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增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支撐下的沉浸式學(xué)習(xí)前景

2021年12月8日 08:18  澎湃新聞  作 者:呂娜

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中,以互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等新興數(shù)字技術(shù)不斷改變著教育領(lǐng)域,賦予教學(xué)模式新的內(nèi)涵和意蘊(yùn)。尤其是自新冠大流行以來,網(wǎng)絡(luò)課堂等在線教育方式被世界各國普遍接受。在此背景下,可以大幅度增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果和課堂互動(dòng)體驗(yàn)的增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR/VR)也逐漸受到廣泛關(guān)注。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)本質(zhì)上是傳感器和顯示器的集合。計(jì)算機(jī)和可穿戴設(shè)備協(xié)同工作,為用戶創(chuàng)造身臨其境的體驗(yàn)。AR/VR技術(shù)令教學(xué)內(nèi)容制作更加靈活便捷,賦能教師制作更為優(yōu)質(zhì)的互動(dòng)教學(xué)內(nèi)容,為學(xué)生帶來全方位沉浸式體驗(yàn)和多樣化的學(xué)習(xí)方式,激發(fā)強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣和熱情。與此同時(shí),AR/VR技術(shù)和產(chǎn)品經(jīng)過多輪升級迭代,生態(tài)不斷完善,產(chǎn)業(yè)正逐步邁入成熟期,從2020年起迎來了消費(fèi)和應(yīng)用的新拐點(diǎn),給未來教育變革打開了更加廣闊的前景。

今年8月30日,美國信息技術(shù)和創(chuàng)新基金會(huì)(ITIF)發(fā)布了題為《沉浸式學(xué)習(xí)前景:增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域的潛力》(The Promise of Immersive Learning: Augmented and Virtual Reality’s Potential in Education)的研究報(bào)告。報(bào)告作者ITIF政策分析師艾利斯·迪克(Ellysse Dick),闡述了AR/VR技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域的顯著優(yōu)勢和未來趨勢,并展示了多個(gè)應(yīng)用案例。她主張美國政府和教育部門應(yīng)大力支持開發(fā)、推廣AR/VR教育解決方案,并提供了相關(guān)政策和行動(dòng)建議。

艾利斯·迪克(Ellysse Dick)認(rèn)為,AR/VR技術(shù)能夠創(chuàng)造超越物理距離和時(shí)空阻隔的多維沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)。無論是對于基礎(chǔ)教育、高等教育、職業(yè)教育或?qū)I(yè)培訓(xùn),只要在確保安全的前提下使用,就會(huì)形成優(yōu)于二維在線教學(xué)方式的知識(shí)傳授效率,實(shí)現(xiàn)更全面的教育價(jià)值。例如,學(xué)生只需使用穿戴式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,即可身臨其境地參觀遠(yuǎn)古遺址,近距離觀察和觸摸微生物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),直觀感受各種物理、化學(xué)原理和現(xiàn)象。不僅如此,學(xué)生還可以置身具體場景中,與虛擬事物進(jìn)行互動(dòng),例如開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療操作、模擬辯論和商業(yè)談判等活動(dòng),從而更加安全、低成本地習(xí)得諸多實(shí)際操作流程和經(jīng)驗(yàn)。除此以外,AR/VR技術(shù)帶來的沉浸式體驗(yàn)還能夠減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,改善對復(fù)雜和抽象知識(shí)的理解與記憶,而其數(shù)據(jù)收集功能也能及時(shí)向師生提供學(xué)習(xí)反饋,以進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)方案。同時(shí),AR/VR能有效輔助患有自閉癥、身體殘疾、多動(dòng)癥、閱讀障礙等疾病的特殊學(xué)生群體的學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)更大的教育公平和包容。隨著AR/VR技術(shù)應(yīng)用的不斷鋪開,以及實(shí)踐案例的累積,傳統(tǒng)的教育模式或?qū)⒈恢鸩筋嵏病?/P>

為此,艾利斯·迪克(Ellysse Dick)在報(bào)告中羅列了AR/VR技術(shù)在當(dāng)前美國K-12基礎(chǔ)教育、STEM教育、高等教育、職業(yè)教育、教師培訓(xùn)等領(lǐng)域的數(shù)十個(gè)應(yīng)用案例,以展現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)的廣泛適用性和創(chuàng)新潛力。

對于K-12教育來說,以AR/VR為支撐的沉浸式學(xué)習(xí)可以為兒童和青少年創(chuàng)造更具吸引力和更公平的學(xué)習(xí)環(huán)境。目前已有的應(yīng)用方案包括適齡圖書館、博物館等沉浸式內(nèi)容庫,可視化、可模擬操作的學(xué)科特色知識(shí)集成,以及為支持有學(xué)習(xí)障礙的學(xué)生而開發(fā)的輔助教學(xué)工具等。例如,美國史密森尼學(xué)會(huì)開發(fā)了一個(gè)博物館展覽內(nèi)容三維模型庫,允許學(xué)生在移動(dòng)設(shè)備上使用AR技術(shù),以隨時(shí)近距離觀賞數(shù)十家博物館的豐富藏品,幫助學(xué)習(xí)美國歷史、自然等科目!癒infolk”應(yīng)用程序則能讓學(xué)生與美國歷史名人的AR模型進(jìn)行互動(dòng)對話,觀摩他們的數(shù)字“紀(jì)念碑”,撰寫相關(guān)學(xué)習(xí)心得。美國國家航空航天局(NASA)提供的沉浸式教育資源可以帶領(lǐng)學(xué)生們“親臨”國際空間站,或“探訪”外星球,而老師們只需要通過電腦終端的集中管理系統(tǒng)就可以掌控教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度。此外,患有各種學(xué)習(xí)障礙的學(xué)生可以選擇“Floreo”等基于VR的社交和生活技能訓(xùn)練程序,通過類似互動(dòng)游戲的方式來練習(xí)與人對話和情緒調(diào)節(jié)技巧等。教師和監(jiān)護(hù)人使用手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備即可開展教學(xué)指導(dǎo)。

在高等教育和STEM教育領(lǐng)域,AR/VR解決方案適用的場景則更加多樣。除了常見的視頻會(huì)議、線上師生互動(dòng)等用途,該項(xiàng)技術(shù)還特別有助于將復(fù)雜和抽象的科學(xué)理論具象化,且比傳統(tǒng)的二維信息展示方式更加生動(dòng)、易懂。例如,美國空軍學(xué)院通過“HoloChem”平臺(tái)將AR/VR方案整合到化學(xué)課程中,學(xué)生可虛擬開展高難度化學(xué)實(shí)驗(yàn),不僅安全系數(shù)高,也便于多次重復(fù)練習(xí)。部分美國大學(xué)的醫(yī)學(xué)院則將AR/VR技術(shù)用于解剖、護(hù)理等課程的學(xué)習(xí),方便學(xué)生直觀了解人體系統(tǒng),開展實(shí)踐操作。

AR/VR解決方案亦適用于教師培訓(xùn)、社交軟技能培養(yǎng)和職業(yè)技術(shù)教育等領(lǐng)域。以“zSpace”應(yīng)用為例,它可以提供保健、制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等多種行業(yè)技能的模擬環(huán)境和沉浸式學(xué)習(xí)。學(xué)員還能通過完成“zSpace”課程取得30多類技能證書,為未來職業(yè)發(fā)展做好準(zhǔn)備。

鑒于AR/VR技術(shù)及其支撐的沉浸式學(xué)習(xí)前景所展現(xiàn)的巨大潛力和市場價(jià)值,艾利斯·迪克(Ellysse Dick)建議美國政府和教育部門全面理解該技術(shù)的重要性,支持相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。具體的政策和行動(dòng)建議包括:第一,教育部門應(yīng)更多地投資于AR/VR教育解決方案相關(guān)的研發(fā)和創(chuàng)新,特別是要發(fā)掘提高學(xué)習(xí)成效的應(yīng)用模式,以及降低設(shè)備成本的有效途徑;第二,重點(diǎn)確保AR/VR技術(shù)對兒童健康和安全的影響可控,包括改進(jìn)技術(shù)以克服暈動(dòng)癥、視力疲勞、混淆虛擬和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的心理問題等,并為沉浸式學(xué)習(xí)制定適齡參數(shù)和實(shí)施準(zhǔn)則;第三,幫助教育工作者和學(xué)生群體共同提高數(shù)字素養(yǎng),普及掌握基于AR/VR開展學(xué)習(xí)和創(chuàng)建教學(xué)資源的基本技能與安全保護(hù)措施等;第四,擴(kuò)充教育領(lǐng)域的AR/VR內(nèi)容生產(chǎn),推動(dòng)開發(fā)高質(zhì)量的適齡產(chǎn)品,激勵(lì)與技術(shù)適配的內(nèi)容和產(chǎn)品創(chuàng)新;第五,增加對低收入學(xué)區(qū)的專項(xiàng)資金扶持和技術(shù)培訓(xùn),確保教育公平。

當(dāng)前,全球已步入數(shù)字時(shí)代,不可逆的數(shù)字化浪潮成為當(dāng)前社會(huì)的基本面。以AR/VR技術(shù)為支撐的沉浸式教育產(chǎn)業(yè)正處于上升階段,今后將出現(xiàn)更多的技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新,也必將對未來教育變革產(chǎn)生重要影響。政府和教育部門的公共服務(wù)思路也需要因時(shí)而變,提前布局,將數(shù)字技術(shù)妥善融入未來教育生態(tài)中,打造以學(xué)習(xí)主體為中心的全時(shí)空連接,滿足新時(shí)代的學(xué)習(xí)需求。

編 輯:章芳
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