摘 要：移動增強現實由于具有新奇的視覺效果、先進的技術手段、豐富的資源呈現方式以及多元化的交互方式等優勢，近幾年來受到業界越來越多的重視和關注。文章首先闡述了增強現實與移動增強現實的定義、特征與功能，然后在闡述開放大學教育教學存在相關問題的基礎上，重點探討了移動增強現實在開放大學教育教學中的應用以及應用過程中存在的相關問題，以期為開放大學的教育教學提供便利和技術支持，從而促進其長遠發展。
關鍵詞：移動增強現實;開放大學;教育教學;應用探索
中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2019）22-0080-05
隨著信息時代科技的飛速發展，增強現實被應用于越來越多的行業中，比如工業、軍事、醫療、教育、培訓、娛樂等領域，尤其在娛樂游戲、產品設計、工業生產等方面發展迅速。自2004年國際新媒體聯盟（New Media Consortium，簡稱NMC）公開發布第一期《地平線報告（高等教育版）》以來，在2004-2017年期間，其預測的關鍵技術中，增強現實分別在2005、2006、2010、2011、2016年的預測中被提到[1]。而在2018和2019年的《地平線報告（高等教育版）》中提到的則是混合現實[2]。婁巖認為，增強現實是介于完全虛擬和完全真實之間，是一種混合現實[3]。可見，增強現實在教育領域具有廣闊的應用空間和發展潛能。隨著移動智能終端設備不斷更新換代，其各項性能不斷增強，由于其良好的便攜性、普適性、可移動性、易用性等優點，移動端的增強現實已經獲得了越來越多的重視和關注。近年來，越來越多的研究者將移動增強現實運用到教育教學中，利用移動增強現實的各項優勢為教育教學提供便利并促進其發展。本研究嘗試將移動增強現實運用到開放大學教育教學中，以期為提升其教育教學質量和水平、促進其長遠發展做出鋪墊與探索。
一、增強現實與移動增強現實
1.增強現實
在20世紀60年代，增強現實技術（Augmented Reality，AR）就已經被人類發明，但一直未真正走進大眾視野，它為人們所知曉的一個標志性事件是2012年4月美國谷歌公司推出了一款名為谷歌眼鏡（Google Project Glass）的新產品，這是一款基于AR技術研發的“拓展現實”眼鏡，成為當時最熱門的話題之一[4]。增強現實技術是虛擬現實技術的一個重要分支。虛擬現實技術能夠使用戶完全沉浸在合成環境中，無法查看周圍的真實環境。與之相反，增強現實技術能夠把圖像、音頻和視頻以及觸覺感知等數字信息或者計算機生成的信息實時地輸送到真實環境里[5]。增強現實技術是借助光電顯示技術、交互技術、多種傳感技術和計算機圖形與多媒體技術，將計算機生成的虛擬環境與用戶周圍的現實環境融為一體，使用戶從感官效果上確信虛擬環境是其周圍真實環境的組成部分[6]。增強現實技術具有虛實結合、實時交互、三維注冊的特征。虛實結合是在現實環境中加入計算機產生的虛擬對象，從而實現對現實世界的增強。實時交互是實現用戶與真實世界中的虛擬信息間的自然交互。三維注冊是根據真實場景實時生成增強信息，然后將增強后的信息顯示在終端[3]。
增強現實能夠為周圍的真實環境補充、疊加信息，但不是取代它，是介于完全虛擬與完全真實之間的一種混合現實。從理論上來說，增強現實能夠增強人類多種感官的知覺，但是由于各種條件限制，目前主要用于增強視覺感知。增強現實技術的最早應用案例是殲擊機飛行員佩戴的頭盔顯示器，當飛行員透過座艙窗口觀察外界時，頭盔顯示器能夠為飛行員提供一幅帶有模擬地平線、飛行高度和速度等信息的數字圖像，并將該圖像疊加顯示在真實場景上[5]。目前，增強現實在教育中的應用尚處于起步階段，主要表現為輔助課堂教學、教育類游戲、電子書等形式。
2.移動增強現實
隨著移動技術、網絡技術、云計算技術以及移動智能終端的快速發展，移動技術與增強現實技術逐步融合，由此出現了移動增強現實技術。移動增強現實（Mobile Augmented Reality，MAR）是將增強現實技術有效地應用于移動設備終端。它是近幾年來計算機互聯網領域討論比較頻繁且受關注度非常高的話題之一[6]。除了具有增強現實的特點，移動增強現實還具備較強的自由移動性，不會受到環境因素的制約。婁巖比較了傳統增強現實與移動增強現實的各項特征[3]，如表1所示。
從表1可以看出，移動增強現實與傳統增強現實均具有虛實結合、實時交互、三維注冊等特征。然而，移動增強現實具有自由、靈活的可移動性，只需要普通的移動終端設備比如智能手機即可，通過網絡App下載后可以隨時、隨地使用，能夠方便、快捷地供用戶使用。而傳統的增強現實設備比較固定，可移動性差，一般需要專業開發的專業設備，成本較高，具有較高的技術門檻，一般人難以維護，且使用時間和地點比較固定，缺乏靈活性。
1997年，哥倫比亞大學的Steven Feiner等人開發了最早的移動增強現實系統——用于導航的Mobile Augmented Reality Systems。2000年，南澳大利亞大學Wearable Computer Lab開發了一款名為Quake的游戲，這款游戲將移動增強現實技術應用于PC平臺，用戶可以在真實場景中參與游戲的競技[3]。2003年，維也納理工大學的Wagner等研究了首款能夠在PDA的內部處理器上獨立運行的增強現實系統[6]。2011年2月，著名軟件開發公司Total Immersion推出一款幫助繳費者選購眼鏡的手機AR軟件[6]。目前，很多移動智能終端設備如智能手機已具備較強性能的數據計算能力、圖形圖像處理和顯示能力以及GPS定位功能，集成了多種高速無線通信網絡，同時配備了觸摸屏便于人機交互;另外，隨著制作成本的下降，其價格也越來越為普通大眾所接受。因此，移動智能終端尤其是智能手機逐漸成為增強現實技術應用的普及平臺，移動增強現實已經應用到越來越多的領域中，比如廣告、培訓、電子商務、教育、游戲等。
3.增強現實與移動增強現實的功能
增強現實具有兩種功能：①增強感知真實環境。為用戶呈現真實環境，增強用戶的視覺感知并提高工作效率。在某些場合，增強現實用于娛樂目的，但它的實用功能之一是輔助決策。增強感知真實環境，意味著給用戶提供有用信息，使用戶更好地理解周圍環境并改進決策和行為。②創建虛擬環境。為用戶顯示一個虛幻的場景。增強現實界面能夠使不可能發生的事情變為現實。它創建的虛擬環境可以讓用戶在其中漫游，而且用戶能夠看見真實世界中并不存在的事物，并能夠與其他人分享這幅視圖[5]。
移動增強現實是移動終端上的增強現實，因此增強現實具有的功能移動增強現實同樣具備，不同的是移動增強現實給用戶提供了可移動性，使用戶在使用其功能時能隨意移動。
二、開放大學教育教學存在的相關問題
開放大學是以開放、靈活、全納、終身、優質為核心理念，面向全體社會成員，以現代信息技術為支撐、實行多種模式辦學和混合式學習、服務終身學習和學習型社會建設的新型高等學校[7]。開放大學運用現代信息技術將有限的優質教育資源共享，打破了時間和空間的限制，沒有圍墻，使得人人皆學、時時可學、處處能學。關于開放大學的教學模式，劉延東（2012）曾指出：“要建立和完善以學習者為中心，基于網絡自主學習、遠程支持服務與面授相結合的新型教學模式，為學習者提供無處不在的學習服務”[8]。
開放大學主要依托網絡教學平臺開展遠程教學，學習者與教師、輔導者分散異地。時間和空間的異步，帶來了學習便捷的同時，也導致了學習者在網絡中缺乏人際交流，學習者、教師、輔導者之間缺少面對面的接觸與溝通，學習歸屬感和文化氛圍缺失，學習比較被動，參與度不高，學習孤獨感比較強烈[9]。
開放大學為時空異步的遠程教學提供充足而細心的學習支持服務，并且提供適量的面授輔導。然而，對于一些需要大量動手實踐的專業及課程來說，比如土木工程、機械設計制造及自動化、汽車運用與維修技術、廣告設計與制作、室內藝術設計等專業，缺乏能夠讓學習者面對面共同實踐操作和交流的設備設施及場所是當下的硬件短板，通過網絡教學平臺的自主學習，這些專業的學習者很難獲得好的學習效果。而開放大學的學習者主要是成人，很多在職在崗，分散異地，沒有充足的時間和精力來解決設備設施及場所缺失的難題。
因此，這些專業就亟需一種能夠彌補實踐設施及場所缺失的教學環境，而移動增強現實恰恰能夠提供這樣一種環境，移動終端將設計開發好的App軟件產生的虛擬實踐環境與學習者周圍的真實場景結合，學習者身臨其中，可以實時利用這些虛擬設備進行實踐練習，并利用智能手機等移動終端可以隨時隨地進行自由、靈活地實踐和學習。由此，既解決了上述專業在遠程開放教學中由于時空分離、實踐硬件設施缺失而造成的教學難題，也讓學習者體驗到新技術帶來的種種便利，且這種新穎的學習和實踐操作方式更加具有吸引力和新奇性，能夠更好地激發學習者的好奇心和學習欲望，這對于實踐操作內容較少的專業和課程同樣具有良好的效果。
三、移動增強現實在開放大學教育教學中的應用探索
增強現實技術不僅可以為師生提供一種面對面的溝通與合作平臺，而且還可以讓學生更加輕松地理解復雜概念，更加直觀地觀察到現實生活中無法觀察到的事物及其變化。增強現實技術在教育領域的應用，將有利于培養學生知識遷移的能力，提高其學習效率，激發其學習興趣[3]。
1.打破傳統遠程教學方式的束縛，帶來遠程教學模式的革新
開放大學的學習者與教師、輔導者分散異地，主要通過網絡教學平臺進行遠程教學，缺乏面對面的交流與溝通。當學習者需要學習實踐操作內容時，這種遠程的教學方式則難以滿足教學需要。即使是在開放大學提供的有限的面授教學中，由于絕大部分學習者身在遠方，能參加面授的學習者數量非常有限，這樣教學管理者在購買教學儀器設備和規劃教學場地時就會考慮教學成本以及值不值得購買的問題。因此，這些專業和課程的遠程教學很難進行實踐操作內容的教學活動。
將移動增強現實技術應用于開放大學遠程教育教學中，學習者不再拘泥于個體孤立的自然學習環境，移動終端App軟件產生的虛擬實踐教學環境與學習者周圍的自然環境融為一體，學習者足不出戶就可以看到虛擬的實踐設施以及相關的標注信息和提示。當學習者利用虛擬設備進行實踐操作時，即實現了學習者與真實世界中的虛擬信息進行實時交互。學習者實踐操作后的結果信息也將顯示在移動終端。
對于實踐操作內容較少或者幾乎沒有的專業來說，移動終端App創設的特定學習環境與學習者周圍的自然環境融為一體，學習者在其中同樣能更好地學習以往只有書本和網絡教學平臺而顯得比較枯燥的內容。比如，商務英語課程的學習，學習者在家中就可以與移動終端App產生的虛擬外國商人進行對話，從而鍛煉了學習者的口頭表達能力，提高了面對外國人開口交流的膽量和勇氣，且打破了以往學習者獨自口語練習的枯燥感和難以開口流利表達的困境。
2.組建學習共同體，創設面對面的遠程協作學習環境
由于開放大學實施遠程教學，很多學習者甚至從未見過本班的同學或教師，且孤立地學習容易讓人產生沮喪、孤獨的消極感受，影響學習質量和學習效率。利用移動增強現實技術，可以創建一個共同的可隨時移動的虛擬學習環境，學習者所在的班級同學和教師、輔導者加入進來后可以組建一個學習共同體。“學習共同體”是指一個由學習者及其助學者（包括教師、專家、輔導者等）共同構成的團體，他們彼此之間經常在學習過程中進行溝通、交流，分享各種學習資源，共同完成一定的學習任務，因而在成員之間形成了相互影響、相互促進的人際聯系[10]。在這個學習共同體中，每個成員看到的虛擬學習環境與自身周圍的自然環境融為一體，通過移動終端屏幕，所有成員都能看到其他成員的虛擬身影，這個虛擬身影可以根據成員本身的個體特征或者個人照片等信息設置而成，具有一定的個體特征代表性。學習者在與其他成員進行學習任務交流或者情感溝通時，就有一個具體的影像進入其大腦，這樣在很大程度上就能避免產生孤獨、沮喪的消極感受，有利于學習者在學習過程中產生愉快的學習情感，且共同的交流、溝通能夠保證良好的學習質量和學習效率。
在這個移動的虛擬學習環境中，學習者與其他學習者以及助學者的虛擬影像可隨時隨地面對面進行交流，相互協作，共同完成一項學習任務，即形成了一種面對面的遠程協作學習環境，學習者本人只需在真實自然環境中操作移動終端設備以及App即可完成。
3.學習內容可視化、形象化，提高學習者學習興趣和學習質量
移動增強現實技術將虛擬世界和現實世界融合起來，通過智能手機和App能將傳統遠程教學過程中的書本知識和網絡平臺教學內容以多種媒體形式進行表達，讓原本枯燥的學習內容變得可視化、形象化、直觀化，把抽象、復雜、難以理解的內容直接以三維立體的形式呈現出來，讓學習者感受到文字和教師純講授所難以表達出來的抽象知識，能夠幫助學習者對知識的理解和記憶，加深他們對知識內容的認知水平，并且能激發起學習者強烈的好奇心、學習興趣和學習動機，培養他們動手動腦的能力，提高他們在學習過程中的樂趣和注意力，從而增加他們對學習過程的參與度和體驗感，進而提高學習質量和學習效率。
4.增強現實圖書，改變傳統書本二維平面內容的局限性和枯燥性
增強現實技術在傳統出版領域的應用主要是指，用戶將電子終端設備上的攝像頭對準圖書、報紙期刊、卡片等印刷品上的某一特定區域的圖案或標記，計算機攝像頭通過對二維平面印刷品上的特定圖標進行識別和計算，在電子終端設備的顯示器上生成虛擬的信息化對象，而此對象又疊加于現實環境中，從而達到虛擬和現實同時存在的景象[11]。移動終端的增強現實比如利用智能手機，通過手機攝像頭對準書本中有AR標識的頁面，能夠讓原來的二維平面文字內容和靜態圖像變得立體、生動，有些甚至包含動畫和音頻，并且根據需要，手機可以隨意移動到需要學習的內容上，這樣學習者能夠體驗到與傳統完全不同的學習方式。例如，學習計算機組裝與維護課程，僅僅通過傳統的教材和靜態圖片是難以掌握計算機的各個組成部件以及如何組裝和維護內容的。移動增強現實與圖書的結合，使得計算機內部組件的結構圖可以作為虛擬對象被生動、直觀地表示出來，并且與學習者周圍的真實環境融為一體，在移動終端屏幕可以觀察到計算機各個組成部件的三維立體效果，調整移動終端設備或者書本角度，可以各個視角觀察學習這些部件是如何組裝的。
5.構建虛擬校園，營造溫馨、健康的校園環境
利用最新的增強現實技術可以創設虛擬校園系統，三維的虛擬校園系統更加直觀生動形象。除了校園導航的功能，校園對外形象宣傳、招生宣傳等功能都可以應用到虛擬校園系統中。在增強的內容上可以添加一些校園目前不存在的對象，或未來可能將設置的建筑等[3]。通過移動終端設備和相應App，掃描具有AR標識的校園圖片或者相關資料，學習者即可在智能手機或平板電腦屏幕上看到增強后的校園環境，不僅包括校園原來的景象，還包括校園未來變化后的新樣貌，這樣能夠為遠離開放大學校園的學習者營造一種溫馨、健康的校園環境，讓學習者產生歸屬感、自豪感，有利于開放大學開展遠程教學的長遠發展和質量提高。
6.節約教育成本
對于開放大學學習者來說，移動增強現實技術具有的增強感知真實環境和創建虛擬環境的功能能夠幫忙解決很多實踐設備設施及場所缺失的難題;對于教學管理者來說，能夠降低教學設備和場地帶來的高額成本，減少管理人員的聘用和酬金問題，同時還能夠緩解對于教學器材和設備管理難的問題，大大節約了教育成本。
四、移動增強現實在遠程教育教學中存在的相關問題
移動增強現實技術帶來了遠程教學模式上的革新，并提供了諸多的功能和便利，然而卻仍然存在一些問題。
1.關于遠程教育教學的移動增強現實教學資源比較少
目前，增強現實技術在我國教育中的應用處于起步階段，技術門檻高、設備價格昂貴以及技術開發人員力量缺乏是主要原因。市面上有研究機構開發了一些教育游戲軟件，也出現了一些增強現實圖書，但是，真正針對教學尤其是開放大學遠程教育教學的移動增強現實教學資源非常少。開放大學的很多教師甚至沒有接觸過移動增強現實技術，更不用說開發相應的移動增強現實教學資源。而聘請相關公司來幫助開發遠程教育教學的移動增強現實教學資源一方面價格不菲，另一方面開發的這些教學資源的靈活性、通用性及其在教學中帶來的長遠效益難以保證，這就大大降低了教學管理者愿意冒險嘗試的決心。
2.移動增強現實技術難以深入普及到開放大學遠程教學內容中
基于目前針對開放大學遠程教育教學的移動增強現實教學資源比較少，且移動增強現實技術對教師自身的技術水平、綜合素質有著更高的要求，開放大學中接受這方面專業訓練的教師少之又少，且學習者主要是社會中的成人，學習層次、經歷背景、個人素質以及技術水平等各方面不同，很多學習者的個人綜合水平不足以駕馭利用移動增強現實技術來學習的操作方式，加之前面提到的技術門檻、設備價格以及技術開發人員等諸多問題，將移動增強現實技術深入運用到開放大學遠程教學內容中短期內難以實現，普及運用則需要更長的時間、更多的技術進步和社會努力。
3.對于面向智能手機的移動增強現實技術，對其硬件配置要求較高，電池容量問題是一大考驗
在移動終端設備中，智能手機是目前使用最為廣泛和普遍的設備之一，幾乎人人手持一部。隨著移動計算技術、無線網絡技術等快速發展，智能手機的運算性能和處理能力不斷提高，加上GPS的精確定位功能、攝像頭的高像素配置、方便快捷進行人機交互的觸摸屏，集成了WiFi、紅外通信接口和藍牙無線接口等功能，以及其良好的便攜性、易用性、可移動性和普及程度，使得智能手機成為移動增強現實的首選載體。
將增強現實技術應用于手機終端，意味著系統能夠提供以下主要功能模塊：視頻獲取設備、實現高精度定位功能的專用方位跟蹤裝置、大量復雜的計算機視覺運算功能、3D渲染功能、人機交互功能，這些功能的實現將受處理器、內存等手機硬件問題的約束[6]。按照目前的技術發展水平，智能手機的芯片在運算能力、處理速度、存儲容量以及渲染等多方面難以達到計算機水平。要想順暢運行移動增強現實技術，則需要智能手機的各項硬件配置如處理器性能、內存容量、攝像頭配置及色彩處理、GPS、觸摸屏等達到相應較高水平。同時，由于智能手機需要進行目標對象定位、跟蹤、識別、渲染以及人機交互等多種操作，大量程序在不停地運行著，由此大大增加了智能手機內部的運算量和耗電量，手機電池容量難以滿足現實需要。另外，手機屏幕尺寸限制、無線網絡傳輸速度有限也是令人不夠滿意的現實問題。
技術的進步能夠促進教育的革新。移動增強現實技術給教育教學帶來了全新的感官體驗。盡管在開放大學遠程教學應用的探索歷程中困難重重，然而卻不影響教師和學習者對移動增強現實新奇的視覺效果、先進的技術手段、豐富的資源呈現方式以及多元化的交互方式等方面產生濃厚的興趣和積極性。相信在不遠的將來，隨著各種技術的快速發展，移動增強現實技術將突破種種難關而更多地被運用到遠程教育教學中，給教師和學習者提供更多的功能和便利，以及更加深層的交互體驗，從而為開放大學的穩步前進和長遠發展提供堅實的后盾和技術支持。
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（編輯：魯利瑞）