上海开放大学打造沉浸式学习空间

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随着人工智能、扩展现实(XR)、大数据、5G、数字孪生(DT)等新一代信息技术的发展,人类进入沉浸式传播的“第三媒体时代”。

其中,扩展现实技术已广泛应用于商业、工业、制造、医疗健康、旅游、军事等领域。 但其在教育领域的应用仍处于起步阶段,正受到越来越多的关注和研究。

《2020地平线报告:教与学版》指出,扩展现实技术是将对高等教育未来产生重大影响的六项技术之一。

主要包括增强现实(Augmented Reality,AR)、虚拟现实(Virtual Reality,VR)、混合现实(Mixed Reality,MR)和全息技术(Haptic)。

基于5G等新技术的充分融合,将带来教与学的变革,助力智慧校园建设,推动智慧教学发展。

沉浸式学习空间技术支持

学习空间是开展学习活动所需的区域,是学习发生的基本场所。 它具有居住和交通的双重属性。 设计学习空间就是帮助学习者在一定的学习环境中产生学习意愿,并通过相应的学习行为促进高质量的学习。

沉浸式学习空间利用沉浸式技术为学习者构建虚拟世界与现实世界融为一体的沉浸式学习环境。 为学习者提供深度互动、智能化支持服务的学习空间,提供多元化的教学形式和学习机会。 表单个性化提供了更多可能性。

沉浸式学习空间可以让学习者沉浸在其中,围绕特定任务开展与课程相关的活动,为他们开展各种探究式、深入的研究提供必要的条件。

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图1 全息教室显示端

信息技术的快速发展是沉浸式学习空间发展的重要支撑。 技术开发为沉浸式学习的内容、交互、环境提供多维度、多层次、多感官、全领域的​​技术支撑,让学习者获得真实的临场感和临场感。

沉浸式学习空间试图让学习者模拟虚拟与现实的边界,忽略科技的痕迹,体验跨空间的无缝融合和多模态的直观交互,让学习者沉浸在学习空间中,专注于学习活动。 ,获得愉快而快乐的体验,然后沉浸在学习中。

沉浸式学习空间涉及的技术包括5G、人工智能、扩展现实、数字孪生、情感计算、拟像构建技术、触觉反馈技术、手势识别技术、360度视频、全息技术等,并进行有效融合和恰当性这些技术的应用可以为学习者创造身临其境的沉浸式体验,可以支持学习者的线上线下智能学习、游戏式学习、AR视觉学习、沉浸式讲故事、模拟社交互动等多种学习方式。

什么是沉浸式学习?

沉浸式学习是指利用AR、VR、MR、XR等技术,为学习者营造多感官参与、真实体验、自然交互的学习环境。 在这种学习环境中,学习者获得与真实环境相似的感受,能够进行多维度、多层次、多感官的复杂交互。

沉浸式学习空间设计原则

加强整体设计

沉浸式学习空间的设计首先要从其功能定位出发,准确定位设计意图。 前期需要开展大量调查研究,明确学习空间建设的动机、目标、利益相关者和应用效果,系统分析学习空间的目的、功能、作用、应用场景等内容设计,然后从可持续发展的角度进行学习空间的顶层总体设计。

注重虚拟与现实的融合

实施沉浸式学习空间的最终目标是“育人”。 需要清楚地了解该空间适合什么类型的学习者,可以提供什么资源,可以促进什么类型的学习,适合应用什么样的学习方法和学习策略。 理解。

沉浸式学习空间需要将现实与虚拟世界融合起来创造新的视觉环境,需要通过虚拟与现实的互补来构建高度真实的学习空间。

加强交互设计

沉浸式学习空间需要在设计中建立有效引导,加强内容交互和情感交互设计,使学习者对虚拟空间和内容产生信任感,并能熟练运用音效、场景、故事情节等,通过视觉跟踪、手势交互、声纹语音交互、触觉反馈等交互促进学习者对环境的认知,模糊虚拟与现实的界限,给予学习者情感共鸣,提高学习者在学习空间的获得感。

注重技术融合

沉浸式学习空间注重情境结构、认知联系和即时反馈。 针对不同沉浸式学习空间的内容和应用,应加强技术融合、设计创新。 要充分发挥5G、XR、全息投影、数字孪生等技术优势,为学习者打造学习体验强、互动度高的空间。 环境,激发学习兴趣,提高学习的自主性、主动性、积极性。

完善智能化服务

沉浸式学习空间的设计应该能够为学习者提供智能化、个性化的支持服务,能够记录和分析整个学习过程,为学习者提供智能诊断、智能推荐、智能提醒等多样化服务。 它可以根据学习者的不同学习需求,创造合适的学习环境,提供合适的学习工具和学习服务。

沉浸式学习空间教育应用

1、国内外基于MR技术的虚拟实验室及沉浸式学习应用概况

国内外多所大学都建立了与MR技术相关的实验室,包括哈佛大学、麻省理工学院、斯坦福大学、清华大学、香港科技大学等,用于沉浸式学习,探索医学等特定学科、历史和工程。 空间。

巴希塞希尔大学还建立了土耳其第一个VR实验室,利用VR和AR技术教授科学、技术、工程和数学(STEM)等科目。

佛罗里达大学与 360ed 公司合作创建了“烧伤中心”沉浸式学习空间,培训医疗服务提供者在不同环境下治疗烧伤。

沉浸式学习空间非常适合需要跨学科发展的教学任务,特别是科学课程,例如探索太空和海洋、探索人体奥秘、探索原子和分子、探索地球地质、大气环境等。

斯坦福大学围绕STEM学习主题,建立了虚拟人机交互实验室,为学习者提供完全沉浸式的学习空间。 学习者可以身临其境地观察海洋酸化的具体过程,并与“虚拟环境”进行互动,实时互动,实现自主学习、探索和研究。

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图2 基于MR技术的机械装配沉浸式学习空间

此外,国内外高校也有不少关于利用MR技术进行沉浸式学习空间学习的实践研究。

华侨大学土木工程学院提出了基于场景模拟的沉浸式建筑工人安全教育培训模式。 通过沉浸式场景互动课件、3D视频投影、BIM可视化模型、VR/AR技术等,构建建筑工人安全教育培训模式、沉浸式学习空间。 依托学习空间,开展基于场景模拟的理论知识教学和基于体验式学习的沉浸式实训,培训效果显着。

奥本大学麦克霍尔特建筑科学学院为学生提供了接近实地考察的建筑工地的虚拟现实场景。 通过数据采集技术和VR展示平台,打造360度的施工场景,让学生“重温”施工现场。

莱顿大学通过了解肾脏或胰腺移植后患者复杂的三维解剖结构,为学生提供虚拟现实体验。

中国科学技术大学开发了一种在各种沉浸式环境中有效教学动作的系统,并在太极拳动作中得到了很好的运用。 上海理工大学设计了火灾逃生训练沉浸式学习系统,涉及视、听、触五种感官,具有良好的交互性。

2、探索火星沉浸式教学全息讲台案例

大卫·索恩伯格在《学习场景的革命》一书中介绍的火星探索教学全息甲板的例子,堪称典型的沉浸式学习空间。

它有别于传统的讲座模式。 这个空间创造了一个教学环境,学生可以通过直接体验自由探索和学习知识。

以探索火星为例,只有一个5分钟的视频解释任务目标。 剩下的就是设置任务,模拟真实场景中可能出现的情况,并提供相应的硬件支持:

包括感受任务过程中飞船外壳的损坏情况、在操作面板上设计外壳补丁、从飞船窗口观察火星表面的细节、收集和分析火星表面信息等,学习者可以在虚拟中体验不同的任务场景。

任务结束后,学生们经过测试发现,他们掌握的知识点不仅更加准确、知识更加丰富,而且学习者有了更深的体验,对相关知识需求有了更多的期待。

在沉浸式学习空间中,学习者可以真正沉浸在虚拟的现实生活场景中并进行互动,实用性和趣味性很强,激发学习者创新地解决任务。

David还强调,学习者能否在这种全息沉浸式教学环境中有效学习,与以下三个方面密切相关:一是学习者的想象力和创新能力,二是教师能否做出必要的转变。共同学习者和学生一起参与探索任务,第三是沉浸式学习环境所需的设备和资源是否高质量。

3、上海开放大学沉浸式学习空间案例

上海开放大学应用5G+全息投影技术,为丰富的情境体验式学习提供新的可能。 打造的全息教室、全息讲座等形式,使得在线教师与现场教师融为一体的教学模式成为可能。

通过合理的资源开发,教师可以展示抽象的教学理念,有效传达教师课堂教学的重点,实现教学目标,完成教学任务。 让未来教育体现教学与趣味相结合的教学形式,推动多元化教学展示的发展。

此外,全息投影还可以将各国教师“搬”到眼前,真正体验不同的教学特色,实现教学资源共享。

结合学校专业课程特点,利用MR技术打造沉浸式学习空间,依托MR混合现实三维数据可视化呈现方式开发机械装配课程。 通过虚拟仿真模型和人机交互来模拟机械虚拟装配。

该应用不仅可以帮助体验者快速了解设备内部结构和使用方法,还可以帮助学员快速学习新设备、新产品使用方法、维护技能,从而提高培训质量和效率。

开发行为康复培训课程。 利用3D仿真和AR增强现实技术,对老年康复进行3D动态模拟和交互控制,实现3D交互教学,让用户直观、准确、规范地学习如何护理老年人。 相关信息。

可以通过眼动数据、脑电波数据和学习行为数据对沉浸式学习空间的课程学习内容进行采集和分析,并进行多模态数据分析,通过实践教学验证沉浸式学习空间教学的有效性。

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图3 上海开放大学智慧学习体验中心

上海开放大学还建设了智慧学习体验中心。 基于智慧学习中心VR虚拟现实互动体验区现场场景,打造三维全景虚拟环境,让市民在线“体验”VR虚拟现实互动体验区的空间环境。 包括学前儿童保育教育、老年护理培训等沉浸式项目体验,增强互动教学和情境体验,营造“主动学习”的体验环境。

*本文为国家开放大学2018年青年科研项目“基于增强现实的泛在学习空间设计与应用研究”(项目编号:G18A1308Q)的研究成果

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