AR技術(shù)讓學(xué)前教育更精彩-以《AR與天平的碰撞》一課為例

AR技術(shù)讓學(xué)前教育更精彩——以《AR與天平的碰撞》一課為例摘要：創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國家興旺發(fā)達(dá)的動力，創(chuàng)新教育是素質(zhì)教育的延伸與提高。為適應(yīng)當(dāng)前時(shí)代的要求，創(chuàng)新教育已成為當(dāng)今教育改革的主旋律，課堂教學(xué)則是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神及實(shí)踐能力的主陣地。近年來，AR技術(shù)滲透于教育各個(gè)階段，逐步成為影響教育的重要手段之一。3-6歲兒童的教育中，互動式、探究式、沉浸式的AR技術(shù)的教學(xué)模式更適合兒童多元智能的發(fā)展需求。本文將對AR技術(shù)進(jìn)行簡潔介紹，并通過課堂實(shí)例探討AR技術(shù)在學(xué)前教育課堂中的應(yīng)用及優(yōu)勢的發(fā)揮。關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬空間、學(xué)前教育正文：一、何謂AR技術(shù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)生成一種逼真的視、聽、力、觸和動等感覺的虛擬環(huán)境,通過各種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中,實(shí)現(xiàn)用戶和環(huán)境直接進(jìn)行自然交互。AR(AugmentedReality):增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一種全新的人機(jī)交互技術(shù),利用這樣一種技術(shù),可以模擬真實(shí)的現(xiàn)場景觀,它是以交互性和構(gòu)想為基本特征的計(jì)算機(jī)高級人機(jī)界面。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性,而且能夠突破空間、時(shí)間以及其它客觀限制,感受到在真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)虛實(shí)環(huán)境的無縫銜接，從而提供情境再生功能，為幼兒的學(xué)習(xí)提供虛實(shí)結(jié)合環(huán)境、個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境、場景式互動體驗(yàn)。圖1為部分AR軟件使用圖片學(xué)齡前兒童的學(xué)習(xí)更多的是與周圍環(huán)境相作用過程中習(xí)得的，對幼兒的教育更加強(qiáng)調(diào)兒童直接的感知、實(shí)際的操作和親身的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。AR技術(shù)已經(jīng)給幼兒帶來了全新的感受，調(diào)動了幼兒積極、主動參與活動的興趣，激發(fā)了幼兒大膽表達(dá)的愿望，使幼兒真正成為了活動的主體。二、目前市場上的AR軟件AR應(yīng)用在移動端設(shè)備上已經(jīng)開始蓬勃地發(fā)展了起來，相比于依賴專門設(shè)備的VR技術(shù)，AR更加觸手可及，相關(guān)的應(yīng)用在iOS和Android平臺上已經(jīng)不少了。下面是一些大家至少聽過的AR應(yīng)用：1.StackAR是一款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)版的層層疊積木磚塊游戲，可以讓使用者利用虛擬的積木磚塊來蓋樓，簡單但是有趣。2.百度AR依托百度大腦打造業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的AR智能交互平臺DuMixAR。前瞻性布局視覺定位、人機(jī)...業(yè)務(wù)涵蓋營銷、娛樂、教育、景區(qū)、工業(yè)等多場景,帶來優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)式升級解決方案。 圖2為StackAR、百度AR軟件使用圖片隨著教育形式的多樣化以及前沿信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的深入，AR技術(shù)越來越多的應(yīng)用教育方面。AR技術(shù)在教育方面的應(yīng)用，最早出現(xiàn)在早教和幼教領(lǐng)域。典型的應(yīng)用方式有AR卡片、AR童話書等，主要是通過手機(jī)或者IPAD掃描出現(xiàn)動畫。圖3為艾布克AR科學(xué)館圖書使用效果圖隨著AR技術(shù)水平的提高，近兩年關(guān)于教育類的ARAPP推陳出新。筆者從以下三點(diǎn)進(jìn)行簡單地介紹：1.安卓手機(jī)應(yīng)用市場，輸入關(guān)鍵詞“AR”，可搜索到的ARAPP有AR測量、神奇AR、AR地球探索、生動科學(xué)AR、貓小智AR百科、北京科學(xué)中心AR、AR課后體育等近十個(gè)資源。圖4分別為貓小智AR百科、生動科學(xué)、神奇AR使用截圖在安卓手機(jī)應(yīng)用市場搜索到的這些AR軟件，用戶可自行下載，根據(jù)自己的需要進(jìn)行使用，個(gè)別軟件的使用需要付費(fèi)開通會員。2.在蘋果應(yīng)用商店中搜索“AR”“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”等關(guān)鍵詞，即可檢索到各類型的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件。如物理實(shí)驗(yàn)室AR、AR相機(jī)、AR建筑、BalancedTower等，有些軟件是蘋果應(yīng)用市場上專屬的應(yīng)用，在安卓手機(jī)應(yīng)用市場搜索不到，我們在使用時(shí)可綜合兩個(gè)應(yīng)用市場進(jìn)行對比，選擇適合自己的軟件，適當(dāng)?shù)膽?yīng)用于課堂教學(xué)，以達(dá)到提升課堂教學(xué)效果的目的。圖5分別為AR建筑、物理實(shí)驗(yàn)室AR使用截圖3.除了通過以上兩個(gè)手機(jī)應(yīng)用市場，我們可以獲取到有關(guān)AR的手機(jī)軟件外。隨著互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來，教育信息化是推動教育改革發(fā)展的新方向，而提升教師信息技術(shù)應(yīng)用能力則是推動教育信息化的關(guān)鍵。在教育信息化的潮流中“應(yīng)勢而生”的AR/VR課程資源云平臺，能有效幫助教師提升信息應(yīng)用技術(shù)能力和授課能力、實(shí)現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新、打造高效課堂。目前市場上已有的專用AR/VR課程資源云平臺有AR奇妙學(xué)堂、魔法莊園、小熊巴布等，據(jù)筆者了解以上這幾種AR課程資源平臺都是針對學(xué)校進(jìn)行推廣，需要專屬的賬戶，不支持老師自行下軟件使用。圖6分別為AR奇妙學(xué)堂、小熊巴布AR使用截圖三、AR技術(shù)可適用的教學(xué)環(huán)節(jié)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中,教師和幼兒可以在看到周圍真實(shí)環(huán)境的同時(shí),還可以看到計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的增強(qiáng)信息。由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在虛擬現(xiàn)實(shí)與真實(shí)世界之間的溝壑上架起了一座橋梁，因此增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用潛力是相當(dāng)巨大的，它可以廣泛應(yīng)用于學(xué)前教育課堂的不同環(huán)節(jié)。1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)AR教育游戲，充分吸引幼兒注意力。當(dāng)你在應(yīng)用商城中輸入AR時(shí)，其中大部分都貼著游戲和娛樂的標(biāo)簽。不錯，AR目前應(yīng)用最多的就是游戲。教育游戲?yàn)橛變簞?chuàng)造了一個(gè)寬松和諧的學(xué)習(xí)環(huán)境，在啟發(fā)人的思維和培養(yǎng)能力方面發(fā)揮著重要作用，游戲教學(xué)能充分抓住幼兒好動、好奇的特點(diǎn)，從而激發(fā)幼兒濃厚的學(xué)習(xí)興趣。2.新授課環(huán)節(jié)2.1新教授的內(nèi)容不夠直觀、難以理解時(shí)。在暢游世界的主題教育中，介紹一些著名建筑物，如自由女神像、瑪雅金字塔、比薩斜塔、埃菲爾鐵塔、凱旋門等，這些建筑幼兒沒有見過，也無法去到那里，如果只是泛泛地展示圖片，幼兒會感覺枯燥無味，無法引起幼兒的關(guān)注度。現(xiàn)在通過AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，立體、逼真生動的畫面呈現(xiàn)在幼兒面前，使幼兒直觀地感受到建筑的特點(diǎn)，提高了學(xué)習(xí)興趣,對授課的內(nèi)容也能更好地掌握。2.2新教授的內(nèi)容遠(yuǎn)離現(xiàn)實(shí)生活時(shí)。如在分享《我是霸王龍》的繪本故事前，通過AR技術(shù)將人類早已滅絕的恐龍生動形象地再現(xiàn)幼兒身旁，大大激起學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)讓幼兒自由與場景中虛擬形象進(jìn)行觀察，可達(dá)到直觀的教學(xué)目的，突破言語描述教學(xué)的瓶頸。3.鞏固操練環(huán)節(jié)通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在鞏固操練環(huán)節(jié)設(shè)置互動活動、練習(xí)等，使幼兒可以得到更多的參與感，大大豐富了課堂，所授內(nèi)容也更容易得到升華與拓展。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中最新的分支，以其靈活性、實(shí)用性、與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的密切聯(lián)系等優(yōu)勢在學(xué)前教育的各個(gè)環(huán)節(jié)中帶給幼兒奇妙的體驗(yàn)。四、AR技術(shù)在學(xué)前教育課堂中的應(yīng)用2022年，筆者所在的幼兒園參與了河北省中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0，在園長王瑞蓮、縣級培訓(xùn)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)、丁玉海名師工作室的引領(lǐng)下，大廠回族自治縣城區(qū)第二幼兒園開展了信息化教學(xué)改革，其中筆者嘗試了基于AR技術(shù)的學(xué)前教育信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)，且初步取得了一定的效果。1教學(xué)環(huán)境設(shè)施情況：為了開展相關(guān)教學(xué)改革，園所先后新建、改建了校園網(wǎng)絡(luò)。每間教室均開通有線、無線網(wǎng)絡(luò)，視頻展示臺，均能無縫訪問中國知網(wǎng)、國家中小學(xué)智慧教育平臺等相關(guān)資源網(wǎng)站。其中，筆者所在的班級，安裝了有線網(wǎng)絡(luò)、80英寸希沃一體機(jī)、希沃白板5、視頻展臺，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)投屏、拍照上傳等功能。圖7“同屏傳送”操作示意圖2貓小智AR課程資源：筆者通過搜集、篩選，從軟件使用權(quán)限、軟件的AR效果、軟件的教育性、軟件的費(fèi)用等多個(gè)角度進(jìn)行考慮，最后選擇了貓小智AR軟件作為本次課例的AR課程資源，自費(fèi)開通了其中一款A(yù)R軟件，用于本次課例的教學(xué)，下面筆者對貓小智AR課程資源進(jìn)行簡單的介紹。貓小智AR課程資源包含AR百科、AR兒童數(shù)學(xué)思維、AR英語啟蒙、AR畫畫涂色、AR動物園五種AR軟件，均可以在手機(jī)應(yīng)用市場搜索到，下載后需要開通會員使用。課例《AR與天平的碰撞》屬于幼兒園科學(xué)領(lǐng)域的課程，針對課程設(shè)計(jì)結(jié)合貓小智AR課程資源，筆者選擇了貓小智AR兒童數(shù)學(xué)思維，接下來從以下幾方面介紹貓小智AR兒童數(shù)學(xué)思維：（一）軟件特色1.“AR+AI”雙加持的智能互動游戲化課程；2.內(nèi)容包括:數(shù)學(xué)-空間-邏輯-專注力等，針對啟蒙教育階段全腦開發(fā)；3.課程分級，3歲-4歲-5歲-6歲-7歲都有對應(yīng)難度；4.像幼兒園老師一樣的虛擬老師貓小智與小孩游戲，帶幼兒進(jìn)入神奇的思維星球；5.免費(fèi)的思維游戲區(qū)，有AR/3D立體的華容道、漢諾塔、恐龍島、寵物小精靈等精典游戲。（二）課程內(nèi)容該軟件全部AR課程都區(qū)分了難度，可進(jìn)行分級學(xué)習(xí)，幼兒園數(shù)學(xué)教學(xué)可用作輔導(dǎo)。課程內(nèi)容圍繞四大能力:數(shù)量計(jì)算:包括數(shù)與量的認(rèn)知、數(shù)字啟蒙、數(shù)數(shù)、多與少、加法、減法、10進(jìn)制、乘除法等，幫助孩子輕松度過幼小銜接。圖8為數(shù)量專題的部分游戲截圖專注力訓(xùn)練:通過觀察力和記憶力的趣味課程，提高兒童的專注力。貓小智的《立體迷宮》就屬于專注力的訓(xùn)練。圖9為專注力訓(xùn)練的部分游戲截圖空間想象力:學(xué)齡前兒童最需要提升一定的數(shù)學(xué)能力?！抖嘟嵌认胂蟆贰度S數(shù)獨(dú)》等題型，通過巧妙的3D課程，讓孩子主動的在大腦中進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)的重建，從而提高空間思維能力。圖10為空間想象力的部分游戲截圖邏輯推理思維:包括分類、漢諾塔、多維分類、天平推理、平面數(shù)獨(dú)、立體數(shù)獨(dú)等。豌豆、黃瓜、洋蔥、茄子，這些東西即可以按形狀分為圓形和長條，也可以按顏色分為綠色和紫色。從根本上引導(dǎo)孩子去總結(jié)發(fā)現(xiàn)規(guī)律與關(guān)聯(lián)。圖11為邏輯推理思維的部分游戲截圖3課程建設(shè)：筆者以課程游戲化為切入點(diǎn)，根據(jù)課例《AR與天平的碰撞》授課內(nèi)容的需要，筆者選擇了邏輯推理思維環(huán)節(jié)的趣味天平2的游戲，利用信息技術(shù)助力教育教學(xué)，通過情景式的虛擬與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行結(jié)合，改變了原有模式，通過新媒體新技術(shù)下的ARAPP助力，讓幼兒身臨其境體驗(yàn)沉浸式，發(fā)現(xiàn)許多幼兒不易觀察到事物的內(nèi)部聯(lián)系和規(guī)律等，通過AR技術(shù)更直觀、更簡單也更利于幼兒觀察理解和掌握，開放加體驗(yàn)式的教學(xué)方式，在加上啟發(fā)式的提問，為幼兒打造“玩中學(xué)”，完美解決了傳統(tǒng)游戲中的重難點(diǎn)。圖12為趣味天平2AR游戲截圖4教學(xué)應(yīng)用情況及教學(xué)效果基于以上的基礎(chǔ)，筆者在2022年6月執(zhí)教了《AR與天平的碰撞》這一課例，主要涉及5個(gè)環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)氛圍，情境導(dǎo)入；實(shí)驗(yàn)操作，探究新知；AR游戲，強(qiáng)化認(rèn)知；師幼小結(jié)，加深認(rèn)識；活動延伸，家園共育。圖13教學(xué)過程流程圖其中在AR游戲、強(qiáng)化認(rèn)知環(huán)節(jié)設(shè)置了三個(gè)步驟，通過教師圖片展示貓小智到幼兒體驗(yàn)AR游戲，再到幼兒闖關(guān)成功。從傳統(tǒng)材料的操作再到虛擬的AR游戲，孩子們的經(jīng)驗(yàn)在不斷地累積，游戲水平呈螺旋上升式遞進(jìn)，順利完成目標(biāo)的要求。圖14AR游戲強(qiáng)化認(rèn)知環(huán)節(jié)的有關(guān)內(nèi)容4.1圖片展示貓小智，激發(fā)幼兒活動興趣教師圖片展示貓小智，向幼兒介紹今天邀請了一位新朋友，它就是貓小智，貓小智今天要帶領(lǐng)我們走進(jìn)AR世界，和天平寶寶一起做游戲，看看小朋友能不能闖關(guān)成功，激發(fā)幼兒活動興趣。圖15圖片展示引出貓小智、AR軟件截圖圖片4.2教師邀請幼兒體驗(yàn)AR游戲，在游戲中體驗(yàn)天平平衡的原理教師開啟希沃投屏，使用ARAPP，引導(dǎo)幼兒體驗(yàn)物體輕重的游戲。通過AR技術(shù)更直觀、更簡單，也更利于幼兒觀察理解和掌握，開放加體驗(yàn)式的教學(xué)方式，觸發(fā)孩子操作靈感，為幼兒打造“玩中學(xué)”，使活動更加豐富多彩。圖16幼兒體驗(yàn)AR游戲、游戲界面截圖圖片4.3教師肯定幼兒闖關(guān)的表現(xiàn)，幼兒闖關(guān)成功圖17幼兒闖關(guān)成功截圖圖片通過此環(huán)節(jié)的深入開展，課程的核心有了明確的認(rèn)識，以AR技術(shù)作為工具，讓它增加孩子的游戲經(jīng)驗(yàn)，利用這種新媒體、新技術(shù)的優(yōu)勢以及混合式教學(xué)設(shè)計(jì)的教育理念。課程的變革是在虛擬與現(xiàn)實(shí)的不斷切換中，孩子在經(jīng)驗(yàn)的不斷累積中，從傳統(tǒng)材料到虛擬的AR游戲，一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息無縫集成的技術(shù)，這種技術(shù)將游戲的難度提升，為幼兒提供了不同層次的游戲并通過AR技術(shù)提升了游戲的難度，體現(xiàn)了孩子們的自主的游戲精神。4.4教學(xué)效果——AR技術(shù)助力課堂，提升課堂效率。課例中筆者充分利用信息化技術(shù)手段，AR技術(shù)的使用，將所學(xué)內(nèi)容直觀呈現(xiàn)，大大吸引了幼兒的注意力，充分調(diào)動出幼兒學(xué)習(xí)積極性和自主性。同時(shí)也開啟了課堂教學(xué)的新模式，可考慮進(jìn)一步深入推廣。五、AR技術(shù)在學(xué)前教育課堂使用效果及反思通過AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，貓小智AR兒童數(shù)學(xué)思維將各種有趣的場景逼真的呈現(xiàn)出來，加上長的像熊貓的“貓小智”帶著幼兒一起學(xué)習(xí)。“數(shù)一數(shù)斑馬比熊貓多幾只呢?”當(dāng)貓小智提問的時(shí)候，現(xiàn)實(shí)環(huán)境中上就出現(xiàn)了斑馬思維和熊貓博士。有了這樣的代入感，幼兒會更好的理解數(shù)學(xué)的思維。加減法計(jì)算等算數(shù)問題，不再是死記硬背，而是有個(gè)具體的形象理解。AR技術(shù)對于教學(xué)質(zhì)量不高、教育資源不均衡等現(xiàn)狀有明顯的改善作用。教師通過貓小智AR課程資源的應(yīng)用，一方面為學(xué)校升級智慧課堂節(jié)省經(jīng)費(fèi)投入，另一方面打造出“幼兒主動學(xué)、老師高效教”的智慧教學(xué)新生態(tài)，有效提高學(xué)校信息化教學(xué)水平，保障學(xué)校教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升。該課例是筆者以AR技術(shù)應(yīng)用到學(xué)前教育課堂的首次完整的課堂實(shí)錄，新技術(shù)的應(yīng)用激發(fā)了幼兒的學(xué)習(xí)興趣，豐富了幼兒學(xué)習(xí)的方式和途徑，幼