无上限观点:

1.AR的强大功能完全可以满足教育在各个年龄层的需求,适用于各个学科;

2.AR将全面替代VR,虽然VR还需要存在一段时间,但结果是一样的;

3.VR到底适合不适合教育?对使用者,尤其是学前以及K12段的学生来讲有没有危害?各学课中的知识点如果展现最合理?在没有标准的情况就是一片混乱;

一堂地理课上,全体师生戴上了一幅AR眼镜。忽然之间,大家突然置身于浩瀚无垠的宇宙之中,看着壮观的星际奇观。老师把3D的太阳拉近放大,给学生们讲述太阳的诞生。然后老师带学生们一起来到月球,大家可以看到四周的月球情况,仿佛真的置身其中,脚底的月球土地非常逼真。现场突然发出“哇”的惊叫声,原来宇航员杨利伟通过AR社交软件在教室里出现了,向学生们讲述宇航员在太空中的亲自经历和各种细节。

这就是未来AR课程的一个场景,是不是很震撼?

AR教育,就是将AR(增强现实)技术应用于教育领域所产生的新型教育形式和内容。AR教育的本质依然是教育,不过因为和AR结合,就有了很多新的特性和新的教学方式、学习方式。

在2015年之前应该很少教育人士听说过增强现实,不过随着2016年宠物精灵AR游戏和支付宝AR红包的推出,越来越多的人开始了解并发掘AR技术在教育行业的应用。AR技术可以将信息直观化、可视化的呈现,因而非常适合在地理、生物、医学等有很多具象内容的学科应用。另外,不同于VR(虚拟现实)让人们完全沉浸在一个虚拟空间中,这样就容易架空老师;而在AR的使用过程中人们依然在现实世界,只是在现实世界上叠加了一层虚拟的数字信息,教师和原来一样可以很好的和学生互动。因而,AR比VR更适用于教学场景。

AR教育适用于全年龄段,可分为AR早教、AR中小学教育、AR高等教育、AR职业教育和AR企业培训。因为AR目前在K12教育中目前应用最多,所以本文重点讨论这一块。

AR教育相对于传统教育有许多无可比拟的特点和优势:

1、三维直观的教学内容和教学方式:因为AR呈现的内容全部是3D立体的,非常生动、直观、形象,有助于学生理解和记忆。借助AR技术,学生们的课堂体验从2D跃升到3D,不再是图书或黑板呈现出的平面内容,而是栩栩如生的三维内容。对动物、植物、日常用品等那些原本就是现实中可见的三维物体,学生们不需要再从平面2D形象中脑补3D形象;对于电波、磁场、原子、几何等那些抽象或肉眼不可见的内容,AR可以形象可视化的展示出来,有助于提升认知和理解。

2、互动性和参与性强:当学生们用AR技术去学习的时候,他们不再是死记硬背,而是去体验学习内容,去亲自参与到教学中。在这个过程中,学生们可以联想起之前自己的相关经历,和以前学到的知识建立更深度的联系。AR教育非常符合“学习是一种真实情境的体验”的建构主义学习理论,让学生们亲自用眼看、用耳听、动手做然后自然的开动大脑去想。这就会充分调动学生的学习热情,从“要我学”变成“我要学”。

3、游戏化教学:国内外很多研究已经证明:在很多学习情景下,游戏是一种快速有效的学习方式,是非常有效的。而AR的可视化、互动性可以自然的设计出非常吸引人的游戏化教学内容,寓教于乐,从而大幅度提升学生们的学习意愿、激发学习兴趣,提高学习效果。

涨知识,一文带你了解强大的AR教育  4、减少教学中的风险:化学、物理等学科在教学过程中需要做实验,具有一定的危险性。借助AR技术,完全可以进行虚拟的实验,同时获得同样的效果。这样,教学中的风险就大大降低了。

5、促进教育资源平等化:AR可以让不同地区的老师、学生聚集在一个虚拟课堂中上课,并且达到真实、实时的互动。因此,很多北上广深的优质教育资源就能以非常低的成本倾斜到三四线、农村等教育欠发达地区,让偏远的山区小学也能享受到名师的亲自指点。2016年1月15日,国内首次基于AR增强现实技术的远程教育平台实现的远程互动试验教学在北京和海南三亚之间进行。这次AR课程打破地域限制,将千里之外的北京优秀师资力量通过AR技术引进到海南省。

正因为AR教育以上的优势和特点,所以AR教育可以显著提升教学效率、提高学习效果。国内外的眼镜已经证明这一点。国内2015年一篇论文《基于增强现实的学前儿童识字教育系统及实验研究》在经过系统研究后发现,将增强现实技术应用于学前儿童教育,能够提高学前儿童的生字认知能力,提升记忆效果。其教学效果明显优于常规学习方式。

AR教育既适用于需要空间思维、想象能力和动手能力的数学物理生物化学,也适用于有大量可视化内容的历史地理。下面列举AR应用于各学科的具体案例:

  语言:

美国Mitchlehan Media LLC公司在2013年开发了一套辅助儿童学习字母的增强现实应用:AR 卡片。当孩子们用手机摄像头扫描卡片时,漂亮炫酷的3D动物就会出现在屏幕上,点击动物可以听到字母的发音和动物名称。这个AR应用融合了3D动画、声音、图片,很好的吸引了孩子们的注意力并激发了对英文字母的学习兴趣。国内也有很多AR早教用的卡片和教材。新东方在2016年推出了一套AR拼音学习教材。教材里面有“字母躲猫猫”游戏,儿童可以用魔棒从图片中找出正确的字母;有智能判断功能,儿童书写的拼音字母可以马上在平板上显示出来并自动判断对错;拼图功能,当儿童用字母卡片拼成了正确的发音后,系统会给予提示。通过这些好玩有趣的学习方式,孩子们在玩乐中就可以学会拼音了。

  数学:

西班牙公司Arloon专注开发教育方面的AR应用,其中一款是Mental Math 。通过这个AR应用,学生无需纸张,就可练习加减法,学习算术。还有Arloon Geometry ,可以用来学习几何学。该AR程序利用AR技术建立各种几何图形的3D模型,能帮助学生更好的理解空间结构。学生和老师们可以在虚拟空间中搭建几何形状,并直观地探索弧线、面等几何学概念。2014年,MicroBLINK公司开发了一款AR计算器PhotoMath。当学生们遇到难以解决的数学问题时,只需要用这款应用扫描一下,就可以自动识别出数学公式并进行运算,将解题步骤和结果立即显示出来。这个AR计算器支持基本的算术运算、简单的方程、线性方程组和对数的运算。

  物理:

国外有一个AR应用“宇宙大爆炸传奇”(Big Bang Legends),这是一个教学生粒子物理知识的游戏。在游戏中,玩家可以发射高能粒五射线来捕捉夸克,然后把夸克集合为质子,用以形成不同物质的原子。元素周期表上的前 10 个元素(从氢到氖)都会以有趣的3D立体动画形象呈现,玩家们可以用这些元素的形象化角色来打反物质组成的怪兽。如此一来,枯燥抽象的物理知识就以生动有趣的游戏形式呈现给学生,老师再也不用担心学生对物理没兴趣了。另外,还有早在2010年就开始探索AR应用于物理、化学、数学、英语教育的LearnAR 。LearnAR可以生动有趣的展示物理现象的教学演示。

  地理天文:

LakeViz3D项目设计了一款AR增强现实沙盘,含有1台主机、1个投影仪和1台安装在沙盘上方的动作追踪设备。当学生在沙盘中堆丘陵和山谷时,投影仪会将等高线和高度图投射到上面;当学生把手掌放到山顶上时,虚拟的雨水便会倾盆而下,穿过山峰和山谷,形成溪流。这个AR沙盘采用了探索性学习理论,让学生自主创造各种地理形状,直观的学习地理知识。GeoGoggle是学生们学习地理的好帮手,可以用3D罗盘测量两点之间的经纬度和距离。国内新三板AR第一股摩艾客和中国国家地图出版社合作推出了AR地球仪,其采用了全球领先的球面识别跟踪技术和4D渲染技术,可以生动直观的呈现世界各国建筑、全球动物、太阳系等,还可以通过AR技术和现实场景、人物可以叠加并拍照,趣味性十足。 天文学方面的AR应用也非常多,有Arloon 的Solar System、谷歌的SKYMAP、 Amazing Space Journey、SkyORB 3D、 Star Walk等。这些AR应用可以让学生抬头仰望夜空,就能识别出行星、恒星、星座,可以看到在星图上叠加的恒星和星座信息。

  生物:

很多孩子们对恐龙充满兴趣,可惜只能在书本和动画片中看到二维的恐龙形象。Dinosaurs Among Us这款AR应用就可以将恐龙以三维的形式活灵活现的展现在孩子们面前,让孩子们看到逼真的始祖鸟和迅猛龙在眼前飞跑。另外,这些恐龙可以任意放大或缩小,它们的相关知识也可以详细查看。ZooKazam让儿童不去动物园,就接触到栩栩如生的各种动物。这个AR应用展示了各种动物的3D形象,有昆虫、鱼、鸟等,还有它们的平均身高、体重等信息。植物方面,有AR应用Arloon Plants来展示各种3D的植物图像。 Life of a Monarch Butterfly 基本等于一个虚拟的蝴蝶孵化器,可以向学生展示一个蝴蝶从卵中孵化、逐渐长出翅膀、自由翱翔的全部生命过程。 很多女生会对毛毛虫有恐惧感,用Bugs 3D这款AR应用既可以亲自触摸3D的昆虫,又不用担心害怕。

  化学:

在小学的化学课程中,很多老师会因为化学物品不安全而取消部分化学实验。但是有了 Elements 4D这个AR教育应用,就可以照常进行了。在手机上安装了这个AR应用后,学生可以直观地看到整个虚拟的化学实验过程,还可以往虚拟的试管里添加物品,让虚拟的实验更加真实。Elements 4D 包含了初中、高中各个阶段的化学学习课程,还是免费的,可以在各大手机应用市场下载,是化学教师的好助手。类似的应用还有Arloon chemistry 、chemistry101、Experience Chemistry等 。这些AR化学应用里面植入了游戏化的学习环节,只有学生找到了正确的化学分子,才能进行下一步,就像游戏通关一样。这可以大大的促进学生记忆化学公式,直观理解各种化学反应。

  医学:

Anatomy 4D这个AR应用可以让高中学生利用闲暇时间仔细研究人体骨骼,从不同的角度去看,可以放大缩小,还可以自由旋转。学生还可以选择观看肌肉系统、神经系统或者循环系统,不过对大部分学生来说,单单骨骼系统就够了。在8 x 11英寸大的纸上,AR技术呈现出栩栩如生的骨骼3D效果。学生们可以用iPad作为显示设备,从不同角度来观看骨骼系统,从而可以详细研究某些特定的骨骼。新西兰奥塔哥大学一个研究团队研发出了一个AR应用,学生可通过手机扫描非处方药,然后就可以看到药品的主要成分,还可以转动3D模型以更好地观察药物、查看药物的化学结构。这个应用可以让学生可视化的感受到:药物的作用必须与机体内的接受物质结合,才能发挥药理作用。AR在医学方面的应用还有Curiscope的人体骨骼T恤、展示3D立体心脏的Human Heart 3D应用。

  历史:

美国的一位老师曾经开发过一个AR历史游戏,来帮助他的学生们学习美国革命历史。游戏发生在马萨诸塞州的列克星敦,采用GPS数据触发玩家手中的设备,不同的玩家分配不同的角色,在战场中对垒的双方,可以直接和历史人物进行互动。这款AR历史游戏可以教会学生多项技能:多角色思考、问题解决、信息管理、团队合作、灵活应变、公民参与,以及多元文化的融合等。

  音乐:

日本的铃木悠里公司与谷歌的数字艺术团队共同开发出了一款AR手机应用程序《AR音乐套装》, 让人们可以用实际的纸张和AR软件来自助创建虚拟乐器,能够将手边的任何东西都变成可以发声演奏的乐器。用户在下载AR程序后,找些便利贴或者废纸,把相应发声标识从AR程序中打印下来,贴在任何想“演奏”的地方就可以了。通过手机扫描,这些标识就会变成真正的“琴键”,会发出相应的声音以组成不同的旋律。

  美术:

4、减少教学中的风险:化学、物理等学科在教学过程中需要做实验,具有一定的危险性。借助AR技术,完全可以进行虚拟的实验,同时获得同样的效果。这样,教学中的风险就大大降低了。

5、促进教育资源平等化:AR可以让不同地区的老师、学生聚集在一个虚拟课堂中上课,并且达到真实、实时的互动。因此,很多北上广深的优质教育资源就能以非常低的成本倾斜到三四线、农村等教育欠发达地区,让偏远的山区小学也能享受到名师的亲自指点。2016年1月15日,国内首次基于AR增强现实技术的远程教育平台实现的远程互动试验教学在北京和海南三亚之间进行。这次AR课程打破地域限制,将千里之外的北京优秀师资力量通过AR技术引进到海南省。

正因为AR教育以上的优势和特点,所以AR教育可以显著提升教学效率、提高学习效果。国内外的眼镜已经证明这一点。国内2015年一篇论文《基于增强现实的学前儿童识字教育系统及实验研究》在经过系统研究后发现,将增强现实技术应用于学前儿童教育,能够提高学前儿童的生字认知能力,提升记忆效果。其教学效果明显优于常规学习方式。

AR教育既适用于需要空间思维、想象能力和动手能力的数学物理生物化学,也适用于有大量可视化内容的历史地理。下面列举AR应用于各学科的具体案例:

  语言:

美国Mitchlehan Media LLC公司在2013年开发了一套辅助儿童学习字母的增强现实应用:AR 卡片。当孩子们用手机摄像头扫描卡片时,漂亮炫酷的3D动物就会出现在屏幕上,点击动物可以听到字母的发音和动物名称。这个AR应用融合了3D动画、声音、图片,很好的吸引了孩子们的注意力并激发了对英文字母的学习兴趣。国内也有很多AR早教用的卡片和教材。新东方在2016年推出了一套AR拼音学习教材。教材里面有“字母躲猫猫”游戏,儿童可以用魔棒从图片中找出正确的字母;有智能判断功能,儿童书写的拼音字母可以马上在平板上显示出来并自动判断对错;拼图功能,当儿童用字母卡片拼成了正确的发音后,系统会给予提示。通过这些好玩有趣的学习方式,孩子们在玩乐中就可以学会拼音了。

  数学:

西班牙公司Arloon专注开发教育方面的AR应用,其中一款是Mental Math 。通过这个AR应用,学生无需纸张,就可练习加减法,学习算术。还有Arloon Geometry ,可以用来学习几何学。该AR程序利用AR技术建立各种几何图形的3D模型,能帮助学生更好的理解空间结构。学生和老师们可以在虚拟空间中搭建几何形状,并直观地探索弧线、面等几何学概念。2014年,MicroBLINK公司开发了一款AR计算器PhotoMath。当学生们遇到难以解决的数学问题时,只需要用这款应用扫描一下,就可以自动识别出数学公式并进行运算,将解题步骤和结果立即显示出来。这个AR计算器支持基本的算术运算、简单的方程、线性方程组和对数的运算。

  物理:

国外有一个AR应用“宇宙大爆炸传奇”(Big Bang Legends),这是一个教学生粒子物理知识的游戏。在游戏中,玩家可以发射高能粒五射线来捕捉夸克,然后把夸克集合为质子,用以形成不同物质的原子。元素周期表上的前 10 个元素(从氢到氖)都会以有趣的3D立体动画形象呈现,玩家们可以用这些元素的形象化角色来打反物质组成的怪兽。如此一来,枯燥抽象的物理知识就以生动有趣的游戏形式呈现给学生,老师再也不用担心学生对物理没兴趣了。另外,还有早在2010年就开始探索AR应用于物理、化学、数学、英语教育的LearnAR 。LearnAR可以生动有趣的展示物理现象的教学演示。

  地理天文:

LakeViz3D项目设计了一款AR增强现实沙盘,含有1台主机、1个投影仪和1台安装在沙盘上方的动作追踪设备。当学生在沙盘中堆丘陵和山谷时,投影仪会将等高线和高度图投射到上面;当学生把手掌放到山顶上时,虚拟的雨水便会倾盆而下,穿过山峰和山谷,形成溪流。这个AR沙盘采用了探索性学习理论,让学生自主创造各种地理形状,直观的学习地理知识。GeoGoggle是学生们学习地理的好帮手,可以用3D罗盘测量两点之间的经纬度和距离。国内新三板AR第一股摩艾客和中国国家地图出版社合作推出了AR地球仪,其采用了全球领先的球面识别跟踪技术和4D渲染技术,可以生动直观的呈现世界各国建筑、全球动物、太阳系等,还可以通过AR技术和现实场景、人物可以叠加并拍照,趣味性十足。 天文学方面的AR应用也非常多,有Arloon 的Solar System、谷歌的SKYMAP、 Amazing Space Journey、SkyORB 3D、 Star Walk等。这些AR应用可以让学生抬头仰望夜空,就能识别出行星、恒星、星座,可以看到在星图上叠加的恒星和星座信息。

  生物:

很多孩子们对恐龙充满兴趣,可惜只能在书本和动画片中看到二维的恐龙形象。Dinosaurs Among Us这款AR应用就可以将恐龙以三维的形式活灵活现的展现在孩子们面前,让孩子们看到逼真的始祖鸟和迅猛龙在眼前飞跑。另外,这些恐龙可以任意放大或缩小,它们的相关知识也可以详细查看。ZooKazam让儿童不去动物园,就接触到栩栩如生的各种动物。这个AR应用展示了各种动物的3D形象,有昆虫、鱼、鸟等,还有它们的平均身高、体重等信息。植物方面,有AR应用Arloon Plants来展示各种3D的植物图像。 Life of a Monarch Butterfly 基本等于一个虚拟的蝴蝶孵化器,可以向学生展示一个蝴蝶从卵中孵化、逐渐长出翅膀、自由翱翔的全部生命过程。 很多女生会对毛毛虫有恐惧感,用Bugs 3D这款AR应用既可以亲自触摸3D的昆虫,又不用担心害怕。

  化学:

在小学的化学课程中,很多老师会因为化学物品不安全而取消部分化学实验。但是有了 Elements 4D这个AR教育应用,就可以照常进行了。在手机上安装了这个AR应用后,学生可以直观地看到整个虚拟的化学实验过程,还可以往虚拟的试管里添加物品,让虚拟的实验更加真实。Elements 4D 包含了初中、高中各个阶段的化学学习课程,还是免费的,可以在各大手机应用市场下载,是化学教师的好助手。类似的应用还有Arloon chemistry 、chemistry101、Experience Chemistry等 。这些AR化学应用里面植入了游戏化的学习环节,只有学生找到了正确的化学分子,才能进行下一步,就像游戏通关一样。这可以大大的促进学生记忆化学公式,直观理解各种化学反应。

  医学:

Anatomy 4D这个AR应用可以让高中学生利用闲暇时间仔细研究人体骨骼,从不同的角度去看,可以放大缩小,还可以自由旋转。学生还可以选择观看肌肉系统、神经系统或者循环系统,不过对大部分学生来说,单单骨骼系统就够了。在8 x 11英寸大的纸上,AR技术呈现出栩栩如生的骨骼3D效果。学生们可以用iPad作为显示设备,从不同角度来观看骨骼系统,从而可以详细研究某些特定的骨骼。新西兰奥塔哥大学一个研究团队研发出了一个AR应用,学生可通过手机扫描非处方药,然后就可以看到药品的主要成分,还可以转动3D模型以更好地观察药物、查看药物的化学结构。这个应用可以让学生可视化的感受到:药物的作用必须与机体内的接受物质结合,才能发挥药理作用。AR在医学方面的应用还有Curiscope的人体骨骼T恤、展示3D立体心脏的Human Heart 3D应用。

  历史:

美国的一位老师曾经开发过一个AR历史游戏,来帮助他的学生们学习美国革命历史。游戏发生在马萨诸塞州的列克星敦,采用GPS数据触发玩家手中的设备,不同的玩家分配不同的角色,在战场中对垒的双方,可以直接和历史人物进行互动。这款AR历史游戏可以教会学生多项技能:多角色思考、问题解决、信息管理、团队合作、灵活应变、公民参与,以及多元文化的融合等。

  音乐:

日本的铃木悠里公司与谷歌的数字艺术团队共同开发出了一款AR手机应用程序《AR音乐套装》, 让人们可以用实际的纸张和AR软件来自助创建虚拟乐器,能够将手边的任何东西都变成可以发声演奏的乐器。用户在下载AR程序后,找些便利贴或者废纸,把相应发声标识从AR程序中打印下来,贴在任何想“演奏”的地方就可以了。通过手机扫描,这些标识就会变成真正的“琴键”,会发出相应的声音以组成不同的旋律。

  美术:

填色绘本一直是学习绘画初期的孩子们最爱的学习材料之一,迪士尼开发了一个 AR 涂色项目。当儿童将原本是黑白线条的绘本填色完成后,用手机一扫,绘本的2D画面就转换成3D,儿童可以通过手机屏幕随时观察自己所画 2D 画对应的 3D 模型。还没上色或图上被遮挡的部分,AR应用会在创建 3D 模型时采用一些算法智能猜测并填充相应的部分。该个AR绘画应用非常炫酷,通过增强现实技术实现的3D填色绘本极大的激发了孩子们的空间想象力。

从目前市面上的AR教育类产品来看,很多集中在早教领域,并且比较初级简单,基本处于试水的阶段。很多学生虽然对AR教育产品比较感兴趣,但是新鲜感过去之后很难再重复使用。另外,AR虽然对于学习效果有帮助,但还无法直接帮助学生考高分,这会导致AR只是一个辅助的可有可无的工具,无法成为主流教学形式的一种。从AR教育产品的开发角度来看,AR产品开发成本高,内容很少,使用过程也有一定的学习成本,这些也阻碍了AR在教育领域的普及使用。

不过,本人坚定看好AR教育的前景和未来。上述提到的很多问题,都会随着AR技术的快速发展而逐步得到解决。因为AR技术被认为是下一代的计算设备,所以大量资本和创业公司涌入,AR技术会得到飞速发展,体验效果会越来越好,成本会越来越低,同时AR内容也会越来越丰富完善,师生们对AR也越来越熟悉了解,这些都会促进AR教育的飞速发展。

2016年11月2日,美国教育部发起EdSim项目,设立了68万美元的奖金。该项目旨在鼓励教育工作者采用增强现实、虚拟现实、视频游戏等技术应用于教学中,来开发面向未来的先进教育形式和内容,从而为美国的发展提供更好的人力储备。从美国政府大力支持探索AR教育的新模式,可见AR教育的未来不可限量。如果我们不能及早尝试AR教育,那么中国很有可能在未来的AR时代仍然处于技术落后的窘境。展望未来,AR 技术将成为标准的教育工具,融入到一切教学过程中,为所有年龄段的学生带来高效率的学习方式。