微美全息科學(xué)院：AR在教育領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景

    科學(xué)技術(shù)日新月異，科技的進(jìn)步也為教育提供更多的技術(shù)支撐。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）在消費(fèi)者、專業(yè)領(lǐng)域以及娛樂的應(yīng)用已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。隨著AR技術(shù)的不斷成熟,其在教育中的整體實(shí)用性也在不斷提高。作為納斯達(dá)克上市企業(yè)“微美全息WIMI.US”旗下研究機(jī)構(gòu)“微美全息科學(xué)院”的科學(xué)家們詳細(xì)探討了AR在教育領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景，以了解AR在教育領(lǐng)域中發(fā)展的必要性和教學(xué)應(yīng)用。

    1.AR技術(shù)與現(xiàn)代教育

    AR技術(shù)也叫增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，就是利用計(jì)算機(jī)生成的一種逼真感覺的虛擬環(huán)境。通過各種傳感設(shè)備，營造一種環(huán)境，使用戶“沉浸”其中,實(shí)現(xiàn)使用者和環(huán)境直接進(jìn)行自然交互。確切的說，AR技術(shù)并非是一種具體技術(shù)，可以說是一個新型的體驗(yàn)方式。從概念定義上，AR具有虛擬和現(xiàn)實(shí)兩個元素，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，AR有多種實(shí)現(xiàn)方式，并呈現(xiàn)飛速發(fā)展態(tài)勢。隨著企業(yè)大量資金的注入及各大AR創(chuàng)業(yè)公司的興起，印證著AR的發(fā)展更受投資者青睞。

    AR技術(shù)不斷升溫，許多領(lǐng)域都在探討AR技術(shù)應(yīng)用在其行業(yè)的可行性以及影響。相較于國外，國內(nèi)關(guān)于AR教育的研究還停留在理論階段，相關(guān)理論不是很多，還只是初級階段。AR技術(shù)廣受青年人的喜愛。

    興趣是最好的老師,可是在日常的學(xué)習(xí)生活中，一些苦澀難懂不好理解的知識卻常常將學(xué)生“勸退”。除此之外，一些概念性的敘述或者解釋會讓簡單的問題更加復(fù)雜，不便于學(xué)生的理解。這時，在教育領(lǐng)域發(fā)展AR技術(shù)便很有必要。與傳統(tǒng)教育相比較，將AR技術(shù)融入教育教學(xué)，有許多無可比擬的特點(diǎn)和優(yōu)勢：

    （1）三維直觀的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式

    AR技術(shù)能夠?qū)�現(xiàn)實(shí)中常見的東西，例如動物、植物、日常用品等呈現(xiàn)出三維視圖，不需要再自己腦部，而且呈現(xiàn)出的3D立體內(nèi)容是非常形象生動的。對于一些微小的事物，像細(xì)胞、細(xì)菌、灰塵這種肉眼不可見的內(nèi)容，AR可以很形象的展現(xiàn)出來，有助于提升孩子們對其的認(rèn)知和理解。例如在教授地球的形狀時，單靠想象力難以想象出地球的形狀，而在教育中融入AR技術(shù)能夠很好解決這一點(diǎn)。

    （2）互動性和參與性強(qiáng)

    在利用AR技術(shù)去學(xué)習(xí)的時候，其所展現(xiàn)的事物會讓體驗(yàn)者有“撥開迷霧見真顏”的感覺。“學(xué)習(xí)是一種真實(shí)情境的體驗(yàn)”的理論很適合于形容AR技術(shù)。讓學(xué)生們?nèi)ビH眼看、親耳聽、親手做，然后開動腦筋去思考。在整個過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性增強(qiáng)，更傾向于“我要學(xué)，我要聽，我要看”，學(xué)習(xí)效率也會提高很多。

    （3）游戲化教學(xué)

    促進(jìn)教育資源平等化與互聯(lián)網(wǎng)教育：AR能夠讓來自不同地區(qū)的老師、學(xué)生聚在一起，進(jìn)行實(shí)時互動。因此，教育資源能夠共享，先進(jìn)優(yōu)質(zhì)的資源能夠低成本的照顧到教育薄弱的地區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)共贏。在教育互聯(lián)網(wǎng)化的發(fā)展趨勢下，將AR技術(shù)用于與產(chǎn)品之中，提升產(chǎn)品附加值，給用戶帶來更優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)，是正確的。

    AR教育所展現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)讓我們堅(jiān)信其發(fā)展會是一個不斷前進(jìn)的過程，在這里，學(xué)生以及教師都會受益無窮，AR教育的普及也指日可待。

    2.AR在教育領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

    AR技術(shù)最早在軍事領(lǐng)域進(jìn)行運(yùn)用，主要針對飛行人員。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，LCD等技術(shù)逐漸產(chǎn)生，互動理念開始被人們所認(rèn)可，使AR技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展，消費(fèi)級的頭戴顯示器應(yīng)運(yùn)而生。特別是最近幾年，這樣的產(chǎn)品數(shù)量不斷增加。

    （1）數(shù)學(xué)學(xué)科之中的應(yīng)用

    有學(xué)者在學(xué)前教育階段嘗試性的應(yīng)用AR技術(shù)來使學(xué)生們更好的對數(shù)學(xué)進(jìn)行了解, 并且對于基本的數(shù)字與技術(shù)規(guī)則進(jìn)行學(xué)習(xí)。研究人員曾經(jīng)在對小學(xué)生進(jìn)行教學(xué)的過程中曾經(jīng)將AR內(nèi)容制作成一種“魔法之書”, 并且應(yīng)用AR技術(shù)與情境化的股市教學(xué)模式對于學(xué)生們的積極性進(jìn)行調(diào)動, 而在小學(xué)階段的學(xué)生在抽象思維方面的能力相對較弱, 由此便使他們常常會在學(xué)習(xí)過程中難以將注意力集中起來, 并且會對一些新鮮的事物表現(xiàn)出較強(qiáng)的好奇心。

    基于這種情況有很大一部分研究人員嘗試在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)之中對AR技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用, 比如某研究人員對于韓國游戲界的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了充分吸收, 在教學(xué)過程中應(yīng)用AR手段使游戲盒學(xué)習(xí)的體驗(yàn)得到了豐富, 由此便是學(xué)生們在學(xué)習(xí)的過程中感受到更多的趣味性, 其所得的結(jié)果便是游戲化的AR學(xué)習(xí)能夠使學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性被很好的調(diào)動起來。

    而在學(xué)生們進(jìn)行人中學(xué)階段之后AR技術(shù)的應(yīng)用研發(fā)主要是為了對學(xué)生們的主動性進(jìn)行提升, 從前突出學(xué)習(xí)趣味性的效果開始向著對學(xué)生們數(shù)學(xué)思維的培養(yǎng)以及提高學(xué)習(xí)效果進(jìn)行轉(zhuǎn)變。比如在對函數(shù)圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中學(xué)生可以對AR技術(shù)進(jìn)行借助來從多個角度對實(shí)時生成的函數(shù)進(jìn)行觀察。而AR技術(shù)在高等教育之中也有著一些應(yīng)用案例, 比如在對立體幾何進(jìn)行教學(xué)的過程中可以應(yīng)用三視圖唯一的原理來對AR技術(shù)進(jìn)行利用, 使3D直觀圖形與3D圖形有機(jī)結(jié)合起來, 由此便避免了傳統(tǒng)教學(xué)過程中需要手工對模型制作的麻煩得以免除。

    （2）地理學(xué)科的應(yīng)用

    在地理學(xué)科之中對于AR技術(shù)的應(yīng)用大致可以分為輔助野外教學(xué)與輔助課堂教學(xué)兩種, 前者主要是通過對圖片或者標(biāo)識碼的掃描來對實(shí)物模型或者現(xiàn)象反映進(jìn)行反饋, 并且使知識能夠得以具體化的呈現(xiàn)出來, 通過這樣能夠幫助學(xué)習(xí)人員對于知識有一個更加深入的理解;而后則的應(yīng)用則是依據(jù)學(xué)習(xí)者的地理位置來提供一些知道信息并且版主學(xué)習(xí)人員對于路線進(jìn)行查詢。另外，研究人員發(fā)現(xiàn)地理田野調(diào)查的移動AR工具能夠幫助學(xué)習(xí)人員在野外實(shí)習(xí)的過程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集以及對地圖進(jìn)行查看。

    3.AR在教育領(lǐng)域的發(fā)展前景

    目前,在AR教學(xué)領(lǐng)域做底層技術(shù)公司或機(jī)構(gòu)相對不多,大多數(shù)高新技術(shù)企業(yè)或相關(guān)機(jī)構(gòu)對AR技術(shù)在教育領(lǐng)域開展的平臺研究多停留在理論層面。盡管國家和教育領(lǐng)域近年來一直在關(guān)注AR教育相關(guān)的技術(shù)研究,但就目前來說,所謂的AR SDK主要還是局限在2D平面圖的識別和跟蹤上,實(shí)用性相對較強(qiáng)。因此在這方面研究均有較高的實(shí)用價值，不過僅僅停留在二維層面的AR距離真正的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還有很長的一段路要走。在教育領(lǐng)域,AR技術(shù)的發(fā)展任重道遠(yuǎn),與現(xiàn)實(shí)場景三維畫面的融合應(yīng)當(dāng)是我國各個相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)主要應(yīng)該攻克的方向。

    增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能夠通過技術(shù)手段將現(xiàn)實(shí)世界中的空間結(jié)構(gòu)等以數(shù)據(jù)的方式導(dǎo)入系統(tǒng)中,從而使其與虛擬環(huán)境相融合,創(chuàng)造出一個具有較強(qiáng)感官性和互動性的虛擬現(xiàn)實(shí)場景。另外,隨著技術(shù)的不斷革新,AR設(shè)備的研發(fā)成本和制造成本將會逐漸降低,并且也會逐漸區(qū)域智能化和人性化。伴隨著教育發(fā)展的需要,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會在教育領(lǐng)域得到更加廣泛的使用,并且采購成本會不斷降低,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會以更加簡單、更加方便的形式進(jìn)入教育教學(xué)領(lǐng)域,并且實(shí)現(xiàn)學(xué)科的細(xì)分,提高教學(xué)質(zhì)量,推動現(xiàn)代教育不斷發(fā)展。

    如今AR設(shè)備的呈現(xiàn)平臺還過于單一,由于技術(shù)和操作的限制,無法在更多平臺普及,尤其是AR設(shè)備的局限性較強(qiáng),并不是一個類似于手機(jī)的設(shè)備可以隨身攜帶隨時移動,AR設(shè)備的使用需要滿足眾多條件,這就造成了它呈現(xiàn)平臺單一化的不足。

    AR技術(shù)在體育中，也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，最典型的就是在游泳比賽時可以清晰的看到每個國家的選手在哪個賽道。而在新年，“AR春聯(lián)”、“AR搶紅包“就已經(jīng)走入到日常的生活中來。但是在學(xué)習(xí)中并沒有大規(guī)模的接觸到AR技術(shù)，因此AR技術(shù)應(yīng)該加快它的步伐，應(yīng)用到學(xué)習(xí)中。AR技術(shù)的應(yīng)用可以在一定程度上均衡了教育資源發(fā)展不平衡的現(xiàn)狀，可以讓教育資源匱乏地區(qū)的孩子可以利用前沿的技術(shù)去學(xué)習(xí)知識，了解更為廣闊的天地。在很多教育匱乏地區(qū)，學(xué)生并不能擁有足夠的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器材，部分稀奇的教學(xué)用品也無法直接的觀看和接觸，只能利用課本中的文字介紹和有限的文字來學(xué)習(xí)知識。AR技術(shù)則可以利用專門的眼鏡、軟件和課本，投入到教育中去，將教學(xué)稀缺物資利用視頻和3D建模等功能來到學(xué)生面前，讓教育資源匱乏的學(xué)生學(xué)習(xí)知識，開拓眼界，實(shí)現(xiàn)資源的共享。

    與此同時，學(xué)生也需要通過AR技術(shù)，培養(yǎng)自己學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)能力。在小學(xué)這個教育啟蒙階段，孩子需要通過AR技術(shù)去學(xué)習(xí)新世界，AR技術(shù)可以讓學(xué)知識可以像看電視這么輕松有趣。在之后的教育階段，利用AR技術(shù)則可以讓學(xué)生多學(xué)科綜合性發(fā)展，明確其人生目標(biāo)和方向，堅(jiān)定理想信念。不得不提的是，在這個疫情常態(tài)化的條件下，我們也需要AR技術(shù)去幫助我們的學(xué)習(xí)，保證我們的學(xué)習(xí)時間。

    例如在某些地區(qū)，因?yàn)橐咔槎�不能正常上課時可以不單單的利用電腦來上網(wǎng)課。帶上AR眼鏡實(shí)現(xiàn)學(xué)生和老師的連接互通，讓老師像平常上課一樣站在自己的面前，縮進(jìn)了學(xué)生和老師的距離，同時黑板上的知識以及課本上的圖畫也可以利用AR技術(shù)共同投影，減少只用PPT來講課而導(dǎo)致的學(xué)生跑神或者網(wǎng)課開著本人卻在睡覺等情況，而老師也可以通過眼鏡中學(xué)生的投影來辨別學(xué)生是否在認(rèn)真的學(xué)習(xí)知識。同時，老師也可以像平常上課時那樣提問學(xué)生。這可以減少疫情或者其他緊急情況對學(xué)習(xí)生活的沖擊，讓學(xué)生能夠極大程度的感受到在學(xué)校學(xué)習(xí)的氛圍。