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本文編寫：爾瑞；zSpace案例翻譯：Diana Qi；審校：Zoe.
近日，微軟與教育部合作，正式啟動高校及中高職院校VR實驗室建設(shè)項目，早前微軟也宣布會和 Pearson 等教育公司合作開發(fā)更多使用 MR 輔助教學(xué)的課程。而略顯遺憾的是AR/VR在現(xiàn)實生活中的運(yùn)用因為技術(shù)壁壘和場景需求并未得到很好落地，只是形成一種概念。VR+游戲的模式也在探索中。然而VR/AR在教育的運(yùn)用中嶄露頭角，微軟在教育行業(yè)的布局將AR/VR在實際教育情境中的落地再次放進(jìn)人們視野中。
首先讓我們來簡單回顧一下什么是VR、AR以及MR。
VR英文全稱Virtual Reality,意指虛擬現(xiàn)實。從字面意思來講，眼睛通過VR眼鏡等頭顯設(shè)備看見的情景是完全虛擬的，視覺與現(xiàn)實環(huán)境相隔離。比如帶上眼鏡即可立即體驗坐過山車的視覺感受，并隨著逼真的場景發(fā)出啊啊的尖叫聲。
圖片來源：百度圖片
AR英文全稱Augmented Reality，意指增強(qiáng)現(xiàn)實。它在真實物理世界的基礎(chǔ)上通過設(shè)備增加虛擬數(shù)字畫面，但這個虛擬的畫面在真實世界并不存在，因此你無法通過走近或離遠(yuǎn)來感知這個虛擬畫面變大或變小。虛擬數(shù)字畫面不僅可以是二維信息，也可以是3D立體的（如微軟HoloLens全息眼鏡設(shè)備）。之前火爆的Pokemon Go游戲讓成群結(jié)隊的年輕人在大街上競相追逐皮卡丘，就是AR的應(yīng)用之一。
圖片來源：百度圖片
▲ 小編用Microsoft Surface自帶的“混合現(xiàn)實查看器”（這里感覺就是AR）試了只3D鴨子，遠(yuǎn)觀時發(fā)現(xiàn)鴨子相較于旁邊的南方黑芝麻糊竟然變大了。說明AR的虛擬數(shù)字信息并不隨著距離遠(yuǎn)近被感知大小。
稍顯陌生的概念應(yīng)屬M(fèi)R。MR的全稱有兩種，一種是Mixed Reality（混合現(xiàn)實），一種是Mediated Reality(介導(dǎo)現(xiàn)實)?！盎旌犀F(xiàn)實”可當(dāng)作是和AR/VR同一層級的概念，“包括增強(qiáng)現(xiàn)實和增強(qiáng)虛擬，指的是合并現(xiàn)實和虛擬世界而產(chǎn)生新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里物理和數(shù)字對象共存，并實時互動”。它將AR和VR的優(yōu)點結(jié)合，避免AR的視覺受限（透過設(shè)備屏幕看見畫面的范圍?。约皬浹a(bǔ)VR不能與真實世界互動的遺憾。如之前炫酷的體育館觀鯨，采用3D全息投影技術(shù)，不用戴頭顯設(shè)備，借助投影設(shè)備即可裸眼看到巨像。虛擬卻存在于物理世界，可裸眼判斷遠(yuǎn)近。
圖片來源：互動百科
不過制作此視頻的Magic Leap公司在獲谷歌和高通投資后并未公開展示自己的技術(shù)，坊間傳聞此條視頻可能有電影特效參與，這也說明真正實現(xiàn)Mixed Reality還有段路要走，不過AR/VR的發(fā)展會不斷趨向?qū)ixed Reality的探索。
Mediated Reality（介導(dǎo)現(xiàn)實）是相對于AR/VR、Mixed Reality（混合現(xiàn)實）更上位抽象的概念，它是一個連接物理現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實的介導(dǎo)連續(xù)體，在這個連續(xù)體上，物理現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實所占比例各不相同。根據(jù)虛擬現(xiàn)實的輕重程度，連續(xù)體的中間部分可分為輕量級AR（通過某軟件拍照，畫面上顯現(xiàn)時間地點）、中量級AR（類似微軟HoloLens智能眼鏡）和重量級AR.
AR、VR和介導(dǎo)現(xiàn)實的關(guān)系（圖片來源：知乎《VR、AR和MR的區(qū)別》）
小結(jié)：一句話說清AR、VR 與 MR 的區(qū)別：
AR 增強(qiáng)現(xiàn)實 (Augmented Reality) ：在使用者的現(xiàn)實世界疊加數(shù)字創(chuàng)建的內(nèi)容。
VR 虛擬現(xiàn)實 (Virtual Reality)：阻擋現(xiàn)實世界，為使用者創(chuàng)建一個全數(shù)字化、身臨其境的體驗。
MR 混合現(xiàn)實 (Mixed Reality)：在使用者的現(xiàn)實世界疊加您可以與之互動的數(shù)字創(chuàng)建內(nèi)容。
中量級AR應(yīng)用：Microsoft HoloLens (圖片來源：知乎《VR、AR和MR的區(qū)別》)
接下來讓我們來看看最新的用于教學(xué)的AR/VR技術(shù)。
AR、VR、MR 在教育訓(xùn)練方面的應(yīng)用可分成三大塊:
教育 (Education): 傳授知識，包含學(xué)校教育及職場教育。
訓(xùn)練 (Training): 職能或技能訓(xùn)練，包含學(xué)校及職場。
效能支持 (Performance Support): 在需要的時刻提供相關(guān)重要資訊，以協(xié)助完成工作，通常可以與前項搭配運(yùn)用。
具體案例研究: AR/VR技術(shù)助力STEM教學(xué)
工具：zSpace（中量級AR應(yīng)用）
前沿：AR/VR技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用是近些年來的熱門話題。關(guān)于AR/VR技術(shù)如何應(yīng)用于教育領(lǐng)域，不少的公司已經(jīng)進(jìn)行了相應(yīng)的嘗試，本文將以美國zSpace公司為例介紹AR/VR技術(shù)在STEM教育中的應(yīng)用。在實際的教學(xué)中，學(xué)校往往面臨實驗室空間不足，實驗材料和實驗成本過高的挑戰(zhàn)，AR/VR技術(shù)基礎(chǔ)上建立的STEM實驗室不失為一種可能的解決方式。學(xué)生們可以兩兩一組在使用AR技術(shù)的設(shè)備上進(jìn)行實驗，成本低且無危險性。
美國zSpace是一家為學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)提供AR硬件和終端以及配備的軟件、課件的公司，目前已經(jīng)在全球多個國家和地區(qū)的學(xué)校提供服務(wù)，其中包括中國的三所中小學(xué)。此外，zSpace還成立了專門的STEM實驗室，每實驗室標(biāo)配12名學(xué)生一位老師，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理和生物等課程。
紐約Plainview-Old Bethpage中央學(xué)區(qū)引入了zSpace公司的技術(shù)，該技術(shù)允許學(xué)生在廣闊并可交互的虛擬世界創(chuàng)造、測試和實驗。在2014-2015學(xué)年期間，學(xué)生們在zSpace的STEM實驗室學(xué)習(xí)了各種科學(xué)概念。實驗室由一系列AR / VR系統(tǒng)組成，每個系統(tǒng)都配備了一套單獨的電腦和VR顯示器，并配備有觸控筆，幫助學(xué)生操縱虛擬3D物體，加強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗。軟件內(nèi)容涵蓋生命科學(xué)、物理學(xué)和工程學(xué)。
目前，在使用技術(shù)第一學(xué)年的最后階段，老師和教學(xué)管理者認(rèn)可zSpace帶給學(xué)生們前所未有的學(xué)習(xí)熱情，這促進(jìn)了學(xué)生們更深入、更專注地學(xué)習(xí)STEM課程。
“我喜歡zSpace的部分在于它的合作學(xué)習(xí)方式，” 課程和指導(dǎo)助理總監(jiān)Jill Gierasch說，“兩位學(xué)生，一位手持手寫筆，一位戴上眼鏡設(shè)備，就可以一起上課來解決問題。使用這樣的設(shè)備來學(xué)習(xí)研究技能是前所未有的?！?/p>
而且，相比以往的一般課堂學(xué)習(xí)，虛擬實驗盡可能地帶來了更加先進(jìn)的學(xué)習(xí)方式。
比如，六年級學(xué)生使用一種叫做“富蘭克林實驗室”的zSpace軟件，進(jìn)行電路板相關(guān)的實驗。然后，他們把實驗中獲得的技能轉(zhuǎn)換到現(xiàn)實中，在學(xué)校里的科技商店設(shè)計了自己的電路板。 學(xué)生隨后返回zSpace，進(jìn)一步提升他們的設(shè)計。若在現(xiàn)實生活中進(jìn)行實驗，他們所使用的技術(shù)和材料成本極高，甚至充滿危險。
一位美國大學(xué)預(yù)修物理課程老師Jordan Pekor，能夠與他的高中學(xué)生一起進(jìn)行實驗。在過去，他沒有時間去做這件事。 “你可以在42分鐘內(nèi)完成更多的課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容。在傳統(tǒng)時間框架內(nèi)，很多實驗是不可能完成的 。然而，現(xiàn)在你可以在zSpace軟件上設(shè)置，學(xué)生們進(jìn)來就可以直接開始實驗。”
學(xué)生們能進(jìn)行深度參與和研究，而且時間和經(jīng)費(fèi)都大大縮減，這改變了Plainview學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。正如一位學(xué)生所說：“能夠親眼看到哪些有效，哪些無效。每個人都在學(xué)習(xí)，并且能一起學(xué)習(xí)。”
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