微美全息科學院：AR在教育領域的應用及發展前景

    科學技術日新月異，科技的進步也為教育提供更多的技術支撐。增強現實技術（AR）在消費者、專業領域以及娛樂的應用已經取得了重大進展。隨著AR技術的不斷成熟,其在教育中的整體實用性也在不斷提高。作為納斯達克上市企業“微美全息WIMI.US”旗下研究機構“微美全息科學院”的科學家們詳細探討了AR在教育領域的應用及發展前景，以了解AR在教育領域中發展的必要性和教學應用。

    1.AR技術與現代教育

    AR技術也叫增強現實技術，就是利用計算機生成的一種逼真感覺的虛擬環境。通過各種傳感設備，營造一種環境，使用戶“沉浸”其中,實現使用者和環境直接進行自然交互。確切的說，AR技術并非是一種具體技術，可以說是一個新型的體驗方式。從概念定義上，AR具有虛擬和現實兩個元素，在技術實現上，AR有多種實現方式，并呈現飛速發展態勢。隨著企業大量資金的注入及各大AR創業公司的興起，印證著AR的發展更受投資者青睞。

    AR技術不斷升溫，許多領域都在探討AR技術應用在其行業的可行性以及影響。相較于國外，國內關于AR教育的研究還停留在理論階段，相關理論不是很多，還只是初級階段。AR技術廣受青年人的喜愛。

    興趣是最好的老師,可是在日常的學習生活中，一些苦澀難懂不好理解的知識卻常常將學生“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雜，不便于學生的理解。這時，在教育領域發展AR技術便很有必要。與傳統教育相比較，將AR技術融入教育教學，有許多無可比擬的特點和優勢：

    （1）三維直觀的教學內容和教學方式

    AR技術能夠將現實中常見的東西，例如動物、植物、日常用品等呈現出三維視圖，不需要再自己腦部，而且呈現出的3D立體內容是非常形象生動的。對于一些微小的事物，像細胞、細菌、灰塵這種肉眼不可見的內容，AR可以很形象的展現出來，有助于提升孩子們對其的認知和理解。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技術能夠很好解決這一點。

    （2）互動性和參與性強

    在利用AR技術去學習的時候，其所展現的事物會讓體驗者有“撥開迷霧見真顏”的感覺。“學習是一種真實情境的體驗”的理論很適合于形容AR技術。讓學生們去親眼看、親耳聽、親手做，然后開動腦筋去思考。在整個過程中，學生學習的主動性增強，更傾向于“我要學，我要聽，我要看”，學習效率也會提高很多。

    （3）游戲化教學

    促進教育資源平等化與互聯網教育：AR能夠讓來自不同地區的老師、學生聚在一起，進行實時互動。因此，教育資源能夠共享，先進優質的資源能夠低成本的照顧到教育薄弱的地區，從而實現共贏。在教育互聯網化的發展趨勢下，將AR技術用于與產品之中，提升產品附加值，給用戶帶來更優質的體驗，是正確的。

    AR教育所展現出來的優點讓我們堅信其發展會是一個不斷前進的過程，在這里，學生以及教師都會受益無窮，AR教育的普及也指日可待。

    2.AR在教育領域的發展現狀

    AR技術最早在軍事領域進行運用，主要針對飛行人員。隨著該技術的不斷發展創新，LCD等技術逐漸產生，互動理念開始被人們所認可，使AR技術協調發展，消費級的頭戴顯示器應運而生。特別是最近幾年，這樣的產品數量不斷增加。

    （1）數學學科之中的應用

    有學者在學前教育階段嘗試性的應用AR技術來使學生們更好的對數學進行了解, 并且對于基本的數字與技術規則進行學習。研究人員曾經在對小學生進行教學的過程中曾經將AR內容制作成一種“魔法之書”, 并且應用AR技術與情境化的股市教學模式對于學生們的積極性進行調動, 而在小學階段的學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習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出較強的好奇心。

    基于這種情況有很大一部分研究人員嘗試在小學數學教學之中對AR技術進行應用, 比如某研究人員對于韓國游戲界的開發經驗進行了充分吸收, 在教學過程中應用AR手段使游戲盒學習的體驗得到了豐富, 由此便是學生們在學習的過程中感受到更多的趣味性, 其所得的結果便是游戲化的AR學習能夠使學生們的學習積極性被很好的調動起來。

    而在學生們進行人中學階段之后AR技術的應用研發主要是為了對學生們的主動性進行提升, 從前突出學習趣味性的效果開始向著對學生們數學思維的培養以及提高學習效果進行轉變。比如在對函數圖像進行學習的過程中學生可以對AR技術進行借助來從多個角度對實時生成的函數進行觀察。而AR技術在高等教育之中也有著一些應用案例, 比如在對立體幾何進行教學的過程中可以應用三視圖唯一的原理來對AR技術進行利用, 使3D直觀圖形與3D圖形有機結合起來, 由此便避免了傳統教學過程中需要手工對模型制作的麻煩得以免除。

    （2）地理學科的應用

    在地理學科之中對于AR技術的應用大致可以分為輔助野外教學與輔助課堂教學兩種, 前者主要是通過對圖片或者標識碼的掃描來對實物模型或者現象反映進行反饋, 并且使知識能夠得以具體化的呈現出來, 通過這樣能夠幫助學習人員對于知識有一個更加深入的理解;而后則的應用則是依據學習者的地理位置來提供一些知道信息并且版主學習人員對于路線進行查詢。另外，研究人員發現地理田野調查的移動AR工具能夠幫助學習人員在野外實習的過程中對數據進行收集以及對地圖進行查看。

    3.AR在教育領域的發展前景

    目前,在AR教學領域做底層技術公司或機構相對不多,大多數高新技術企業或相關機構對AR技術在教育領域開展的平臺研究多停留在理論層面。盡管國家和教育領域近年來一直在關注AR教育相關的技術研究,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,實用性相對較強。因此在這方面研究均有較高的實用價值，不過僅僅停留在二維層面的AR距離真正的增強現實技術還有很長的一段路要走。在教育領域,AR技術的發展任重道遠,與現實場景三維畫面的融合應當是我國各個相關企業和機構主要應該攻克的方向。

    增強現實能夠通過技術手段將現實世界中的空間結構等以數據的方式導入系統中,從而使其與虛擬環境相融合,創造出一個具有較強感官性和互動性的虛擬現實場景。另外,隨著技術的不斷革新,AR設備的研發成本和制造成本將會逐漸降低,并且也會逐漸區域智能化和人性化。伴隨著教育發展的需要,增強現實技術將會在教育領域得到更加廣泛的使用,并且采購成本會不斷降低,增強現實技術將會以更加簡單、更加方便的形式進入教育教學領域,并且實現學科的細分,提高教學質量,推動現代教育不斷發展。

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

    AR技術在體育中，也已經實現了應用，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”、“AR搶紅包“就已經走入到日常的生活中來。但是在學習中并沒有大規模的接觸到AR技術，因此AR技術應該加快它的步伐，應用到學習中。AR技術的應用可以在一定程度上均衡了教育資源發展不平衡的現狀，可以讓教育資源匱乏地區的孩子可以利用前沿的技術去學習知識，了解更為廣闊的天地。在很多教育匱乏地區，學生并不能擁有足夠的實驗設備及器材，部分稀奇的教學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習知識。AR技術則可以利用專門的眼鏡、軟件和課本，投入到教育中去，將教學稀缺物資利用視頻和3D建模等功能來到學生面前，讓教育資源匱乏的學生學習知識，開拓眼界，實現資源的共享。

    與此同時，學生也需要通過AR技術，培養自己學習的興趣和學習能力。在小學這個教育啟蒙階段，孩子需要通過AR技術去學習新世界，AR技術可以讓學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技術則可以讓學生多學科綜合性發展，明確其人生目標和方向，堅定理想信念。不得不提的是，在這個疫情常態化的條件下，我們也需要AR技術去幫助我們的學習，保證我們的學習時間。

    例如在某些地區，因為疫情而不能正常上課時可以不單單的利用電腦來上網課。帶上AR眼鏡實現學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，縮進了學生和老師的距離，同時黑板上的知識以及課本上的圖畫也可以利用AR技術共同投影，減少只用PPT來講課而導致的學生跑神或者網課開著本人卻在睡覺等情況，而老師也可以通過眼鏡中學生的投影來辨別學生是否在認真的學習知識。同時，老師也可以像平常上課時那樣提問學生。這可以減少疫情或者其他緊急情況對學習生活的沖擊，讓學生能夠極大程度的感受到在學校學習的氛圍。