前不久IEEE(电气与电子工程师协会)就虚拟现实(VR)技术在各个行业的未来发展趋势进行了一次问卷调查。当被问及“未来哪个行业将从VR大规模应用中获益最多”时,竟有36%的受访者选择了教育行业。受访者认为,各种运用了VR技术的虚拟课堂及教科书,为教育工作者提供了一种新型授课工具,同时也为学生的学习过程带来互动沉浸式体验。此外受访者还认为该技术将有利于推动工程建设(24%)、医疗(16%)和通信行业(9%)的发展。这次调查表明VR不仅已被很多公众所了解,还进一步意识到该技术在教育等其他各行业的价值,而不仅仅局限在游戏及娱乐领域。
VR让教育实现不可能
虚拟现实(VR)是运用计算机对现实世界进行全面仿真的技术,通过一系列传感辅助设施,来达到真实体验和基于自然技能的人机交互,最终实现一种三维现实。虚拟现实(VR)技术让人有一种置身于虚拟境界之中的感觉,可用头戴式显示器或其它设备,把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来,并提供一个新的、虚拟的感觉空间,并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。
真实、互动和情节化是虚拟现实(VR)独特的魅力所在,应用在教育上可把益智游戏、情景化学习、协作学习、远程教育等多种特性集合在一起,带来崭新的教育思维,解决很多以前不可能或无法解决的教育问题。如在表现一些空间立体化的原子、分子的结构、分子的结合过程、机械的运动时,VR三维的展现形式必然使学习过程形象化,学生更容易接受和掌握;传统实验室,有许多实验是根本不可能做的,如核反应实验,还有些实验是不能让学生做的,如涉及到放射性物质或有毒物质的部分。此外许多昂贵的实验、培训器材,由于受价格的限制而无法普及。利用虚拟技术,可以有效地解决实验条件与实验效果和成本之间的矛盾,这种虚拟实验既不消耗器材,也不受场地等外界条件限制,可重复操作,直至得出满意结果,同时它还绝对的安全性,不会因操作失误而造成人身事故;在历史教学中,以往只能通过教师的描绘来激发学生的想象,在学生的头脑中创建出这个虚拟的空间来。使用虚拟现实后,学生可以身临其境地进入那段历史,跟随讲解向导在虚拟世界里漫游,同扮演着各种角色的虚拟演员谈话,就像历史穿越一样;学生复习功课时,想要回顾知识点,打开自己的虚拟设备,立刻就会出现一个虚拟形象的老师来讲解。VR让原来稍显死板的教学变得可爱起来,寓教于乐,有效地激发学习者的兴趣,同时它还能够有效地创建学习情景、支持合作、促进交流、促进知识表达和应用,从而有效地构建一个非常优良的学习环境。
多方推进
此次IEEE调查中如此多的公众了解虚拟现实(VR)并看好在教育领域的应用,是与近年来专业厂商、机构、研究机构的努力推进密不可分的。如美国zSpace公司早在2012年就推出了面向教育的VR方案,目前在美国本土已有上万的学生使用zSpace进行学习。zSpace系统由虚拟现实显示一体机、互动操作笔、3D眼镜和相关程序软件组成。其操控很方便,拿起zSpace操作笔在一体机屏幕上移动,被选中的物体就会随着你的移动而移动或者旋转。如果你手中的笔远离屏幕,物体就会随之被拉出画面,仿佛漂浮在空中一样,如果需要,还可以对物体进行虚拟分解切割操作。有些应用程序还提供了多种感知反应,比如,学生操作心脏物体时,可以看到心脏的跳动,听到心脏跳动的声音。通过zSpace系统学生可以很容易的进行操作体验、错误修正和改变,而不用担心会有任何物质成本消耗或者需要善后的事发生。通常情况下,学校都会采购zSpace STEAM实验室套件,包括12台学生使用的虚拟现实工作站和一台教师使用的工作站,每个工作站都有配备一个互动操作笔和不同的教育软件。2015年9月zSpace被正式引入中国市场。
从目前来看zSpace 的价格还有点小贵,不利于被广泛接受,那有没有便宜点呢?答案是YES!谷歌的Cardboard可以说是为VR普及做出了很大贡献。Cardboard是一个简单的平民级VR设备,外壳是用纸板做的,售价仅几美元。其基本原理是在横置的手机上分屏分别显示左右眼对应的画面,分别通过凸透镜投射到人眼中,使人所看到的东西呈现出3D立体感。然后通过手机自带的陀螺仪来捕捉人头部的转动,从而实现类似市面上的头戴式VR设备的沉浸式体验。为了加速普及,谷歌还把制作这个设备的所有材料和制作图纸都公开了出来。谷歌的Cardboard设备在虚拟现实市场是如此深入人心,目前全球出货量已达到500万台。2015年5月谷歌面向教育机构推出Expeditions项目,该项目包括VR设备Cardboard、路由器、智能手机和平板电脑,通过虚拟现实技术帮助孩子提升课堂体验。9月又推出VR体验服务,免费为学校提供虚拟现实教室系统,并开发了一个项目叫做谷歌探索,结合Cardboard和谷歌地图,将全世界的虚拟环境呈现在学生眼前,如今已有50万名学生进行了虚拟现实教育体验。
不仅国外厂商,国内厂商对VR教育也同样充满兴趣。如乐视去年12月23日发布了其首款手机式VR头盔LeVR CooL1,并与新东方建立合作在英语课堂上实行VR全景英语教学模式。目前通过乐视视频APP已经能看到乐视教育与新东方合作的360°全景视频内容,打开口语课堂视频就是进行360°观看,让用户有置身课堂之感。可以想见的是,在VR课堂上学员戴上VR头盔学习,场景式体验将更为真实,互动性、趣味性、真实性将大大提高在线教育课程的体验感。
同样在去年,12月29日凤凰传媒在京召开发布会,宣布旗下凤凰创壹软件有限公司研发的教育云平台——100维尔教育网正式上线。该教育云平台采用虚拟现实(VR)技术制作各种具有物理属性的元器件、检测仪器仪表、实训设备及三维互动虚拟实验场景,用户可根据实验要求自主操作,所有元器件、检测仪器仪表、实训设备等都会根据其相应的物理属性产生互动反应,达到用户可身临其境进行逼真的虚拟仿真实验目的。同时用户还可对所有三维实验设备模型或其部件模型任意方向旋转及视点变换的功能,并提供三维动画演示与相关原理文字自动同步显示和语音解说,方便用户理解。该平台目前拥有涵盖基础教育、职业教育、高等教育、远程教育在内的500多门课程,300多万个三维模型资源以及超过百名教学名师的在线授课资源。
除了厂商,国家和高校对VR教育也很重视。近几年国内一些知名高校陆续建立了一些VR实验室,教育部更是在2015年批准了清华大学数字化制造系统虚拟仿真实验教学中心、北京航空航天大学空天电子信息虚拟仿真实验教学中心等100个虚拟仿真实验教学中心作为国家级虚拟仿真实验教学中心。清华大学计算机基础课程中,还增加了虚拟现实相关的内容,教师通过介绍VR技术的最新成果,帮助学生更深入理解VR技术,并预测VR未来发展方向。
事实上,只要是VR产业链的相关厂商企业或组织机构,都会把教育作为VR应用的一个重要领域,只是由于在这次VR热潮中,游戏及娱乐发展的更快更易被大众接受而掩盖了教育应用的潜在光芒。
普及的障碍
多方推进及媒体的广泛宣传让VR教育已为不少人所知,但这并意味着可以大规模普及了,因为还存在一些不足。
首先是价格较高。尽管VR技术所需的硬件设备在不断改进,成本也在逐步降低,但是相对来讲,大部分设备的造价依然很高,不是普通学校可以接受的。如果降低硬件配置要求,那么用户体验将受到影响,会因画面颗粒感、延迟、眩晕等不佳效果,导致用户不再喜欢虚拟现实。如被称作VR先行者的暴风魔镜第一代产品就被用户吐槽画质粗糙、眩晕感强烈,玩了几分钟就坚持不下去了。除了硬件,相应软件的开发费用也很昂贵,软件所要达到的效果受到各方面影响,许多算法和相关理论也都不很完善。
其次,内容缺乏。教育教的是内容,讲究的是质量,内容是根本,技术是手段。而目前由于内容生态不完善,真正生产内容的厂商数量并不多,加上很多内容制作商并不熟悉VR内容制作特性,因此好的就更稀有。此外有的VR设备因技术等种种原因,场景单一,内容单调。学生使用VR得不到想要的知识,体验不到丰富内容,教师使用VR达不到教学目的,提升不了教学质量,自然就会对使用VR失去兴趣。
再次,VR实验室虽然方便学生操作,也可以减少危险的发生,但是各种数据都是预先设定的,不利于学生自主创新。每个学生都有不同的学习方法,使用不同的教学方式,基于虚拟现实技术的教学平台不一定能满足每个学生不同的需求,所实现的教学效果也因人而异。
第四,VR的潜在危害。有学者指出,长时间使用VR设备会造成昏眩、视觉疲劳,甚至会永久伤害视力,还会出现方向感阶段性的迷失、忘记自己是在了虚拟还是现实中。此外佩戴VR虚拟现实眼镜后,看不到现实周围情况,可能会造成摔倒或碰伤的危险。Oculus官方也特别声明,建议13岁以下的儿童不要戴虚拟现实眼镜,同时Oculus建议成年人也不要长时间的佩戴VR设备。虽然目前还没有确凿的证据VR一定会对人体造成伤害,但仍然值得警惕。
美好未来
应该说虚拟现实(VR)在教育领域的应用目前还停留在初级探索阶段,仍存在一些问题需要克服,不过其未来一定是美好的、应用前景必然是广阔的。随着各种软硬件和内容问题的解决及成本不断降低,VR一定会在教育领域得到广泛应用。相信不久的将来,VR教室、VR实验,VR校园、VR考场都将会出现,这些新兴的教育形式必将在未来教育领域中占有重要的一席之地。

谷歌的纸板VR眼镜Cardboard

手机虚拟现实VR眼镜


