虚拟现实课堂走进高校 元宇宙应用引领教育数字化转型

【环球网教育报道 记者 陈全】一台的完整汽车引擎,从拆解出上千个细小零部件,到重新准确无误地组装起来,一共需要多少时间?答案是只需要“一秒钟”。

近日,记者来到坐落于中国“新硅谷”——后厂村的慧科元宇宙教育体验中心,借助VR设备参与了一堂汽车拆解实验课。通过VR化的教学资源,实验还原了汽车的整体结构与内部构造。在虚拟空间中,实验者可以详细查看每个汽车零件的详细构造,进行多人协调拆解等交互体验,每位学生都能“拥有”一辆专属的实验用车,在数平米的空间中还原实践操作训练场景。

据悉,元宇宙教育体验中心共700余平米,由慧科、开课吧与尚东数字谷联合打造,依托XR(Extended Reality,扩展现实,是AR、VR、MR等多种技术的统称)技术及5G直播体系,融合艺术与科技实现智能化应用场景,设立8大功能区打造沉浸式的科技+教育体验。

“XR数字内容是高等教育信息化建设和实验类教学一流课程建设的重要内容,”慧科集团数字内容事业部总经理张黎黎表示:“元宇宙教育体验中心XR数字内容体验区采用三维仿真技术,着力解决在实际教学中真实实验条件不具备或实际运行困难,涉及高危或极端环境,高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等问题,致力于打造设计合理、效果优良、开放共享的高等教育信息化实验室教学资源。”

例如该区域中的另一项目——复杂地质条件下TBM岩石破碎力学及掘进过程虚拟仿真实验,将被誉为“大国重器”的顶尖科技工程设备盾构机“搬”到了教学现场,记者也得以亲眼见证这一巨大机械设备的整体构造和拆解后的内部结构,了解每一部分对应的功能及运作原理,甚至可以亲自动手操作盾构机模拟隧道挖掘过程,实现了从基础到进阶再到高阶的工程教学链条。

除了还原机械构造和应用场景,XR技术也可以模拟工业制造中的整条生产线。在体验中心东北大学轧制厚度虚拟仿真实验中,慧科携手高校,通过一比一建模还原南京钢铁集团真实的轧钢厂房,让学生不出教室就能体验现实生产工艺。学生按照标准的操作流程,可以得到符合标准厚度的钢材。值得一提的是,除了真实的生产线,所有实验数据外接现实设备数据,达到了教学实践中的虚实融合、数字孪生。对此,慧科集团合伙人、慧科研究院院长陈滢博士在接受采访时表示:“通过数字孪生技术,我们可以将显示世界中的物体映射到虚拟世界中,以便更容易实践操作,而这些操作和数据又可以现实世界联通,这也拓展了元宇宙+教育的应用内涵。”

此外,慧科与北京航空航天大学联合制作的空天防御雷达虚拟仿真实验,将传统教学中的较为枯燥的雷达测距、测角等公式计算过程,通过仿真技术进行可视化成果展现,如果计算准确无误,模拟系统中舰艇发射的导弹则会成功拦截敌机,以此提升教学过程的沉浸感,提升学生学习兴趣。

据张黎黎介绍,慧科已与多家高校和企业开展了数字化实验室共建合作,教学内容涵盖了工程、机械、心理学、生物学、医学、传媒等领域。

如何以实践体验推动理论学习?这不仅仅是实操性较强的业务课程所面临的重要问题。在慧科元宇宙教育体验中心,记者还经历了一堂特殊而鲜活的思政课。

1935年5月,红军部队“飞夺泸定桥”,取得了具有战略意义的重大胜利之一。除了珍贵的历史资料和重温战场的实地探访,怎样让更多年轻人深入理解这一伟大的时刻?仿真思政课程给出了答案。“金沙水拍云崖暖,大渡桥横铁索寒。”头戴VR眼镜,手持操纵手柄,记者跟随着背景声中的历史讲解回到了红军长征那段激情的革命岁月。

“举起手中的武器,三点一线瞄准射击。”在教学引导完成后,记者踏上了泸定桥头。任何语言文字上的描述,也许都比不过在“枪林弹雨”中的冲锋给年轻人留下的印象深刻。VR仿真情境中,一边是敌人疯狂的阻挡,一边是天险之上不断摇晃的铁索,记者小心地蹲下身来在桥面上铺上木板,以供后续部队通过。有战友不慎滑下桥面,则需通过控制操作手柄,将其拉回桥上。一阵紧张激烈的战斗过后,部队终于击退敌人,到达泸定桥对岸。随着点击手柄按键,用力地将象征胜利的红旗插在桥头,记者心中也再次汹涌起一股澎湃的爱国热情。信念、无畏、团结,在党的带领下,正是拥有这些伟大品质的红军赢得了最后的胜利。

在体验中心现场,“飞夺泸定桥”正是最受欢迎的体验项目。随着思政课程重要性不断提升,如何激发课程生命力、提升学生积极性与参与度也成为教育界共同关心和核心课题。而这类颇具创新性、探索性的教学形式,则极大增强年轻人正确的历史认知和对革命英雄的敬仰之情。

“在思政课程方面,虚拟仿真技术的重要性是不言而喻的,它的出现让思政学习更加生动,也更有效率。更重要的是,它代表了教育数字化形态的未来。”陈滢表示。

今年3月,《教育部高等教育司2022年工作要点》印发,提出主动适应高等教育普及化阶段质量多样化、学习终身化、培养个性化、治理现代化的需求,加快建设以数字化为特征的高等教育新形态。具体任务包括:加快完善高等教育教学数字化体系、提升数字化应用能力、提升数字化治理能力、提升数字化国际影响力等。其中特别指出要开发建设一批多介质、数字化、智能化、快速迭代的新形态教材;推进“虚拟仿线”建设,强化“实验空间”平台应用;加快课程思政数字化资源库建设。

元宇宙赋能教育信息化、数字化转型,除了先进技术的应用落地,发展方向在哪?在陈滢看来,元宇宙的概念与沉浸感(Immersion)、交互性(Interaction)、构想性(Imagination)“3I”密不可分。对应到教育领域,则更应该强调另一套“3I”理念,即教育的内涵(Instructive),无论采用何种教育模式,首要标准都是符合教育的基本规律;知识的升华(Inspired),通过虚拟世界打破时间、空间和定律,在更多维度上进行知识沉淀;以及智能的分析(Intelligent),以大数据和人工智能记录学习路径,进行学习画像,辅助因材施教。

对于元宇宙+教育的未来,陈滢强调:“只有把更好的技术模式应用到教育场景中去,才能满足中国庞大的高等教育体量。在这样的背景下,元宇宙+教育将成为慧科的‘双轮驱动’,不仅面向课程内容和平台,而是推进整个教育生态的提质增效。”

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