（一）传统增强现实的教育应用概述
　　国内外对传统增强现实在教育中的应用研究，主要集中在如下领域。
　　1.增强现实电子书
　　增强现实电子书是指在传统纸质图书的基础上，通过增强现实的图像识别，显示虚拟三维景象的电子图书。增强现实电子书能够克服传统图书的不足，是增强现实在教育领域的一种有益尝试，有助于提高学习者的复述能力和阅读理解力，提高学习者的空间直觉能力。[5]如北京师范大学的未来之书，[6]索尼公司的Wonderbook[7]等。
　　2.增强现实在实验、操作技能领域的应用
　　增强现实用于实验和操作技能教学，提供了一种新的展示方式和交互方式。在实验和操作技能学习中，有时会遇到场地限制、教具昂贵老化、实验本身有危险性等问题，如果只依靠观看多媒体课件来辅助教学，则学习者亲身体验感不够，无法充分调动学习积极性。增强现实方案用于解决模拟实验的问题，可以实现自然逼真的模拟。英国Augmatic公司开发了一套面向学校的创新教具LearnAR，[8]涵盖了生物、几何、物理、英语等学科，带给学生全新的体验与寓教于乐的学习方式。宝马公司使用增强现实技术进行汽车修理技能培训，取得了良好效果。[9]
　　3.增强现实教育游戏
　　增强现实教育游戏将模拟活动所需的真实场景作为游戏背景，利用增强现实把虚拟的其他游戏元素与之叠加形成虚实合成场景，使学习者在合成场景中接受学习。YuanXunGu等开发了"AR-Sumo"虚拟现实游戏系统，使游戏者能够观察到重力和摩擦力的物理效果。[10]HyeSunLee等设计了一款适用于低龄儿童的教育游戏，帮助儿童掌握数学中的算术知识。[11]
　　（二）移动增强现实的教育应用
　　移动增强现实在教育与学习领域的研究在国内外还处于起步阶段，我们将已有研究从理论层面分析、教学应用案例和泛在学习与游戏等三个层面进行梳理与分析。
　　1.理论层面分析
　　学者们对移动增强现实这一新颖的技术手段应用于学习领域的可能性与有效性进行了研究，指出其在多个方面的优势。
　　MarcusSpecht认为，不同类型的移动增强现实学习，能够满足移动学习不同的情境需求，达到一定的教育效果。他们从情境角度，将移动增强现实学习类型分为六类，认为不同类型可以满足相应的教学目标需求；有助于学习者对学习内容的深层次理解，体验嵌入式学习内容，根据当前的学习状况和环境组织学习内容。[12]
　　张学望等在研究中发现，在移动学习中使用增强现实技术，可以创建符合情境的移动增强现实学习环境，使学习者可以在正确的地点以正确的方式获取学习内容，进行适应性的移动学习，从而提高学习者的学习动机，增强学习参与度。[13]AnnMorrison基于移动增强现实和普通移动应用进行了对比研究，发现移动增强现实作为学习接口有助于提高学习者的合作能力和问题解决能力。[14]
　　吴丽丽等认为，增强现实技术应用于移动学习领域，将实现场景增强、信息立体化展示、超现实体验与智能化知识汇聚与推送。[15]程志等从移动情境学习、游戏模拟的体验式学习、实验操作技能学习及书本阅读学习等四个方面探讨智能手机增强现实在教育领域中的应用前景，认为智能手机增强现实应用于学习，使学习信息的搜索变得更加便捷、学习的体验变得更加真实、学习的交互变得更加自然。[16]
　　ThomasRoffmann等研究认为，移动增强现实符合Mayer提出的多媒体学习原则，即多媒体原则、空间接近原则、时间接近原则、连贯性原则、形式原则、重复原则、个别差异原则、分割原则和事先训练原则，支持并丰富了个人学习环境的发展。同时也提出，当前的很多增强现实应用，还未能提供较多的信息渠道，更多地集中在经验之塔的顶层。[17]
　　2.教学应用案例
　　李青等开发了"微波技术与天线"课程，设计了移动探究性实践学习活动。研究表明实验组和对照组的成绩差距明显，大部分学生对基于增强现实技术的移动学习充满兴趣，基于增强现实技术的移动学习对教学效果有正向促进作用。同时提出了实施基于增强现实的移动学习在技术方面和教学设计方面需要考虑的问题。[18]CelebiUluyol等将二维码应用于教材，学习者通过手机扫描二维码，可以链接到教材的相关资料，如课程网页和动画等，如图4所示，这是一种简单的基于标记的移动增强现实应用。研究发现，基于移动二维码的教材在注意力保持、学习迁移等方面优于文本型、文本+图片型、计算机多媒体型等类型，有助于提高学习的有效性。[19]
　　图4基于二维码标记的移动增强现实教材资源
　　Jan等设计开发了mARbleR移动增强现实软件资源，医学学生通过移动设备直接照射自身身体部位，即可得到增强学习内容，如图5所示。研究通过实验组和对照组的分析，验证了移动增强现实软件资源对学习效果的促进。[20]
　　图5mARbleR移动增强现实软件
　　KimikoRyokai等将所开发的移动增强现实软件GreenHat应用于生物自然课，如图6所示。研究将GreenHat与纸质资源、普通移动软件资源进行了对照试验，发现移动增强现实促进学习者与多种形式的情境信息进行互动，与学习环境联系更加紧密，有助于提高学生的发现能力和创造力。[21]
　　图6GreenHat移动增强现实软件
　　3.泛在学习与游戏
　　随着智能操作系统的发展，iOS、Android等操作系统成为移动增强现实开发的主要平台，教育学习领域的软件资源也在移动应用市场得到发展。如移动增强现实型StarWalk（星空漫步）天文地理学习软件，学习者将摄像头对准天空，软件将对屏幕内的天空信息进行分析，呈现实景天空的增强实时互动内容，学习者可以根据所处的经纬度、时间，学习所在位置的星空图。WordLens外语学习软件提供了实景翻译功能，把手机对准需要翻译的文字，能够进行实时的语言翻译。《东京新闻》制作了一款为少儿设计的应用ARNews，帮助青少年读者使用智能手机进行阅读。当手机扫描到特定文章时，会以动画效果出现在手机屏幕上，同时有卡通形象为孩子朗读。Wikitude、Layar等是跨平台的增强现实浏览器，可以帮助学习者探索周围环境，查找地标资料。通过手机摄像头对准所需探索的物体或环境，屏幕上就会出现相关标记，包括维基百科词条、微博、周边信息的相关位置等。
　　图7"蝶千寻"移动增强现实游戏
　　在游戏领域，较早的移动增强现实游戏有ARTennis、Henrysson等，它们将ARToolKit移植至Nokia手机的Symbian操作系统，并成功开发出交互式乒乓球游戏系统。[22]Chi-ChihYu等设计了一个基于手机的中国象棋游戏，通过3D棋盘的直观显示和丰富互动，保持学习者的兴趣。[23]喜讯无限公司开发了生物自然课学习软件"蝶千寻游戏"，通过摄像头在真实的世界中寻找捕捉蝴蝶，如图7所示[24]。这款游戏基于增强现实，游戏中内置了蝴蝶百科知识，包括了我国境内所有种类的蝴蝶，采用基于地理位置的收集方式和微博等社会软件互动方式，将增强现实、位置服务、社交网络、三维等结合起来，给学习者一种新鲜、简单、有趣、互动的学习体验。
　　（三）基于HypeCycle模型与地平线报告的分析
　　我们基于HypeCycle模型与地平线报告研究，对移动增强现实在教育中的应用现状与发展前景进行了分析。[25]
　　HypeCycle模型是由Gartner提出的一个应用广泛的发展周期预测模型，模型描述了一项技术从诞生到成熟，再到广泛应用的过程。模型指出，在相关领域里，技术的发展过程一般经历起步阶段、理论研究的快速发展阶段、应用模式探索阶段、应用实践阶段及应用稳定发展等五个阶段。[26]我们对Gartner最新提出的关于教育、新型技术、情境感知、人机交互等领域进行了研究，对其中与移动学习、增强现实、移动应用等相关的项目进行了综合分析。同时，我们对新媒体联盟（NMC：NewMediaConsortium）历年发布的《地平线报告》中与移动学习和增强现实有关的项目进行了总结。
　　基于HypeCycle模型和《地平线报告》，我们分析得到：在技术层面上，传统增强现实、移动计算、移动设备等理论与技术已趋于成熟，为增强现实和移动学习的发展提供了基础，未来需要更多关注应用模式的创新研究。在增强现实领域，增强现实技术的成熟要求探索更多的行业应用模式，随着移动学习和泛在学习的发展，教育应用将是移动增强现实应用开发和价值体现的重要领域。在移动学习领域，基于智能设备的移动学习正处于学习模式的发现和创新阶段，增强现实为移动学习提供了新的学习情境和交互方式，将有效推动新的移动学习模式的研究。因此，移动学习和增强现实二者将相互结合，相互推动，共同发展。同时随着情境感知等领域研究的发展和成熟，也将进一步推动移动增强现实的应用研究。[27]
　　四、移动增强现实型学习资源模型
　　由于移动增强现实在合作性内容创造和情境创设上的特点和优势，符合情境性、适应性的学习资源要求，作为一种软件形式的学习资源类型，移动增强现实型学习软件将丰富泛在学习环境下学习资源体系的建设。但在进行移动增强现实型学习资源的设计、建设与应用时，应当从哪些因素着手？我们在对已有研究、学习案例和移动增强现实特征分析基础上，从学习资源呈现、学习资源内容、学习资源应用等三个层面，凝练出移动增强现实学习资源的核心要素，构建了移动增强现实型学习资源的模型，如图8所示。
　　图8移动增强现实型学习资源模型
　　移动增强现实型学习资源的理论模型以情境学习理论、建构主义理论、活动理论、关联主义学习理论为指导，围绕服务于泛在学习资源建设与应用的目标，由学习内容、情境增强、交互互动、学习模式等四个核心要素组成。
　　学习资源内容是核心，资源内容承载了学习材料与教学目标要求，并采用适当的资源内容表达形式提供给学习者。
　　交互互动与情境增强是移动增强现实型学习资源特征的呈现，保证了学习资源的情境性和交互性。应在对学习内容分析的基础上，设计科学的资源情境增强方式和交互方式。学习资源的教育应用是学习资源的价值体现，通过具体学习模式的展开，使移动增强现实型学习资源良好地应用于教与学的过程中。
　　（一）学习内容
　　学习资源内容是学习资源设计的核心，是知识的载体。移动增强现实型学习资源使用增强现实技术对学习内容进行增强性显示，要从服务于学习目标出发，保证资源内容的科学合理和有效增强。因此需要对学习材料的选择加工、媒体格式、内容类型以及基本内容和增强内容的整合设计进行分析。
　　从学习内容的表现形式分析，我们将移动增强现实型学习资源归纳为三种类型。
　　1.移动增强现实型电子教材
　　由于移动设备的屏幕大小、分辨率等问题，当前，移动设备出版物的阅读体验整体上依然逊于传统出版物。要使学习者彻底改变传统的阅读习惯和对手机电子教材的刻板印象，手机教材需要具有传统图书无法提供的阅读体验，增强现实技术则提供了这种可能性。
　　移动增强现实型电子教材在移动设备上通过摄像头显示虚拟的三维景象，通过多媒体形式，以超现实方式描述视觉化的读物，带给学习者虚实交融的新型体验，并且加入了更多的互动元素，增强人机交互与互动性，从而提高电子教材的接受度。
　　2.移动增强现实型泛在对象
　　在这种类型中，手机摄像头扫描泛在的学习对象，进行学习增强。当学习者开启增强现实客户端后，将摄像头对准学习对象时，增强现实软件将对屏幕内的对象信息进行分析处理，及时提供关于该对象的信息，如呈现学习对象的增强实时互动三维模型、对象的相关信息等，是一种即指即现的方式。
　　3.移动增强现实型学习游戏
　　移动增强现实游戏将现实世界中的对象转换成特殊道具应用在游戏中，能够提供角色扮演和情景模拟等学习方式。游戏中的虚拟世界与现实世界打通，虚拟的游戏与实时的实景融为一体，学习者在真实与虚拟的游戏场景中切换，具有更多的个性化、趣味性、可交互的元素，使学习者具有更丰富的体验。
　　（二）情境增强
　　情境一直是教与学理论关注的重要因素。移动学习需要对"情境性"进行特别关注，"情境"是移动技术支持下无缝学习的一条关键线索。[28]移动增强现实创设了连贯的情境层，与情境学习具有内在的匹配性。
　　1.移动增强现实与情境学习
　　学习的情境理论关注物理的和社会的场景与个体的交互作用，认为学习不可能脱离具体的情境而产生，情境是整个学习中的重要而有意义的组成部分。建构主义学习理论指出"情境"、"协作"、"会话"和"意义建构"是学习环境的四大要素，学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。
　　当前，丰富的传感器设备已经成为智能手机的重要组成部分，如GPS、电子罗盘、加速计、陀螺仪、重力感应器、位移传感器、光线感应器等，移动设备具有了越来越强大的情境感知能力，为实现增强现实系统提供了条件支持。
　　移动增强现实在情境支持上的特点有：（1）移动性，便捷性，内置各类传感器，不需外部设备支持；（2）实时连续无缝，及时提供合适的上下文情境；（3）能够与其他移动服务有效结合，特别是位置服务；（4）能够与社会化网络有效结合。
　　在移动学习中，增强现实通过情境感知，获取学习者、设备、场所、学习过程等实时、连续的现场数据，智能化地处理并运用情境感知的信息，分析学习者学习行为和环境，个性化地调度学习资源，为学习者提供个性化的学习交互和学习支持。通过情境创设，为学习者提供新的学习情境，使移动增强现实应用在智能性、情境性、适应性等方面有所突破，满足学习者利用移动技术开展无缝学习的需求。
　　2.情境增强的维度分析
　　研究人员对情境信息的类型有不同角度的分析。在MarcusSpecht提出的AmbientInformationChannelEnrichment（AICHE）模型中，使用了标志、位置、时间、环境、关系等五个情境信息描述学习者情境信息和服务。[29]ChristophPallasch等将移动学习中的情境分为了学习者的外部状态、内部状态和技术等三个层面，提出了时间、位置、属性信息、注意力、知识水平、动机和技术等七种情境信息，并且指出了各种情境信息在移动增强现实系统中的作用。[30]
　　我们重点分析三类增强的情境信息：显示增强、位置增强和关系增强。
　　（1）显示增强
　　这是增强现实最基本的增强维度，通过增强虚拟显示，展示逼真、生动的三维立体形象，提供实时互动的三维空间模型。
　　（2）位置增强
　　基于位置的服务是移动互联网的一种创新服务，为信息增加了新的标记维度，增强了网络与地理位置的关联性，提供了新的信息服务方式与交互方式。增强现实与位置服务的融合，是空间信息服务和移动定位服务相结合的一种新方式，将根据学习者的位置变化动态地提供所需的空间信息，并将这种空间信息通过虚拟三维方式动态地叠加在用户的信息上，增强用户与系统的交互性，使用户界面更加智能化。
　　（3）关系增强
　　关系增强主要是基于社会化网络服务，增强虚实结合的学习网络。社会网络的本质是提供一个在人群中分享兴趣、爱好、状态和活动等信息的在线平台，当前使用移动设备来访问网络发展迅速，移动社交网络已经成为沟通真实物理世界和虚拟互联空间的重要桥梁。在移动增强现实中，可以加入微博、标签、社交网等增强要素，提供多层次、多角度的社会化情境，创建虚实结合的关系网络，增强人际互动，这将有助于促进社会化学习和小组学习的发展。
　　（三）交互互动
　　增强现实创设了适合交互式学习的环境。传统增强现实系统主要采用特殊的设备如数据手套等进行交互，在桌面增强现实系统中采用鼠标、键盘的方式交互，这些设备要么造价高、不易编程和应用扩展困难，要么功能简单，缺乏较好的可用性。而以智能手机为代表的移动终端小巧轻便，降低了交互操作的深度，并且具有较为完善的2D和3D显示能力。目前大多数智能手机支持多种传感器，在移动增强现实中，利用这些感知通道可以设计多种新颖自然的交互方式，如触摸屏手势交互、语音交互、体感交互等，学习者可以通过手势、语音、肢体语言等多感知通道进行交互式反应，更自然地融入到学习环境中。
　　1.触摸屏交互
　　随着智能手机触摸屏的普及，多点触摸交互成为主要的交互方式。通过引入多样化的手势操作，将双手手势动作定义为常用的自然动作并用来操作手机，与真实环境下的用户行为更为接近，降低了学习操作的门槛，具有简单、直观的特点。作为一种自然的人机交互方式，它符合用户的认知，提高了交互的智能性、协作性和自然性。
　　2.语音交互
　　随着人工智能、网络与云计算技术的发展，语音交互技术也得到发展。iOS系统的Siri与Android系统的GoogleNow是语音交互领域的典型应用。在基于移动设备的语音交互系统中，首先利用语音识别技术把用户的口语转化成文字，再利用语音合成技术将返回的文字结果转化成语音输出。在后台语音处理方面，需要人工智能、智能搜索的支持，包括以Google为代表的网页搜索技术、WolframAlpha为代表的知识搜索技术、Wikipedia为代表的知识库技术，以Yelp为代表的问答以及推荐技术等，以实现机器对用户言语的理解，并快速寻找答案以语音的方式回答用户。在系统支持上，云计算平台是实现语音交互的关键支持。
　　（四）学习模式
　　在学习内容的基础上，构建能够充分体现移动增强现实学习资源设计理念和特性的学习模式，以指导移动学习活动和学习实践。我们认为移动增强现实有助于构建基于情境的、资源的、问题的以及协作学习的模式。
　　1.创设丰富情境，构建基于情境的学习模式
　　移动增强现实型学习资源能够通过多种传感器设备获取并处理情境感知信息，提供丰富的情境和高度的互动性，不仅符合和支持学习情境的要求，而且可以进一步增强和创设学习情境。学习者可以获取与该情境相关的知识集合，使用适应性的学习资源和服务，促进学习者的情境学习。
　　2.提供学习资源呈现和资源发现，设计基于资源的学习模式
　　基于资源的学习，是一种学习者通过对各种不同类型学习资源的选择与利用来完成目标的学习，是一种自我更新知识和拓展知识的学习方式。移动学习实现了学习资源就在身边，学习无处不在。移动增强现实提供了新型的学习资源和新颖的资源呈现方式和使用方式，并且学习者可以根据个人学习情境，探索新的学习资源，这都有助于开展基于资源的移动学习。
　　3.促进问题解决和学习反思，支持基于问题的学习模式
　　移动增强现实通过增强情境和三维模型等的创设，构建复杂的、有意义的问题情境，使学习者探索解决真实性问题，形成解决问题的技能。在解决问题的过程中，促进学习者的主动思考，进行学习反思，提高主动学习和主动思考的能力。
　　4.构建学习网络和学习小组，进行基于协作的学习模式
　　移动增强现实通过关系增强聚合移动互联网的内容和服务，为学习者提供了新的交互和沟通方式，创建虚实结合的人际互动，促进了学习网络的形成，构建了新的协作学习环境。学习者可以在学习过程中，方便灵活地进行合作、问题解决、伙伴、设计和角色扮等协作学习活动。
　　五、结束语
　　移动增强现实正在革新着我们的信息交互方式，将对社会各个领域产生深刻影响，包括教与学领域。基于智能手持设备的移动学习正处于应用模式的发现和创新阶段，增强现实为移动学习提供了新的学习情境和研究内容，教育应用也将是移动增强现实应用开发和价值体现的重要领域。移动增强现实在合作性内容创造、情境创设与交互方式等方面的特点和优势，将促进情境性、适应性的学习资源研究与建设。
　　本文所设计的学习资源模型旨在思考应该如何进行移动增强现实型学习资源的设计、建设与应用。通过探索情境增强、交互互动、学习内容、学习模式等四个要素，从学习资源呈现、学习资源内容、学习资源应用层面进行学习资源的系统研究。进一步的研究将结合具体教学内容进行学习资源的设计与开发，并重点进行资源应用的分析，探索学习应用模式在教学活动中的展开策略。
　　[参考文献]
　　[1][6]蔡苏，宋倩，唐瑶.增强现实学习环境的架构与实践[J].中国电化教育，2011，（8）：114～119.

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