沉浸式学习的前景：增强和虚拟现实在教育中的潜力（英）

沉浸式学习的承诺：增强现实和虚拟现实在教育中的潜力爱丽丝迪克2021 年 8 月 信息技术与创新基金会 信息技术与创新基金会内容关键要点 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 1 AR/VR在教育中的价值 � ... � � � � � � � � � � � � � � � � � � 3 AR/VR 高等教育 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 3 高等教育中的 AR/VR 访问和内容开发机构 � � � � � � � � � � � � 4 面向教育工作者和管理员的 AR/VR � � � � � � � � � 5 AR/VR技术在教育中的当前应用5 K-12 教育：丰富课堂体验和扩展机会 � � � � � � � � � � 5 沉浸式学习课程和资源收藏 � � � � � � � � � � � � � � � � 5公共资源收藏 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 6 Edtech 服务 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � . . . . . . . . . . . . . . . . . . . � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 7高等教育：使理论切实可行，为学生的未来做好准备 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � . . . . . . . � � � � � � � � � � � � � � � 9 艺术、人文及其他学科 � � � � � � � � � � 10 软技能和职业发展 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� 教师培训：为教育工作者做好准备成功 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 14政策制定者� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 15 投资于健康、安全和功效 � ... � � � � � � � � � � � � � � � �� � ... � � � � � � � � � � � � � � � 17 尾注 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 19 关于作者 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 23 关于 ITIF � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 23 信息技术与创新基金会 信息技术与创新基金会1关键要点AR/VR 解决方案可以增强课堂体验并扩大各级学习的机会。联邦政府应通过投资于研究、技能培养、内容开发和公平采用沉浸式技术来支持进一步的创新。•AR/VR 技术因其身临其境的特性、以新的、引人入胜的方式共享信息的能力以及提供可以减轻成本或距离障碍的虚拟体验的潜力，成为“教育科技”领域的一个有前途的补充。•尽管仍处于早期阶段，但该技术已在 K-12、高等教育和教师培训。 应用范围从 STEM 教育和技术培训到艺术和人文。•AR/VR 可以为 K-12 教育工作者提供交互式和引人入胜的课堂学习工具。其中包括沉浸式内容库、特定主题或学习目标的体验，以及适用于有学习障碍的学生的工具。•在高等教育中，AR/VR 可以帮助学习者掌握抽象概念并动手——低风险虚拟环境中的经验。这可以增强 STEM 课程、医学模拟、艺术和人文材料以及技术教育。•国会应指示教育部投资计划、资源和举措，以指导 AR/VR 教育解决方案的开发并鼓励该领域的进一步创新。介绍数字技术正在不断改变教育领域。在 2019 年的盖洛普调查中，65% 的美国公立学校教师表示他们每天都使用数字工具，而 13% 的人每周使用几天——85% 的人认为未来使用它们具有“巨大价值”。1随着教育技术的发展势头持续增长，教育工作者和机构正在寻找将数字解决方案集成到课堂体验中的新方法。增强现实和虚拟现实 (AR/VR)——使用户能够在物理和虚拟空间体验数字渲染内容的沉浸式技术——为教育技术创新提供了显着的潜力。这些技术扩展了通过减少物理空间的障碍，加强协作和动手学习，并提供个性化的学习方法来帮助各个层次的学生茁壮成长，从 K-12 教室到医学院的学习环境的可能性。AR/VR 作为一种教育工具并不是一个新概念。但沉浸式学习直到最近才从小规模实验转变为一个价值数百万美元的市场，使用迅速增长。2全国教室使用AR/VR进行虚拟实地考察、科学实验、沉浸式模拟等。 很多基础体验与移动设备兼容，高级耳机同时提高质量并降低成本。 开发和访问沉浸式内容所需的技术也变得更易于使用且更实惠。3本报告探讨了 AR/VR 在教育中的现状和潜在贡献，并重点介绍了跨学科和学习水平的解决方案示例，这些解决方案为未来的沉浸式课堂奠定了基础。政策制定者可以在加速采用和鼓励创新以实现 AR/VR 技术在教育中的全部潜力方面发挥重要作用。国会应指示教育部通过以下方式帮助弥合现有知识和内容差距：▪投资于最佳实践的研究，以减轻幼儿的健康和安全问题，并提供适龄使用指南； 信息技术与创新基金会2▪为教育者提供资源和机会来发展技能和成功部署这些技术所需的知识，并开发资源和指导将 AR/VR 技术整合到数字素养计划中，以减少各级学生的“学习曲线”；▪通过投资增强现实/虚拟现实政府教育内容，扩大高校增强现实/虚拟现实创新，加快开发优质、相关、适龄的沉浸式教育内容；和▪支持扩大对 AR/VR 设备和应用程序的访问的举措。AR/VR 在中国的价值教育至少自 1990 年代以来，研究人员一直在探索沉浸式技术作为教育工具的潜力。4AR/VR 技术是不断增长的领域的一个有前途的补充教育技术，因为它们具有身临其境的体验、以新的、引人入胜的方式共享信息的能力，以及它们提供虚拟体验的潜力，以扩大获得教育机会的机会，否则这些机会将受到成本或物理距离的限制。 然而，AR/VR 设备和应用程序最近才变得负担得起且用户友好，足以让这些解决方案在教室中实际实施。增强现实/虚拟现实技术提供了广泛的能力，以比二维技术更具交互性的方式呈现信息。在最高层次上，先进的虚拟现实系统可以让用户完全沉浸在虚拟现实中环境，在那里他们可以与虚拟对象以及其他人实时交互。这种体验有助于动手学习，既可以模拟现实世界的体验，也可以以其他方式无法实现的方式呈现复杂信息。对于例如，学生可以在 3D 中查看微观物体，或站立在物理模拟过程中。VR 还为用户提供了进入预先录制的 360 度视觉体验（静止图像或视频）的能力，他们可以查看但不能操作或与之交互。 - 成本）的方法可以是有益的，当视觉呈现或存在感是给定体验中最重要的元素，例如参观历史遗迹。借助 AR 或混合现实 (MR)，用户可以与出现在其物理环境中的虚拟对象进行交互。这对于用户需要与虚拟对象进行交互并同时保持对其物理环境的态势感知的场景最为有利。例如，学生可以遵循复杂活动的数字叠加指令，例如学习如何修理复杂的机器或进行医疗程序。 与 VR 非常相似，AR 也提供较少交互的体验，允许用户查看物理空间内的静态虚拟对象或信息。当物体本身具有最大的教育价值时，这是最有益的——例如在教室中放置雕塑或历史文物的虚拟模型，或在历史遗址上叠加额外的文本或图像。学生和教育工作者以及家长、管理人员和机构对使用沉浸式技术作为教育工具的热情越来越高。▪在三星电子和 GfK 于 2016 年对 1,000 名美国教师进行的一项调查中，93% 的人表示他们的学生会对使用 VR 感到兴奋，83% 的人认为这些技术有助于提高学习成果。5▪在数字和 VR 内容公司以及 DigiLitEY 学术网络的 2017 年联合报告中，70% 的美国 8 至 15 岁儿童和 64%的家长表示对 VR 体验感兴趣。6▪在 Common Sense Media 2018 年的一项研究中，62% 的家长和 84% 的使用过它的家长他们自己——相信 VR 可以为他们的孩子提供教育体验。7▪2018 年的另一项调查发现，只有不到 50% 的高等教育机构部分或完全参与了 VR 部署。8▪在 Perkins Coie 和 XR 协会 2020 年的一项调查中，受访者将教育列为第二大可能的行业在不久的将来会被沉浸式技术所颠覆。9 信息技术与创新基金会3基于 AR/VR 的教育工具提供了巨大的潜力来改变不同年龄和学科的学生的学习方式。 事实上，尽管对 AR/VR 的价值和功效的研究在教育方面，一些研究表明 AR/VR 工具可以提高 K-12 和高等教育环境中的学习成果。10 沉浸式解决方案可以为教育体验提供机会，否则需要大量旅行或资源，例如例如访问遥远的地方或在实验室进行实验。这些体验还可以超越物理空间的限制，创造物理上不可能实现的教育机会，例如访问另一个星球或历史时期或操纵放大的微观物体模型。进一步, AR/VR 体验可以让学生参与到各种游戏化的实践学习方法中的科目——已被证明可以支持认知发展和提高课堂参与度。11除了为所有学习者提供新型体验之外，AR/VR 工具还可以改善学生的整体学习成果。12沉浸式体验已被证明可以减少认知负荷和距离，鼓励更高的参与度，并提高对复杂或抽象主题的记忆力，例如 STEM（科学、技术、工程和数学）科目通常依赖于其他无形概念的二维表示。13个人级别的沉浸式学习允许采用更个性化的方法，以适应不同的学习风格、速度和能力。14对于某些类型的学习，他们还可以向学生和教育工作者提供反馈，并调整个人学习目标以满足学生的实际需求——帮助学生充分发挥潜力，减少落后。15K-12 教育中的 AR/VR由于这些技术的独特功能，沉浸式解决方案在 K-12 教育工作者和管理员中越来越受欢迎。 AR/VR 解决方案可以增强、部分替代或完全替代传统课堂学习。目前 K-12 环境中最常见的用途可能是增强课堂体验。例如，教师可以引导学生进行身临其境的虚拟实地考察或让学生与 3D 模型互动使用 AR。然而，学校也在转向 AR/VR 解决方案进行混合和远程学习。COVID-19 大流行凸显了教学工具不受物理位置限制的价值。16沉浸式技术允许学生被动地参与远程学习体验，并使用共享的虚拟元素与教师和同伴实时互动。17例如，移动 AR 允许学生查看墙上的画作或客厅中的物体，而基于 AR/VR 的虚拟实验室将允许他们进行动手操作实验，无论他们是在设备齐全的教室还是实验室。完全沉浸式 VR 体验还具有减少远程学习过程中分心的优势，从而鼓励学生在课堂上全神贯注。AR/VR 技术还提供了有前景的工具，可以让患有自闭症谱系障碍 (ASD)、注意力缺陷多动障碍 (ADHD)、阅读障碍，或其他认知或学习障碍。18例如，VR 体验可以帮助治疗患有 ASD 的年轻人的恐惧症。19同时，AR 可以通过改变或增强物理学习工具（例如教科书或闪存卡）来帮助有学习障碍的学生。高等教育中的 AR/VRAR/VR 技术在更高级的学习环境中同样有价值。跨学科的学院和大学教育工作者正在他们的课程中实施沉浸式技术。20在 2018 年 Internet2 对高等教育机构的调查中，超过三分之二的机构部分或全部部署了 AR/VR 解决方案，三分之一正在测试它们。21一些学术机构甚至引入了允许学生和教职员工访问 AR/VR 设备并开发自己的内容的专用空间。这些专用实验室以及学生拥有或借用的硬件，为学生和教育工作者创造了体验沉浸式学习的新机会（见框 1 )�