隨著人工智能、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，XR）、大數(shù)據(jù)、5G、數(shù)字孿生（DT）等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)入沉浸傳播的“第三媒介時(shí)代”。

　　其中，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)在商業(yè)、工業(yè)、制造業(yè)、醫(yī)療健康、旅游業(yè)、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，正日益得到關(guān)注和研究。

　　《2020地平線報(bào)告：教與學(xué)版》中指出，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)是六項(xiàng)對高等教育的未來產(chǎn)生重大影響的技術(shù)之一。

　　它主要包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）、混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）和全息技術(shù)（Haptic）。

　　基于5G、XR、全息投影、數(shù)字孿生等新技術(shù)的充分融合，打造泛在智能的沉浸式學(xué)習(xí)空間，將打破時(shí)空界限，使學(xué)習(xí)發(fā)生在全新的場域，為學(xué)習(xí)者提供無邊界沉浸式體驗(yàn)，將會帶來教與學(xué)的變革，助力智慧校園的建設(shè)，助推智能教學(xué)的發(fā)展。

沉浸式學(xué)習(xí)空間技術(shù)支撐

　　學(xué)習(xí)空間是開展學(xué)習(xí)活動所需要的區(qū)域，是學(xué)習(xí)發(fā)生的基本場所，具有居所與轉(zhuǎn)運(yùn)的雙屬性。設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)空間是幫助學(xué)習(xí)者在一定的學(xué)習(xí)環(huán)境中產(chǎn)生學(xué)習(xí)的意愿，通過相應(yīng)的學(xué)習(xí)行為，促進(jìn)高質(zhì)量學(xué)習(xí)的發(fā)生。

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間是利用沉浸式技術(shù)為學(xué)習(xí)者構(gòu)建虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界融為一體的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者提供深度互動的、智能化支持服務(wù)的學(xué)習(xí)空間，為教學(xué)形式多樣化、學(xué)習(xí)形式個(gè)性化提供了更多可能。

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間能夠使學(xué)習(xí)者沉浸其中，圍繞特定任務(wù)開展與課程相關(guān)的活動，為其開展各種探究式和深度研究提供必要條件。

圖1 全息課堂的顯示端

　　信息技術(shù)的快速發(fā)展是沉浸式學(xué)習(xí)空間發(fā)展的重要支撐，技術(shù)發(fā)展為沉浸式學(xué)習(xí)的內(nèi)容、交互和環(huán)境提供了多維度、多層次、多感官、全場域的技術(shù)支持，讓學(xué)習(xí)者獲得真實(shí)感和臨場感。

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間試圖讓學(xué)習(xí)者模擬虛擬與現(xiàn)實(shí)的邊界、忽略技術(shù)的痕跡、體驗(yàn)跨空間的無縫融合和多模態(tài)直觀交互，讓學(xué)習(xí)者沉浸于學(xué)習(xí)空間之中，專注于學(xué)習(xí)活動之中，獲得愉悅開心的體驗(yàn)，進(jìn)而沉浸于學(xué)習(xí)之中。

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間涉及的技術(shù)包括5G、人工智能、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生、情感計(jì)算、擬像搭建技術(shù)、觸覺反饋技術(shù)、手勢識別技術(shù)、360度視頻、全息技術(shù)等，這些技術(shù)的有效融合和恰當(dāng)應(yīng)用，可以為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造沉浸式和身臨其境的體驗(yàn)，可以支持學(xué)習(xí)者線上線下相結(jié)合（OMO）的智能化學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)、AR可視化學(xué)習(xí)、沉浸式故事講述、模擬社交等多種學(xué)習(xí)。

　　什么是沉浸式學(xué)習(xí)？

　　沉浸式學(xué)習(xí)（Immersive Learning）是指通過使用AR、VR、MR、XR等各類技術(shù)，為學(xué)習(xí)者營造一種多感官參與、真實(shí)感體驗(yàn)且自然交互的學(xué)習(xí)環(huán)境。在這種學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者獲得類似在真實(shí)環(huán)境中的感受，可以進(jìn)行多維度、多層次、多感官的復(fù)雜交互。

沉浸式學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)原則

　　加強(qiáng)整體設(shè)計(jì)

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間的設(shè)計(jì)首先要從其功能定位出發(fā)，準(zhǔn)確定位設(shè)計(jì)的意圖。需要在前期開展大量的調(diào)查研究，明確學(xué)習(xí)空間建設(shè)的動機(jī)、目標(biāo)、利益相關(guān)者和應(yīng)用成效，系統(tǒng)化分析學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)的目的、功能、作用、應(yīng)用場景等內(nèi)容，進(jìn)而從可持續(xù)發(fā)展的視角對學(xué)習(xí)空間進(jìn)行頂層的整體設(shè)計(jì)。

　　注重虛實(shí)融合

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間實(shí)施的終極目標(biāo)在于“育人”，對于空間適合什么類型的學(xué)習(xí)者，能夠提供什么資源，可以促進(jìn)何種學(xué)習(xí)類型，適合應(yīng)用何種學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)策略等，都需要有清晰的認(rèn)識。

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間需要融合現(xiàn)實(shí)與虛擬世界產(chǎn)生新的可視化環(huán)境，需要通過虛實(shí)互補(bǔ)構(gòu)建高度真實(shí)感的學(xué)習(xí)空間。

　　加強(qiáng)交互設(shè)計(jì)

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間在設(shè)計(jì)中需要建立有效的引導(dǎo)，加強(qiáng)內(nèi)容交互、情感交互設(shè)計(jì)，使學(xué)習(xí)者對虛擬空間和內(nèi)容產(chǎn)生信任感，能夠巧妙運(yùn)用音效、場景、故事情節(jié)等方式，通過視覺追蹤、手勢交互、聲紋語音交互、觸覺反饋等交互，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對環(huán)境的認(rèn)同，模糊虛擬與現(xiàn)實(shí)的邊界，給予學(xué)習(xí)者情感的共鳴，提高學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)空間中的獲得感。

　　重視技術(shù)融合

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間重在情境性的構(gòu)造、認(rèn)知性的聯(lián)結(jié)和即時(shí)性的反饋。針對不同沉浸式學(xué)習(xí)空間的內(nèi)容和應(yīng)用，應(yīng)該加強(qiáng)技術(shù)融合、設(shè)計(jì)有新意，需要充分發(fā)揮5G、XR、全息投影、數(shù)字孿生等技術(shù)的優(yōu)勢，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)體驗(yàn)強(qiáng)、交互程度高的空間環(huán)境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)自主性、主動性、積極性。

　　健全智能服務(wù)

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間的設(shè)計(jì)要能為學(xué)習(xí)者提供智能化的個(gè)性化支持服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)習(xí)全過程的記錄和分析，可以為學(xué)習(xí)者提供智能診斷、智能推薦、智能提醒等多樣化服務(wù)。能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的不同學(xué)習(xí)需求，創(chuàng)設(shè)合適的學(xué)習(xí)環(huán)境、提供合適的學(xué)習(xí)工具和學(xué)習(xí)服務(wù)。

沉浸式學(xué)習(xí)空間教育應(yīng)用

　　1.國內(nèi)外基于MR技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室和沉浸式學(xué)習(xí)應(yīng)用概覽

　　國內(nèi)外很多高等院校已建立MR技術(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，包括哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、清華大學(xué)、香港科技大學(xué)等，被用作醫(yī)學(xué)、歷史、工程等特定學(xué)科探索的沉浸式學(xué)習(xí)空間。

　　Bahcesehir大學(xué)也建立了土耳其的第一個(gè)VR實(shí)驗(yàn)室，VR和AR技術(shù)被用于科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)(STEM)等科目的教學(xué)。

　　佛羅里達(dá)大學(xué)與360ed公司合作，創(chuàng)建了“燒傷中心”沉浸式學(xué)習(xí)空間，用于訓(xùn)練醫(yī)療服務(wù)者在不同環(huán)境下進(jìn)行燒傷救治。

　　沉浸式學(xué)習(xí)空間非常適合需要跨學(xué)科開展的教學(xué)任務(wù)，尤其適合科學(xué)類課程，如探索太空、海洋，探索人體奧秘，探索原子分子，探索地球地質(zhì)、大氣環(huán)境等等。

　　斯坦福大學(xué)聚焦STEM學(xué)習(xí)主題，建立了虛擬人類互動實(shí)驗(yàn)室(Virtual Human Interaction Lab)為學(xué)習(xí)者提供完全沉浸式的學(xué)習(xí)空間，學(xué)習(xí)者可以身臨其境地觀察海洋酸化的具體過程，可以與“虛擬環(huán)境”實(shí)時(shí)互動，可以進(jìn)行自主的學(xué)習(xí)、探索和研究。

圖2 基于MR技術(shù)機(jī)械裝配沉浸式學(xué)習(xí)空間

　　此外，還有很多國內(nèi)外高校利用MR技術(shù)進(jìn)行沉浸式學(xué)習(xí)空間學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究。

　　華僑大學(xué)土木工程學(xué)院提出了一種基于情景模擬的沉浸式建筑工人安全教育培訓(xùn)模式，通過沉浸式情景交互課件、3D視頻投影、BIM可視化模型、VR/AR技術(shù)等構(gòu)建了建筑工人安全教育培訓(xùn)的沉浸式學(xué)習(xí)空間。依托學(xué)習(xí)空間，開展了基于情景模擬的理論知識教學(xué)和基于體驗(yàn)學(xué)習(xí)的沉浸式實(shí)操訓(xùn)練，培訓(xùn)取得了顯著的效果。

　　奧本大學(xué)麥克霍特建筑科學(xué)學(xué)院，為學(xué)生提供接近實(shí)地考察的建筑工地虛擬現(xiàn)實(shí)場景。通過數(shù)據(jù)采集技術(shù)和VR展示平臺，創(chuàng)建了360度施工場景，讓學(xué)生“重游”施工現(xiàn)場。

　　萊頓大學(xué)通過XR項(xiàng)目為學(xué)生提供虛擬真實(shí)經(jīng)驗(yàn)，采用360度視頻的沉浸式交互式虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，為急診護(hù)理學(xué)生提供更加真實(shí)的模擬場景，然后通過AugMedicine的AR應(yīng)用程序，使學(xué)生能夠更深入地了解腎或胰腺移植后患者復(fù)雜的三維解剖結(jié)構(gòu)。

　　中國科技大學(xué)開發(fā)了一個(gè)用于在各種身臨其境的環(huán)境中有效地教導(dǎo)運(yùn)動的系統(tǒng)，在太極拳動作上得到了很好的應(yīng)用。上海理工大學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用于火災(zāi)逃生培訓(xùn)的沉浸式學(xué)習(xí)系統(tǒng)，涉及視聽說觸動五感，擁有良好的交互性。

　　2.探索火星沉浸式教學(xué)全息甲板案例

　　戴維·索恩伯格在其《學(xué)習(xí)場景的革命》一書中所介紹的關(guān)于探索火星的教學(xué)全息甲板例子可稱為典型沉浸式學(xué)習(xí)空間。

　　它與傳統(tǒng)講課模式不一樣，該空間創(chuàng)造了一種學(xué)生通過直接體驗(yàn)來自由探索、學(xué)習(xí)知識的教學(xué)環(huán)境。

　　在探索火星的案例中，只有5分鐘的視頻闡述任務(wù)目標(biāo)，其余的都是設(shè)置任務(wù)，模擬真實(shí)場景中可能發(fā)生的狀況，并給予相應(yīng)的硬件支持：

　　包括在任務(wù)過程中感受宇宙飛船外殼破損、在操作板上設(shè)計(jì)船體補(bǔ)丁、從飛船窗口觀察火星表面細(xì)節(jié)、收集分析火星表面信息等，學(xué)習(xí)者可以在虛擬場景中體驗(yàn)不同的任務(wù)。

　　在任務(wù)結(jié)束后測試學(xué)生發(fā)現(xiàn)其所掌握的知識點(diǎn)不僅準(zhǔn)確率更高，知識量也更多，而且學(xué)習(xí)者的體會更深刻，對相關(guān)知識需求更有期待。

　　而在沉浸式學(xué)習(xí)空間里，學(xué)習(xí)者可以真正沉浸在虛擬的真實(shí)場景里交互，具有高度的實(shí)操性和趣味性，激發(fā)學(xué)習(xí)者創(chuàng)新性地去解決任務(wù)。

　　戴維同時(shí)強(qiáng)調(diào)，學(xué)習(xí)者在這種全息沉浸式教學(xué)環(huán)境中能否進(jìn)行有效學(xué)習(xí)還與以下三方面有很大關(guān)系：一是學(xué)習(xí)者的想象力和創(chuàng)新性，二是教師是否能做出本質(zhì)上角色改變，成為共同學(xué)習(xí)者加入到學(xué)生探索任務(wù)中，三是沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境所需要的設(shè)備和資源是否優(yōu)質(zhì)。

　　3.上海開放大學(xué)沉浸式學(xué)習(xí)空間案例

　　上海開放大學(xué)應(yīng)用5G+全息投影技術(shù)為富情景化體驗(yàn)學(xué)習(xí)提供新的可能，打造的全息課堂、全息講座等形式使得線上教師和現(xiàn)場教師相融合的教學(xué)模式成為可能。

　　教師在合理的資源開發(fā)下，可以展示抽象的教學(xué)概念，有效傳遞教師課堂教學(xué)重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，完成教學(xué)任務(wù)。讓未來的教育體現(xiàn)教與樂相結(jié)合的教學(xué)形式，促進(jìn)多元化教學(xué)展示的發(fā)展。

　　除此之外，全息投影還可以將各國老師“搬”至眼前，真正體驗(yàn)不同的特色教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享。

　　針對學(xué)校專業(yè)課程特點(diǎn)，利用MR技術(shù)打造沉浸式學(xué)習(xí)空間，開發(fā)機(jī)械裝配課程，依托MR混合現(xiàn)實(shí)三維數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)方式。通過虛擬仿真模型、人機(jī)交互的方式，來模擬機(jī)械虛擬裝配。

　　該應(yīng)用不僅能幫助體驗(yàn)者快速了解設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與使用，還能幫助培訓(xùn)學(xué)員快速學(xué)習(xí)新設(shè)備、新產(chǎn)品使用、維護(hù)技巧，從而提升培訓(xùn)質(zhì)量和效率。

　　開發(fā)行為康復(fù)訓(xùn)練課程，通過運(yùn)用三維仿真以及AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)行老年康復(fù)的3D動態(tài)模擬和交互式控制，實(shí)現(xiàn)了三維交互式教學(xué)，使得用戶可以直觀、準(zhǔn)確、規(guī)范的學(xué)習(xí)如何護(hù)理老年人的相關(guān)知識。

　　對沉浸式學(xué)習(xí)空間的課程學(xué)習(xí)內(nèi)容可以進(jìn)行眼動數(shù)據(jù)、腦波數(shù)據(jù)以及學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)采集和多模態(tài)數(shù)據(jù)分析，通過實(shí)踐教學(xué)驗(yàn)證沉浸式學(xué)習(xí)空間教學(xué)的成效。

圖3 上海開放大學(xué)智慧學(xué)習(xí)體驗(yàn)中心

　　上海開放大學(xué)還建設(shè)了智慧學(xué)習(xí)體驗(yàn)中心，根據(jù)智慧學(xué)習(xí)中心VR虛擬現(xiàn)實(shí)互動體驗(yàn)區(qū)的現(xiàn)場實(shí)景，制作三維全景虛擬環(huán)境，讓市民可以線上“云體驗(yàn)”VR虛擬現(xiàn)實(shí)互動體驗(yàn)區(qū)的空間環(huán)境，包括學(xué)前兒童保育與教育以及老年護(hù)理培訓(xùn)等沉浸式項(xiàng)目體驗(yàn)，增強(qiáng)了互動教學(xué)和情景式體驗(yàn)，營造“主動式學(xué)習(xí)”的體驗(yàn)環(huán)境。

　　*本文系國家開放大學(xué)2018青年科研課題《基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的泛在學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究》的研究成果（課題編號：G18A1308Q）

　　作者：王臘梅、肖君（上海開放大學(xué)）

　　責(zé)編：鄭藝龍

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