前不久IEEE(電氣與電子工程師協會)就虛擬現實(VR)技術在各個行業的未來發展趨勢進行了一次問卷調查。當被問及“未來哪個行業將從VR大規模應用中獲益最多”時,竟有36%的受訪者選擇了教育行業。受訪者認為,各種運用了VR技術的虛擬課堂及教科書,為教育工作者提供了一種新型授課工具,同時也為學生的學習過程帶來互動沉浸式體驗。此外受訪者還認為該技術將有利于推動工程建設(24%)、醫療(16%)和通信行業(9%)的發展。這次調查表明VR不僅已被很多公眾所了解,還進一步意識到該技術在教育等其他各行業的價值,而不僅僅局限在游戲及娛樂領域。
VR讓教育實現不可能
虛擬現實(VR)是運用計算機對現實世界進行全面仿真的技術,通過一系列傳感輔助設施,來達到真實體驗和基于自然技能的人機交互,最終實現一種三維現實。虛擬現實(VR)技術讓人有一種置身于虛擬境界之中的感覺,可用頭戴式顯示器或其它設備,把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來,并提供一個新的、虛擬的感覺空間,并利用位置跟蹤器、數據手套、其它手控輸入設備、聲音等使得參與者產生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。
真實、互動和情節化是虛擬現實(VR)獨特的魅力所在,應用在教育上可把益智游戲、情景化學習、協作學習、遠程教育等多種特性集合在一起,帶來嶄新的教育思維,解決很多以前不可能或無法解決的教育問題。如在表現一些空間立體化的原子、分子的結構、分子的結合過程、機械的運動時,VR三維的展現形式必然使學習過程形象化,學生更容易接受和掌握;傳統實驗室,有許多實驗是根本不可能做的,如核反應實驗,還有些實驗是不能讓學生做的,如涉及到放射性物質或有毒物質的部分。此外許多昂貴的實驗、培訓器材,由于受價格的限制而無法普及。利用虛擬技術,可以有效地解決實驗條件與實驗效果和成本之間的矛盾,這種虛擬實驗既不消耗器材,也不受場地等外界條件限制,可重復操作,直至得出滿意結果,同時它還絕對的安全性,不會因操作失誤而造成人身事故;在歷史教學中,以往只能通過教師的描繪來激發學生的想象,在學生的頭腦中創建出這個虛擬的空間來。使用虛擬現實后,學生可以身臨其境地進入那段歷史,跟隨講解向導在虛擬世界里漫游,同扮演著各種角色的虛擬演員談話,就像歷史穿越一樣;學生復習功課時,想要回顧知識點,打開自己的虛擬設備,立刻就會出現一個虛擬形象的老師來講解。VR讓原來稍顯死板的教學變得可愛起來,寓教于樂,有效地激發學習者的興趣,同時它還能夠有效地創建學習情景、支持合作、促進交流、促進知識表達和應用,從而有效地構建一個非常優良的學習環境。
多方推進
此次IEEE調查中如此多的公眾了解虛擬現實(VR)并看好在教育領域的應用,是與近年來專業廠商、機構、研究機構的努力推進密不可分的。如美國zSpace公司早在2012年就推出了面向教育的VR方案,目前在美國本土已有上萬的學生使用zSpace進行學習。zSpace系統由虛擬現實顯示一體機、互動操作筆、3D眼鏡和相關程序軟件組成。其操控很方便,拿起zSpace操作筆在一體機屏幕上移動,被選中的物體就會隨著你的移動而移動或者旋轉。如果你手中的筆遠離屏幕,物體就會隨之被拉出畫面,仿佛漂浮在空中一樣,如果需要,還可以對物體進行虛擬分解切割操作。有些應用程序還提供了多種感知反應,比如,學生操作心臟物體時,可以看到心臟的跳動,聽到心臟跳動的聲音。通過zSpace系統學生可以很容易的進行操作體驗、錯誤修正和改變,而不用擔心會有任何物質成本消耗或者需要善后的事發生。通常情況下,學校都會采購zSpace STEAM實驗室套件,包括12臺學生使用的虛擬現實工作站和一臺教師使用的工作站,每個工作站都有配備一個互動操作筆和不同的教育軟件。2015年9月zSpace被正式引入中國市場。
從目前來看zSpace 的價格還有點小貴,不利于被廣泛接受,那有沒有便宜點呢?答案是YES!谷歌的Cardboard可以說是為VR普及做出了很大貢獻。Cardboard是一個簡單的平民級VR設備,外殼是用紙板做的,售價僅幾美元。其基本原理是在橫置的手機上分屏分別顯示左右眼對應的畫面,分別通過凸透鏡投射到人眼中,使人所看到的東西呈現出3D立體感。然后通過手機自帶的陀螺儀來捕捉人頭部的轉動,從而實現類似市面上的頭戴式VR設備的沉浸式體驗。為了加速普及,谷歌還把制作這個設備的所有材料和制作圖紙都公開了出來。谷歌的Cardboard設備在虛擬現實市場是如此深入人心,目前全球出貨量已達到500萬臺。2015年5月谷歌面向教育機構推出Expeditions項目,該項目包括VR設備Cardboard、路由器、智能手機和平板電腦,通過虛擬現實技術幫助孩子提升課堂體驗。9月又推出VR體驗服務,免費為學校提供虛擬現實教室系統,并開發了一個項目叫做谷歌探索,結合Cardboard和谷歌地圖,將全世界的虛擬環境呈現在學生眼前,如今已有50萬名學生進行了虛擬現實教育體驗。
不僅國外廠商,國內廠商對VR教育也同樣充滿興趣。如樂視去年12月23日發布了其首款手機式VR頭盔LeVR CooL1,并與新東方建立合作在英語課堂上實行VR全景英語教學模式。目前通過樂視視頻APP已經能看到樂視教育與新東方合作的360°全景視頻內容,打開口語課堂視頻就是進行360°觀看,讓用戶有置身課堂之感??梢韵胍姷氖?,在VR課堂上學員戴上VR頭盔學習,場景式體驗將更為真實,互動性、趣味性、真實性將大大提高在線教育課程的體驗感。
同樣在去年,12月29日鳳凰傳媒在京召開發布會,宣布旗下鳳凰創壹軟件有限公司研發的教育云平臺——100維爾教育網正式上線。該教育云平臺采用虛擬現實(VR)技術制作各種具有物理屬性的元器件、檢測儀器儀表、實訓設備及三維互動虛擬實驗場景,用戶可根據實驗要求自主操作,所有元器件、檢測儀器儀表、實訓設備等都會根據其相應的物理屬性產生互動反應,達到用戶可身臨其境進行逼真的虛擬仿真實驗目的。同時用戶還可對所有三維實驗設備模型或其部件模型任意方向旋轉及視點變換的功能,并提供三維動畫演示與相關原理文字自動同步顯示和語音解說,方便用戶理解。該平臺目前擁有涵蓋基礎教育、職業教育、高等教育、遠程教育在內的500多門課程,300多萬個三維模型資源以及超過百名教學名師的在線授課資源。
除了廠商,國家和高校對VR教育也很重視。近幾年國內一些知名高校陸續建立了一些VR實驗室,教育部更是在2015年批準了清華大學數字化制造系統虛擬仿真實驗教學中心、北京航空航天大學空天電子信息虛擬仿真實驗教學中心等100個虛擬仿真實驗教學中心作為國家級虛擬仿真實驗教學中心。清華大學計算機基礎課程中,還增加了虛擬現實相關的內容,教師通過介紹VR技術的最新成果,幫助學生更深入理解VR技術,并預測VR未來發展方向。
事實上,只要是VR產業鏈的相關廠商企業或組織機構,都會把教育作為VR應用的一個重要領域,只是由于在這次VR熱潮中,游戲及娛樂發展的更快更易被大眾接受而掩蓋了教育應用的潛在光芒。
普及的障礙
多方推進及媒體的廣泛宣傳讓VR教育已為不少人所知,但這并意味著可以大規模普及了,因為還存在一些不足。
首先是價格較高。盡管VR技術所需的硬件設備在不斷改進,成本也在逐步降低,但是相對來講,大部分設備的造價依然很高,不是普通學??梢越邮艿?。如果降低硬件配置要求,那么用戶體驗將受到影響,會因畫面顆粒感、延遲、眩暈等不佳效果,導致用戶不再喜歡虛擬現實。如被稱作VR先行者的暴風魔鏡第一代產品就被用戶吐槽畫質粗糙、眩暈感強烈,玩了幾分鐘就堅持不下去了。除了硬件,相應軟件的開發費用也很昂貴,軟件所要達到的效果受到各方面影響,許多算法和相關理論也都不很完善。
其次,內容缺乏。教育教的是內容,講究的是質量,內容是根本,技術是手段。而目前由于內容生態不完善,真正生產內容的廠商數量并不多,加上很多內容制作商并不熟悉VR內容制作特性,因此好的就更稀有。此外有的VR設備因技術等種種原因,場景單一,內容單調。學生使用VR得不到想要的知識,體驗不到豐富內容,教師使用VR達不到教學目的,提升不了教學質量,自然就會對使用VR失去興趣。
再次,VR實驗室雖然方便學生操作,也可以減少危險的發生,但是各種數據都是預先設定的,不利于學生自主創新。每個學生都有不同的學習方法,使用不同的教學方式,基于虛擬現實技術的教學平臺不一定能滿足每個學生不同的需求,所實現的教學效果也因人而異。
第四,VR的潛在危害。有學者指出,長時間使用VR設備會造成昏眩、視覺疲勞,甚至會永久傷害視力,還會出現方向感階段性的迷失、忘記自己是在了虛擬還是現實中。此外佩戴VR虛擬現實眼鏡后,看不到現實周圍情況,可能會造成摔倒或碰傷的危險。Oculus官方也特別聲明,建議13歲以下的兒童不要戴虛擬現實眼鏡,同時Oculus建議成年人也不要長時間的佩戴VR設備。雖然目前還沒有確鑿的證據VR一定會對人體造成傷害,但仍然值得警惕。
美好未來
應該說虛擬現實(VR)在教育領域的應用目前還停留在初級探索階段,仍存在一些問題需要克服,不過其未來一定是美好的、應用前景必然是廣闊的。隨著各種軟硬件和內容問題的解決及成本不斷降低,VR一定會在教育領域得到廣泛應用。相信不久的將來,VR教室、VR實驗,VR校園、VR考場都將會出現,這些新興的教育形式必將在未來教育領域中占有重要的一席之地。

谷歌的紙板VR眼鏡Cardboard

手機虛擬現實VR眼鏡


