在学习中实现增强现实
在学习中实现增强现实
抽象
技术在不断变化，并且在不断发展。增强现实（AR）是最新开发的技术之一，可以应用于许多不同的现有技术，例如：计算机，平板电脑和智能手机。还可以通过可穿戴组件（例如眼镜）来利用AR技术。在整个这篇关于AR的论文回顾中，将详细讨论以下方面：研究探索，理论基础，在教育中的应用，挑战，反应和启示。详细讨论了几种不同类型的AR设备和应用程序，并对在教育环境中实施了AR技术的几项研究进行了深入分析。
关键字：增强现实，学习与发展，教育者，流程理论，即时学习
介绍
在当今世界，技术已成为我们生活中至关重要的部分。它改变了人们思考和应用知识的方式。增强现实（AR）是最新开发的技术之一，可以应用于计算机，平板电脑和智能手机。AR提供了将图像，文本，视频和音频成分叠加到现有图像或空间上的功能。增强现实技术凭借其弥合差距和带来更切实的学习方法的能力而在教育市场上赢得了追捧。通过整合虚拟和现实世界的体验来增强以学习者为中心的活动。AR具有改变教育的潜力，从而可以像计算机和Internet一样提高效率。
研究
为此文献综述进行的研究集中于AR的学习应用。K-12应用程序的最初搜索范围太广，无法提供有价值的综合信息。关键字包括学习应用程序，科学或STEM重点以及增强现实。寻求在课堂环境中对AR具有重要意义的，专注于技术和教育的期刊。包括解释AR概念的参考文献以及实施AR的研究。该分析的大多数参考文献是在过去五年内发布的；但是，其中包含的几篇文章早在2010年就已发表。
理论基础
AR教育计划以学习者为中心，并且与学习者的兴趣有关。它允许学习者以交互方式探索世界。建构主义还鼓励学习者进行协作，AR为学习者提供了在传统学校环境和远程教育中进行学习的机会。Dunleavy等。（2009）认为，学习者的参与以及他们作为学习者的身份是通过参与协作小组和社区而形成的。建构主义还改变了教育者的角色，使其成为一个促进者，组织，合成和分析内容信息的责任掌握在学习者手中（DeLucia等，2012）。
流程理论描述了从事有意义的活动的人如何更有可能保持专注。Bressler和Bodzin（2013）研究了与游戏体验相关的科学游戏体验。他们的研究的平均流量体验得分为82.4％，这表明平均学习者在智能手机上玩的整个科学神秘游戏中都体验了流量。这种特殊类型的AR，以及其他各种类型的AR，都以一种新颖而引人入胜的方式将其现实环境与学习联系起来。
在学习中实施AR
AR提供了灵活的使用方式，对教育有吸引力。可以通过多种媒体来利用AR技术，包括台式机，移动设备和智能手机。该技术是便携式的，并适用于各种情况。AR可用于增强传统教室中的内容和教学，补充特殊教育教室中的教学，将内容扩展到教室外的世界，以及与其他技术结合以丰富其各自的应用程序。
传统教室用途
在任何教育环境中，可用的各种资源通常都有局限性。在传统教室中，这通常是最重要的。由于预算限制或时间限制，在允许学生边做边学的场景中教学生的方法可能是一个挑战。桌面AR使学习者可以将真实图像和计算机生成的图像结合在一起。Iordache和Pribeanu（2009）使用了桌面AR，该AR结合了屏幕，眼镜，耳机和定点设备，使学习者可以对叠加了虚拟图像的真实物体（在这种情况下为平坦的躯干）进行动手操作。计算机图像可以显示该过程，但是指示设备使学习者可以指导他们的学习。
教室可以从传统的演讲风格设置转变为更注重实验室和学习者的设置。在视觉艺术课上进行的一个案例研究指出，让学习者自由探索装有网络摄像头和台式机的房间可以鼓励更多的活动，而学习者则认为他们学习的动力更高（Serio等，2013）。
学习者无需通过图像和讲座来接收信息，而是可以使用多模式表示形式，包括文本，音频，视频和3D模型。
特殊学习用途
由于在增强环境中可以使用多种工具，因此肢体残疾的学习者可以从可以合并的潜在学习助手中受益。考虑残障人士使用时，诸如为视力障碍者覆盖音频或为听力障碍者覆盖文字等简单的方法可能是有效的工具（Forsyth，2011年）。头戴式显示器（HMD）可以提供一种免提设备，以将覆盖的视觉效果投射到学习者身上，并根据学习者的方向调整图像，而其他设备则可以使学习者通过语音识别，手势识别，注视跟踪和语音识别。将这种技术带到课堂上，有可能实现差异化的教学，并丰富有特殊需要的学习者的学习经验。Arvantis等人进行的评估试验。（2009年）表明，将可穿戴式AR技术与肢体残疾的学习者一起使用产生了有趣的结果，与健全的用户（第250页）在可穿戴性和教学法方面具有可比性。
教室外
移动应用程序可以将传统教室扩展到物理墙之外。Annetta，Burton，Frazier，Cheng和Chmiel（2018）报告说，拥有自己的移动设备的12至17岁年龄段的百分比为75％，而2004年为45％，并且无论学习者的社会经济地位如何，这一数字携带自己的移动设备的学习者每年呈指数增长。照相手机和智能手机使用户可以在各个位置收集信息。QR码和GPS坐标可用于跟踪和指导学习者的运动。尽管一些研究人员选择带学生离开校园并在实地考察的环境中进行调查，但其他研究人员选择留在学校范围内。
这项研究要注意的重要一点是，GPS无法在建筑物内部运行。因此，任何室内活动都需要在没有基于位置的AR技术的情况下进行。
挑战性
训练
培训是AR的重要方面。大多数教育性增强现实系统都是特定项目的一次性原型，因此很难归纳评估结果（Billinghurst＆Dunser，2012，第61页）。在设置或实施该计划时，教育工作者没有信心。此外，通常专注于讲课的教育者很难放手，让学习者自己探索学习环境。
应该为教育工作者提供培训，使他们学习与学习者无关的方法，并向他们展示这种教学方式将如何培养有效的学习环境。根据作者的说法，可以通过允许学习者对其学习进行更多控制的过程来提高对不知道每个学习者设备上的内容的恐惧。
技术问题
Dunleavy等。（2009年）显示，在研究期间GPS失败了15％至30％。GPS错误是指GPS本身的软件或错误的设置。这被认为是最重大的故障。在这项研究中发现的其他故障是该设备可以在户外有效使用的能力。来自太阳的眩光以及嘈杂的环境可能会损害学习者的学习能力。
在教室中实施AR时，可以使用几种不同类型的设备。眼镜，手持设备和头饰是用户查看印在其现实上的计算机生成图像的方式。
获得免校准或自动校准的设备可能对用户有利，以避免出现故障和用户沮丧。
学习者问题
Dunleavy等人发现了一个问题。（2009年）确定某些AR情况可能很危险。在这种特殊的外星人联系方式中！在这种情况下，学习者必须查看他们的手持设备才能参与。在户外进行活动时，学习者无法在设备上工作，也无法观察他们要同时行驶的地方。因此，发现学习者正在步入巷道，需要由教育者转移到安全地点。
反应
学习者
总体而言，学习者对在教室内外使用AR技术都做出了积极的反应。
学习者还报告说，与观看传统的幻灯片演示文稿（例如Microsoft PowerPoint，SmartNotebook）相比，在AR环境中进行学习更具刺激性和吸引力，因为他们更喜欢音频，视频和感觉，好像它们是已转换的3D模型的一部分进入一个真实的物理空间（Serio等，2013）。
教育者
教育工作者可能会感到惊慌，好像增强现实将超越他们的教室一样。看来，一旦学习者经历了这种学习方式，他们将不会回到以前的学习方式。然而，安妮塔等。（2012年）表示，AR可以成为一种使学习者参与未来的单元和讨论的活动。Billinghurst和Dunser（2012）认为，随着学习者分享学习经验，AR是一种新的面对面教学形式。教育者报告学习者承担责任
和学习的所有权（Kamarainen等，2013）。因此，使用AR技术的教育者正成为他们学习者的促进者。
研究意义
这篇文献综述的重要性在于，它不仅展示了AR技术的当前趋势，而且还着重于在教育环境中不断增加的研究和潜在的进一步应用。有几个组成部分有待探索。在教室外使用增强现实时，教育者和学习者可以将其用作体育锻炼的工具（Dunleavy等，2009）。通过教育方式将学习与锻炼和活动联系起来，可以改善人们对技术创造非交互环境的认识（NAEYC和弗雷德·罗杰斯中心，2012年）。
另一个问题是，可以在屏幕上显示的视觉信息数量可能会让学习者不知所措。研究应进一步探索AR对大脑认知负荷的影响，以及在将信息从有益设备转变为干扰设备之前应显示多少信息（Bressler＆Bodzin，2013； Van Krevelen＆Poelman，2010）。
结论
增强现实已经开始帮助学习者更有效地学习以及增加他们的知识保留（Billinghurst＆Dunser，2012）。但是，在AR成为台式机，笔记本电脑，平板电脑甚至手机等教育领域的主流之前，为了使内容AR成为现实，必须特别考虑可用性，成本，功耗，视觉外观等因素。模拟活动成为常规学术课程的一部分（Van Krevelen＆Poelman，2010）。事实证明，AR是学习者参与学习的一种吸引人的方式。这项新技术使学习可以以学习者为中心，并为增进对内容的深入理解提供了合作机会。AR正在成为教育的重要组成部分，并且它的使用将继续增长。

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