全球数治｜增强和虚拟现实技术支撑下的沉浸式学习前景

在数字化转型的进程中，以互联网、人工智能、区块链等新兴数字技术不断改变着教育领域，赋予教学模式新的内涵和意蕴。尤其是自新冠大流行以来，网络课堂等在线教育方式被世界各国普遍接受。在此背景下，可以大幅度增强学习效果和课堂互动体验的增强和虚拟现实技术（AR/VR）也逐渐受到广泛关注。

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术本质上是传感器和显示器的集合。计算机和可穿戴设备协同工作，为用户创造身临其境的体验。AR/VR技术令教学内容制作更加灵活便捷，赋能教师制作更为优质的互动教学内容，为学生带来全方位沉浸式体验和多样化的学习方式，激发强烈的学习兴趣和热情。与此同时，AR/VR技术和产品经过多轮升级迭代，生态不断完善，产业正逐步迈入成熟期，从2020年起迎来了消费和应用的新拐点，给未来教育变革打开了更加广阔的前景。

今年8月30日，美国信息技术和创新基金会（ITIF）发布了题为《沉浸式学习前景：增强现实和虚拟现实在教育领域的潜力》（The Promise of Immersive Learning: Augmented and Virtual Reality’s Potential in Education）的研究报告。报告作者ITIF政策分析师艾利斯·迪克（Ellysse Dick），阐述了AR/VR技术应用于教育领域的显著优势和未来趋势，并展示了多个应用案例。她主张美国政府和教育部门应大力支持开发、推广AR/VR教育解决方案，并提供了相关政策和行动建议。

艾利斯·迪克（Ellysse Dick）认为，AR/VR技术能够创造超越物理距离和时空阻隔的多维沉浸式学习体验。无论是对于基础教育、高等教育、职业教育或专业培训，只要在确保安全的前提下使用，就会形成优于二维在线教学方式的知识传授效率，实现更全面的教育价值。例如，学生只需使用穿戴式网络设备，即可身临其境地参观远古遗址，近距离观察和触摸微生物体的内部结构，直观感受各种物理、化学原理和现象。不仅如此，学生还可以置身具体场景中，与虚拟事物进行互动，例如开展科学实验、医疗操作、模拟辩论和商业谈判等活动，从而更加安全、低成本地习得诸多实际操作流程和经验。除此以外，AR/VR技术带来的沉浸式体验还能够减轻学生的认知负荷，改善对复杂和抽象知识的理解与记忆，而其数据收集功能也能及时向师生提供学习反馈，以进一步优化教学方案。同时，AR/VR能有效辅助患有自闭症、身体残疾、多动症、阅读障碍等疾病的特殊学生群体的学习，实现更大的教育公平和包容。随着AR/VR技术应用的不断铺开，以及实践案例的累积，传统的教育模式或将被逐步颠覆。

为此，艾利斯·迪克（Ellysse Dick）在报告中罗列了AR/VR技术在当前美国K-12基础教育、STEM教育、高等教育、职业教育、教师培训等领域的数十个应用案例，以展现该项技术的广泛适用性和创新潜力。

对于K-12教育来说，以AR/VR为支撑的沉浸式学习可以为儿童和青少年创造更具吸引力和更公平的学习环境。目前已有的应用方案包括适龄图书馆、博物馆等沉浸式内容库，可视化、可模拟操作的学科特色知识集成，以及为支持有学习障碍的学生而开发的辅助教学工具等。例如，美国史密森尼学会开发了一个博物馆展览内容三维模型库，允许学生在移动设备上使用AR技术，以随时近距离观赏数十家博物馆的丰富藏品，帮助学习美国历史、自然等科目。“Kinfolk”应用程序则能让学生与美国历史名人的AR模型进行互动对话，观摩他们的数字“纪念碑”，撰写相关学习心得。美国国家航空航天局（NASA）提供的沉浸式教育资源可以带领学生们“亲临”国际空间站，或“探访”外星球，而老师们只需要通过电脑终端的集中管理系统就可以掌控教学内容和进度。此外，患有各种学习障碍的学生可以选择“Floreo”等基于VR的社交和生活技能训练程序，通过类似互动游戏的方式来练习与人对话和情绪调节技巧等。教师和监护人使用手机、平板电脑等移动设备即可开展教学指导。

在高等教育和STEM教育领域，AR/VR解决方案适用的场景则更加多样。除了常见的视频会议、线上师生互动等用途，该项技术还特别有助于将复杂和抽象的科学理论具象化，且比传统的二维信息展示方式更加生动、易懂。例如，美国空军学院通过“HoloChem”平台将AR/VR方案整合到化学课程中，学生可虚拟开展高难度化学实验，不仅安全系数高，也便于多次重复练习。部分美国大学的医学院则将AR/VR技术用于解剖、护理等课程的学习，方便学生直观了解人体系统，开展实践操作。

AR/VR解决方案亦适用于教师培训、社交软技能培养和职业技术教育等领域。以“zSpace”应用为例，它可以提供保健、制造业、农业、运输业等多种行业技能的模拟环境和沉浸式学习。学员还能通过完成“zSpace”课程取得30多类技能证书，为未来职业发展做好准备。

鉴于AR/VR技术及其支撑的沉浸式学习前景所展现的巨大潜力和市场价值，艾利斯·迪克（Ellysse Dick）建议美国政府和教育部门全面理解该技术的重要性，支持相关产业发展。具体的政策和行动建议包括：第一，教育部门应更多地投资于AR/VR教育解决方案相关的研发和创新，特别是要发掘提高学习成效的应用模式，以及降低设备成本的有效途径；第二，重点确保AR/VR技术对儿童健康和安全的影响可控，包括改进技术以克服晕动症、视力疲劳、混淆虚拟和现实环境的心理问题等，并为沉浸式学习制定适龄参数和实施准则；第三，帮助教育工作者和学生群体共同提高数字素养，普及掌握基于AR/VR开展学习和创建教学资源的基本技能与安全保护措施等；第四，扩充教育领域的AR/VR内容生产，推动开发高质量的适龄产品，激励与技术适配的内容和产品创新；第五，增加对低收入学区的专项资金扶持和技术培训，确保教育公平。

当前，全球已步入数字时代，不可逆的数字化浪潮成为当前社会的基本面。以AR/VR技术为支撑的沉浸式教育产业正处于上升阶段，今后将出现更多的技术和应用创新，也必将对未来教育变革产生重要影响。政府和教育部门的公共服务思路也需要因时而变，提前布局，将数字技术妥善融入未来教育生态中，打造以学习主体为中心的全时空连接，满足新时代的学习需求。