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浅析AR智慧教室和VR智慧教室的区别

教育数字化战略实施以来,数字技术、智能技术与教育教学融合创新的力度逐步扩大,各类学校比以往更加关注智慧教室和互动课堂等新型教学场景和学习模式在教学教研的运用。

由于智慧教室和互动课堂出现的时间不长,而且技术路线较多,有AR、VR、MR、5G、AI等等,很多人花了很长时间还不能完全搞清楚它们之间的区别,以及各自的优势。

下面,我以AR智慧教室和VR智慧教室为例,从智能硬件、人机交互方式、学习场景、适用学段等几个方面,谈一谈它们之间的区别,以及各自的优势,供大家参考。

智能硬件

AR智慧教室,主要的硬件包括3D深度摄像头、AI摄像头、中控系统、服务器、多媒体融合投影和教师控制台。

VR智慧教室,主要的硬件包括VR头显+手柄、中控系统、服务器、智慧黑板和教师控制台。

把AR智慧教室和VR智慧教室的硬件摆在一起,很明显就看到,两者之间最明显的区别是在“3D深度摄像头”和“VR头显+手柄”,正是这两个硬件的区别,决定了下面说到的人机交互方式的不同。

人机交互方式

AR智慧教室,主要是通过“3D深度摄像头+AI摄像头”来实现人机交互与操控。3D深度摄像头是由RGB镜头、红外镜头和深度镜头组合而成,能够识别教室的三维空间和人体骨骼,知道学习者站在教室哪个位置,然后通过算法将学习者的肢体动作转化成操作指令,让学习者无需佩戴任何外置设备就可以凌空操控。

“3D深度摄像头+AI摄像头”还可以把学习者的真实影像“嵌入”逼真的三维场景里面,让学习者与三维场景里面的人和物进行互动,达到“虚实结合”的效果,沉浸感和代入感非常强。

VR智慧教室,主要是通过“VR头显+手柄”来实现的人机交互与操控。目前,VR手柄或者VR手套的定位技术主要采用“外向内追踪”和“内向外追踪”这两种方案。

“外向内追踪”,是通过两个基站与VR手柄构成。基站上集成了一组红外LED与两个转轴互相垂直的红外激光发射器,用于扫描和传输数据,在VR头显与VR手柄上则安装了多个光敏传感器用于定位,学习者通过手柄上的多个功能按键控制方向和选择,在虚拟场景里面互动学习。

“内向外追踪”,通过VR头显上自带的摄像头传感器在外部空间寻找参考点,然后不停地扫描参考点的位置反馈出头显的运动轨迹。除了VR头显之外,VR手柄上也会搭载多枚红外光发射器,头显中的摄像头通过追踪VR手柄上的红外光进行精确定位。

学习场景

AR智慧教室的学习场景,跟普通的教室明显不同,里面基本上没有桌椅的摆设,主要通过数台多媒体投影机融合在一起,在几十平方的教室空间内呈现上百个,上千个教学场景,让学习者足不出户,探究世界。

AR智慧教室里面的每个教育课程都是一个或多个三维场景组成,通过富有创意的故事情节将各个场景串联起来,知识点就蕴含在三维场景里面。学习者可以遨游浩瀚的宇宙,畅游神奇的海底世界,穿越神奇的非洲大草原,体验危机四伏的地震和火灾场景。

在学习的过程中,学习者的真实影像与虚拟的学习场景融合一起,能让学生“身临其境”体验,“天马行空”遨游,“穿越古今”探究,有效提高教学品质和提高教学效率。

VR智慧教室的学习场景,跟普通教室一样有桌椅的摆设,但不是整整齐齐的排列,而且三人一组或者五人一组的灵活组合。在每个桌子上都有一副VR头显+手柄,学习者戴上头显,拿起手柄,连接服务器里面的课程就可以进入完全虚拟的学习场景。

VR智慧教室的互动课程,根据课程内容的不同,有的是单独的自主学习,有的是多人协作的互动学习,但在学习过程中,大家都是戴着VR头显,看不到真实的环境。

适用学段

AR智慧教室,采用AR技术(增强现实),让学习者在学习过程中既看到虚拟的场景,又看到真实的自己,能够在真实和虚拟之间“收放自如”。同时,结合动作识别技术,不需要佩戴任何设备就可以通过肢体动作进行凌空操控,特别适合3-12岁儿童自由奔放,不受约束的天性。

目前,“AR智慧教室”主要应用在幼儿园、小学、中学、科学馆、科普基地等场合,在体验式安全教育和沉浸式科普教育方面,能有效提高学习者的学习兴趣和专注力。

VR智慧教室,需要佩戴头显和手柄,进入完全虚拟的场景当中学习。考虑到目前的VR头显还存在因为画面延时而导致的轻微眩晕,更适合在12岁以上的人群使用。

目前,VR智慧教室在中学的物理、化学、生物等学科的虚拟实验,以及职业院校和大学的职业实训方面广泛应用,有效降低实验和实训初级阶段的物料成本,降低实验和实训初级阶段的风险系数。

小结

最近三十年,从教育信息化,到教育数字化,再到教育智能化,教育创新的步伐一直未曾停止。统计数据表明,我国的教育创新既重视“速度”,更关注“培优”。

AR智慧教室和VR智慧教室,是教育信息化向教育数字化转型过程中出现的一种以学习者为中心,以培养学习者的创新思维和批评思维为核心的新型教学场景和学习模式。

用辩证的眼光来看,AR智慧教室和VR智慧教室自身也在不断优化和完善,所以文中提到的硬件、人机交互方式、学习场景、适用学段,也会随着教育理论和智能技术的发展而相应变化。

我们有理由相信,不用多久时间,MR智慧教室、AI智慧教室等更多新型的教学场景和学习模式会陆续进入各类学校,助力教育数字化战略的实现。


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