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VR技术如今能从哪些方面惠及STEM教学?

作者: 来源: 时间:2020-10-04

  当利用VR头罩体验虚拟内容时,展现在人们面前的是一个虚拟的世界,一个只有你想不到,没有看不到的世界。对教育界而言,这一方法被普遍认为提供了一个通过沉浸式体验大幅改善教学效果的机会。

  在经历了前所未有的热炒和随之而来的冷却期后,VR技术于教育的应用进程渐渐进入了一个“脚踏实地”的阶段。众多企业和教育机构正在联手开发成本适中,能真正适用于师生的VR教学内容。日前法国著名的3D软件开发商达索系统的战略开发主管斯托科(John Stokoe)就撰文关注了VR于STEM教学领域的最新进展。

  很多教育界人士都认同,VR最大的特点就是可以让学生完全沉迷在教学中。尽管教师们都希望学生能全神贯注,但他们也知道学生不会或者说不能做到这一点——相比之下,学生却会在“课余时间”花费数小时全神贯注地打游戏,通宵者也并不少见,而花同样精力在学习上的人却屈指可数。

  当下的教育体系被认为“辜负”了很多学生,也并不是所有成绩不好的学生都是捣蛋鬼或者懒惰者。很多情况下现有的教育体系并不适合他们,给他们带来的只有无聊和消极。

  已有很多证据显示,无论学生成绩好坏,都能从VR技术提供的沉浸式教学中获益。可以一直玩好几小时游戏证明了人们能很容易在这样长度的时间内集中精神学习——而在这个过程中,人们甚至都没有意识到自己在学习。

  游戏与跨学科合作

  很多游戏玩家都很热衷于使用VR眼罩,因为眼罩比起电脑屏幕更能给他们一种沉浸在虚拟世界中的感觉。随着硬件和软件的升级,这类设备的价格也开始变得合理:比如谷歌的纸板VR眼镜。而刷新频率更高,有手动控制和动态捕捉功能的高端设备价格也逐渐降到了人们可以承受的范围。

  将游戏体验转化为教育应用可以吸引学生的全面参与,从而帮他们收获于虚拟世界学习的益处。事实上,任何年龄的学生都能被虚拟世界所吸引,因此这一技术也可以被运用到从学前教育到高等教育,甚至在职培训中去。

  数据显示,仅英国就每年需要7万名新工程师来填补目前的“技能缺口”。目前理工科教育所面临的一个严峻问题就是,学生对每门学科的学习是孤立的。在一个需要跨学科和跨组织团队技能的就业环境中,求职者和雇主都面临着相同的难题。

  我所任职的达索系统公司(Dassault Systèmes)正在和多家大学合作,努力解决这一问题。其中一个方案是通过利用位于云端的智能3D模型作为可分享资源,帮助全球的理工科学生于同一个项目中实现合作,并将他们不同领域的学科知识结合在一起。

  在跨学科团队中工作也意味着要学会交流、分享和结合各自的经历和技能。这种办法让学生的学习体验和收获的技能更符合未来就业环境的要求,进而也就增强了他们的就业能力。

  STEM教学中的虚拟世界

  对于STEM学科来说,虚拟世界很容易成为传统授课方式的补充,替代很多无法吸引学生的2D授课方式。通过走进虚拟世界,师生可以了解“是什么让学习变得有趣和引人入胜”,以及如何做到这一点和其背后的原因。

  尽管VR能被运用到大多数学科中,但这项技术却尤其适合于STEM教学或工程培训。这是因为包括3D模拟动画在内的高度现实感的3D视觉内容能展示出十分复杂的产品、流程和系统。

  VR在这方面的优势明显。例如学生可以了解虚拟的飞机引擎构造,而无需拥有一个实体。这对节约成本带来的影响相当可观——不仅仅能提高效费比,还能大幅减少学生受伤的风险。

  通过虚拟引擎,整个班的学生都能实现在同一时间观察每个细节,从而完全理解其构造。此外VR技术还能模拟引擎运作,学生甚至可以在其运作时从机器内部进行观察——这在现实生活中是无法实现的,只有VR让学习体验提升到了一个新高度。

  目前达索正在那些能从“3D语言”中获益的,例如设计、建筑和工程等学科同包括40所英国大学在内的各大教育机构合作,通过基于我们开发的3DEXPERIENCE平台的数字模拟功能惠及全球近500万学生。

  其中一个项目是为年轻工程学科学生打造可视化的3D汽车、摩托车和古董车的模型,从而让他们可以在虚拟世界中用一种有足够吸引力的方式来理解和思考理论概念。

  基于达索的数字化3D模型,学生会被鼓励将自己学到的知识应用到这些模型上。目前一些中学生已经创造出了包括钓鱼竿卷线器、搅拌器、能打破车速记录的汽车和机械手在内的虚拟作品——一切都是在VR世界中完成的。

  课堂之外的VR应用

  除了课堂教学,利用虚拟内容和VR硬件也可以让学生于校外期间进行自己的项目,从而真正将课程内容打包回家独立学习,同时克服在学校中所暴露的自身弱点。与玩游戏一样,他们在完成任务升级时也能获得即时的反馈和奖励。

  职业培训也可以使用同样的方法——创造出让受训者可以体验危险活动的虚拟环境,从而不会让受训者和指导者面临任何现实风险。

  例如在VR世界中打造出核电站、矿井或炼油厂就意味着人们能在安全环境下反复学习流程和进行实践,进而获得在现实环境中所需要的自信和经验。这类培训让人们能在虚拟环境下体验到诸如泄漏、洪水或者火灾等危险情况,并学习如何应对。

  开发数字化内容本身也具有教育意义,学生可以采用像是SOLIDWORKS这样行业领先的设计模拟应用。VR世界的开发将很多不同的学科结合在了一起,通过合作互相学习。相对地,这也让创新能随着不同领域、科目和创意的融合而不断出现。

  为教育注入生命力

  在医药领域,达索如今通过Living Heart项目展现了3D建模如何彻底改变个性化医疗:基于患者数据所创造出的虚拟心脏可以让医疗专业人士有机会模拟其特定的活动,以及模拟血液、神经、支架和起搏器手术。

  这对于医生、外科医生和设备制造商来说是一大进步,让他们终于可以通过虚拟方式从各个角度看到个体的心脏情况及其存在的问题。

  像这样的很多项目都展现了“事物”是如何运作的,它们之间如何互相关联,又是如何在虚拟和现实世界之间进行转换。同时可携带设备也让人们能在任何地方工作,这样人们就能在需要的时候提醒自己提升技能,由此带来的成本和时间节约以及教育收益都是显著且终身的。

  当然,STEM以外的科目也能从VR科技中获益良多。例如VR可以让学生在虚拟世界“穿越”到过去来学习历史,通过虚拟模型学习物理和社会地理学,甚至可以让学生再次看到已经灭绝的生物。如果加上AI技术,我们甚至还能模拟董事会、法院或其它场景。

  在教育中创造和配置虚拟世界不仅成本划算,也可以快速形成规模化。例如在印度,对VR技术的利用已经成为了Digital India和Skills India项目的一部分,其中包括数千个培训合作伙伴和近5500万学生,他们正致力于通过知识来实现赶超其他国家、将印度打造成世界技能之都的梦想。

  随着高级软件应用和硬件科技的普及,未来几年中还会有越来越多的人通过各种方式在虚拟世界中观察和体验真实的世界,以一种全新的、更加全面的方法来学习。VR在教育领域的能力已得到了充分证明,而它在教育和培训方面的潜力不夸张地说,是无限的。

  (原文作者:达索系统公司战略开发主管John Stokoe)

  来源: 英国教育周刊

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