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微软沉浸式教育白皮书:AR教育的优势和意义

  近年来,AR在教育领域的应用开始获得越来越多的青睐,使用起来也越来越方便。据悉,AR在教育场景分为多种形态,除了移动端,还可以是AR头显等。移动端以AR app为主,涉及STEM、幼教等多种内容,而AR头显端,一般应用医学院、大学,主要是通过可视化教学帮助学生理解课程内容。同时,AR头显也被用于培训工厂、商店、公司员工。

  据今年XRDC上发布的一份调查显示,在受调查的900多名AR/VR/MR行业专家中,有33%看好/从事教育应用场景,仅次于游戏和娱乐,此外还有27%也看好/从事培训场景。相比之下,去年调查结果显示,看好/从事培训和教育场景的总人数仅占37%,今年这一数字有所增加。

  同样,微软也看好AR在教育领域的应用,并于前不久发布《沉浸式教育体验白皮书》,通过交叉对比教育理论与案例分析等一系列调查,探索了AR应用在课堂中的优势和理论。

  白皮书报告中指出,AR在教育的应用场景越来越多样,应用在课堂上会给教师和学生带来积极影响。同时,当沉浸式拘束与游戏式学习能够遵照教学理论进行正确部署,将有可能支持和拓展课程内容,优化学习效果,这将是以往教学手法无法实现的,而且成本足够实惠,支持规模化。

  相比之下,在其他教育科技领域,通常会更看重技术而不是教育本身,因此技术与教学方法无法连贯结合,也就没能达到预期的效果。而研究显示,最有效的教育体验通常是围绕社会构建式学习方法设计的,也就是说需要体验在真实环境中和其他人一起完成实际任务,而这也就是AR所能提供的。

  通过模拟,学生可在AR中重现并练习各种常规场景,甚至还能体验现实生活中很难遇到的场景(因为难度、成本、危险、可能性低等因素)。当然,若要达到效果,AR将需要营造沉浸的环境和叙事,才能为学生提供足够逼真的模拟训练体验。

  此外,AR对教学效果也有多方面影响,比如通过将复杂概念和结构进行直接的可视化来降低大脑认知负荷等,可提高学生自主学习积极性,还能提高对复杂知识的吸收和记忆效果,帮助学员快速应用所学知识(提高知识转化率)。而这同时也依赖于AR所营造的沉浸感和逼真的模拟。

  沉浸感的最大好处是,帮助学生集中注意力在课程上,类似于游戏式学习原理。总之,足够的沉浸感是设计有效情境学习的关键,而有效的情境学习又有望提高学生对知识的转化率,那么营造沉浸感可以从哪些形式入手呢?

  1,心理沉浸:对于传统情境学习来讲,在现实场景中进行模拟和重现并不容易,而利用AR技术,你将不再需要担心成本、物流、容量和危险的问题,只需通过营造心理沉浸感,以及提供社交/协作式交互,就能实现情境模拟,而且AR营造的环境还有望为学生培育隐性技能。

  2,感官沉浸:这里指的是学生成功在AR中感受到自己的存在,通常在开车模拟等教学场景中得到广泛使用。此外,还有一些教育者利用《我的世界》教育版来为学生提供游戏式教学,学生们的反馈是:在游戏中学习历史并不是学习,而是身临其境的体验。

  3,叙事和象征性沉浸:叙事对于所有教学方式来讲都是重要的激励和知识传授手段,而AR叙事则能够触发强大的语义联想。而在虚拟环境中,需要在引人入胜的叙事推动下,才能让学生投入情感,摒弃之前任何怀疑,沉浸到整个环境中。因此若想为学生打造沉浸式教学环境,则需要在设计上考虑到动作、社会和象征/叙事因素以及感官刺激。

  4,动作沉浸:指的是引导参与者去采取行动,并且行动所产生的结果对于参与者来讲要足够新奇有趣,比如婴儿第一次学走路的时候,就会非常全神贯注。

  AR在提升学生深层次的认知能力、创造力、批判性思考上展现极大优势,这是因为它具备三大特性:帮助具象化认知、以掌握为重点的学习方式和降低认知负荷。

  1,具象化认知:这里指的是在沉浸式的安全环境中通过逼真的可视化内容来进行含蓄的学习,总之具象化认知就是通过精神和感知模拟,向学生展示课程内容,教学效果足够好。受各种现实因素限制,一些现实场景通常并不容易具象化,比如让学生在位于市中心的教室体验农场,或者回到古代体验历史,甚至以接近光速观看相对论效应。而在AR的帮助下,这些场景便可得到足够逼真的模拟,并通过模拟体验来缩小理论和实践的差距。

  2,以掌握为重点的学习方式:通过持续刺激和反应,AR可为学生提供积极的强化学习模式,从而达到有效的以掌握为重点的学习效果。调查结果显示,学生在接受AR教育之后考试分数可提高22%,而且学到的知识可存留一周时间,在学到知识同时还提高了在技能型任务上的表现,获得抽象推理、批判性思维的能力。

  因此,学习效果得到提高,学生注意力和节奏控制能力增强,甚至还提高学习动力、兴趣、自信心,以及学生与科目之间的情感联系,提升互相之间的协作。

  3,降低认知负荷:从2D图像中学习具有抽象属性的内容时,人脑需要将2D转化成3D可视化的图像,这将带来大量认知负荷,而信息量过大还容易让人脑有限的记忆走入瓶颈,这将造成注意力和兴趣缺乏,从而降低学生对知识的理解和保留能力。

  而AR降低认知负荷的方式是,让学生能够直接看到可视化的内容,并且可以上手与复杂的结构交互,这样便能在短时间内吸收更多关键信息。微软的一项研究显示,通过检测学生的脑电图发现,如果他们用3D交互式影像来学习折纸,学习认知负荷会大幅降低。

  自我意识、自我管理、社会意识、人际关系技能、负责人的决策都被认为是社交和情感学习的重大贡献因素,而AR所展现的是通过自适应、创新的环境来支持协作学习模式。很多人认为,如果没有一个强大的社交和情感节能作为基础,在高等教育和21世界全球学习环境中只有知识是没用的。

  证据显示,沉浸式技术对于打破情感障碍和引起共鸣方面非常有效,即使是对同情心本来比较少的人也会产生积极影响,而且也能提升人对于其他文化的理解。比如,此前斯坦福大学虚拟人类交互实验室就曾开发一款关于海洋酸化对珊瑚礁造成影响的VR内容,接受体验的学生们开始意识到人类行为对美丽的海洋生态所做出的破坏,并对他们感到失望。

  目前AR硬件成本较高,成为在教育场景普及的一道门槛,随着未来硬件价格下降,AR技术有望成为教育领域的常用工具,让任何背景的学生们都能了解到平时可能接触不到的知识,比如在AR中体验虚拟郊游。

  此外,对于阅读障碍、自闭症、多动症患者等学习困难的学生来讲,沉浸式技术也展现出了对学习效果、效率、存留率和空间认知的提升。用AR技术有望提升学生分数,从而减少学习困难学生与其他学生之间的差距。

  沉浸式技术可为学生提供协作式学习环境,还能帮助他们获得平等的知识,甚至还能通过对学生的个人定制化,提高学生对于学习的积极性。教师们反映,在课堂中使用AR可提高课堂内容的定制性和自主引导性,学生们在AR中完成任务的时候,会通过在环境中的探索来尽可能提高学习效果,强化学生对于概念和现象的了解。

  数据显示,98%受到定制化教育的学生要优于接受统一教育的学生,而AR技术通过为学生提供学习自主权和激励自主探索,在循序渐进中辅助教学,效果要优于传统教学指标。

  尽管大多数科研人员对于AR教育持有积极态度,但目前这项应用还处于初期,依然缺乏数据和相关文献支持。AR教育所面临的挑战是,需要收集大量纵向反馈,以了解AR这项新奇的技术的教学效果能否持久。

  而对于那些想要将AR技术应用在教学中的机构来讲,他们通常难以承受设备的采购和运营维护成本,并觉得内容开发、考量长期安全和道德是一道难关。

  教育者们对于AR的潜力普遍展现热情的态度,不过依然受到实用性和应用门槛等问题的限制。为了解决这个问题,希望在未来能出现将科学标准与教学计划直接联系起来的内容范例。

  而对于高质量的AR教学内容来讲,吸引学生主动学习是关键,这样便能帮助提高知识内容的吸引力和存留率。就像是建构主义学习理论所说,扩图案治失眠的最佳方式是通过体验与分享。

  总之,为了将AR教学体验的长期影响最大化,我们不应该用多个独立的AR内容对学生进行教育,这样只能产生短期的碎片知识,而是应该开发全面的AR内容体验,让学生们沉浸在丰富的知识中,同时感受到强烈的叙事、逼真的练习以及AR与真实世界的互动,这样才能真正转变沉浸式技术和游戏学习体验。

  同时,微软还认为AR教育应该作为现场授课的一项辅助功能,因为在真实课堂上才能增进人与人之间的交流和交互,促进社会情感学习。而教师所提供的持续且内容丰富的教学依然是教育中最佳工具,AR等技术只是为传统教学带来更多可能性,比如推动教育的普及,以及影响传统教学方式。本文系青亭网翻译自:微软

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