微美全息科学院：AR在教育领域的应用及发展前景

    科学技术日新月异，科技的进步也为教育提供更多的技术支撑。增强现实技术（AR）在消费者、专业领域以及娱乐的应用已经取得了重大进展。随着AR技术的不断成熟,其在教育中的整体实用性也在不断提高。作为纳斯达克上市企业“微美全息WIMI.US”旗下研究机构“微美全息科学院”的科学家们详细探讨了AR在教育领域的应用及发展前景，以了解AR在教育领域中发展的必要性和教学应用。

    1.AR技术与现代教育

    AR技术也叫增强现实技术，就是利用计算机生成的一种逼真感觉的虚拟环境。通过各种传感设备，营造一种环境，使用户“沉浸”其中,实现使用者和环境直接进行自然交互。确切的说，AR技术并非是一种具体技术，可以说是一个新型的体验方式。从概念定义上，AR具有虚拟和现实两个元素，在技术实现上，AR有多种实现方式，并呈现飞速发展态势。随着企业大量资金的注入及各大AR创业公司的兴起，印证着AR的发展更受投资者青睐。

    AR技术不断升温，许多领域都在探讨AR技术应用在其行业的可行性以及影响。相较于国外，国内关于AR教育的研究还停留在理论阶段，相关理论不是很多，还只是初级阶段。AR技术广受青年人的喜爱。

    兴趣是最好的老师,可是在日常的学习生活中，一些苦涩难懂不好理解的知识却常常将学生“劝退”。除此之外，一些概念性的叙述或者解释会让简单的问题更加复杂，不便于学生的理解。这时，在教育领域发展AR技术便很有必要。与传统教育相比较，将AR技术融入教育教学，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

    AR技术能够将现实中常见的东西，例如动物、植物、日常用品等呈现出三维视图，不需要再自己脑部，而且呈现出的3D立体内容是非常形象生动的。对于一些微小的事物，像细胞、细菌、灰尘这种肉眼不可见的内容，AR可以很形象的展现出来，有助于提升孩子们对其的认知和理解。例如在教授地球的形状时，单靠想象力难以想象出地球的形状，而在教育中融入AR技术能够很好解决这一点。

    （2）互动性和参与性强

    在利用AR技术去学习的时候，其所展现的事物会让体验者有“拨开迷雾见真颜”的感觉。“学习是一种真实情境的体验”的理论很适合于形容AR技术。让学生们去亲眼看、亲耳听、亲手做，然后开动脑筋去思考。在整个过程中，学生学习的主动性增强，更倾向于“我要学，我要听，我要看”，学习效率也会提高很多。

    （3）游戏化教学

    促进教育资源平等化与互联网教育：AR能够让来自不同地区的老师、学生聚在一起，进行实时互动。因此，教育资源能够共享，先进优质的资源能够低成本的照顾到教育薄弱的地区，从而实现共赢。在教育互联网化的发展趋势下，将AR技术用于与产品之中，提升产品附加值，给用户带来更优质的体验，是正确的。

    AR教育所展现出来的优点让我们坚信其发展会是一个不断前进的过程，在这里，学生以及教师都会受益无穷，AR教育的普及也指日可待。

    2.AR在教育领域的发展现状

    AR技术最早在军事领域进行运用，主要针对飞行人员。随着该技术的不断发展创新，LCD等技术逐渐产生，互动理念开始被人们所认可，使AR技术协调发展，消费级的头戴显示器应运而生。特别是最近几年，这样的产品数量不断增加。

    （1）数学学科之中的应用

    有学者在学前教育阶段尝试性的应用AR技术来使学生们更好的对数学进行了解, 并且对于基本的数字与技术规则进行学习。研究人员曾经在对小学生进行教学的过程中曾经将AR内容制作成一种“魔法之书”, 并且应用AR技术与情境化的股市教学模式对于学生们的积极性进行调动, 而在小学阶段的学生在抽象思维方面的能力相对较弱, 由此便使他们常常会在学习过程中难以将注意力集中起来, 并且会对一些新鲜的事物表现出较强的好奇心。

    基于这种情况有很大一部分研究人员尝试在小学数学教学之中对AR技术进行应用, 比如某研究人员对于韩国游戏界的开发经验进行了充分吸收, 在教学过程中应用AR手段使游戏盒学习的体验得到了丰富, 由此便是学生们在学习的过程中感受到更多的趣味性, 其所得的结果便是游戏化的AR学习能够使学生们的学习积极性被很好的调动起来。

    而在学生们进行人中学阶段之后AR技术的应用研发主要是为了对学生们的主动性进行提升, 从前突出学习趣味性的效果开始向着对学生们数学思维的培养以及提高学习效果进行转变。比如在对函数图像进行学习的过程中学生可以对AR技术进行借助来从多个角度对实时生成的函数进行观察。而AR技术在高等教育之中也有着一些应用案例, 比如在对立体几何进行教学的过程中可以应用三视图唯一的原理来对AR技术进行利用, 使3D直观图形与3D图形有机结合起来, 由此便避免了传统教学过程中需要手工对模型制作的麻烦得以免除。

    （2）地理学科的应用

    在地理学科之中对于AR技术的应用大致可以分为辅助野外教学与辅助课堂教学两种, 前者主要是通过对图片或者标识码的扫描来对实物模型或者现象反映进行反馈, 并且使知识能够得以具体化的呈现出来, 通过这样能够帮助学习人员对于知识有一个更加深入的理解;而后则的应用则是依据学习者的地理位置来提供一些知道信息并且版主学习人员对于路线进行查询。另外，研究人员发现地理田野调查的移动AR工具能够帮助学习人员在野外实习的过程中对数据进行收集以及对地图进行查看。

    3.AR在教育领域的发展前景

    目前,在AR教学领域做底层技术公司或机构相对不多,大多数高新技术企业或相关机构对AR技术在教育领域开展的平台研究多停留在理论层面。尽管国家和教育领域近年来一直在关注AR教育相关的技术研究,但就目前来说,所谓的AR SDK主要还是局限在2D平面图的识别和跟踪上,实用性相对较强。因此在这方面研究均有较高的实用价值，不过仅仅停留在二维层面的AR距离真正的增强现实技术还有很长的一段路要走。在教育领域,AR技术的发展任重道远,与现实场景三维画面的融合应当是我国各个相关企业和机构主要应该攻克的方向。

    增强现实能够通过技术手段将现实世界中的空间结构等以数据的方式导入系统中,从而使其与虚拟环境相融合,创造出一个具有较强感官性和互动性的虚拟现实场景。另外,随着技术的不断革新,AR设备的研发成本和制造成本将会逐渐降低,并且也会逐渐区域智能化和人性化。伴随着教育发展的需要,增强现实技术将会在教育领域得到更加广泛的使用,并且采购成本会不断降低,增强现实技术将会以更加简单、更加方便的形式进入教育教学领域,并且实现学科的细分,提高教学质量,推动现代教育不断发展。

    如今AR设备的呈现平台还过于单一,由于技术和操作的限制,无法在更多平台普及,尤其是AR设备的局限性较强,并不是一个类似于手机的设备可以随身携带随时移动,AR设备的使用需要满足众多条件,这就造成了它呈现平台单一化的不足。

    AR技术在体育中，也已经实现了应用，最典型的就是在游泳比赛时可以清晰的看到每个国家的选手在哪个赛道。而在新年，“AR春联”、“AR抢红包“就已经走入到日常的生活中来。但是在学习中并没有大规模的接触到AR技术，因此AR技术应该加快它的步伐，应用到学习中。AR技术的应用可以在一定程度上均衡了教育资源发展不平衡的现状，可以让教育资源匮乏地区的孩子可以利用前沿的技术去学习知识，了解更为广阔的天地。在很多教育匮乏地区，学生并不能拥有足够的实验设备及器材，部分稀奇的教学用品也无法直接的观看和接触，只能利用课本中的文字介绍和有限的文字来学习知识。AR技术则可以利用专门的眼镜、软件和课本，投入到教育中去，将教学稀缺物资利用视频和3D建模等功能来到学生面前，让教育资源匮乏的学生学习知识，开拓眼界，实现资源的共享。

    与此同时，学生也需要通过AR技术，培养自己学习的兴趣和学习能力。在小学这个教育启蒙阶段，孩子需要通过AR技术去学习新世界，AR技术可以让学知识可以像看电视这么轻松有趣。在之后的教育阶段，利用AR技术则可以让学生多学科综合性发展，明确其人生目标和方向，坚定理想信念。不得不提的是，在这个疫情常态化的条件下，我们也需要AR技术去帮助我们的学习，保证我们的学习时间。

    例如在某些地区，因为疫情而不能正常上课时可以不单单的利用电脑来上网课。带上AR眼镜实现学生和老师的连接互通，让老师像平常上课一样站在自己的面前，缩进了学生和老师的距离，同时黑板上的知识以及课本上的图画也可以利用AR技术共同投影，减少只用PPT来讲课而导致的学生跑神或者网课开着本人却在睡觉等情况，而老师也可以通过眼镜中学生的投影来辨别学生是否在认真的学习知识。同时，老师也可以像平常上课时那样提问学生。这可以减少疫情或者其他紧急情况对学习生活的冲击，让学生能够极大程度的感受到在学校学习的氛围。