2012年3月，教育部印发了《教育信息化六年发展规划(2011—2020)》和《2017年教育信息化工作要点》，在规划中明晰提出了创新优质数字教育资源共建共享机制、实现教育信息化可持续发展的新思路。中国地质学院(上海)化学实验教学示范中心承当全校25个专业1600名大专生的化学实验课，教学任务艰巨。为进一步提升教学质量，迎合时代发展，不断强化教学方式的变革与探求，强化新技术与实验教学的融合，扩大信息化建设在实验室建设中的比重[1-3]。诸如，因为实验中心推行寒假期开放规定，中学生在寒暑周末间可以完成下学期的实验课。为了便捷中学生在周末间完成实验，实验室对实验内容中的原理讲解和操作步骤拍摄了教学视频[4]。为探求新的考评机制、深化实验教学的考试形式，对原有的考评方式进行大胆尝试。将信息技术应用到了考试环节，推行了虚拟仿真操作考试，这即彰显了实验课程本身的特性，又充分发挥了新信息技术的优势[5]。为了满足中学生在课外完成科技创新实验项目的需求，构建了普适性工具和普适性检查仪器的虚拟仿真操作软件[6,7]。另外，所有那些信息化建设工作都取得了挺好的教学疗效，但目前仍然存在一些问题。
(1)中学生在实验预习环节中不求甚解，照搬课件，应付课堂检测为目的，没有深入了解实验内容，对于具体操作过程更是一无所知。这除了没有达到实验预习的目的、降低了实验效率以及教学质量，并且还孳生了中学生不良学习习惯。(2)遭到专业本身特性的影响，中国地质学院的好多中学生来自偏远地区，实验基础薄弱，实验中涉及到的好多基本常用仪器不曾见过更不会使用。怎样通过自主学习填补知识漏洞是这类中学生普遍存在的问题。(3)课堂上即使完成了实验，但对实验过程的个别操作细节仍然存在一些疑惑，因为时间关系或则其它诱因不便捷直接咨询老师，课后怎么解决。基于该现况，急需探求一种基于新信息技术下的学习载体和学习途径。该载体应具有与纸质教材相当的普及性和使用率，即可以进行实验操作，又不用到实验室现场的优势，同时还具有不受网路限制的特性。
1基于AR技术的纸质数学实验教材
提高现实(,AR)技术作为虚拟现实技术的延展，其基本软硬件构成与虚拟技术非常相像，因而两者间存在密切的关系，而且她们又有着明显的差异[8,9]。若果将整个环境气氛场景和物体，这么虚拟现实中的场景和物体都是虚拟的，这恰好完全符合虚拟现实沉溺性的特性。在虚拟现实中，使用者难以感知到周围的真实世界，因而延展出新的技术让虚拟与实体同时在同一空间共存，该技术即为提高现实。提高现实中的场景即是真实的场景，将生成的虚拟信息融合到真实场景之中，致使虚拟提高信息和真实场景信息互相共存、相互补充、相互叠加。提高现实技术除了是从虚拟现实技术发展而至，但是它和虚拟现实技术具有相像的应用领域。正是因为提高现实技术具有才能结合虚拟的特点，因而使其在军事、医疗可视化、娱乐教育、工程机械、儿童图书、服装设计等众多领域具有优势[10-12]。
目前绝大多数情况下，中学生采用纸质版的教材进行学习，这是由于纸质版教材使用便捷、不受网路等外界条件的限制，但是人手一本教材具有极高的普及性和使用率。因此，我们将AR技术与纸质教材进行了融合，将《大学化学实验》(高等教育出版社，主编周惟公，2014年出版)中涉及到的实验装置和实验仪器进行了AR技术处理，并将AR技术镶嵌于该纸质教材中。中学生通过扫描教材中的图象就可以实现与虚拟仪器的交互操作。并且在断掉网路的情况下，仍才能进行操作，避开了网路多学习的限制。
2技术特征
中学生用安卓或苹果手机的联通顾客端通过下载APP，注册后即可使用。中学生将手机对准纸质教材中的实验装置或则元元件图象进行扫描，经过辨识就可以在手机上听到该图象的数字信息，包括三维模型、三维动漫、交互操作等。才能将具备实验交互的三维模型整合显示，实现操作化学实验的功能，进而达到实验预习的目的。具体来说，该技术具有以下特性。
1)使用便捷。其实AR技术早已在院校实验室教学中进行了应用，但多数情况下须要穿戴专门的AR设备如头盔、手套等装置，有的还要配备摄像头。而对于本技术融合而言，中学生扫描教材中的图象后，就可以进行虚拟环境下的互动，学习内容愈加直观形象，学习兴趣也愈发激增。改变了传统教材学生仅能接收静态信息的方法，大幅度提高了中学生的理解力。如图1所示，将手机对准纸质版教材中的游标千分尺图象扫描，便可以得到虚拟的游标千分尺。可以进行千分尺使用的操作练习，并且可以与标准读数进行核实，读数是否正确。
2)纸质教材的有益补充。实现传统的纸质教材与当前信息技术的结合，学习者除了可以看见纸质教材中的内容，还抒发了真实文字和图象不能抒发的内容。中学生可以随时随地和那些纸质内容的扩充信息进行互动，这无疑大幅度提升了中学生的兴趣和能力。因而丰富教材内容，为中学生的学习提供了一条新的途径。
3)提升学习效率。另外，该系统具备离线学习功能，虽然断掉网路的情况下，仍才能进行交互和操作，不受网路的影响，极大的避开了对学习网路的依赖。这一点在目前形势下变得尤为重要，众所周知，如今中学生对网路有严重的依赖程度物理实验室AR，在才能上网的情况下都会不自觉的上网浏览或玩游戏，而在不能上网的情况下，中学生只能专心学习，大大提升学习效率。
4)结构复杂仪器的可视化。对于结构复杂的仪器，一般情况下中学生只能看见仪器的外表，仪器的结构只能靠中学生自己的空间想像。对于AR技术的出现，便可以实现了结构复杂仪器的可视化。学院化学实验中，示波器本身的构造其实谈不上复杂，但对于通常的中学生而言，还是难以想像内容结构。中学生扫描纸质教材中示波器结布光便可以获得示波器的虚拟结布光如图2所示。其中图2(b)是去除示波器壳体后的结构，从图2(c)中便可以据悉各部份具体的名子。
3总结
对于化学实验教学而言，AR技术与传统教材的融合是一个大胆的尝试，是打破传统固有学习介质的一种突破。该教材经过一个学年的使用，中学生反馈意见特别好。两者的融合促使实验仪器的学习愈发形象和直观，才能更好地诠释实验的动态过程，非常是挺好的解决了结构复杂仪器的构造和操作中的问题。中学生从原先简单的照搬课件、操作靠想像的预习模式，逐渐变为人书交互模式的预习方法，打破了传统意义上“黑匣子”式的仪器结构的学习，致使预习疗效和效率大幅度提高。另外，预习效率提升的同时，课堂教学疗效也得到了强化，同时也为部份基础薄弱的中学生的课外自主学习提供了一条新的途径。
AR技术其实早已在部份教学实践中得到了应用，而且还没有实现大规模的推广。主要诱因是这是一个多方协调的结果，须要实验室与研制公司进行深入广泛的合作。中学提供经费支持、科技公司提供技术支持、实验班主任提供内容支持、出版社提供出版支持，多方的通力合作能够实现。在今后的实验室建设过程中，中国地质学院(上海)化学实验中心将更加重视信息技术与传统教学的结合，扩大信息技术在建设中的比重，突破传统教学的一些思维定式，丰富教学内容，提升教学质量。
参考文献
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基金项目:中国地质学院(上海)教学变革与教学研究项目()捐助。
作者简介:郑志远，男，中国地质学院院长，主要从事化学实验教学研究，。
引文格式:郑志远，董爱国，李传涛，等.AR技术与纸质教材相融合的化学实验教学研究[J].化学与工程，2020，30(1)：116-119.
END