AR与VR 引爆教育革命.pdf

AR 与与 VR 引爆教育革命引爆教育革命 过去的半个多世纪可以被看作是一部“数字化教育不断向传统教育发动攻击”的革命 史。在这个过程中，几乎每一次重大的数字技术革新，都会引发一波关于数字教育即将颠覆 传统教育的舆论热潮。随着虚拟现实（VR，virtual reality）和增强现实（AR，augment reality）技术的兴起，教育领域又将迎来颠覆性的改变。 虚拟现实技术目前在很多领域得到应用，包括游戏、电影、医疗等，而培训和教育领 域尤其被大家看好。在今年一月份拉斯维加斯的消费电子展览会（CES）上，近三分之一的 受访者认为教育领域最有可能从 VR 技术的应用中获益。 虽然当前 VR/AR 在市场上广受关注， 但这项技术究竟给我们带来什么样革命性的不同？ VR/AR 教育应用是否可以绕过先前在线教育的种种障碍，给教育行业带来颠覆性的变化？ 从教育技术的角度来讲，第一个问题的关键是要了解 VR/AR 技术的学习效用（learning affordances）问题，也就是我们能够直接感受到虚拟现实相关技术在学习领域的各种可能 性应用；第二个问题实际上是关于 VR/AR 技术在教育应用实践中的机遇和挑战。 一、全新的学习体验 目前，VR/AR 在教育中的应用还远未普及，但是教育技术文献中关于 3D 虚拟世界的 学习效用研究已经有很多积累。 结合一些被广泛引用的研究结果， 我尝试总结出一个 VR/AR 的学习效用模型（见图表）。一些研究结果表明，VR/AR/MR（mixed reality，混合现实） 技术的应用确实可以给学习者带来一些完全不同的感受和体验。 1.沉浸现实感 几乎所有第一次接触虚拟现实环境的人， 都会不自觉地发出这样的一个感叹：“哇哦！ ” 一旦我们带上了头盔， 或者借助一个虚拟化身进入到一个虚拟现实世界， 首先能够感受到的 就是一种完全沉浸式的存在感。这种沉浸现实感所蕴含的学习效用很多。 首先，学习者会变得好奇。当我们戴上虚拟现实头盔，并沉浸于一个和周围环境隔离 的现实时，我们会自然地产生一种强烈的好奇心和探索欲望，变得更加专注，从而增强记忆 的能力。 其次，基于三维空间的导航更符合我们人脑的认知。在三维的虚拟现实环境中，学习 者获得的是“第一人称、非符号表征”的体验，而不是“第三人称、符号表征”的概念。 最后，用户在虚拟现实环境中的形象，可以对真实世界中的用户认知、行为和态度产 生正向强化影响。用户一旦在虚拟现实世界中选择比较高大、俊美的化身，在与其他用户交 互过程中会表现出更有自信心、 更加有进取心的行为， 这种被强化的行为还会持续影响用户 在真实世界中的行为和态度。 2.时空操控感 虚拟现实基于数字时空而构建，所以虚拟现实中的时间和空间是可以被控制的，并且 虚拟现实环境中的一些基本世界属性如重力、速度、光影效果都可以改变。 时空操控感对应的学习效用是空间知识表征。比如，在一个基于经典物理力学规则构 建的三维世界中， 学习者可以直接观察和体验作用于一个对象上的力所产生的效果。 虚拟现 实在空间知识表征能力上最有用的领域， 应该是那些在现实世界中不太容易感受到的概念和 原则，比如在危险环境中的操作技能训练、非常规尺度时间和空间维度下的进程模拟、极小 概率的事件和行为模拟等。 3.现实叠加感 现实叠加更多是 AR 应用所具备的基本特征。增强现实技术让数字世界和真实世界的 边界变得模糊，来自数字世界的信息和真实世界进行实时交互，这在儿童教育、语言学习、 化学、医疗等领域得到了高速发展。 通过实时叠加数字世界数据包到真实世界，增强现实在教育应用方面有着非常大的想 象力空间。最典型的学习效用是对探索式学习的支持，首先因为 AR 技术交互简单，只需要 用户拿手机拍摄一下目标对象即可；其次，AR 应用对教师的教学过程干扰度小，教师可以 根据自己的教学安排在课堂上随时插入 AR 内容。 4.共同存在感 共同存在感指的是与他人共同感受到在一起，可以是在一个完全虚拟的世界里，或者 是在一个混合现实或增强现实环境中。 协作学习是共同存在感所具备的学习效应之一。借助于三维虚拟世界环境，学习者可 以真切感受到与同伴们在一起的感觉。 这种感觉， 对于构建一个成功的协作学习环境有着非 常大的意义。 二、颠覆企业培训实践 VR 和 AR 技术一经出现就被一些企业应用在品牌推广、人才招聘和用户互动等方向。 但由于其成本较高，技术还不够成熟，因此在企业培训中尚属早期探索阶段。参照全球范围 内一些公司在该领域的尝试，我们可以预测 VR 和 AR 技术会在企业培训的四大方向优先得 以应用： 新员工入职培训、 工作中的嵌入式学习、 场景化领导力培训、 团队融合体验式活动。 1.打造沉浸式新员工入职体验 在新员工培训项目中，可以引入不同程度的虚拟现实技术应用。 首先，基于沉浸现实感，提升新员工培训内容和情境的沉浸感。在培训内容设计上， 利用虚拟现实技术可以让员工体验企业发展历程、重要里程碑、标杆产品介绍、职业道德和 文化风范等。在入职培训活动的沉浸式设计当中，可以引入一些基于 VR 技术的交互视频， 用于展示一些相对比较复杂的流程和工具使用方法。 其次，基于共同存在感，为分布在不同团队和部门、不同城市和区域、来源于不同国 家和文化的新员工，创建一个有共同归属、共同存在感的虚拟现实社区平台。例如，我们能 够借助虚拟现实社交平台和工具， 让新员工定期来到一个虚拟现实咖啡馆畅所欲言， 分享每 个人入职之后的一些心得体会， 这将加强新员工之间的情感连接， 使他们产生很强的归属感。 案例案例一：一：I IBMBM 应用应用 3 3D D 虚拟虚拟世界世界大学大学实施实施入职入职培训培训 IBM 传统的新员工培训主要是一个三天全封闭线下课堂培训， 需要员工从不同的地区赶 赴到一个特定地点。 在业务高速发展的情况下， 传统的新员工培训方式已经满足不了业务需 求。 最终的新员工培训方案采用了在 3D 虚拟世界中进行闯关式学习的方式。 新员工入职之 后，会登陆到一个三维的虚拟世界平台，叫做“SucceedingIBM Academy”。员工可以选择 一个代表自己的虚拟化身（Avatar)，登陆平台之后可以看见自己和其他在线学习同伴，相 互可以交流并加为好友。新员工可以用步行、飞翔、瞬间空间传送等方式自由探索三维的虚 拟世界校园。 新员工培训的学习内容被设计成一个个独立的探索性任务。刚进入校园的时候，新员 工会遇到一个学习助手（NPC），通过她可以接受当前需要完成的学习任务，选择接受后就 被直接远程传送到任务地点。每完成一个任务，系统会将用户传送到学习助手位置，激活并 接受下一个任务，直到全部完成。在平台的管理后台，每位学习者的学习任务进度和结果都 被完整记录下来，便于培训管理员进行学习记录分析和管理。 IBM 的 3D 虚拟世界大学是基于 Active Worlds 平台开发的，该平台和当前主流的 VR 平台在现实仿真度上还存在一定的差异。但即使只是基于虚拟世界的这种沉浸式学习体验， 对于 IBM 的新员工来说已经非常新颖。 很多员工在接受访谈中都认为这种学习体验实在太酷 了， 他们可以按照自己的节奏在三个月内完成规定的学习任务， 在平台上认识了很多来自不 同部门、地区和国家的同事，还可以真切感受到公司对于他们培训的关注。 2.用 AR 技术改进工作中的嵌入式学习 在企业学习培训体系规划中， 我们通常会根据员工学习转化与实际工作之间的相关度， 将企业培训分成三大类：工作外学习（workapart learning，即正式学习）、工作赋能学 习（work-enabled learning，即非正式学习)、嵌入式学习（work-embedded learning， 即“做中学”)。 AR 技术的到来对于企业嵌入式学习是一个非常大的机遇。 嵌入式学习的一个关键需求 就是，在正常工作流中能够基于真实的任务提供及时的教学指示、演练和反馈。引入 AR 技 术可以让员工直接走进现实的工作场景，比如一个汽车装配车间，一个钻井平台。借助配备 特殊的 AR 眼镜， 员工可以实时扫描和记录现场的情况， 并且根据需要加载相应的操作指示， 并基于员工的实际操作提供及时反馈。 学习的过程也就是工作的过程， 并且学员的一切操作 都被记录下来，可以后期进行回放和复盘学习。同时，AR 技术可以让大家在同一时间、同 一个空间，看到同样一件事情，这种共享的体验将极大地促进团队协作的效率。 案例二：洛克希德马丁公司案例二：洛克希德马丁公司 借助借助 ARAR 眼镜组装战斗机眼镜组装战斗机 美国著名的航空航天制造商洛克希德马丁公司（Lockheed Martin Space Systems Company）在 2015 年与加拿大的 NGRAIN 公司合作，利用增强现实技术和嵌入式培训来指导 F35 战斗机的组装。 NGRAIN 公司提供的方案包括给每位技师发放一个价值 700 美金的爱普生 Moverio BT-200 型增强现实眼镜。这是一个透明眼镜，有一个前视摄像头，利用动作和深度空间感 应器把一些数字影像叠加到技师的实际工作环境。 所以当技师们在飞机降落组件上安装一个 制动模块的过程中，在看见轮子的同时，他们穿戴的 AR 眼镜上会实时渲染每一个需要安装 的螺钉和缆线，包括零件的数字编码、针对每一步骤的实时指导。这种体验就好比组装一个 乐高玩具时， 你能够看到一个个全息的乐高组件形状以及具体的操作指令， 而无需停下手头 工作去查阅指导手册。 NGRAIN公司声称， 基于他们的增强现实技术的培训， 使得工程师的工作速度提升了30%， 准确率达到了 96%。并且，这种方式大大地降低了员工的培训时长和成本。 3.支持领导力培训中的行为转化 转化学习（transformative learning）通常被认为是成人学习的重要途径和目标。企 业内的领导力培训可以借鉴转化学习的很多理论， 特别是如何构建出一个有效的支持转化学 习环境，促进学习者在领导力行为层面的改变。 混合现实技术的应用为构建这样的一种学习环境开辟了一些新的途径。 首先，借助混合现实技术可以根据培训需要动态加载一些全息的案例，帮助学员获取 更加系统、客观的真相，引发学员辩证式的讨论。现有的全景视频拍摄技术能够从 360 度 记录一个事件发生的全部过程， 在项目复盘的时候学习者可以以第一人称视角进入到事件发 生的具体场景，用不同的视角感受最真实的事实。 其次， 混合现实技术还可以应用到跨文化交际的培训环节。 随着世界变得越来越 “平” ， 跨文化交际也成为领导力发展的一个重要主题。 跨文化交际能力的培养是一种转化学习， 需 要我们在相互尊重、相互理解的前提下，更加全面地了解其他文化和传统习俗。借助于混合 现实技术，我们可以让学员“走进”一个文化所代表的真实生活环境，用当地人的视角去观 察这个世界，其结果一定是非常震撼的。 最后，混合现实技术还可以从交互手段和结果呈现上颠覆现有的沙盘培训。传统的沙 盘培训基本上都依赖于一个电脑模拟软件， 或者干脆就是一些线下的数据输入和报告。 混合 现实可以更直观、 更立体地呈现沙盘的实时状况和演变。 参与者还可以从远程以团队方式参 与互动， 从而将沙盘演练的边界从一个固定的培训教室拓展到世界上任何一个角落。 未来的 沙盘很可能就是一个正在运行的真实项目， 所有的数据都是来自于现实世界的真实数据， 所 有用户都可以实时洞察项目的一切变化，并通过各种终端设备和项目母体进行互动。 案例三：案例三：IBM IBM 在在 Second LifeSecond Life 平台开展文化节活动平台开展文化节活动 IBM 是一个全球整合型的公司。 作为 IBM 团队的领导者， 如何能够快速了解不同文化所 代表的风俗人情，拓展跨文化交际的认知，真正尊重团队中的每一位成员，是一项非常重要 的技能。 在 2009 年，IBM 负责全球员工学习与发展的团队基于 Second Life 平台设计和实施了 一个小范围的“文化节”活动。该活动的主要目的就是尝试用一种创新的技术手段，帮助企 业员工提升对于不同文化的感知度。项目部署分为两个阶段，开发阶段和部署阶段。在开发 阶段，IBM 学习与发展团队在公司内部公开邀请了一些有能力在 Second Life 平台进行 3D 环境设计与建模的团队， 构建出有地域文化特征的三维世界内容， 整合了建筑、 音乐、 艺术、 游戏、礼品等文化元素。第二阶段，在为期一周的文化节展示活动中，主办方每一天都会提 前公布目标地点及代表的主办国文化。因为是小范围试点，只有一小部分员工接受到邀请。 每次活动大约一个小时时间，注册成功的员工在同一时间登录 Second Life 平台，并被远程 传送到指定地点。 Second Life 平台支持语音和文字聊天，所以文化节的体验就好比是一个环球旅行，并 且每次所经历的体验都不一样。我们可以看到传统的中国式街道、日本民居、意大利的著名 艺术走廊、 美洲印第安土著的生活起居等。 员工不再是通过平面的印刷媒体或视频来体验异 域文化，而是直接“走”进一个个风格各异的建筑，听到代表该文化的民族风情音乐，感受 到真实的文化和器具。 4.结合 AR 与 LBS 设计“团队竞合项目” 今年，由任天堂、Pokmon 公司和谷歌 Niantic Labs 公司联合制作开发的宠物养成 手游 Pokmon Go 大火了一把。该游戏结合 LBS（基于位置服务）与 AR 技术，让人们走 出自己的卧室，在世界范围内 Pokmon Go 可能出现的场所捕捉宠物。推出不到两周的时 间，该游戏已经超越 Facebook 和 Snapchat，成为最受欢迎的 APP。 如果我们能够基于 Pokmon Go 的这种游戏参与形式， 重构我们的线下活动体验， 将 会是什么样的情形？ 首先， 将枯燥的学习内容趣味化。 我们可以将 Pokmon Go 中的宠物替换为企业的吉 祥物，或者文化勋章，或者一次团建活动中需要大家收集的奖品。用户在收集这些物品的过 程中可以重新认识和学习公司使命、文化价值观、团队行为守则等，而这一过程原本比较枯 燥。 其次，更好地激发员工的参与。可以为员工提供一个开放的、可持续探索的空间，同 时设计出一些相对有挑战性的任务， 鼓励员工组队才能够完成， 并且员工可以实时分享他的 个人和团队成绩到社交媒体。 这样的一种游戏参与体验必然会激发员工的参与积极性， 一定 程度上也将可以提升员工的团队荣誉感和敬业度。 最后，激活员工和业务团队，鼓励他们共同参与到游戏内容设计和社区的运营。企业 可以为团队提供可定制游戏设计模板， 让业务团队和部门能够自主组织类似的团队内部活动。 虚拟现实技术本身还存在各种挑战。就连 Oculus 的创始人帕尔默拉奇（Palmer Luckey）都表示，至少需要 10 年时间，虚拟现实设备才有可能替代智能手机成为一个主流 计算平台。要营造令人完全沉浸式的虚拟现实体验，还需要更宽的视角、更高的分辨率和刷 新率、更低的动作延迟、更精准的跟踪、更便携的设备、更好的视听效果等。只有当这些技 术问题得到了解决，并且虚拟现实装备的价格降到了大众可消费程度，我们才有可能看到 VR 技术在教育行业中的普遍应用和推广。