AR 教育打破教学时空限制.pdf
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1、90中国教育网络 2023.2-3增强现实(Augmented Reality,简称 AR)是数字经济的重大前瞻领域技术,正在深刻改变着我们的生产生活和教育学习方式。当前,AR 产业发展的战略窗口期已然形成,在智慧城市、文旅文博、教育医疗等行业均有一定的落地应用。AR技术与教育相结合,可以制作出更有趣更易理解的学习内容,在认知层面帮助学生理解抽象的学科概念,建构学科知识,在非认知层面可以培养学生的好奇心和想象力,发挥学生的主体能动性,适应于各教育阶段的学生发展。此外,AR 技术还可以打破学习时间和空间的限制,提供更沉浸式的学习,提升教与学的效能,降低面向农村地区的普及成本,改善乡村地区教育工具
2、、内容、师资分布不均的现状,有效促进教育均衡化发展,实现教育公平。“AR+教育”的发展现状政策支持情况从 2019 年教育部出台关于加强和改进中小学实验教学的意见开始,AR技术与教育教学相结合逐步进入人们的视野,掀起了一波中小学AR教学内容制作、应用和传播的小高潮。2021 年,北京、上海、广州等地纷纷出台鼓励应用虚拟现实技术(AR/VR)促进数字经济社会发展的政策,肯定虚拟现实技术在各个行业升级转型过程中发挥的作用。2022年11月,教育部等五部委又联合发布虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(20222026年),提出“到 2026 年,虚拟现实在经济社会重要行业领域实现规模化应用,打造技术
3、、产品、服务和应用共同繁荣的产业发展格局”,特别提到在教育行业“加强虚拟现实相关学科专业建设,鼓励产学研合作”,“在中小学、高等教育、职业学校建设一批虚拟现实课堂、教研室、实验室与虚拟仿真实训基地”,将虚拟现实的应用推广提升到了新的高度。AR技术与教育结合相关政策的出台,大体可以分为两类:第一类,以省市地方政府为主体,从 AR/VR 技术促进数字经济社会发展、高精尖产业生态打造角度发文。据不完全统计,2021 年 1 月至 2022年 10 月,已有至少 15 个省市发文,鼓励 AR/VR 技术在包括教育在内的多个行业进行推广应用。第二类,以教育部为主体,从 AR 技术促进学科教学、专业实训角
4、度发文。主要体现在改善传统教学模式、提升互动教学效果、打造沉浸式课堂等方面,覆盖中小学、职业学校、高等院校多个阶段。可以看出,AR 技术在教育行业的发展,已从摸索尝试阶段发展到了明确阶段、明确场景、明确形式的深入结合阶段,有较大的发展潜力。落地应用的细分领域AR 技术是一种实时计算摄影机影像位置和角度并加上相应图像的技术,将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成,这种技术的目标是在屏幕上将虚拟世界套在现实世界并进行互动,实现更佳的视觉体验。根据实现的技术方式,AR 应用大致可以分为两类:一类是基于标记的 AR教育应用,即当用终端设备扫描教学展示课件时,利用预定义标记触发在图像顶部显示的AR叠加
5、层,呈现出更加立体、全面、沉浸的 AR 教学内容。另一类是基于位置的 AR 教育应用,即利用 GPS、加速度计或罗盘信息等在实际对象上方显示 AR 对象,可以将 AR 技术应用在校园管理服务等多方面。AR 技术应用分类的具体内容见表 1。AR+文化类课程:包括 AR+国学、书法、国医等非遗传承,AR+博物馆、科技馆、党建等科普教育,AR+英语、语文等学科学习。例如,AR 技术对传统医药类非遗文化中的身体结构、穴位、药材等进行多角度、全方位的三维模型展示,将其中的技艺手法与诊疗方法通过虚拟仿真技术、三维动态影像等手段进行数字化的仿真还原,带给受传者逼真的视、听、触等多感官的综合体验,推动非遗文化
6、更好地传播。党的二十大报告指出:“要坚定文化自信,要传承中华优秀传统文化。”在博物馆参观学习过程中,AR 技术可以给学生创造AR+教育打破教学时空限制文/周丹1蔡苏2分类定位能力扫图建图能力终端依赖其他行业应用教育行业应用基于标记的 AR手机、PAD、眼镜、课桌、投影仪等AR 名片、AR文物复原等AR 课程教学等基于位置的 ARGPS 粗定位(+VPS高精定位)生成点云数据、数字模型手机、PAD、眼镜等AR 城市导览、AR 商圈等AR 校园迎新等表 1 AR 技术应用分类注:VPS是指视觉定位系统(Visual Positioning System),点云数据是指在空间三维坐标系统中的向量集合
7、。读者服务新视角2023.2-3 中国教育网络 91近乎真实的社会、实践、文化情境,复原活化文物,展现文物的历史人文价值,让传统文化教育在近乎真实的情境中自然而然地发生。AR+实验类课程:包括 AR+数学、生物、物理、化学等实验教学类课程。一些教育研究者和开发者利用平板电脑、AR眼镜制作出了立体几何、天文知识、电磁现象、化学反应等实验,并证实了 AR 技术能给学生和教师带来更好的教学体验。AR+职业技能类课程:成立虚拟实训教育教学场地、搭建 AR 教育实践平台、实现专业化技能训练以及微观世界感知应用是AR技术在职业教育的主要应用领域。比如在航空类职业学院中,通过 AR 技术可以搭建起落架 AR
8、 辅助教学系统、飞机发动机 AR 辅助教学系统等。还有 AR 服装设计实训室、AR 护理实训室、AR 化学实训室、AR建筑实训室、AR电商实训室等等,AR 技术正在重新定义和重塑职业教育的实训新模式。AR+校园管理服务:北京航空航天大学面向新生推出了校园迎新服务,打开 AR地图,学生能体验“魔幻”的大学校园游:拍照、打卡、导航、校园历史、文化展览等;北京师范大学推出的校园虚拟地标应用也受到师生的欢迎,并在毕业生离校欢送环节发挥了重要的气氛渲染作用。还有一类应用是将 AR 技术与 AI 编程教学相结合,普及新技术新内容,比如商汤“AR 实验”课程、猿辅导“AR 编程”等 AI 编程教学中也都融入
9、了 AR 内容。未来,随着虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(20222026 年)中“高等院校加强虚拟现实相关学科专业建设”的推进,无疑会形成 AR 相关专业申报和内容教学的热潮,短期内可能由相似专业以共建共享方式进行孵化;相应的 AR 教学应用也会不断向下降维,进入中小学课堂。产学研的开展情况国内互联网公司、教育公司纷纷开展AR 战略布局,产学研联动,进行 AR+教育的产品和应用落地。百度于 2017 年成立AR 实验室,目标是通过 AR 来推动营销增长,并进一步拓展教育领域;科大讯飞依托其子公司讯飞幻境推出了支持三维仿真课程的 AR 智能课桌,采用 slam 光学识别系统,将实训实验的操
10、作过程以 3D 交互形式展现;Rokid Glass 与浙江大学合作,成为智慧教学 AR 系统的指定教育设备;华为于 2019 年宣布开源“河图”数据虚拟化引擎,具备大规模高精 3D 地图构建、数字空间基础设施搭建、内容创作运营等技术能力,已在北航、北师大实现了基于位置的校园迎新应用服务,以及在博物馆实现了历史文化、党建主题等多种类型教育。北京航空航天大学于 2007 年建设虚拟现实技术与系统国家重点实验室,通过不同学科之间的交叉融合,开展虚拟现实领域的基础研究、应用基础研究和战略高技术研究,进行集成创新和原始创新。北京师范大学于 2009 年成立“VR/AR+教育”实验室,致力于 VR/AR
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