一、什么是VR/AR教育
VR/AR教育即虚拟现实和增强现实在教育领域中的应用，它主要体现在可以构建虚拟学习环境、虚拟实验基地，能创造虚拟学习伙伴，可以建立虚拟仿真校园，做虚拟实验等。崭新的技术，会带给我们崭新的教育思维。真实、互动、情节化的特点是虚拟现实技术独特的魅力所在。结合了益智游戏、情景化学习、协作学习、远程教育等多种特性的虚拟现实VR的新技术，将会解决很多以前无法解决的教育问题, 让我们感受到全方位的教育。VR/AR技术结合教育内容，为教育呈现出一个全新的教学和学习模式，利于老师达到更好的教学效果，利于学生更好地投入学习。
VR/AR教育的特点是沉浸式体验，而沉浸式体验的本质就是源于体验式教育理念，因此，VR/AR教育即体验式教育范畴中的一种新形态。
“体验”的“体”，意为设身处地、亲身经历;“验”，意为察看感受、验证查考。体验具有过程性、亲历性和不可传授性，是充满个性和创造性的过程。从心理学角度讲，体验是“理智的直觉”，是建立在个体“内部知觉”基础上的一种特殊活动，它总是与个体的自我意识紧紧相连的。所以，从词源学的角度看，一个人在成长过程中，也需要亲身经历，亲自验证，才能获得科学知识，掌握技能，养成道德品质。
中国儒家教育历来提倡“格物致知”和“知行合一”。这两句话都表达了一个主要的学习方式，就是通过感知和研究事物，通过实际行动也就是践行以得到感悟、获得知识乃至求取真理。
在海外，体验式教育最早源自著名的德国教育家Kurt Hahn(库尔特·汉恩1886.6.5-1974.12.14)的外展训练学校(Outward Bound School)，通过野外训练让参加者提升生存和人际能力，改善人格和心理素质。
二十世纪九十年代以来，发达国家的体验式教育迅速发展。坚持“间接体验-直接体验-反思体验-体验内化”等体验方式的结合(注1)。体验式教育在大、中、小学也得到广泛推广。
二、在教育中运用VR/AR技术的必要性和可行性
VR/AR技术有潜力去改革教育领域的原因是：可见性，参与性，安全性和关注性。对尖端技术VR/AR的运用不仅使得学生的学习材料更简单、更清晰，而且使得学生全身心投入到课程中，将学习转变为一种参与式的、像游戏一样的过程。使用VR/AR技术，学生不再是被动的观察员，而变成了学习过程中活跃的一部分，以评估和解决VR/AR课程提出的任务。
美国非营利性组织Public VR的常务董事Jeff Jacobson说：“当你想看某样事物的内部结构时，如原子、磁场、人类身体结构或者是建筑物，虚拟现实可以马上帮你实现。想进行任何的模拟，如物理实验和天气变化，虚拟现实也可以帮助到你。”例如在VR/AR中测试喷气发动机或改善消防技术，且对学生没有任何伤害。我们可以使用计算机图形创建一个虚拟的空间，在此空间中学生们会沉浸在一个给定的主题中，吸引学生的全部注意力。学生可以在半导体或化学化合物的内部遨游，发现自己在物理或化学的世界里，周围被原子和它们的粒子所包围，这些都使学生们能够完全集中在内容上。VR/AR技术使我们通过学习、理解和参与一个新领域而变得更强大。这种将年轻人的想法融入学习过程的方法彻底改变了学生与教育材料沟通的方式。
又比如语文教学中，学生可以进入到现实中没有的文学想象空间。进入“桃花源”，感知陶渊明笔下仅存在于美好理想中的乌托邦世界，可以越过桃花林，乘着小船，穿过仅能过一人的山洞，进入一个美丽村庄，与村人交流，感受无论魏晋，不知有汉，与世无争，悠然自得的田园生活。以深入地感知中国古代文人的另一种隐逸精神。
在中国，书法成为中小学课堂中一个重要的学习科目。为了帮助学生提起对书法的兴趣，可以利用VR+动漫的技术，实现与古人的互动。可以赴王羲之的兰亭集会、观曲水流觞，看他微醺后一挥而就成天下第一行书《兰亭集序》;与苏东坡一起举杯邀月、看大江东去、叙悲欢离合，看他写《寒食帖》;还可以为宋徽宗磨墨，看他用举世无双的瘦金体写《秾芳诗》……中国史上最顶尖的书法巨匠都能成为你的跨代朋友、老师，仅仅在书法欣赏水平上便可以迅速提升到很高层次。
三、美国VR/AR技术在教育中的实践
美国政府提出的STEAM教育理念，是一种重实践的超学科教育概念。是为加强美国K12(注2)关于科学、技术、工程、艺术以及数学的教育而设计。即科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)、数学(Mathematics)的首字母，鼓励孩子们在这些领域的发展和提高，培养孩子的综合素养，从而提升其全球竞争力。
VR/AR技术的出现再次给体验式教育提供了全新的方式，也丰富了体验式教育的手段。因为VR/AR能将人带入虚拟的、想象的，而在现实中无法到达或难以企及的时间和空间中去。
美国是VR技术的发源地，同时也是世界上教育质量最高的国家之一。未来伴随着中国经济腾飞发展和消费结构升级，美国虚拟现实在教育产业的应用对我国有很大的借鉴作用。相对于国内，已有部分美国院校开始大规模使用VR技术，并且取得了一定的成果。除此之外，美国的VR产业链布局还包括技能培训与以情感体验为目标的应用。
1.美国VR/AR技术在K12教育中的运用与研究
美国官方的关于儿童发育过程中混合式体验学习路径的指导教材《Sensitive Periods in theDevelopment of the Brain and Behavior》(EricI. Knudsen著)中有大量课外活动，游戏、手作、课内交流互动等设置，全无教室内的枯燥的知识教学。孩子们通过这种方法学习感知世界，也大大加强了动手能力，快乐而幸福，同时，学习效果事半功倍，深入人心。
美国WWW.GOODSENSORYLEARING.COM网(美好感知学习网)的ERICA WARREN博士明确地列举出怎样运用多种感知多重维度整合并用的教学和学习的方法全面纳入K12阶段学生的学习。即通过视觉、听觉、触觉、运动知觉、序列、关联、逻辑思维、互动、间接经验、直接经验、韵律等12种训练分别获得看、听、触摸、运动协调、次序、归纳分类、思想、表达、合作协调、论证说明、动手、节奏感等能力的全面提升，达到教育和学习目的。
1997年，全球第一个为K12所有年级提供完全在线和补充课程的虚拟网络学校在美国佛罗里达州创立，其注册学生已遍及美国35个州。美国的在线教育由州政府组织成立的州立虚拟学校为主，学生通过网络在线学习相应课程，只要修满相应的学分即可升级最终取得相应学位。根据《KEEPINGPACEWITHK-12DIGITALLEARNING2014》的数据显示，州立虚拟学校已经在26个州为74万人提供在线教学服务，达到在校人数的13%，佛罗里达州虚拟学校的学习人数甚至达到48%。完全网络教学的虚拟学校已成规模，教学信息化程度非常高。
即便如此，在美国的K12课堂中， VR虚拟现实技术与AR增强现实技术仍处在实验性应用阶段。
不久前，美国教育研究组织Project Tomorrow曾发布一篇针对圣地亚哥一个VR/AR应用项目的评估报告，探讨了AR增强现实技术环境是如何增强学生在STEAM领域的学习意识与学习兴趣的。圣地亚哥一所半球型圆顶结构的图书馆，为高中生开展AR增强现实试点项目、鼓励与推动STEAM学习提供了天然条件。这个高中所开展的项目叫做STEAMing Aheadwith Mobile Learning，由圣地亚哥公共图书馆基金会、圣地亚哥公共图书馆、E3公立高中与高通公司(著名手机芯片制造商)“无线关爱(Wireless Reach)”合作开发。Project Tomorrow受其委托，对AR与学生学习效果的关系进行了调查评估。
STEAMing Ahead with Mobile Learning项目计划利用图书馆的独特结构，在高通技术的支持下，先用AR增强现实技术构想出房子的结构设计，利用移动情景感知技术，充分发挥AR增强现实的优势，在图书馆内部创造出了科学、数学、机械与艺术相关的虚拟情境，让学生与数字信息之间可以有效的互动。学生在图书馆情境中可以获得图书馆建造的知识，践行了STEAM理念，为九年级的学生带来丰富的学习体验。
Project Tomorrow所做的调查发现：学生们对半球型结构与建筑的兴趣在不断增加，他们把自己的进步归因于移动AR增强现实技术带来的丰富的学习体验，自己的协作能力有了提高，而且经过一段时间的学习体验，10%的学生表示他们对STEAM领域更加感兴趣了;参与项目的老师认为，如果与教学大纲紧密结合，AR增强现实营造的环境能在更多学术领域成功的应用，进而提升学生们的学习效果。当被问到应用数字化内容、工具和资源的过程中需要哪些要素时，这些老师们列出了三个关键的要素：教室设备装置(56%);持续的辅助课堂的技术支持(49%);对数字内容的高效运用和专业技能提升(48%)。
以上调查可以总结出来VR/AR投入到教育产品的五大类应用：(1)营造虚拟学习环境;(2)构建虚拟实训基地;(3)开发虚拟学习伙伴;(4)仿真虚拟校园;(5)体验虚拟实验。
2、美国在创新教育内容上的努力
将VR/AR技术融入到教育领域的第一步就是创造和积累引人入胜的相关教育内容。目前有一些项目正努力在教育中推广VR/AR。
谷歌的虚拟现实教育计划Expeditions已经在美国推出，谷歌教育应用的项目经理Jennifer Holland表示，Expeditions这个概念源自于谷歌的黑客马拉松赛。Holland说：“我们当时正在寻找方法，来让老师把一个概念带到课堂上去。当时我们刚刚发布新的虚拟现实平台Cardboard，这款设备只需要纸板、立体透镜和智能手机，就可以获得360度虚拟现实影像。于是，我们打造了这么一款应用(Expeditions)，让老师可以带领同学们去到校车去不到的地方，让学生们参观全宇宙最奇异的领域。全景视频让课堂变得更加生动有趣。”该项目在美国与多所K12学校合作，国际最权威的VR/AR平台YiViAn也有多次报道。在美国费城郊外Methacton学区的一所高中里，海洋课老师带领同学们游览了大堡礁，西班牙语老师则和大家一起去到了西班牙和墨西哥的城市中。Methacton学区的老师Chris Lloyd和Layla Lyons认为，Expeditions对某些课堂来说是个很好的补充工具，而这项技术也非常容易使用。Lyons说：“在教师会议上，老师们都对这项技术的引入感到很兴奋。每个人都想安排自己的班级使用该技术。”Lloyd表示，根据经验，该学区以后肯定会继续使用谷歌Expeditions补充教学。Lloyd说：“当老师们体验完之后，就马上询问我们从哪里可以获取到这些东西。”
Labster项目是与全球领先的大学合作开发的，它让用户有机会访问设备齐全的科学实验室并在里面做实验。RCSI Medical Training Sim能够让医学生们体验事故后的医疗急救现场。The Apollo 11 Virtual Reality Experience在VR教育中水平较高，可以让玩家登陆“阿波罗11号”航天飞船环游月球。另一个项目LectureVR让我们能够在VR中重新制作过去的任何一个历史性讲座或记录可以无限重播的现场演讲。日本甚至走得更远，为患上了焦虑症的学生们创造了一个虚拟学校。Speech Center VR则通过从不同社会环境得出的一系列经验教训，为用户提供了提高他们的沟通和演讲技巧的机会。
对于众多公司和教育机构来说，在教育中使用VR/AR 技术不再是一种幻想，而是一种现实。VR/AR的内容创造可以大大提高教育领域的发展水平，并且给传统课堂带来多种优势和机会。虽然教育与VR/AR结合的过程中仍有几个不确定因素，但是适当的结构、高效的内容开发，以及更容易得到的VR/AR设备可以克服这些挑战，并且使VR/AR成为全世界教育系统中一个重要的组成部分。
四、美国VR/AR技术在教育中的实践对我国的启示
美国的VR/AR教育在全球领先，在本土已经有了一定的普及型，但也还没有全面普及。未来伴随着中国经济腾飞发展和消费结构升级，美国虚拟现实在教育产业的应用对我国有很大的支持、借鉴和推动的作用。美国的VR/AR教育紧密结合国家全面推行的体验式教育理念而发展，将体验式教育推向更宽更深的层次，技术水平高，运作效率强，收效明显。
对于中国来说，简单地发展教育内容是不够的。内容必须成功地融入到不同的教育方式中。VR/AR技术在课堂教育、远程教育、课堂与远程教育相结合以及自主学习的形式中都可以有所助益。美国的体验式教育即中国传统的“格物致知”和“知行合一”教育理念。
课堂教育
VR/AR工具不可能取代传统的教育形式，但是可以运用5到7分钟的沉浸式VR/AR体验来作为课程补充。传统的讲课仍然是每堂课的核心组成部分，老师仍然可以添加他或她的个人接触来使每一次课堂变的独特。一般来说，VR/AR并不是一定会取代课堂和教师，而是为教师提供了一个增强课堂体验的工具。老师可以使用管理仪表板来调整VR/AR课堂，必要时启动不同的模块。老师从学生头上安装的显示器接收信号，并实时控制他们的学习进度。更进一步的话，他或她通过定制虚拟环境中的化身，直接参与身临其境的学习过程成为虚拟环境的一部分。
远程教育
在这种情况下，学生和老师可以位于两个不同的空间。不像现在的视频会议，通过VR/AR技术，学生和老师都有自己的虚拟化身，可以和其他学生处于一个虚拟教室中。学生们能够一起听老师讲课，互相协作，甚至可以使用VR/AR的社会功能执行小组任务。名师名课也可以得到共享。
课堂与远程教育相结合
在VR/AR和360度视频设备的帮助下，整个教室的全景视频可以传送到地球上任何一个地区、国家的学校课堂。这里的学生们就可以看到对方教室里发生的事，好像他们在同一个教室里一样。他们也可以观察他们的异域同学，与老师沟通，参与到VR/AR课程中。不同空间的课堂里的学生之间可以产生互动。
自主学习
任何开发中的VR/AR教育课程都能够适应自主学习。网上商店如Steam， Oculus Store，苹果App Store和谷歌Play Market都有售卖的课程。每一个学生都可以通过使用一个简单的虚拟现实设备，如谷歌Cardboard或三星Gear VR来独立地研究和修改材料。
将VR/AR融入教育领域所面临的挑战
所有的技术革新能够商业化运作都是源于新技术能够给人们带来全新的体验感。尽管VR/AR可以给教育领域带来很多新体验，但是不要低估将VR/AR技术纳入传统的教育领域所带来的挑战。
VR/AR是当今教育方式的辅助形式，不可能彻底改变和替代，笨重的设备需要升级换代，设备的高昂成本需要降低;技术人才的缺乏更是长期需要解决的问题，而通技术与通教育的复合型人才更为难得;大量的让人捉摸不透的、粗劣的内容，创新创意的复杂程度都是目前存在的问题。然而，承认这些挑战，并使用最有效和最实际的开发工具及构建适当的发展过程来妥善解决它们，教育领域将很快被改善，从而为世界各地的学生提供机会，为教育形式多样化及提升教育水平教育效率提供更多优质选择。
注1：“间接体验”又称为角色体验。采用模拟的社会和生活，为未成年人设计多个角色，模拟农场、工厂、商店、机关和相应岗位的情景，让未成年人去进行间接体验。“直接体验”是让未成年人克服过去预想不到的困难去完成有关“使命”，祛除平日的娇、骄二气。组织未成年人到农场、工厂、商店、机关去体验生产生活，在亲身参与中获得感知和感悟。“反思体验”就是引导体验者对体验中的心理感受、情感体验、行为变化、活动过程及效果等进行深层次思考，强化体验效果，促进自我认识与评价。“体验内化”是体验反思的深化和提升，强调要明确体验活动的外部行为与内部过程之间的关系，借助外部活动促进、深化内部体验。体验可以使学生广泛接触社会，品味劳动的艰辛，体验人间的温情，增强社会责任感
注2：美国、加拿大等国家的基础教育阶段的通称，代表从小学一年级到高中三年级的12年中小学教育
本文发表于《新课程评论》2017年11月刊
