教育數(shù)字化戰(zhàn)略實(shí)施以來，數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)與教育教學(xué)融合創(chuàng)新的力度逐步擴(kuò)大，各類學(xué)校比以往更加關(guān)注智慧教室和互動(dòng)課堂等新型教學(xué)場景和學(xué)習(xí)模式在教學(xué)教研的運(yùn)用。
由于智慧教室和互動(dòng)課堂出現(xiàn)的時(shí)間不長，而且技術(shù)路線較多，有AR、VR、MR、5G、AI等等，很多人花了很長時(shí)間還不能完全搞清楚它們之間的區(qū)別，以及各自的優(yōu)勢。
下面，我以AR智慧教室和VR智慧教室為例，從智能硬件、人機(jī)交互方式、學(xué)習(xí)場景、適用學(xué)段等幾個(gè)方面，談一談它們之間的區(qū)別，以及各自的優(yōu)勢，供大家參考。
01智能硬件
AR智慧教室，主要的硬件包括3D深度攝像頭、AI攝像頭、中控系統(tǒng)、服務(wù)器、多媒體融合顯示系統(tǒng)和教師控制臺(tái)。
VR智慧教室，主要的硬件包括VR頭顯+手柄、中控系統(tǒng)、服務(wù)器、智慧黑板和教師控制臺(tái)。
把AR智慧教室和VR智慧教室的硬件擺在一起，很明顯就看到，兩者之間最明顯的區(qū)別是在“3D深度攝像頭”和“VR頭顯+手柄”，正是這兩個(gè)硬件的區(qū)別，決定了下面說到的人機(jī)交互方式的不同。
02人機(jī)交互方式
AR智慧教室，主要是通過“3D深度攝像頭+AI攝像頭”來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互與操控。3D深度攝像頭是由RGB鏡頭、紅外鏡頭和深度鏡頭組合而成，能夠識別教室的三維空間和人體骨骼，知道學(xué)習(xí)者站在教室哪個(gè)位置，然后通過算法將學(xué)習(xí)者的肢體動(dòng)作轉(zhuǎn)化成操作指令，讓學(xué)習(xí)者無需佩戴任何外置設(shè)備就可以凌空操控。
“3D深度攝像頭+AI攝像頭”還可以把學(xué)習(xí)者的真實(shí)影像“嵌入”逼真的三維場景里面，讓學(xué)習(xí)者與三維場景里面的人和物進(jìn)行互動(dòng)，達(dá)到“虛實(shí)結(jié)合”的效果，沉浸感和代入感非常強(qiáng)。
VR智慧教室，主要是通過“VR頭顯+手柄”來實(shí)現(xiàn)的人機(jī)交互與操控。目前，VR手柄或者VR手套的定位技術(shù)主要采用“外向內(nèi)追蹤”和“內(nèi)向外追蹤”這兩種方案。
“外向內(nèi)追蹤”，是通過兩個(gè)基站與VR手柄構(gòu)成。基站上集成了一組紅外LED與兩個(gè)轉(zhuǎn)軸互相垂直的紅外激光發(fā)射器，用于掃描和傳輸數(shù)據(jù)，在VR頭顯與VR手柄上則安裝了多個(gè)光敏傳感器用于定位，學(xué)習(xí)者通過手柄上的多個(gè)功能按鍵控制方向和選擇，在虛擬場景里面互動(dòng)學(xué)習(xí)。
“內(nèi)向外追蹤”，通過VR頭顯上自帶的攝像頭傳感器在外部空間尋找參考點(diǎn)，然后不停地掃描參考點(diǎn)的位置反饋出頭顯的運(yùn)動(dòng)軌跡。除了VR頭顯之外，VR手柄上也會(huì)搭載多枚紅外光發(fā)射器，頭顯中的攝像頭通過追蹤VR手柄上的紅外光進(jìn)行精確定位。
03學(xué)習(xí)場景
AR智慧教室的學(xué)習(xí)場景，跟普通的教室明顯不同，里面基本上沒有桌椅的擺設(shè)，主要通過數(shù)臺(tái)多媒體投影融合在一起，在幾十平方的教室空間內(nèi)呈現(xiàn)上百個(gè)，上千個(gè)教學(xué)場景，讓學(xué)習(xí)者足不出戶，探究世界。
AR智慧教室里面的每個(gè)教育課程都是一個(gè)或多個(gè)三維場景組成，通過富有創(chuàng)意的故事情節(jié)將各個(gè)場景串聯(lián)起來，知識點(diǎn)就蘊(yùn)含在三維場景里面。學(xué)習(xí)者可以遨游浩瀚的宇宙，暢游神奇的海底世界，穿越神奇的非洲大草原，體驗(yàn)危機(jī)四伏的地震和火災(zāi)場景。
在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)習(xí)者的真實(shí)影像與虛擬的學(xué)習(xí)場景融合一起，能讓學(xué)生“身臨其境”體驗(yàn)，“天馬行空”遨游，“穿越古今”探究，有效提高教學(xué)品質(zhì)和提高教學(xué)效率。
VR智慧教室的學(xué)習(xí)場景，跟普通教室一樣有桌椅的擺設(shè)，但不是整整齊齊的排列，而且三人一組或者五人一組的靈活組合。在每個(gè)桌子上都有一副VR頭顯+手柄，學(xué)習(xí)者戴上頭顯，拿起手柄，連接服務(wù)器里面的課程就可以進(jìn)入完全虛擬的學(xué)習(xí)場景。
VR智慧教室的互動(dòng)課程，根據(jù)課程內(nèi)容的不同，有的是單獨(dú)的自主學(xué)習(xí)，有的是多人協(xié)作的互動(dòng)學(xué)習(xí)，但在學(xué)習(xí)過程中，大家都是戴著VR頭顯，看不到真實(shí)的環(huán)境。
04適用學(xué)段
AR智慧教室，采用AR技術(shù)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)），讓學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中既看到虛擬的場景，又看到真實(shí)的自己，能夠在真實(shí)和虛擬之間“收放自如”。同時(shí)，結(jié)合動(dòng)作識別技術(shù)，不需要佩戴任何設(shè)備就可以通過肢體動(dòng)作進(jìn)行凌空操控，特別適合3-12歲兒童自由奔放，不受約束的天性。
目前，AR智慧教室主要應(yīng)用在幼兒園、小學(xué)、中學(xué)、科學(xué)館、科普基地等場合，在體驗(yàn)式安全教育和沉浸式科普教育方面，能有效提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和專注力。
VR智慧教室，需要佩戴頭顯和手柄，進(jìn)入完全虛擬的場景當(dāng)中學(xué)習(xí)?？紤]到目前的VR頭顯還存在因?yàn)楫嬅嫜訒r(shí)而導(dǎo)致的輕微眩暈，更適合在12歲以上的人群使用。
目前，VR智慧教室在中學(xué)的物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)，以及職業(yè)院校和大學(xué)的職業(yè)實(shí)訓(xùn)方面廣泛應(yīng)用，有效降低實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)初級階段的物料成本，降低實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)初級階段的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。
05小結(jié)
最近三十年，從教育信息化，到教育數(shù)字化，再到教育智能化，教育創(chuàng)新的步伐一直未曾停止。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國的教育創(chuàng)新既重視“速度”，更關(guān)注“培優(yōu)”。
AR智慧教室和VR智慧教室，是教育信息化向教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中出現(xiàn)的一種以學(xué)習(xí)者為中心，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新思維和批評思維為核心的新型教學(xué)場景和學(xué)習(xí)模式。
用辯證的眼光來看，AR智慧教室和VR智慧教室自身也在不斷優(yōu)化和完善，所以文中提到的硬件、人機(jī)交互方式、學(xué)習(xí)場景、適用學(xué)段，也會(huì)隨著教育理論和智能技術(shù)的發(fā)展而相應(yīng)變化。
我們有理由相信，不用多久時(shí)間，MR智慧教室、AI智慧教室等更多新型的教學(xué)場景和學(xué)習(xí)模式會(huì)陸續(xù)進(jìn)入各類學(xué)校，助力教育數(shù)字化戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。
