創(chuàng)客空間2.0：VR主題的創(chuàng)客空間建設(shè)

管雪沨 吳俊杰

創(chuàng)客教育具有典型的裝備驅(qū)動的特征，但它又不是裝備競賽，更不是有裝備就萬事大吉了，在從創(chuàng)客空間1.0到創(chuàng)客空間2.0的發(fā)展過程中，相對于開源機器人、人工智能而言，VR（虛擬現(xiàn)實）設(shè)備可能是需要新投入的一大塊預(yù)算。之前我們努力地推動各級各類創(chuàng)客嘉年華和競賽活動，推動創(chuàng)客教育普惠課程的開源課程建設(shè)，實際上都是為了讓硬件能夠充分地用起來，能夠有更好的教育產(chǎn)出。本期，關(guān)于創(chuàng)客教育2.0核心技術(shù)的“三板斧”已經(jīng)到了尾聲，“編筐編簍，重在收口”，我們來看一看VR主題的創(chuàng)客空間建設(shè)又有哪些切實的問題需要解決。后續(xù)我們還將從學(xué)術(shù)的角度繼續(xù)探討創(chuàng)客空間2.0時代的教與學(xué)的變化及其對社會的發(fā)展可能帶來的積極影響。

管雪沨

江蘇省常州市北郊小學(xué)校長、黨支部副書記。江蘇省教育信息化專家組成員、省教育科研先進工作者，江蘇省網(wǎng)絡(luò)名師、常州市名教師工作室領(lǐng)銜人、高級教師，中國系統(tǒng)仿真學(xué)會3D教育與裝備專業(yè)委員會副主任委員。從事教育信息化工作二十余年，組織大批教師參與信息化建設(shè)與應(yīng)用，多次承擔(dān)“國培計劃”講師、全國教育信息化活動專家工作。曾擔(dān)任全國中小學(xué)生電腦制作活動創(chuàng)客項目裁判長，受邀出席首屆世界教育信息化大會作“創(chuàng)客教育”主題發(fā)言。

吳俊杰

北京景山學(xué)校信息技術(shù)教師及物理教師，STEM教育研究者，研究方向為創(chuàng)客教育的普及課程和教師專業(yè)發(fā)展。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域，致力于從教育的角度推動可持續(xù)發(fā)展理念下的模塊可重用的設(shè)計，推進電子、家電、家具、建筑行業(yè)的可重用設(shè)計的理念和消費行為。

吳俊杰：管老師，我們其實已經(jīng)很熟悉了，相信很多人之前更多地了解您是一位創(chuàng)客教育和教育信息化名師，但以后可能更多的人會對您的另外兩個身份更加熟悉，其一是常州市天寧區(qū)北郊小學(xué)的校長，負責(zé)學(xué)校的全面工作，其二是中國系統(tǒng)仿真學(xué)會3D教育與裝備專業(yè)委員會副主任委員，具體對接中小學(xué)創(chuàng)客教育和虛擬現(xiàn)實、3D建模一類的仿真技術(shù)的教育應(yīng)用。所以，此次創(chuàng)客空間2.0的相關(guān)討論中，對于如何建設(shè)虛擬現(xiàn)實主題的創(chuàng)客空間，促進VR技術(shù)的落地和3D建模技術(shù)的升級，我們也一起調(diào)研了很多學(xué)校和企業(yè)，從不同的角度給出一個系統(tǒng)化的呈現(xiàn)。

首先，我們需要回顧一下VR技術(shù)的發(fā)展歷史，它與人工智能技術(shù)可能有著類似的背景，我不是很清楚在VR和虛擬現(xiàn)實或者更大范圍內(nèi)的虛實結(jié)合領(lǐng)域，在人類的技術(shù)發(fā)展史上是不是也有一些起伏，或者有一些標(biāo)志性的事件在影響著我們對該技術(shù)的認知，虛擬現(xiàn)實技術(shù)這一輪的發(fā)展，主要的促進動力來自哪里？

管雪沨：虛擬現(xiàn)實技術(shù)從歷史的發(fā)展角度來說，已經(jīng)有60多年的發(fā)展史了，其實它發(fā)展的背景也很簡單，最初的研究動力就是如何用計算機在二維的平面上去顯示一個三維物體。我們今天能看到的三維游戲、3D視頻和大量三維建模軟件都在這條技術(shù)的發(fā)展路線上，這其實也是創(chuàng)客空間2.0的代表性技術(shù)VR和創(chuàng)客空間1.0時代的代表性技術(shù)3D打印的一個銜接。

這一輪虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，實際上一開始它背后的推動力，主要是在硬件上有了一個巨大的提升，就是大家常常能夠在商場看到有人展示和體驗的VR頭顯設(shè)備。這種基于雙目顯示的沉浸式虛擬現(xiàn)實硬件，在科研院所的實驗室里一直都是有的，但是價格常常讓學(xué)校和家庭無法承擔(dān)，因此這種設(shè)備只能應(yīng)用于科學(xué)實驗和技術(shù)探索，不能走進普通家庭和基礎(chǔ)教育。與開源硬件降低了物聯(lián)網(wǎng)和機器人的開發(fā)及應(yīng)用價格一樣，隨著液晶技術(shù)、圖形芯片技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，我們把虛擬現(xiàn)實的硬件設(shè)備小型化、輕便化、民用化，把它的價格降到家用計算機和手機的水平。

開源硬件是在2007年興起的，創(chuàng)客運動是在2011年左右興起的，VR技術(shù)的快速發(fā)展也是在這個時期，而且它的故事很“創(chuàng)客”，最開始也是源自眾籌，這體現(xiàn)了創(chuàng)客平臺除了普及創(chuàng)客技能之外的“孵化優(yōu)秀企業(yè)”這一特征。但虛擬現(xiàn)實其實是一個大的領(lǐng)域，教育只是其中的一個應(yīng)用場景，從國內(nèi)的角度來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)現(xiàn)在可能沒有2017—2018年那樣紅火了，但是從整個行業(yè)的發(fā)展來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)正處在一個穩(wěn)步發(fā)展的狀態(tài)。在技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域有一句話叫“我們常常高估一個技術(shù)在五年內(nèi)的發(fā)展，卻低估它在十年后的發(fā)展”。目前，虛擬現(xiàn)實設(shè)備的分辨率、移動性和便捷性都在不斷地提升，其交互的簡易程度也在提高。在今年全球電子產(chǎn)品都因受到新冠肺炎疫情影響而下滑的情況下，游戲用途的VR頭盔上半年銷量又提升了一個量級。可以設(shè)想，就像電視、投影儀對教育的影響一樣，在未來的五年，VR顯示設(shè)備對教育的綜合影響也將會凸顯出來，而校園創(chuàng)客空間可能是一個最好的測試各種教學(xué)模式的場所。

吳俊杰：其實一直以來，創(chuàng)客空間就承擔(dān)著一個功能，就是技術(shù)民主化，或者說讓極客階段的技術(shù)能夠比較容易地進入到普通公眾的生活當(dāng)中這樣一個角色，這也是國內(nèi)的創(chuàng)客教育承擔(dān)的一個很重要的功能。據(jù)我了解，在已經(jīng)建設(shè)好的創(chuàng)客空間中，有一些預(yù)算比較高的學(xué)校，已經(jīng)配置了部分VR設(shè)備，還有很多學(xué)校也建設(shè)了專門的VR教室。估計在這一輪創(chuàng)作空間2.0的迭代更新中，會有更多的學(xué)校將采購VR設(shè)備放在預(yù)算范圍內(nèi)。那么這些設(shè)備怎樣才能在學(xué)校場景中有一個更好的應(yīng)用，這些應(yīng)用的方式如何才能夠更好地讓學(xué)生真正地去駕馭虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是創(chuàng)客教師、學(xué)科教師和校長都需要共同面對的問題。

管雪沨：虛擬現(xiàn)實可以分為幾類應(yīng)用場景，其中一類應(yīng)用場景是知識的傳授。VR最早的應(yīng)用就是從這里開始的，但這也是目前體驗最差的一個場景。因為在知識傳授的場景下，我們有很多性價比更高的方式，如PPT、視頻、傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)在的直播一系列技術(shù)。這就是我們調(diào)研下來，發(fā)現(xiàn)很多試圖用VR課程資源來輔助講解物理課、化學(xué)課的“VR播放展廳”式的VR教室，師生在其中上課的體驗并不很好的一個原因。產(chǎn)生這樣的結(jié)果的原因有很多，但最主要的還是與教師只是用別人設(shè)計好的“VR版PPT”，不能自主開發(fā)自己的教學(xué)資源有關(guān)。

另一個場景是技能教育或者說勞動體驗。在技能型的場景下，我們其實已經(jīng)能看到很多的VR技術(shù)落地應(yīng)用，如應(yīng)急演練、消防演練、技能實操等，在這些行業(yè)中，VR技術(shù)已經(jīng)逐漸地生根、發(fā)芽和滲透。然而，在技術(shù)教育的場景中，教師要處理好教學(xué)目標(biāo)，用來培訓(xùn)飛行員的VR教學(xué)系統(tǒng)和用來讓小學(xué)生感受垃圾分類的VR教學(xué)系統(tǒng)，其實效性要求和仿真程度一定是不一樣的，雖然VR技術(shù)的沉浸性和切實的教學(xué)效果，已經(jīng)被要求更高的技術(shù)領(lǐng)域所認可，但這需要專門領(lǐng)域的很大投入，且在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域其合理性存疑。

接下來就是創(chuàng)客空間中的VR應(yīng)用是什么樣的，我認為創(chuàng)客空間是一個非常特殊的空間，對于技術(shù)而言，它承擔(dān)的是一個去魅的過程，即探索技術(shù)的本源是什么。所以我們會看到在創(chuàng)客空間中融合了大量的技術(shù)，但這些技術(shù)都是以技術(shù)本源的形態(tài)出現(xiàn)的，如開源硬件更多出現(xiàn)的是裸露的單片機，而不是現(xiàn)成的樂高一類的產(chǎn)品;傳感器更多的是以元器件的形態(tài)出現(xiàn)的;機械結(jié)構(gòu)的教學(xué)是以原始建模加激光切割的形式去建構(gòu)的。這也是為什么說在創(chuàng)客空間2.0中，開源機器人比產(chǎn)品化的機器人更鍛煉學(xué)生的能力。對于VR技術(shù)也是這樣，讓學(xué)生以一個創(chuàng)作者的心態(tài)，而非一個使用者的心態(tài)去看待它，是創(chuàng)客空間中的VR技術(shù)應(yīng)用最核心的部分，這一點和創(chuàng)客文化是一以貫之的關(guān)系。這對于部分喜歡更具誘惑的VR游戲的學(xué)生而言也是一個脫敏的過程，進而幫助他們更好地處理虛實關(guān)系。

所以我認為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應(yīng)用，可以分不同的空間屬性。在創(chuàng)客空間里的應(yīng)用，更應(yīng)該把虛擬現(xiàn)實技術(shù)最本源的東西、最核心本質(zhì)性的東西呈現(xiàn)給孩子，讓孩子們能夠了解這個技術(shù)，并基于這樣的初級工具進行一些最基本的創(chuàng)作和最基本的作品展示。我認為在創(chuàng)客空間2.0建設(shè)中，這樣的虛擬現(xiàn)實技術(shù)教學(xué)場景是一個更務(wù)實的選擇，也是一個落地實操性更強的選擇。

吳俊杰：我自己認識虛擬現(xiàn)實技術(shù)也經(jīng)歷了一個發(fā)展過程，如最早的時候由于學(xué)校創(chuàng)客空間的預(yù)算比較高，所以就配置了VR設(shè)備。但是在電教部門的教師問我是配一套還是配二十套時，企業(yè)給我的方案基本上是玩一個VR環(huán)境的過山車游戲或者看一段恐龍歷險的影片。我就詢問他們，能不能對游戲進行修改，自己制作VR場景，他們說不能夠修改。這樣我就覺得可能只需要讓學(xué)生感受一下就可以，沒有必要配置更多的這種設(shè)備。直到最近，我開始發(fā)現(xiàn)，有能夠把3D建模、編程以及VR場景的搭建和應(yīng)用結(jié)合在一起的平臺，并且可以從計算機到手機VR到頭顯VR進行不同配置的文件，這時，“玩VR而不是被VR玩”的教學(xué)熱情才被激發(fā)出來。例如，我可以制作一個簡單的三維游戲，或者是建立一個學(xué)校的3D校史館，也可以制作一些簡單的三維課件。這時，我才發(fā)現(xiàn)有必要開始在創(chuàng)客空間中系統(tǒng)地進行VR應(yīng)用的教學(xué)。

教學(xué)的過程首先是三維建模的教學(xué)，如我們要建立一所學(xué)校的虛擬的校史館，需要建立一個3D模型，這些模型有房屋的入口，還有展示墻的設(shè)計，這就需要把圖片以貼圖的方式放在展示墻上。接下來，我們將進入軟件，把立體模型導(dǎo)入，并通過編程設(shè)計交互效果。交互效果可以是鼠標(biāo)的操作或者是用開源硬件MaKey MaKey、Arduino leonardo模擬的鼠標(biāo)鍵盤操作，也可以是手機VR中的三軸加速度傳感器以及注視懸停一類的交互操作，還可以是頭顯VR手柄中更加復(fù)雜的交互體驗。甚至使用虛谷號一類的高性能可投屏的開源硬件自制VR頭顯，這樣一個過程就有了創(chuàng)客空間中不同層次的VR學(xué)習(xí)體驗，讓學(xué)生像專業(yè)的VR工程師一樣工作。

當(dāng)然，對于一個綜合項目而言，學(xué)生需要考慮交互效果、三維模型的設(shè)計以及編程。這體現(xiàn)了創(chuàng)客空間2.0階段的教學(xué)綜合化的特點。一段很短的VR場景的搭建，可能比一些簡單的3D模型設(shè)計要消耗多出幾十倍的時間，但這個過程也正是VR本身的價值所在，考慮到教學(xué)時間的限制，我們?nèi)孕枰獌?yōu)選出一個合適的教學(xué)順序，甄選相應(yīng)的教學(xué)案例。

管雪沨：其實就VR產(chǎn)業(yè)而言，大家可以從更傳統(tǒng)的一個產(chǎn)業(yè)來看，它本質(zhì)上是媒體產(chǎn)業(yè)，與印刷術(shù)、廣播、電視機、互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)在媒體領(lǐng)域的不斷進步和迭代是一樣的。當(dāng)我們定義清楚了VR產(chǎn)業(yè)的媒體屬性之后，我們就知道VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一定是由于一種VR的硬件載體的廣泛應(yīng)用和發(fā)展帶來的VR內(nèi)容，也就是媒體內(nèi)容的應(yīng)用和發(fā)展，進而再帶動它周邊的各種各樣的應(yīng)用朝著一個確定的路徑發(fā)展。

在國外，我們已經(jīng)看到了這樣一種明確的趨勢，超過百萬量級的VR硬件設(shè)備銷售與VR視頻、VR游戲相互配合，形成了正向的反饋過程。有的游戲平臺上已經(jīng)獲得了千萬美金以上的營收，這樣的產(chǎn)業(yè)循環(huán)雛形已經(jīng)建立。我們可以看到，這樣的一個雛形的建立給國內(nèi)VR產(chǎn)業(yè)帶來了很大的壓力，雖然作為世界工廠，我們?nèi)匀怀袚?dān)著VR硬件的代工，但是在VR產(chǎn)業(yè)價值鏈的上游，政策性的失言則是更為危險的問題，因為這直接影響著國際產(chǎn)業(yè)的競爭力特別是新一輪文化軟實力的競爭。

如果我們把眼光放得更長遠一點，放在未來十年、十五年新興媒體空間下的話語權(quán)爭奪上，那么我們今天應(yīng)該為這件事做出非常多的準(zhǔn)備。VR內(nèi)容能夠產(chǎn)生極其強大的共情能力，深刻影響使用者的行為，如果我們不能理解VR技術(shù)會對社會帶來的變革，那可能不能為十年或者十五年之后，技術(shù)可能給社會帶來的沖擊，做一個良好的反饋和應(yīng)對。

吳俊杰：那我覺得技術(shù)人才的儲備就顯得非常關(guān)鍵了，我們常說普及編程是讓學(xué)生重新學(xué)會寫字的一個過程，那么普及VR技術(shù)，可能就是讓學(xué)生重新學(xué)會畫畫。讓教育滋養(yǎng)創(chuàng)客，讓創(chuàng)客豐富教育，仍然是創(chuàng)客空間2.0階段需要執(zhí)行的一貫的原則。國際上更多的做法是用消費帶動市場的做法，但作為一個涉及精神文明和價值觀的領(lǐng)域，VR相關(guān)技術(shù)在我國的推廣可能會像三十年前推廣計算機一樣，將校園應(yīng)用視作一個重要的渠道，而創(chuàng)客教育這些年在國內(nèi)的發(fā)展正好提供了這樣的一個舞臺。這有助于在虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一個動態(tài)、靈活、充滿生機、風(fēng)險可控的大市場。VR領(lǐng)域充滿想象力，它代表著精神生活的極大豐富和感官的無限可能，但虛實關(guān)系的基本矛盾處理不好的話，也存在著成為精神鴉片的風(fēng)險。在未來，腦機接口，會像嗅覺、觸覺一類的更為復(fù)雜的人類感官的模擬，仍然很有希望成為創(chuàng)客空間的熱門選題。所以從VR切入的創(chuàng)客空間2.0建設(shè)，仍具有很大的想象空間。

科幻片《未來學(xué)大會》中描繪了一個人被虛擬化的過程，一位過氣的大明星為了救治自己的孩子，出賣了自己的3D影像，讓其替自己完成后續(xù)的電影作品。影片營造了一個虛實融合的世界，但離開眼前的迷障后，現(xiàn)實世界卻是一片污水橫流的貧民窟。所以，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可能成為一個創(chuàng)富機會，但人類應(yīng)永遠在其面前保持“物質(zhì)決定意識”的唯物主義定力。

與此同時，我們也應(yīng)當(dāng)看到虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠程協(xié)作、交互式設(shè)計領(lǐng)域的重要價值，我們也可以設(shè)想不同的創(chuàng)客空間通過類似VRchat的虛擬場景，使用虛擬人物面對面交談的場景。這個過程，可能比我們料想的在知識傳授中全面使用VR技術(shù)還要快。

管雪沨：從2000年到2010年，我們用十年的時間讓每位教師基本可以熟練地操作計算機，制作演示文稿。我相信有了教師可以自己制作VR資源的工具，VR資源也會從創(chuàng)客空間中走出來，走向教育信息化這個更大的領(lǐng)域。教學(xué)是情感與情感的交流，當(dāng)VR資源中流淌出來的是學(xué)生自己的老師的聲音的時候，顯然更容易產(chǎn)生共情和沉浸的學(xué)習(xí)體驗。從學(xué)校校長和一位教育信息化老兵的角度出發(fā)，發(fā)動全校的教師學(xué)習(xí)制作VR資源也是一個很好的提高創(chuàng)客空間設(shè)備使用實效的辦法。在這個過程中，需要大量的學(xué)科3D教育資源，也需要做相應(yīng)的教育裝備研究。如果從2020年到2030年，我們再用十年甚至不到十年的時間，讓每一位教師都可以制作VR資源的話，這對于我們暢想2035年的中國教育、2049年的中國教育都有重要的啟發(fā)意義。所以，我很看好VR主題的創(chuàng)客空間建設(shè)在創(chuàng)客空間2.0總體建設(shè)當(dāng)中的獨特價值。

（感謝山東臨沂的武玉柱老師和VRSchool團隊的楊威老師對文中數(shù)據(jù)調(diào)研工作的貢獻）