5G時(shí)代下AR/VR技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用

臧凱莉 崔琰

摘要：2019年四月，中國移動(dòng)根據(jù)5G技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)布了《5G+智慧教育白皮書》，其中指出5G教育有三大優(yōu)勢(shì)：網(wǎng)絡(luò)承載統(tǒng)一、超高帶寬、速率更快延時(shí)更低，這將加速教育與AR/VR技術(shù)的深度融合，解決教育形式單一、教育效率低下、教育資源不平衡等問題。

關(guān)鍵詞：5G;AR;VR;教學(xué)

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：（2021）-08-480

在5G技術(shù)下，科學(xué)技術(shù)與智能制造的發(fā)展愈加重要，作為為經(jīng)濟(jì)社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的教育，必須更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)操能力，而這些能力的培養(yǎng)離不開現(xiàn)代教育技術(shù)與手段的運(yùn)用。VR/AR技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)預(yù)示了現(xiàn)代教育方式變革的到來，這也為教育改革找到了很好的切入點(diǎn)，“AI與VR+教育”與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相互融合發(fā)展，讓人工智能模擬“人的思維方式”，可以更好的輔助老師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。在此背景下，積極探索教學(xué)新模式——借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為學(xué)生創(chuàng)建真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，提供生動(dòng)的交互體驗(yàn)，促使學(xué)生能夠?qū)W會(huì)觀察、探索，不斷開展實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

一、5G通信技術(shù)的特點(diǎn)

3月24日，工信部印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)5G加快發(fā)展的通知》（以下簡(jiǎn)稱《通知》）?！锻ㄖ窂募涌?G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署、豐富5G技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景、持續(xù)加大5G技術(shù)研發(fā)力度、著力構(gòu)建5G安全保障體系等幾方面，闡述了推動(dòng)5G加快發(fā)展的具體部署。之所以要大力加強(qiáng)5G技術(shù)的建設(shè)是因?yàn)樗幸韵聝?yōu)點(diǎn)：

（一）極高的速率：其峰值理論傳輸速度可達(dá)每秒數(shù)十GB，比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍。只需幾秒就可下載一部高清電影，能夠滿足消費(fèi)者對(duì)AR/VR等更高網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的需求。

（二）極大的容量：廣域物聯(lián)網(wǎng)仍處于萌芽，但5G能夠把功耗降下來通過使終端更加省電，，讓大部分物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品一周充一次電，甚或一個(gè)月充一次電，就能大大改善用戶體驗(yàn)，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的快速普及。使用非正交多址技術(shù)以支持更多的終端接入。

（三）極低的時(shí)延：LET網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)時(shí)，時(shí)延在100ms以內(nèi);5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)會(huì)降到更低，從而為更多對(duì)時(shí)延要求極致的應(yīng)用提供生長(zhǎng)土壤。

中國信息通信研究院副院長(zhǎng)王志勤在解讀該《通知》時(shí)表示，加快5G建設(shè)及應(yīng)用有利于拓展新型消費(fèi)，對(duì)于每個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)帶來巨大的變革，同樣在教育領(lǐng)域?qū)?huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)與教師的教產(chǎn)生翻天覆地的變化，為教學(xué)方式的創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。 目前5G技術(shù)已經(jīng)具備一定的規(guī)模，未來隨著5技術(shù)的不斷進(jìn)步，將會(huì)給教育領(lǐng)域帶來更多的變革。

二、AR/VR教育的優(yōu)勢(shì)

如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為促進(jìn)教育發(fā)展的一種新型教育手段。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助學(xué)生打造生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生通過真實(shí)感受來增強(qiáng)記憶，相比于被動(dòng)性灌輸，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來進(jìn)行自主學(xué)習(xí)更容易讓學(xué)生接受，這種方式更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，其優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

（一）交互性：可以讓學(xué)生和習(xí)通進(jìn)行交互，印象更深刻。

（二）展示效果好：比如實(shí)驗(yàn)可以慢放;可以讓學(xué)生“縮小”，從分子角度觀察實(shí)驗(yàn);也可以把學(xué)生“放大”，觀察浩瀚宇宙。

（三）安全性高：涉及到高熱、強(qiáng)酸的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以避免一些實(shí)驗(yàn)中的危險(xiǎn)。

（四）代入感強(qiáng)：由于是全景第一人稱視角，VR/AR獨(dú)有的魔力會(huì)讓場(chǎng)景變得更加可信。如果課程設(shè)計(jì)帶有故事性，或者奇妙場(chǎng)景，那么VR/AR中會(huì)比在電腦屏幕上操作更加讓學(xué)生覺得身臨其境。

三、5G時(shí)代下AR/VR實(shí)訓(xùn)和沉浸的教育可行性

5G技術(shù)的發(fā)展對(duì)AR/VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)生了巨大的影響，促進(jìn)了A虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育的融合?！耙獙W(xué)習(xí)好，需要借助技術(shù)，而借助技術(shù)更需要具體思維。借助技術(shù)的思維方式比借助技術(shù)更重要?！笔锥紟煼洞髮W(xué)教育學(xué)院教授、教育技術(shù)學(xué)專業(yè)負(fù)責(zé)人方海光在論壇中指出了技術(shù)與學(xué)習(xí)的關(guān)系。

課堂操作事學(xué)生掌握知識(shí)、反饋知識(shí)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，但是傳統(tǒng)的多媒體課件教學(xué)，使教師與學(xué)生直接交流的機(jī)會(huì)變少，沒能實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生有一種自身的體驗(yàn)，只是老師在機(jī)械的傳達(dá)知識(shí)，這種教學(xué)模式?jīng)]有太大的吸引力，無法吸引學(xué)生的注意;最重要的是，學(xué)生缺少了主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程的機(jī)會(huì)，缺少了應(yīng)有的思維與語感訓(xùn)練，教師不能因材施教，師生難以情感表達(dá)。從學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)途徑來看，傳統(tǒng)教育是學(xué)生被動(dòng)式地從老師的講課中獲取知識(shí)，這種方式讓學(xué)習(xí)變得乏味，如果學(xué)生主動(dòng)性、積極性不足，往往不能獲得好的學(xué)習(xí)效果，也很難更好地對(duì)意境、圖形空間構(gòu)造展開想象。而結(jié)合了VR的教育方式，通過其沉浸性、交互性和空間性的特點(diǎn)，讓學(xué)生全身心的投入到計(jì)算機(jī)構(gòu)造的三維虛擬環(huán)境中。通過視覺、聽覺和行為交互去感知該環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生興趣度、想象力。

AR/VR技術(shù)的加持一方面是教學(xué)形式的升級(jí)、另一方面是學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的豐富。AR/VR讓學(xué)生在課堂上獲得遨游太空、深潛海底、穿梭古今的能力，學(xué)生可以根據(jù)自我的主觀選擇來與場(chǎng)景進(jìn)行交互，這改變了以往的單項(xiàng)知識(shí)輸出形式，激發(fā)學(xué)生的好奇心，并發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)意。除了知識(shí)和信息上的直觀感知與獲取，AR/VR技術(shù)通過模擬真實(shí)環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)行模擬操作，這對(duì)一些在實(shí)際操作中成本較高、或較大危險(xiǎn)性的職業(yè)教育領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。其次，AR/VR技術(shù)讓學(xué)生可以自我動(dòng)手去進(jìn)行內(nèi)容的設(shè)計(jì)，如三維空間繪畫、化學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、AR/VR模擬電影拍攝等等。AR/VR帶給學(xué)生的自主性會(huì)不斷強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)知能力，同時(shí)解決各種專業(yè)學(xué)生的興趣和注意力的問題。

結(jié)語

在5G時(shí)代背景下，AR/VR技術(shù)迅速發(fā)展，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，正以一種全新的方式變革著傳統(tǒng)教育，不斷推出形式、新產(chǎn)品，加大與傳統(tǒng)教育的深度融合，為傳統(tǒng)教育升級(jí)提供創(chuàng)新的動(dòng)力，營造出的沉浸式環(huán)境，讓課堂“活起來”，在提升學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)局限，促進(jìn)可視化思維發(fā)展。

由此可見，5G時(shí)代下AR/VR實(shí)訓(xùn)和沉浸的教育是具有可行性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育相結(jié)合的教育模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)中以內(nèi)容為主的想法;引進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅可以高效傳授教學(xué)內(nèi)容，還可以利用自身核心特點(diǎn)，顛覆原來的內(nèi)容，發(fā)展為內(nèi)容和技術(shù)高度融合之后的“新內(nèi)容”，在保證教學(xué)成果的基礎(chǔ)上，極大的節(jié)約了教學(xué)成本。

2020年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：5G時(shí)代下VR/AR實(shí)訓(xùn)和沉浸的教學(xué)，項(xiàng)目編號(hào)：S202013324017

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