拟对象准确的“放置”在真实环境中，让使用者处于一种融合环境中，使用者所感知到的只是一个真实和虚拟相融合的唯一存在的世界，并能与之交互。它主要有三个特点：虚实融合；实时交互性；三维跟踪（即三维空间中定位增添虚拟物体）[1]。
这种基于现实世界、由虚拟数据增强的交互技术，为人们实现了更好的方式来展示学习内容，用相对更贴切的交互方式为学习者搭建一个自主探索的空间。这对于抽象内容的展示，是很有启发意义的。正是由于增强现实的这些特点，使得它在教育领域具有很大的发展潜力与机遇。
二 AR技术在职业教育数字化教材建设中的应用
近几年来，职业教育数字化教材出版数量呈上升趋势，而现有大部分的数字化教材只是把教师制作的课件、视频、试题等教学资源制作成相应的二维码链接，学生通过手机扫二维码获得相应学习资源，这种数字化资源在应用层面有一定的局限性：缺乏互动性，学生只能被动接受信息，限制了学生的学习积极性和学习效果。运用AR增强现实技术把教材中的教学资源通过移动终端显示出来，赋予教材互动性和娱乐性。本文从以下几个方面阐述AR增强现实技术在数字化教材中应用的优势。
（一）立体直观提高学生空间想象能力
在《机械基础》、《机械制图及CAD》等机械类课程中，普通的纸质教材只能提供二维图片供学生学习，而空间想象能力欠缺的学生在处理零部件的空间位置及运动关系时就会遇到困难，运用AR增强现实技术识别教材中的零部件及设备图片，并在移动端显示出三维模型及动画，通过旋转教材图片可以从各个角度观察设备及零件运动方式，降低学生学习难度[3]。
（二）虚实结合促进学生职业技能形成
对于一些操作流程多，学生容易造成操作失误的实训类课程，如《汽车检测与维修》、《化工单元操作》、《采掘机械及液压传动》等，如果学生一旦操作失误，容易造成人身伤害或设备损坏。把AR识别技术应用到学生实操过程中，学生通过佩戴AR眼镜，把设备操作步骤和流程叠加显示在所要操作设备的各部分上，指导学生进行操作训练，减少操作失误带来的损失[6]。
对于一些基础理论多，学起来枯燥无味，无法激起学生学习兴趣的课程，可以把课程教材中一些不易理解记忆的知识点，通过AR场景互动游戏的形式再现出来，提高学生学习兴趣[5]。例如《应用数学》中把导数微积分的知识点设计成通过拼图计算地图面积的互动游戏，让学生在拼图游戏的过程中理解导数和微积分理论内涵；《大学英语》中通过3D场景对话游戏来训练学生英语交际能力等[1]。
（三）互动游戏化提高学生参与积极性
一个有意思的问题来了。既然理性与知识阶层或智识群体的必然性关系不仅为犹太教所有，但为何唯独只有犹太教的智识阶层能将自己的理念、理性贯彻到底？而所有其他文明的智识阶层都没有能将自己的理念、理性贯彻到底？或者说，为何唯独只有犹太教的智识阶层能将自己的理念、理性贯彻到整个社会的底层？而所有其他文明的智识阶层都没有能将自己的理念、理性贯彻到整个社会的底层？简单地说，为何其他文明的理性都具有“半吊子”的特点呢？
Unity3D是由Unity Technologies开发的一个轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎[4]。该引擎通过附加相应EasyAR SDK插件可以用来开发AR增强现实应用[2]。
三 移动AR增强现实软件的设计开发
（一）选择AR增强现实开发工具
EasyAR支持使用平面目标的AR，支持1000个以上本地目标的流畅加载和识别，支持基于硬解码的视频（包括透明视频和流媒体）的播放，支持二维码识别，支持多目标同时跟踪。EasyAR支持PC和移动设备等多个平台，EasyAR不会显示水印，也没有识别次数限制[7]。
（二）选择AR增强现实软件开发环境
各换热器间的热力计算都是通过先假定换热器温度，然后进行计算，最终通过换热器吸热量与烟气对流传热量之间差是否不超过吸热量的±2%进行校核，若满足则计算结果有效。
（三）AR增强现实软件开发过程
将 EasyAR SDK 导 入 unity 3D 引 擎 中， 把3Dmax建模形成的各种设备模型（如图1）和教材中的设备图片导入unity引擎中，在Easy AR开发工具中把各种设备图片设置成识别目标图片，然后把设备模型与目标图片进行识别匹配设置（如图2），之后在Unity3D引擎中编译为安卓或IOS平台下的App，最后在手机或平板电脑中安装编译生成的App，把镜头对准教材上面相应的图片就可以在图片上识别出相应设备的三维画面，如图3所示。AR增强现实软件具体开发流程如图4所示。
唐玉烟不由感慨道：“大自然优胜劣汰的生存法则，有时候真的很令人敬畏。”想了想，又道，“其实，这种法则无处不在，只是以不同的形式表现着。以我唐门而言，每年也会进行类似的试炼。在八台山飞龙峡中，设立着一处最为残酷的‘琢磨大阵’，所谓‘玉不琢、不成器’，唐门年满十四岁的男子，都要进入此阵接受试炼。他们要闯过一道道严酷的阵法机关，要面对峡谷密林中各种各样的猛兽毒物，甚至还要防备其他受试者的猎杀。他们九死一生地杀出重围，才可成为一名真正的唐门弟子。”
图1 在3Dmax中对煤矿设备进行建模
图2 在Unity3D中应用EasyAR插件对模型与目标图片进行匹配
图3 拍摄教材上的图片识别出三维模型
图4 AR软件具体开发流程
四 AR技术在职业教育数字化教材建设中应用展望
综上所述，AR增强现实在职业教育数字化教材建设方面优势在于可以更加直观地把教学资源展示给学生，降低复杂抽象理论知识的学习难度，通过设计游戏互动来增加学习趣味性，以虚实结合的方式指导学生实操设备，提高实操训练的效果，降低实习实训风险和成本等优点。这些优势势必会让更多的职业院校教师在教材中利用AR增强现实技术，改变原有的教学模式和实习实训方式，学生学习方式由之前的被动转化为主动，能够培养出符合社会所需的创新型人才。随着增强现实技术的日益发展和完善，增强现实技术与职业教育改革的会进一步融合，应用范围也更加广泛。
参考文献
[1]蔡苏,王沛文,杨阳,等.增强现实(AR)技术的教育应用综述[J].远程教育杂志,2016,9(5):27-40.
[2]张艳.利用Unity3D在Android平台开发移动AR应用的研究[J].教育教学论坛,2017,12(52):55-56.
[3]周云成.AR 增强现实技术在机械制图教学中的应用研究[J].现代职业教育,2016（25）:108.
[4]张海森，杨光辉，刘超见，等.基于 AR 技术的跨平台移动终端的辅助学习系统[J].图学学报，2018，39(01)：85-90.
[5]李青 ,张辽东.基于增强现实的移动学习实证研究 [J].中国电化教育 ,2013(1): 116-120.
[6]张菊芳 ,王海燕 .增强现实技术在教育领域的应用现状及对策研究 [J].数字教育 ,2018,4(05):60-65
[7]邱龙辉.基于 Android 平台的工程图学助教助学系统研究与实现 [J].图学学报 ,2016,37(6): 831-835.
本文引用格式： 李绍良,等.AR增强现实技术在职业教育数字化教材开发中的应用研究[J].教育现代化,2019,6(62):177-179.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.62.058
基金项目： 内蒙古自治区十三五规划课题《基于AR增强现实技术的职业教育教学资源建设研究》项目编号：NZJGH2017014。
作者简介： 李绍良，男，内蒙古鄂尔多斯人，鄂尔多斯职业学院讲师，研究方向：职业教育新技术、煤矿安全技术。
标签：高职教材论文; AR增强现实论文; 虚实结合论文; 鄂尔多斯职业学院论文;