AR技术在现代教育中的运用及问题(3)

　　1. AR 的 3D 展示可以加深学习体验。
　　
　　学生可以从各种不同的角度观察三维的学习对象，大大增强了学习目标系统和环境的视觉感知。 例如，中学地理要学太阳系和地球自转的知识，传统教学手段主要是通过阅读教材，教师对太阳系知识的口头的语言描述，以及使用图片或者立体物理对象（几个小球教具和一个手电筒等）来演示和比拟。AR 时代，师生可以将多种技术结合，包括使用投影机、网络摄像机和虚拟三维建模包观察和旋转一个虚拟的 3D 星球模型，以了解地球和太阳、白天和黑夜。 Kerawalla 等人作了深入的教师访谈， 他们发现教师十分欢迎 3D 图像的应用，AR 可以使难以解释、无法直观的主题生动简洁地提供给学生。 但他们没有比较 AR 技术创建的3D 视频与现实世界的三维物理模型的优劣。 台湾师范大学吴心楷教授的研究或许会对这一问题提供宝贵的借鉴，研究发现计算机演示和物理模型都应该提供， 因为不同的学生偏好不同类型的模型和符号系统，他们会借助不同的材料来理解[8]. 虽然 3D 虚拟模型优于现实世界的实物模型的结论还需要更多的实证证据，但虚拟视频和真实物理模型都使用的教学效果明显比只使用一种的要好。
　　
　　2.AR 的真实感和生动性提供浸入式的体验环境，其模拟操纵让虚拟世界变得可反馈和可控。
　　
　　AR 的真实感和生动性提供浸入式的体验环境，其模拟操纵让虚拟世界变得可反馈和可控AR 系统可以实时在线反馈， 并通过语音及视觉信号唤起了学生的临场感。 诸如 Flash 等传统多媒体技术往往都有计算机软件设定感过强的弊端， 这反而削弱了教学的真实感，更难以提供体验式的实验。比如中学数学的概率统计课程总少不了一个经典的抛硬币实验， 以往都是使用 Flash 软件模拟硬币落地的情景，并统计正反两面的概率都是 50%. 由于缺少参与感和控制感， 学生常常怀疑虚拟软件与真实的物理世界的一致性。AR 技术的出现很好地解决了这一问题，它让学习者参与到“抛”硬币游戏之中，操纵中的控制感和临场感让学生记忆深刻，体会到动手操作的真实性[9]. 所以，AR 汇集了大量的虚拟物体和实际环境中的立体人物形象，可以大大增强教学的真实性。
　　
　　此外，AR 环境具有真实情境的敏感性，学生在虚拟游戏中的锻炼可以投射并移植到现实生活中来。 比如， 麻省理工学院基于情景论证理论开发的扩增实境游戏 Mad City Mystery（麦城悬案）及后来推出的 GreenCity Blues（绿城秘密档案）等。尤其是在 EnvironmentalDetective（环境侦探）游戏中，学生使用笔记本电脑或者智能手机进行调查收集数据， 并进行分析和解释，提出了解决方案。 Squire 等人的研究表明：这种锻炼有助于在现实生活中作出更明智的决策，让思考更加全面[10].
　　
　　3. AR 的生动形象、 即时性和直接性有助于学生情感和价值观的培养，有助于学习者情的感抉择和价值判断。
　　
　　这是因为 AR 这样的浸入式媒体可以为学习者提供一种沉浸感，让学生置身于现实世界的问题情境之中，这是一种综合的真实的主观体验。 最近的一项教学研究就是基于 AR 带来的存在感、即时性和浸入感， 将学生置于日本 3.11 地震之后福岛核电站对核能源的使用和核事故带来的辐射污染的背景下开展相关的社会科学问题研究[11]. 假设校园距离核电站约12 公里， 时间点设置在核电站的氢气爆炸后的第一天，九年级的学生使用 Android 平板电脑来收集他们的校园模拟辐射量数据。 这项研究发现，学生对核能源的看法和 AR 场景中的收获的体验存在着显着的相关性。 AR 环境提供的临场性是其他任何教学手段都难以企及的， 教师也不需要再苦口婆心地调动学生设身处地地去想象， 学生在 AR 技术的帮助下直接经历了这一事件，全身心进入了问题情境之中。 这无疑开创了人文素养培养的新方法，为教育改革十分重视但苦于无法落实的情感熏陶提供了一个具体的抓手。
　　
　　4. AR 的移动泛在性让学习的时间和地点更加灵活。
　　
　　生活节奏的加快，让人们迫切要求能够根据自己的碎片化时间安排，随时随地在移动中学习。 计算机技术、网络通信技术和移动终端设备（iPad,智能手机）的发展也终于打破了时空的限制，为学习者提供了开放的、自主的学习空间。AR 系统在移动平台和终端设备的高适应性让 AR 环境下的学习无处不在，也直接促进了协作学习和情境学习的发展。 虽然移动环境中的手持设备常常使学生分心中断任务，但是由于AR 系统可以实时在线检测学生的位置和工作状态，发出任务提醒， 并提供学生集中注意力的替代品，这些嵌入式的提示功能有助于减少任务中断，并合理分配学生的注意力。
　　
　　诸多研究文献都提到了 AR 可以很好地衔接正式和非正式场合的学习。 例如， 连接项目（ConnectProject） 采用 AR 技术开发了一个虚拟环境下的科学主题公园[12]. 环境有两种模式：博物馆模式和学校模式。 环境开发的教学环节包括虚拟和传统的科学博物馆实地考察、课前课后活动、实验和建模活动。 在这个项目中，学生在学校的科学知识学习衔接了到博物馆参观而获得的学习经验，AR 的多场景使用增加了学生的可视化观感、实践体验和模型理解能力。
　　
　　5. 多用户的实时互动可构筑学习小组或实践社区，满足学生的社交需求并发展其社会能力和公民素养。
　　
　　在良好的参与感和浸入式体验的基础上，多用户端口的 AR 学习游戏可以建构一个媒体化空间，让学习者感觉是活生生地与他人在一起，这样的存在感大大增强了学生对学习社区的认知。 学生通过线上互动以及面对面的交流合作， 可以提高社会协作能力；定制化的设备和不同的学习路径及任务模块也为个性的发展预留了充足的空间。
　　
　　三、AR 在教育领域的应用现状。
　　
　　AR 学习环境的设计吸收了多种教学方法： 包括基于游戏的学习、基于空间位置的学习、基于问题的学习[13]. AR 的不同子类（例如移动 AR、AR 多人游戏等） 提供了多种技术支撑来支持这些方法的实现，比如模拟参与、角色扮演、工作室教学法和拼图法。 按照这些方法最重要的特点， 我们把它们分为三大类：强调赋予学习者某种角色的方法；强调在物理位置中不断变换方位的方法； 强调承担一定的学习任务的方法。 值得注意的是，每一类都包括几种不同的学习方法，它们之间可能交叉使用。
　　
　　（一）具身学习模式。
　　
　　“具身学习 （Embodied Learning）” 包括参与式模拟游戏、角色扮演等，即强调学习者在 AR 平台中担任的不同角色。 这些方法强调学生之间的相互合作，尤其是多人 AR 游戏， 学生担任不同的虚拟角色，团队之间的协作直接影响系统的最终结果。 例如病毒游戏，学生们在传染病传播过程中模拟病毒，通过手持设备相互传送信息来模拟病毒感染传播扩散的过程[14]. 此外，在 AR 技术创设的情境中，学生扮演不同的角色可以加深理解和体验一个主题。 例如，在环境研究项目中， 学生担任科学家和环保人士等不同角色，来理解真实的社会环境中的自然科学研究。 学生不仅参加了一个模拟系统，也学会了一种不同的思维方式， 有机会站在他们扮演的角色的立场看待问题。此外，在这种设计中，扮演不同角色的学生获得了独特的信息，有助于个性的健康发展；而在互相配合的团队工作中也发展公民素养。