|
導(dǎo)讀：在元宇宙教育實(shí)驗(yàn)室與元宇宙三十人論壇共同舉辦的第三期“育見未來·元宇宙前沿大講堂”上，北京師范大學(xué)教育學(xué)部副教授、“VR/AR+教育”實(shí)驗(yàn)室主任蔡蘇提出了教育領(lǐng)域VR/AR的三個(gè)有潛力的研究方向。
分享 | 蔡蘇，系北京師范大學(xué)教育學(xué)部副教授、VR/AR+教育實(shí)驗(yàn)室主任。 來源 | 第三期“育見未來·元宇宙前沿大講堂”，教育信息化100人微信公眾號(hào)。 以下內(nèi)容據(jù)蔡蘇的發(fā)言整理虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，簡(jiǎn)稱VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，簡(jiǎn)稱AR）、人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI）、人機(jī)交互等新技術(shù)越來越多的應(yīng)用到教育領(lǐng)域。教育是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，具有開放性、不可還原性、非線性、非均衡性的特征，我們要想比較深刻地認(rèn)識(shí)教育的發(fā)展規(guī)律，其實(shí)不是一件很容易的事情。以往人們研究教育系統(tǒng)，無非兩種方式：一種是理論研究，一種是實(shí)驗(yàn)研究，但現(xiàn)在VR/AR以及元宇宙的出現(xiàn)，為我們認(rèn)識(shí)教育系統(tǒng)的復(fù)雜性和教育發(fā)展的規(guī)律，帶來了第三種可能的方式。元宇宙這一概念目前還處于萌芽階段，它的代表其實(shí)是VR/AR的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。雖說VR/AR是新生的事物，但其實(shí)在我們傳統(tǒng)的教育理論上，也能夠找到一些觀點(diǎn)去支撐。簡(jiǎn)單介紹三個(gè)教育領(lǐng)域比較經(jīng)典的理論：行為主義理論由以桑代克為代表的教育學(xué)家所提出，行為主義者認(rèn)為，學(xué)習(xí)是刺激與反應(yīng)之間的聯(lián)結(jié)，人是由刺激得到反應(yīng)完成學(xué)習(xí)的。在VR/AR的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者跟環(huán)境交互能夠迅速得到反饋，戴上頭盔，拿上手柄，只要給計(jì)算機(jī)一個(gè)指令，反饋便會(huì)很快得到，建立了知識(shí)跟反應(yīng)之間的鏈條。具身認(rèn)知理論現(xiàn)在提的也比較多，由心理學(xué)家梅洛·龐蒂第一個(gè)提出，這一理論是在反對(duì)笛卡爾的身心二元論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。具身認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知、身體和他所處的環(huán)境（不管是物理環(huán)境，還是虛擬環(huán)境），這三者進(jìn)行有效互動(dòng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生學(xué)習(xí)。利用VR/AR技術(shù)，可以促進(jìn)學(xué)習(xí)者認(rèn)知、身體和所處環(huán)境的有效互動(dòng)。建構(gòu)主義理論的最早提出者可追溯至瑞士的皮亞杰，這是一種關(guān)于知識(shí)和學(xué)習(xí)的理論，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性，認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)生成意義、建構(gòu)理解的過程，而這一過程常常是在社會(huì)文化互動(dòng)中完成的。在虛擬環(huán)境中包含了很多建構(gòu)的工具和表現(xiàn)的場(chǎng)所，所以也符合皮亞杰的“把實(shí)驗(yàn)室放到課堂當(dāng)中”的建構(gòu)主義理論。我們?cè)偬鼋逃ψ?，來看看產(chǎn)業(yè)界。國際IT巨頭其實(shí)在教育領(lǐng)域也有很多嘗試，微軟、谷歌等企業(yè)都在教育領(lǐng)域做了很多布局。微軟的AR眼鏡可以幫助醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的學(xué)生不用使用真刀，即可練習(xí)解剖人體。2015年谷歌“探索先鋒計(jì)劃”旨在為學(xué)生們打造世界各地的VR之旅，目前已涵蓋200多個(gè)地點(diǎn)，它能夠讓學(xué)生們自由出行于長(zhǎng)城、白金漢宮或暢游在大堡礁的海底，但如果課堂上讓學(xué)生佩戴這種頭盔眼鏡，其實(shí)是把真實(shí)的世界跟虛擬的世界割裂開了，所以2017年谷歌推出了設(shè)備更加輕量的探索先鋒計(jì)劃AR版。不止國外，我們中國政府也非常重視VR/AR的發(fā)展，發(fā)布了很多相關(guān)文件。2017年1月，國務(wù)院印發(fā)《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，提出全力推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合……綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索未來教育教學(xué)新模式。2018年3月，教育部等五部門印發(fā)《教師教育振興行動(dòng)計(jì)劃（2018—2022年）》，提出“互聯(lián)網(wǎng)+教師教育”創(chuàng)新行動(dòng)，充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)，推進(jìn)教師教育信息化教學(xué)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用，推動(dòng)以自主、合作、探究為主要特征的教學(xué)方式變革。2018年9月，教育部發(fā)布《關(guān)于實(shí)施卓越教師培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》，提出深化信息技術(shù)助推教育教學(xué)改革。推動(dòng)人工智能、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境等新技術(shù)與教師教育課程全方位融合，充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)等，建設(shè)開發(fā)一批交互性、情境化的教師教育課程資源。2018年12月，工信部發(fā)布《工業(yè)和信息化部關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用，引導(dǎo)和支持“VR+”發(fā)展，推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品在制造、教育、文化、健康、商貿(mào)等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，創(chuàng)新融合發(fā)展路徑，培育新模式、新業(yè)態(tài)，拓展虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用空間。——VR+教育。推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高等教育、職業(yè)教育等領(lǐng)域和物理、化學(xué)、生物、地理等實(shí)驗(yàn)性、演示性課程中的應(yīng)用，構(gòu)建虛擬教室、虛擬實(shí)驗(yàn)室等教育教學(xué)環(huán)境，發(fā)展虛擬備課、虛擬授課、虛擬考試等教育教學(xué)新方法，促進(jìn)以學(xué)習(xí)者為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)，推動(dòng)教、學(xué)模式轉(zhuǎn)型。打造虛擬實(shí)訓(xùn)基地，持續(xù)豐富培訓(xùn)內(nèi)容，提高專業(yè)技能訓(xùn)練水平，滿足各領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才培訓(xùn)需求。促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)教育資源開發(fā)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；痉稇?yīng)用，推動(dòng)科普、培訓(xùn)、教學(xué)、科研的融合發(fā)展。2017年7月，教育部發(fā)布《教育部辦公廳關(guān)于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》，提出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的研發(fā)要以完成教學(xué)要求和內(nèi)容為目標(biāo)，綜合應(yīng)用多媒體、大數(shù)據(jù)、三維建模、人工智能、人機(jī)交互、傳感器、超級(jí)計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化技術(shù)手段，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的吸引力和教學(xué)有效度。提出將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目納入相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)課程，制訂相關(guān)教學(xué)效果評(píng)價(jià)辦法。提出根據(jù)本科學(xué)科門類中專業(yè)類的當(dāng)前布局和發(fā)展情況，結(jié)合高校專業(yè)類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況和專業(yè)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化發(fā)展需求等因素，統(tǒng)籌規(guī)劃到2020年認(rèn)定1000項(xiàng)左右示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目2019年11月，教育部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》，提出創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，對(duì)于因受時(shí)空限制而在現(xiàn)實(shí)世界中無法觀察和控制的事物和現(xiàn)象、變化太快或太慢的過程，以及有危險(xiǎn)性、破壞性和對(duì)環(huán)境有危害的實(shí)驗(yàn)，可用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段呈現(xiàn)。2021年07月，教育部等十部門聯(lián)合發(fā)布《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》，提出發(fā)展5G+智慧教育，加快5G教學(xué)終端設(shè)備及AR/VR教學(xué)數(shù)字內(nèi)容的研發(fā)，結(jié)合AR/VR、全息投影等技術(shù)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景化交互教學(xué)，打造沉浸式課堂。另外，國家自然科學(xué)基金也新增設(shè)了門類，以支撐虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展。2018年，《2018年度國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》新設(shè)立了一個(gè)名為“教育信息科學(xué)與技術(shù)”的門類，其中的一個(gè)子門類是：虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境。所以很多科研工作者，不管是教育圈子里的科研人員，還是從信息技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)入到教育領(lǐng)域的科研人員，都能找到項(xiàng)目的依托?，F(xiàn)在，越來越多的科研工作者，投入了教育領(lǐng)域。當(dāng)前，在信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的背景下，怎樣重塑學(xué)習(xí)的方式，回歸到教育的本質(zhì)？可以通過擴(kuò)展感知的通道，為學(xué)習(xí)者提供一些交互式、探究式、個(gè)性化、低負(fù)荷的學(xué)習(xí)。我的博士生導(dǎo)師，我們中國虛擬現(xiàn)實(shí)的學(xué)科帶頭人趙沁平院士，曾在《中國科學(xué)》上發(fā)表過一篇名為《虛擬現(xiàn)實(shí)中的 10 個(gè)科學(xué)技術(shù)問題 》的文章。以前虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)具有3I的特征，分別是沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination），趙沁平院士提出了4I，增加了智能性（Intelligence）。虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境目前正朝著立體、多模態(tài)、多通道、智能交互的方向發(fā)展，但是我們目前對(duì)教育領(lǐng)域虛擬環(huán)境的研究，還只是集中在比較簡(jiǎn)單的仿真工具、技術(shù)、文件等方法在教育當(dāng)中的應(yīng)用，對(duì)于技術(shù)融合的智能化學(xué)習(xí)環(huán)境的研究比較匱乏。我大概歸納了三個(gè)比較有潛力的研究領(lǐng)域：第一，多通道信息交互計(jì)算，即拓展除視覺外的其它通道。我們現(xiàn)在更多聚焦的是視覺感官上的刺激，除此之外，其實(shí)還有好多其它通道，比如語音識(shí)別、人臉識(shí)別、情感理解，手勢(shì)識(shí)別、姿態(tài)分析等。這種單一通道的認(rèn)知技術(shù)，其實(shí)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)展得非常快速，能夠使得計(jì)算機(jī)比較準(zhǔn)確地理解學(xué)習(xí)者的單通道行為。另外，現(xiàn)在便攜式的硬件技術(shù)發(fā)展地也很快，催生了一些價(jià)格比較低，同時(shí)便于隨身穿戴的小型設(shè)備，比如手環(huán)，為準(zhǔn)確判斷學(xué)習(xí)者的交互學(xué)習(xí)行為提供了一些有價(jià)值的數(shù)據(jù)。第二，沉浸式智能化學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，即將虛擬環(huán)境與物理環(huán)境和個(gè)體的生理數(shù)據(jù)相結(jié)合，提供動(dòng)態(tài)調(diào)整的學(xué)習(xí)環(huán)境。未來能否結(jié)合一些環(huán)境數(shù)據(jù)，以及個(gè)體的、生理的數(shù)據(jù)提供動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)環(huán)境，動(dòng)態(tài)改變溫度、濕度、光線。同時(shí)，也針對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的內(nèi)容，提供跨媒介的、非結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)資源。這些多模態(tài)交互方式還能滿足學(xué)情，滿足學(xué)習(xí)個(gè)體不同的互動(dòng)需求。第三，過程性數(shù)據(jù)采集和分析，拓展新型評(píng)價(jià)手段，衡量新型學(xué)習(xí)方式的成效。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，會(huì)源源不斷地產(chǎn)生一些不引人注目的過程性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的采集和分析，能夠幫助我們有效地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。另外，新的交互方式，可能會(huì)誘發(fā)一些新問題。比如，戴頭盔可能會(huì)誘發(fā)眼睛疲勞、定向障礙、頭痛、頭暈惡心等問題。所以，在新環(huán)境提供了新的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和體驗(yàn)的背景下，我們需要用一些新的評(píng)價(jià)方法去衡量我們這種新型學(xué)習(xí)的成效和體驗(yàn)的舒適度。
|
