面向未来的教育，AR技术如何让课堂更精彩
随着新技术的日新月异，人工智能、虚拟现实、大数据等技术对教育领域产生变革性的影响。当新技术赋能于教育，我们发现3D打印、智能机器人、脑电设备等产品正在紧密融入课堂的教与学。
下面有4幅图，第一幅图里是完全真实空间中的景物，第二幅图里现场的老师学生都是真实的，但教室上面出来的星球却是虚拟的。第三幅图整个的大画面都是虚拟的，但是前面有一个人好像在做演讲，所以它是在虚拟的环境上叠加了一些现实的元素。第四幅图一看就知道是完全虚拟的。
所以这四幅图是有一位学者在1994年提出来的，从最完全的真实环境到最完全的虚拟环境的一个过渡。我如果在真实环境上加一点点虚拟的东西，那就相当于用虚拟的东西把现实给增强了，所以它叫增强现实。这就是今天我要给大家介绍的增强现实AR技术。
什么是增强现实AR
增强现实是通过计算机图形学和视觉技术，将虚拟的信息应用到真实世界，使得真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间，给人呈现一个既有真实又有虚拟的叠加画面。
那增强现实到底能够在教育领域做什么事呢？
AR可以用来模拟学习对象，让学习者在现实环境中看到并且操作生成的虚拟模型和场景，以最贴近自然的交互形式，给学习者提供一个自主探索的空间。
AR教学符合哪些教育理论观点
1、行为主义
行为主义认为学习是刺激-反应(S-R)联结公式，人是由刺激得到反应而完成学习的。
2、具身认知理论
具身认知理论是由一位叫梅洛庞蒂的学者提出的，他认为只有当学习者的认知、身体与环境三者进行有效互动时才能发生学习。
我们人不管在真实环境还是虚拟环境当中，学习者跟学习对象以及学习所处的环境都会发生一些关联，会发生一些刺激和互动，所以当互动是有效的，那么我们认为学习就会发生了。
3、建构主义
在虚拟环境中，又有很多建构的工具和表现的场所，所以它也符合建构主义者提出来的“把实验室搬到课堂中去，学习是一种真实情境的体验”。
虽然虚拟现实、增强现实的学习环境是一个新鲜事务，但是它也符合我们传统教育理论上的一些观点。而且在我们教育领域，虚拟现实、增强现实也已经写到了我们的政策文件当中。
AR技术如何渐进式推动课堂教学变革
北京师范大学“VR/AR+教育”实验室从2009年开始，就致力于将虚拟现实，尤其是增强现实AR用在教学当中，为此我们做了很多应用于教学上的案例。这些案例中不同学科都有，大家可以看到有数学、物理、化学、语言学习……
现场的老师们可以发现这些知识点，都是中小学的课堂里经常出现的实验性知识点。现在通过AR技术，就可以在传统的教室、普通的课桌上把这些实验给做了。
比如说，化学学科里经常出现的分子、原子，这是我们用显微镜都看不着的。但是现在运用AR技术，我们可以在课桌上能够看到这些分子、原子，还能把这些分子、原子拿在手上，这种学习体验感跟以前是完全不一样了。
既然AR技术是渐进式推进课堂教学变革，可能很多人会认为它现在可能只会出现在北京、深圳等教育资源发达地区，但其实，AR技术对硬件的要求很低，不用带很沉重的头盔，也不需要很专业的仪器，就用一台小小的平板电脑，就可以让学生体验到AR的神奇了。即使是在教育资源欠发达的中西部地区，也能做出AR教学的实验学校。
今天分别就高中、初中、小学各举一个案例，让大家看看AR如何引发课堂的教学变革。
首先这个案例，我特意选择的是中西部欠发达地区的一所高中。这是2017年底我们在湖北的一所县城高中，做的物理光电效应实验。这所学校的条件很艰苦，所以我们带来20台平板电脑到学校，以2人一组式在课堂上进行小组合作学习。
光电效应这个实验在我们的现实当中不是很容易能够做得到，因为它的仪器设备很昂贵也很危险，很多学校可能都没有。
我们就用AR的方式去做这个实验，从激光发射器发出来的光打到电板上，平时肉眼看不到的现象通过在AR技术的展示中，可以清晰看到光的路径。通过这样一趟AR实验课程，我们发现也许AR技术在欠发达地区更能发挥它的价值。
接下来再来看一个初中的案例。我换了一个化学的学科。
这是一个氢原子核，它的周围有1个电子绕着它做不规则的运动。中间是一个氧原子核，氧原子核周围有8个电子，把它抬高就能看到8个电子绕着原子核做不规则运动的真实状况，把它放低则能清楚地数出有8个电子。如果我把2个氢跟1个氧放在一起，它们就组合了，变成了水分子。然后在把这个水分子抬高，就能发现这个水分子变成了水滴。
如果在化学课上都是通过这样生动有趣的形式学习化学，老师们可以想一想，学生还会觉得化学难吗？他们会不会觉得化学非常有意思呀？
最后再来说一个小学的案例。我现场给大家演示一下小学的英语和科学的跨学科学习的案例。只需要我拿起平板电脑，打开太阳系的AR课例，就能看到太阳系的图形出现在屏幕上空。
这个AR“太阳系”不仅能够仰视的角度去看，还可以变换成俯视的角度。点击到每个行星图形上，就能听到这个行星标准的英文发音。然后学生也能从中看到不同行星的运转方向，就会发现每一颗行星的运转其实是不一样的。
所以从这样一节AR英语课中，还能学到科学课中的知识。而这样生动的情景导入之后，再带领孩子们一起进入探究的过程。
接下来在给大家看一下关于地球公转与自转的课程案例。
看完这样的课堂案例，老师们是否发现课堂一下子就能变得非常生动，学生用英语在对话，同时把现实无法接触到的科学知识也能讲得非常的形象具体。
通过上面三个不同学段的案例，给大家呈现出AR技术到底是如何推进课堂变革的。其实我很想告诉大家的是，技术不会淘汰教师，但是，善用技术的教师一定会淘汰不用技术的教师。
所以，面对各种各样的技术进入教学，运用新技术的课堂教学效果一定会优于传统教学方式。我们不是说技术要淘汰人，而是人淘汰人。
未来我们希望用轻量级的技术或设备，结合优秀的教学设计，把技术当成工具，让老师更好地教，学生更快地学，才是真正的让技术赋能教育，渐进式地推动课堂教学的变革。
蔡苏
北师大教育学部教育技术学院副教授
教育设计4.0经由“场景革命”开始
来源丨 本文根据作者于第七届中国教育创新年会月的“第三届未来学校整体建设峰会”的演讲整理编辑丨 雅欣
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