[摘 要] 文章主要对 AR（增强现实技术）的相关研究文献进行了系统的梳理和分析，详细讨论了 AR 的沉浸感 、泛在性和多用户性三大技术特点及其在教育领域的五点应用优势。 在此基础上，我们提出 AR 不仅仅是一种技术革新，更是一种教育方式，并总结出了 AR 技术促进教学改革的三类教学方法：分别以“角色”、“任务”和“位置”为中心的案例实践。 AR 以其独有的技术优势将情景化、参与式及生动形象的教育理念技术性地实施到一个新的水平，以大量的教改实践促进了传统教育理念、教学技术和学习范式三者的有机融合与重整。 同时，AR 也在技术实施、课堂应用和学习体验三个反面存在诸多挑战，对此我们也基于目前的研究基础探讨了初步的解决方法。
[关键词] AR（增强现实）； 学习环境； 3D; 游戏化； 浸入式学习。
一、引 言。
近年来， 随着可穿戴式信息设备和智能手机的迅猛发展，增强现实技术（AR）越来越受到教育研究者的重视，它创造了一种提高和增强现实的方式，带来了令人鼓舞的教学可能性。 在 AR 出现之前，对复杂的空间构型和抽象概念的直观感受是非常受限制的， 但 AR 可以很好地融合虚拟物体与真实环境，培养学生的理论素养和实践能力，这是其他教育技术难以企及的。AR 作为一种关键的新兴技术，给教育领域带来的技术红利和教学改革已经开始初步显现，并将在未来的五到十年出现井喷之势。
为深入探究和预测 AR 给教育带来的新兴机遇，我们通过实证研究和理论分析两方面的文献梳理确定了 AR 的一般技术特征和定义。 虽然很多技术优势并不是 AR 所独有的，其他的新兴技术手段也会带来类似的教学效果（如移动学习环境）。 但通过对比总结后，我们认为 AR 最突出的特征是深入推进了设备的技术设计、教师的教学方法和学生的学习方式三者在应用中的有机整合，具体体现在 AR 促进教学改革的三种主要的教学方法。 但正如每一项新技术在带来机遇的同时，也会带来质疑和冲击一样，AR 在教育领域的应用在技术、教学和学习三个方面存在着很多有待解决的问题。
二、AR 的技术特点及其优势。
（一） AR 的定义。
早期的 AR 主要通过头盔式装备将虚拟信息叠加到现实世界， 几乎等同于头盔式的虚拟现实显示器。 这其实体现了设备类型在 AR 发展中举足轻重的地位。 因此，一些 AR 的使用者和设计者习惯于从设备上对其定义或分类：如台式电脑、手持设备、头戴式显示器等不同终端单独或组合构建的 AR. 但信息技术的迅猛发展大大拓展了 AR 概念，越来越多的硬件和软件设备都可以用来创建或增强现实。 特别是笔记本电脑和智能手机的发展为增强现实创造了新的机遇，手持设备带来的移动灵活性会增加学习环境的真实性和与他人互动的机会， 并创建 AR 的一种子类：移动 AR. 这让 AR 在真实环境中更加自然，技术推广更加容易。
正是由于 AR 可以由多种创新技术 （如移动电脑、可穿戴式设备和浸入式技术）组合连接而创建，人们对它的理解多种多样，计算机科学和教育技术研究者就给予了 AR 多种定义。如 Milgram 和 Takemura 最早以两种方式定义了 AR:广义上是指“使用模拟信号增加使用者的自然反馈”;狭义定义指“用虚拟现实技术制作的头盔式显示器， 用以呈现真实世界的清晰图景”[1].也有人根据它的技术特征定义了 AR,例如 Azuma 提出，AR 是一种满足以下三个特征的技术：现实和虚拟世界的融合；实时互动；3D 图像的精确配准[2]. Klopfer 则主张从长期的技术发展来看待AR,不能将其严格定义，更不应特指某一项具体的技术，只要“将真实和虚拟的信息以一种有意义的方式融合起来”,就可归属为 AR[3]. 这种提法强调了 AR 技术将真实世界和虚拟世界无缝融合后带来的沉浸感、即时互动性和深度的参与感。这些定义表明，AR 不限于任何一种技术和设备，它选择性地利用合适的信息化手段提供额外的情景化信息，以增强学习者的现实体验。 AR 基于技术，但却“超越”技术。
（二）AR 的分类。
目前，混合现实的创生方式主要有两种：增强现实（AR）和增强虚拟（AV）。 从上述对定义的讨论可以看出，AR 仅仅提供了情景化信息作为现实的补充而不是替代， 它是对现实的替代或称虚拟的现实化，即添加现实元素到虚拟环境中，整体上是虚拟的。 虚拟对象可以被描绘出来，添加到一个真实的环境中制成AR;同样，一个真实的对象也可以投影到一个虚拟环境中制成 AV.二者都可以创造身临其境的环境，但仍需注意 AV 和 AR 之间的差异。 Milgram 根据对现实的补充或增强的程度不同提出了现实-虚拟连续理论（如图 1 所示），将混合现实技术从完全真实到完全虚拟进行排列，真实成分较多的就是 AR.
Klopfer 还创设了一套标准来衡量 AR 中技术增强的分量，将其大致分为轻度增强现实和重度增强现实，前者是指用户所处的环境中大量的信息和物理材料都是来自现实世界中的，只访问相对较少的虚拟信息，后者则频繁访问虚拟信息。 增强程度的差异可作为 AR 的分类依据，如头戴式显示器可以很方便地提供巨量的虚拟信息，带来沉浸感，多用于重度增强现实的创设；而带有位置感知功能的移动设备创建的混合现实环境中，操作者只是偶尔访问虚拟信息，主要还是与现实世界的物理材料和对象进行交互，属于轻度增强现实的典型例子。
[关键词] AR（增强现实）； 学习环境； 3D; 游戏化； 浸入式学习。
一、引 言。
近年来， 随着可穿戴式信息设备和智能手机的迅猛发展，增强现实技术（AR）越来越受到教育研究者的重视，它创造了一种提高和增强现实的方式，带来了令人鼓舞的教学可能性。 在 AR 出现之前，对复杂的空间构型和抽象概念的直观感受是非常受限制的， 但 AR 可以很好地融合虚拟物体与真实环境，培养学生的理论素养和实践能力，这是其他教育技术难以企及的。AR 作为一种关键的新兴技术，给教育领域带来的技术红利和教学改革已经开始初步显现，并将在未来的五到十年出现井喷之势。
为深入探究和预测 AR 给教育带来的新兴机遇，我们通过实证研究和理论分析两方面的文献梳理确定了 AR 的一般技术特征和定义。 虽然很多技术优势并不是 AR 所独有的，其他的新兴技术手段也会带来类似的教学效果（如移动学习环境）。 但通过对比总结后，我们认为 AR 最突出的特征是深入推进了设备的技术设计、教师的教学方法和学生的学习方式三者在应用中的有机整合，具体体现在 AR 促进教学改革的三种主要的教学方法。 但正如每一项新技术在带来机遇的同时，也会带来质疑和冲击一样，AR 在教育领域的应用在技术、教学和学习三个方面存在着很多有待解决的问题。
二、AR 的技术特点及其优势。
（一） AR 的定义。
早期的 AR 主要通过头盔式装备将虚拟信息叠加到现实世界， 几乎等同于头盔式的虚拟现实显示器。 这其实体现了设备类型在 AR 发展中举足轻重的地位。 因此，一些 AR 的使用者和设计者习惯于从设备上对其定义或分类：如台式电脑、手持设备、头戴式显示器等不同终端单独或组合构建的 AR. 但信息技术的迅猛发展大大拓展了 AR 概念，越来越多的硬件和软件设备都可以用来创建或增强现实。 特别是笔记本电脑和智能手机的发展为增强现实创造了新的机遇，手持设备带来的移动灵活性会增加学习环境的真实性和与他人互动的机会， 并创建 AR 的一种子类：移动 AR. 这让 AR 在真实环境中更加自然，技术推广更加容易。
正是由于 AR 可以由多种创新技术 （如移动电脑、可穿戴式设备和浸入式技术）组合连接而创建，人们对它的理解多种多样，计算机科学和教育技术研究者就给予了 AR 多种定义。如 Milgram 和 Takemura 最早以两种方式定义了 AR:广义上是指“使用模拟信号增加使用者的自然反馈”;狭义定义指“用虚拟现实技术制作的头盔式显示器， 用以呈现真实世界的清晰图景”[1].也有人根据它的技术特征定义了 AR,例如 Azuma 提出，AR 是一种满足以下三个特征的技术：现实和虚拟世界的融合；实时互动；3D 图像的精确配准[2]. Klopfer 则主张从长期的技术发展来看待AR,不能将其严格定义，更不应特指某一项具体的技术，只要“将真实和虚拟的信息以一种有意义的方式融合起来”,就可归属为 AR[3]. 这种提法强调了 AR 技术将真实世界和虚拟世界无缝融合后带来的沉浸感、即时互动性和深度的参与感。这些定义表明，AR 不限于任何一种技术和设备，它选择性地利用合适的信息化手段提供额外的情景化信息，以增强学习者的现实体验。 AR 基于技术，但却“超越”技术。
（二）AR 的分类。
目前，混合现实的创生方式主要有两种：增强现实（AR）和增强虚拟（AV）。 从上述对定义的讨论可以看出，AR 仅仅提供了情景化信息作为现实的补充而不是替代， 它是对现实的替代或称虚拟的现实化，即添加现实元素到虚拟环境中，整体上是虚拟的。 虚拟对象可以被描绘出来，添加到一个真实的环境中制成AR;同样，一个真实的对象也可以投影到一个虚拟环境中制成 AV.二者都可以创造身临其境的环境，但仍需注意 AV 和 AR 之间的差异。 Milgram 根据对现实的补充或增强的程度不同提出了现实-虚拟连续理论（如图 1 所示），将混合现实技术从完全真实到完全虚拟进行排列，真实成分较多的就是 AR.
Klopfer 还创设了一套标准来衡量 AR 中技术增强的分量，将其大致分为轻度增强现实和重度增强现实，前者是指用户所处的环境中大量的信息和物理材料都是来自现实世界中的，只访问相对较少的虚拟信息，后者则频繁访问虚拟信息。 增强程度的差异可作为 AR 的分类依据，如头戴式显示器可以很方便地提供巨量的虚拟信息，带来沉浸感，多用于重度增强现实的创设；而带有位置感知功能的移动设备创建的混合现实环境中，操作者只是偶尔访问虚拟信息，主要还是与现实世界的物理材料和对象进行交互，属于轻度增强现实的典型例子。
