制定研发战略 ， 将沉浸式学习融入课堂

制定研发战略，将沉浸式学习融入课堂 胡安·隆多-O|2023年8月 将沉浸式技术引入教室有可能使美国的教育体系更加有效。但是在这些技术在学校部署之前，联邦政府应该在需要进一步研究的关键领域增加研发投资。 KEYTKEAWAYS 源源不断的新研究证实了沉浸式技术在教室中的有效性，但问题仍然存在，可能会减缓技术的部署。 政府应该投资于研发，以缩小关键的研究差距。但是，为了最大程度地提高纳税人的钱的价值，政府的研发计划应避免挤出私人对研发的投资。重点应该放在资金不足的重要主题上。 政府应重点关注的四个关键主题是：适合年龄的使用，不同教育内容格式的成本效益评估，无障碍措施以及培训教育工作者的最佳实践。 大多数必要的研发计划已经在国家科学基金会和教育部等联邦机构中到位，但是仍然缺乏涵盖沉浸式技术的特定语言。 itif.org CONTENTS 钥匙外卖1 Introduction2 在教育中使用计算机和互联网的经验教训3 学校计算机采用过程概述3 计算机采用过程中的挑战4AR/VR研发战略的研究重点5 使用AR/VR设备的适当年龄6 建立不同内容格式的成本效益评估7 在学校范围内实施所需的可及性和公平性措施7 创建教育工作者培训计划8 现有的联邦研发计划和赠款需要扩大，以确保它们涵盖沉浸式技术8 结论9 尾注10 INTRODUCTION 沉浸式现实技术已成为希望实现教学方法现代化的教育工作者的宝贵工具。近年来，新的研究强调了将沉浸式技术用于教育目的的好处，例如减少学习差距和改善教育成果。虽然有源源不断的新研究证实了这些技术在课堂上的有效性和影响，仍有未解决的问题可能会减缓这些技术在学校的部署。 解决其中一些问题需要在研发（R＆D）方面进行投资。私营部门可能会承担这些投资的一部分，因为大多数开发硬件和软件解决方案的公司都有财务动机投资于研发，以促进其产品的部署。但是，对公司财务激励措施的依赖意味着，如果他们不确定对公司的底线至关重要，其他关键问题可能会没有答案。因此，可能需要政府资助研发工作，以解决下一次教室数字化转型中可能出现的研究差距。 过去在教育中使用计算机和互联网等其他数字技术的经验，揭示了研发投资在确保安全有效地在教室中部署数字技术方面的作用。今天，计算机是教室里无处不在的工具。尽管如此，他们的部署在过去面临着多重挑战，例如缺乏教育工作者的培训标准，设备的获取不足以及对计算机潜在的教育用途缺乏了解。如果事先允许教育工作者和学校管理人员访问，则可以避免其中一些问题。 本可以涵盖这些知识差距的研究。为了防止犯下过去的同样错误，联邦政府应该为教育中的沉浸式技术制定研发战略。这样的战略应该专注于解决该领域的关键问题: ▪增强现实/虚拟现实（AR/VR）设备的不同用途的适当年龄是多少？ ▪不同内容格式（例如，定制沉浸式体验与标准化应用程序或360度视频）的成本和收益是什么 ？ ▪为了在全校范围内实施这些技术，学校需要哪些无障碍措施？ ▪学校应该如何培训教育者进行沉浸式学习？ 计算机和互联网在教育中的使用 计算机和互联网技术已成为标准的课堂工具，为学生和教育工作者提供了多种好处，例如教育游戏；用于文字 处理，电子表格和幻灯片的软件工具；访问多媒体教育内容的能力；以及其他数字教育资源和交互式体验。如今，数字技术被认为是有益的教育工具，但并非总是如此。在部署的早期阶段，这些技术的使用方式不一致，设备不足，员工培训不足以及教育工作者对其有效性的怀疑阻碍了这些技术的潜在积极影响。直到今天，其中一些问题仍然困扰着教育工作者和学校系统，他们没有看到使用数字教育技术的预期好处。 回顾过去的经历，可以揭示教育工作者在课堂上引入沉浸式技术时面临的潜在挑战，并强调需要进一步研究的领域。他们还可以深入了解采用这些新技术的样子以及哪些实体可能在该过程中发挥作用。 学校计算机采用过程概述 直到1980年代初，在教室中引入个人计算机才被广泛采用，尽管学校早在1950年代后期就开始尝试计算机知 识和教学编程。在1981年至1983年之间，报告其场所至少装有微型计算机的中小学比例分别从10％上升到 60％和50％。在此期间，据估计，只有八分之一的小学生可以使用微型计算机，平均每周仅使用20分钟。 4在1990年代，学生在学校使用计算机的机会显着增加，到1998年达到75％，特别是通过计算机实验室。美国为每个学生配备一台电脑，另有37%的学生在某些年级或教室中为每个学生配备一台电脑。 推动在教室中采用计算机是自上而下和自下而上的过程。一方面，联邦政府在1950年代主要通过国家科学基金会（NSF）和教育部的资助发起了这项努力。学者经常 提到1963年的《职业教育法》是一项重要的立法，该立法促进了学校对计算机的采用，为愿意教学生诸如BASIC7之类的编程语言的学校提供了资金。将计算纳入课堂要求教育工作者具有必要的动机和技术知识。尝试计算机进行学习的开创性教育工作者为计算机的最佳用途提供了宝贵的见解-他们的投入对于确保计算机作为教学工具的有效部署至关重要。 教室中的计算机采用从口碑推广中受益匪浅。教育工作者使用这些技术分享他们的成功案例，为那些对其效用知之甚少或对其有效性持怀疑态度的同事提供了宝贵的见解。在教育机构中采用这些新技术也会产生溢出效应，主要是从高等教育机构到邻近的K-12学校。例如，当一所大学在其校园内安装计算机实验室时，来自邻近K-12学校的教育工作者可以从大学教授那里获得有关该实验室有效性的见解。大学还经常与这些学校建立合作伙伴关系，以建立费用分摊计划，学生可以在指定的日期访问这些计算机实验室，而大学将监督这些实验室的维护。这些计划为K-12学校官员提供了一种低成本的方法来访问和测试这些技术，然后再将其部署到自己的校园中。 当时学校使用计算机的方式与今天截然不同。这些技术的日益普及和成本的下降解释了大多数这些变化。如前所述，学生只能使用学校图书馆或计算机实验室访问计算机，与整个学生团体相比，这些图书馆或计算机实验室的库存通常有限。今天,通常期望学生能够访问他们自己的计算机或个人计算设备,诸如手持平板电脑。这些变化为学生创造了更多使用该技术的机会。例如，在计算机实验室时代，教育工作者不得不使用有限的计算机实验室时间来教学生基本的打字、文字处理和计算机识字技能。但是随着计算机可用性的提高，它们可以给学生更多的时间来使用交互式教育体验或游戏。现在，随着学生不断访问这些设备，教育应用程序和其他交互式内容在学习过程中变得无处不在。 计算机采用过程中的挑战 在将计算机纳入教室的早期阶段，该过程面临着多重挑战。这些问题中的大多数都是新技术的自然发生；如果没 有事先的研究，教育工作者和支持人员很难知道如何充分使用这些设备，确保所获得的设备适合目的，或者将这些数字工具背景化为更广泛的教育目标。 在教育中采用计算机的早期阶段发现的最突出的问题之一是需要更多地了解这些设备的潜在用途。虽然一些老师发现它对文字处理很有用，但另一些老师认为学生最好使用更容易获得的设备，例如打字机。其他人没有看到将计算机纳入讲座过程中的任何潜在好处，但发现它们对于课程计划或通过电子邮件与同事沟通很有用。9普遍缺乏使用标准导致了在教学过程中设备的未充分利用，这减缓了学校的采用。 在采用计算机的过程中，学校系统不得不忍受的另一个反复出现的问题是，购置的设备不足，例如没有能力复制多媒体内容的计算机。事实证明，这是将来使用的一个重大问题，因为1999年学校中的大多数计算机都无法访问Iteret上突出的图形信息。10获取不足或可能过时的设备的风险将给采用带来额外的障碍，因为学校系统首先会对购买设备保持警惕，从而延长审查时间并减慢购买过程。通常，人手不足的信息技术部门必须找到故障，表现不佳或设备不足的解决方法。11。 教育者培训也成为将计算机集成到教室中的一个问题。教育工作者很难在上学期间或在家留出时间来训练自己操作这些新颖的设备。即使教育工作者拥有一台家用计算机并且相对精通技术，他们也经常需要更多的培训资源，以便学习如何在课堂上使用该技术，或者在使用数学游戏或其他教育经验等数字工具后对学生进行情境化和汇报 ，以确保学生理解他们在计算机上看到和做的事情背后的课程。这种缺乏培训，加上上述对计算机潜在用途缺乏了解，导致关于计算机在教育结果中的影响和效率的报告相互矛盾。 如果在确定和解决这些潜在问题的研发战略之前或伴随着在教室中集成计算机的过程，则这些问题中的一些（如果不是全部）是可以避免的。虽然当时新生的教育技术行业能够提供对学生教育成果影响的证据，但显然，由于私营部门缺乏财政激励，其他几个研发缺口需要填补。在2003年的一份报告中，教育部认识到需要对在教育中使用计算机，教育者培训和创建高质量的教育软件进行更多样化的研究。 AR/VR研发战略的研究重点 为了使纳税人的钱的价值最大化，政府的研发计划应避免挤出私营部门本来可以自行进行的研发投资。例如，有 一个强大且不断增长的研究机构来评估沉浸式培训工具的影响和有效性，因为该行业的大多数公司都需要这项研究才能营销和销售其产品。政府研发不应该考虑这些话题，因为随着时间的推移，他们可能会有足够的资金。 协调参与研发投资过程的多个政府机构，并紧急确定主题的优先级，将需要制定研发战略。研发战略是一份文件，为参与研发过程的不同机构提供指导，说明研发投资希望解决哪些挑战或研究差距以及应优先考虑哪些主题。 在教育中使用沉浸式技术的研发战略将使政府机构优先考虑当前私人研发工作尚未解决的紧急主题。本报告建议这样的战略优先考虑以下主题：确定使用这些设备的适当年龄，对不同的教育内容进行成本效益评估 格式，制定全校实施所需的无障碍措施，以及制定教育者培训标准。 使用AR/VR设备的适当年龄 由于可能出现的潜在生理和心理问题，儿童对AR/VR设备的使用存在各种担忧。专家关注的物理问题之一是这 些设备的人体工程学，因为它们可能太重，儿童无法长时间使用。Meta最近宣布降低其设备的最低使用年龄，允许10至12岁的儿童使用其耳机，从而解决了这个问题。在一份声明中，该公司指出，这些设备的重量-通常在500克至700克之间-与类似年龄的儿童通常使用的其他物品的重量相比，例如自行车或橄榄球头盔，其重量在500克至2,000克之间。 虽然这是一个积极的迹象，表明体重与Meta相似的耳机对10岁及以上的儿童可能是安全的，但体重并不是唯一值得关注的变量。必须考虑其他变量，例如权重分布。有必要进行进一步的研究，以准确确定安全使用的年龄，防止颈部拉伤的时限限制，最佳的重量分布以及潜在的解决方案-例如替代绑带-以确保学校可以实施这项技术而不会对学生造成身体伤害。 另一个潜在的问题是，长时间使用AR/VR设备可能会对儿童的视力产生影响，尤其是在眼睛发育尚未完成的幼儿中。虽然美国眼科学会表示，没有已知的问题可能会对儿童的视力造成伤害，但它也表示，由于这项技术的新颖性，不存在长期研究。尽管如此，它还指出，AR/VR设备，如其他带屏幕的设备，在长时间使用时会导致眼睛疲劳或疲劳。AR/VR技术对用户眼睛的确切影响在很大程度上研究不足。16资助研究的重点是确定儿童眼睛发展为耳机使用的年龄以及防止眼睛疲劳的必要屏幕时间限制也应该是政策制定者的优先事项。 除了担心学生的人身安全外，在向幼儿介绍这些技术时也存在潜在的心理风险。当沉浸在VR内容中时，年幼的孩子可能很难将小说与现实区分开来。17这些问题中的一些可以通过教育者适当的情境化，软件设计决策或简单地建立年龄界限来解决。研发工作可以帮助管理员和教育工作者意识到这些问题，使他们能够识别正确设计的软件和内容，并更好地准备将沉浸式内容置于情境中。在推出这些技术之前进行此类研究可以防止研究人员不得不“追赶”潜在的未来危害问题，例如社交媒体。正如最近的外科医生报告所强调的那样，目前可用的研究不允许专家确定社交媒体是否对青少年产生了影响，而国会议员继续表达对危害的担忧，