一堂地理課上，全體師生戴上了一幅AR眼鏡。忽然之間，大家突然置身于浩瀚無垠的宇宙之中，看著壯觀的星際奇觀。老師把3D的太陽拉近放大，給學生們講述太陽的誕生。然后老師帶學生們一起來到月球，大家可以看到四周的月球情況，仿佛真的置身其中，腳底的月球土地非常逼真?，F(xiàn)場突然發(fā)出“哇”的驚叫聲，原來宇航員楊利偉通過AR社交軟件在教室里出現(xiàn)了，向學生們講述宇航員在太空中的親自經(jīng)歷和各種細節(jié)。
這就是未來AR課程的一個場景，是不是很震撼?
AR教育，就是將AR(增強現(xiàn)實)技術應用于教育領域所產(chǎn)生的新型教育形式和內(nèi)容。AR教育的本質依然是教育，不過因為和AR結合，就有了很多新的特性和新的教學方式、學習方式。
在2015年之前應該很少教育人士聽說過增強現(xiàn)實，不過隨著2016年寵物精靈AR游戲和支付寶AR紅包的推出，越來越多的人開始了解并發(fā)掘AR技術在教育行業(yè)的應用。AR技術可以將信息直觀化、可視化的呈現(xiàn)，因而非常適合在地理、生物、醫(yī)學等有很多具象內(nèi)容的學科應用。另外，不同于VR(虛擬現(xiàn)實)讓人們完全沉浸在一個虛擬空間中，這樣就容易架空老師;而在AR的使用過程中人們依然在現(xiàn)實世界，只是在現(xiàn)實世界上疊加了一層虛擬的數(shù)字信息，教師和原來一樣可以很好的和學生互動。因而，AR比VR更適用于教學場景。
AR教育適用于全年齡段，可分為AR早教、AR中小學教育、AR高等教育、AR職業(yè)教育和AR企業(yè)培訓。因為AR目前在K12教育中目前應用最多，所以本文重點討論這一塊。
AR教育相對于傳統(tǒng)教育有許多無可比擬的特點和優(yōu)勢：
1、三維直觀的教學內(nèi)容和教學方式：因為AR呈現(xiàn)的內(nèi)容全部是3D立體的，非常生動、直觀、形象，有助于學生理解和記憶。借助AR技術，學生們的課堂體驗從2D躍升到3D，不再是圖書或黑板呈現(xiàn)出的平面內(nèi)容，而是栩栩如生的三維內(nèi)容。對動物、植物、日常用品等那些原本就是現(xiàn)實中可見的三維物體，學生們不需要再從平面2D形象中腦補3D形象;對于電波、磁場、原子、幾何等那些抽象或肉眼不可見的內(nèi)容，AR可以形象可視化的展示出來，有助于提升認知和理解。
2、互動性和參與性強：當學生們用AR技術去學習的時候，他們不再是死記硬背，而是去體驗學習內(nèi)容，去親自參與到教學中。在這個過程中，學生們可以聯(lián)想起之前自己的相關經(jīng)歷，和以前學到的知識建立更深度的聯(lián)系。AR教育非常符合“學習是一種真實情境的體驗”的建構主義學習理論，讓學生們親自用眼看、用耳聽、動手做然后自然的開動大腦去想。這就會充分調(diào)動學生的學習熱情，從“要我學”變成“我要學”。
3、游戲化教學：國內(nèi)外很多研究已經(jīng)證明：在很多學習情景下，游戲是一種快速有效的學習方式，是非常有效的。而AR的可視化、互動性可以自然的設計出非常吸引人的游戲化教學內(nèi)容，寓教于樂，從而大幅度提升學生們的學習意愿、激發(fā)學習興趣，提高學習效果。
4、減少教學中的風險：化學、物理等學科在教學過程中需要做實驗，具有一定的危險性。借助AR技術，完全可以進行虛擬的實驗，同時獲得同樣的效果。這樣，教學中的風險就大大降低了。
5、促進教育資源平等化：AR可以讓不同地區(qū)的老師、學生聚集在一個虛擬課堂中上課，并且達到真實、實時的互動。因此，很多北上廣深的優(yōu)質教育資源就能以非常低的成本傾斜到三四線、農(nóng)村等教育欠發(fā)達地區(qū)，讓偏遠的山區(qū)小學也能享受到名師的親自指點。2016年1月15日，國內(nèi)首次基于AR增強現(xiàn)實技術的遠程教育平臺實現(xiàn)的遠程互動試驗教學在北京和海南三亞之間進行。這次AR課程打破地域限制，將千里之外的北京優(yōu)秀師資力量通過AR技術引進到海南省。
正因為AR教育以上的優(yōu)勢和特點，所以AR教育可以顯著提升教學效率、提高學習效果。國內(nèi)外的眼鏡已經(jīng)證明這一點。國內(nèi)2015年一篇論文《基于增強現(xiàn)實的學前兒童識字教育系統(tǒng)及實驗研究》在經(jīng)過系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn)，將增強現(xiàn)實技術應用于學前兒童教育，能夠提高學前兒童的生字認知能力，提升記憶效果。其教學效果明顯優(yōu)于常規(guī)學習方式。
AR教育既適用于需要空間思維、想象能力和動手能力的數(shù)學物理生物化學，也適用于有大量可視化內(nèi)容的歷史地理。下面列舉AR應用于各學科的具體案例：
語言：
美國Mitchlehan Media LLC公司在2013年開發(fā)了一套輔助兒童學習字母的增強現(xiàn)實應用：AR 卡片。當孩子們用手機攝像頭掃描卡片時，漂亮炫酷的3D動物就會出現(xiàn)在屏幕上，點擊動物可以聽到字母的發(fā)音和動物名稱。這個AR應用融合了3D動畫、聲音、圖片，很好的吸引了孩子們的注意力并激發(fā)了對英文字母的學習興趣。國內(nèi)也有很多AR早教用的卡片和教材。新東方在2016年推出了一套AR拼音學習教材。教材里面有“字母躲貓貓”游戲，兒童可以用魔棒從圖片中找出正確的字母;有智能判斷功能，兒童書寫的拼音字母可以馬上在平板上顯示出來并自動判斷對錯;拼圖功能，當兒童用字母卡片拼成了正確的發(fā)音后，系統(tǒng)會給予提示。通過這些好玩有趣的學習方式，孩子們在玩樂中就可以學會拼音了。
數(shù)學：
西班牙公司Arloon專注開發(fā)教育方面的AR應用，其中一款是Mental Math 。通過這個AR應用，學生無需紙張，就可練習加減法，學習算術。還有Arloon Geometry ，可以用來學習幾何學。該AR程序利用AR技術建立各種幾何圖形的3D模型，能幫助學生更好的理解空間結構。學生和老師們可以在虛擬空間中搭建幾何形狀，并直觀地探索弧線、面等幾何學概念。2014年，MicroBLINK公司開發(fā)了一款AR計算器PhotoMath。當學生們遇到難以解決的數(shù)學問題時，只需要用這款應用掃描一下，就可以自動識別出數(shù)學公式并進行運算，將解題步驟和結果立即顯示出來。這個AR計算器支持基本的算術運算、簡單的方程、線性方程組和對數(shù)的運算。
物理：
國外有一個AR應用“宇宙大爆炸傳奇”(Big Bang Legends)，這是一個教學生粒子物理知識的游戲。在游戲中，玩家可以發(fā)射高能粒五射線來捕捉夸克，然后把夸克集合為質子，用以形成不同物質的原子。元素周期表上的前 10 個元素(從氫到氖)都會以有趣的3D立體動畫形象呈現(xiàn)，玩家們可以用這些元素的形象化角色來打反物質組成的怪獸。如此一來，枯燥抽象的物理知識就以生動有趣的游戲形式呈現(xiàn)給學生，老師再也不用擔心學生對物理沒興趣了。另外，還有早在2010年就開始探索AR應用于物理、化學、數(shù)學、英語教育的LearnAR 。LearnAR可以生動有趣的展示物理現(xiàn)象的教學演示。
地理天文：
LakeViz3D項目設計了一款AR增強現(xiàn)實沙盤，含有1臺主機、1個投影儀和1臺安裝在沙盤上方的動作追蹤設備。當學生在沙盤中堆丘陵和山谷時，投影儀會將等高線和高度圖投射到上面;當學生把手掌放到山頂上時，虛擬的雨水便會傾盆而下，穿過山峰和山谷，形成溪流。這個AR沙盤采用了探索性學習理論，讓學生自主創(chuàng)造各種地理形狀，直觀的學習地理知識。GeoGoggle是學生們學習地理的好幫手，可以用3D羅盤測量兩點之間的經(jīng)緯度和距離。國內(nèi)新三板AR第一股摩艾客和中國國家地圖出版社合作推出了AR地球儀，其采用了全球領先的球面識別跟蹤技術和4D渲染技術，可以生動直觀的呈現(xiàn)世界各國建筑、全球動物、太陽系等，還可以通過AR技術和現(xiàn)實場景、人物可以疊加并拍照，趣味性十足。 天文學方面的AR應用也非常多，有Arloon 的Solar System、谷歌的SKYMAP、 Amazing Space Journey、SkyORB 3D、 Star Walk等。這些AR應用可以讓學生抬頭仰望夜空，就能識別出行星、恒星、星座，可以看到在星圖上疊加的恒星和星座信息。
生物：
很多孩子們對恐龍充滿興趣，可惜只能在書本和動畫片中看到二維的恐龍形象。Dinosaurs Among Us這款AR應用就可以將恐龍以三維的形式活靈活現(xiàn)的展現(xiàn)在孩子們面前，讓孩子們看到逼真的始祖鳥和迅猛龍在眼前飛跑。另外，這些恐龍可以任意放大或縮小，它們的相關知識也可以詳細查看。ZooKazam讓兒童不去動物園，就接觸到栩栩如生的各種動物。這個AR應用展示了各種動物的3D形象，有昆蟲、魚、鳥等，還有它們的平均身高、體重等信息。植物方面，有AR應用Arloon Plants來展示各種3D的植物圖像。 Life of a Monarch Butterfly 基本等于一個虛擬的蝴蝶孵化器，可以向學生展示一個蝴蝶從卵中孵化、逐漸長出翅膀、自由翱翔的全部生命過程。 很多女生會對毛毛蟲有恐懼感，用Bugs 3D這款AR應用既可以親自觸摸3D的昆蟲，又不用擔心害怕。
化學：
在小學的化學課程中，很多老師會因為化學物品不安全而取消部分化學實驗。但是有了 Elements 4D這個AR教育應用，就可以照常進行了。在手機上安裝了這個AR應用后，學生可以直觀地看到整個虛擬的化學實驗過程，還可以往虛擬的試管里添加物品，讓虛擬的實驗更加真實。Elements 4D 包含了初中、高中各個階段的化學學習課程，還是免費的，可以在各大手機應用市場下載，是化學教師的好助手。類似的應用還有Arloon chemistry 、chemistry101、Experience Chemistry等 。這些AR化學應用里面植入了游戲化的學習環(huán)節(jié)，只有學生找到了正確的化學分子，才能進行下一步，就像游戲通關一樣。這可以大大的促進學生記憶化學公式，直觀理解各種化學反應。
醫(yī)學：
Anatomy 4D這個AR應用可以讓高中學生利用閑暇時間仔細研究人體骨骼，從不同的角度去看，可以放大縮小，還可以自由旋轉。學生還可以選擇觀看肌肉系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)或者循環(huán)系統(tǒng)，不過對大部分學生來說，單單骨骼系統(tǒng)就夠了。在8 x 11英寸大的紙上，AR技術呈現(xiàn)出栩栩如生的骨骼3D效果。學生們可以用iPad作為顯示設備，從不同角度來觀看骨骼系統(tǒng)，從而可以詳細研究某些特定的骨骼。新西蘭奧塔哥大學一個研究團隊研發(fā)出了一個AR應用，學生可通過手機掃描非處方藥，然后就可以看到藥品的主要成分，還可以轉動3D模型以更好地觀察藥物、查看藥物的化學結構。這個應用可以讓學生可視化的感受到：藥物的作用必須與機體內(nèi)的接受物質結合，才能發(fā)揮藥理作用。AR在醫(yī)學方面的應用還有Curiscope的人體骨骼T恤、展示3D立體心臟的Human Heart 3D應用。
歷史：
美國的一位老師曾經(jīng)開發(fā)過一個AR歷史游戲，來幫助他的學生們學習美國革命歷史。游戲發(fā)生在馬薩諸塞州的列克星敦，采用GPS數(shù)據(jù)觸發(fā)玩家手中的設備，不同的玩家分配不同的角色，在戰(zhàn)場中對壘的雙方，可以直接和歷史人物進行互動。這款AR歷史游戲可以教會學生多項技能：多角色思考、問題解決、信息管理、團隊合作、靈活應變、公民參與，以及多元文化的融合等。
音樂：
日本的鈴木悠里公司與谷歌的數(shù)字藝術團隊共同開發(fā)出了一款AR手機應用程序《AR音樂套裝》, 讓人們可以用實際的紙張和AR軟件來自助創(chuàng)建虛擬樂器，能夠將手邊的任何東西都變成可以發(fā)聲演奏的樂器。用戶在下載AR程序后，找些便利貼或者廢紙，把相應發(fā)聲標識從AR程序中打印下來，貼在任何想“演奏”的地方就可以了。通過手機掃描，這些標識就會變成真正的“琴鍵”，會發(fā)出相應的聲音以組成不同的旋律。
美術：
填色繪本一直是學習繪畫初期的孩子們最愛的學習材料之一，迪士尼開發(fā)了一個 AR 涂色項目。當兒童將原本是黑白線條的繪本填色完成后，用手機一掃，繪本的2D畫面就轉換成3D，兒童可以通過手機屏幕隨時觀察自己所畫 2D 畫對應的 3D 模型。還沒上色或圖上被遮擋的部分，AR應用會在創(chuàng)建 3D 模型時采用一些算法智能猜測并填充相應的部分。該個AR繪畫應用非常炫酷，通過增強現(xiàn)實技術實現(xiàn)的3D填色繪本極大的激發(fā)了孩子們的空間想象力。
從目前市面上的AR教育類產(chǎn)品來看，很多集中在早教領域，并且比較初級簡單，基本處于試水的階段。很多學生雖然對AR教育產(chǎn)品比較感興趣，但是新鮮感過去之后很難再重復使用。另外，AR雖然對于學習效果有幫助，但還無法直接幫助學生考高分，這會導致AR只是一個輔助的可有可無的工具，無法成為主流教學形式的一種。從AR教育產(chǎn)品的開發(fā)角度來看，AR產(chǎn)品開發(fā)成本高，內(nèi)容很少，使用過程也有一定的學習成本，這些也阻礙了AR在教育領域的普及使用。
不過，本人堅定看好AR教育的前景和未來。上述提到的很多問題，都會隨著AR技術的快速發(fā)展而逐步得到解決。因為AR技術被認為是下一代的計算設備，所以大量資本和創(chuàng)業(yè)公司涌入，AR技術會得到飛速發(fā)展，體驗效果會越來越好，成本會越來越低，同時AR內(nèi)容也會越來越豐富完善，師生們對AR也越來越熟悉了解，這些都會促進AR教育的飛速發(fā)展。
2016年11月2日，美國教育部發(fā)起EdSim項目，設立了68萬美元的獎金。該項目旨在鼓勵教育工作者采用增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、視頻游戲等技術應用于教學中，來開發(fā)面向未來的先進教育形式和內(nèi)容，從而為美國的發(fā)展提供更好的人力儲備。從美國政府大力支持探索AR教育的新模式，可見AR教育的未來不可限量。如果我們不能及早嘗試AR教育，那么中國很有可能在未來的AR時代仍然處于技術落后的窘境。展望未來，AR 技術將成為標準的教育工具，融入到一切教學過程中，為所有年齡段的學生帶來高效率的學習方式。
