Новая волна цифровизации голографических классов

В последнее десятилетие, благодаря непрерывным прорывам в таких передовых технологиях, как оптические дисплеи,

В последнее десятилетие, благодаря непрерывным прорывам в таких передовых технологиях, как оптические дисплеи и графические вычисления, волна цифрового развития образования стала всё более бурной, а методы обучения претерпевают беспрецедентные изменения. От первых досок с мелом до популяризации мультимедийного оборудования и глубокой интеграции передовых технологий сегодня, каждое технологическое нововведение открывает новые возможности для образования. Среди них технология виртуальной реальности (VR) в первое десятилетие привлекла к себе всеобщее внимание в образовательном сообществе. Технология VR, благодаря своему уникальному эффекту погружения, положила начало волне реформ в сфере обучения, но с углублением её применения постепенно выявила свои ограничения. В то же время, благодаря компаниям, занимающимся голографическими технологиями, и другим отраслям, появились голографические классы, ориентированные на новые технологии отображения, которые, обладая собственными преимуществами, стали новым трендом в интерактивном 3D-обучении. Эта трансформация – это не только изменение формы технологии, но и предвестник эволюции методов и концепций обучения.

1. Развитие виртуальной реальности в информатизации образования: от триумфа к узкому месту.

Развитие виртуальной реальности было полно открытий и прорывов. В 1980-х годах технология VR находилась в зачаточном состоянии и в основном использовалась в военной, аэрокосмической и других областях, например, для обучения пилотированию самолетов, лечения посттравматического стрессового расстройства и других сценариев. С развитием компьютерных технологий и возможностей графической обработки технология VR постепенно созрела с 2010 года, а аппаратное обеспечение стало более популярным и удобным, открыв широкие возможности для ее применения в сфере образования. В образовательной практике технология VR широко используется в лабораториях виртуального моделирования, лабораториях инноваций в области термоядерного синтеза и других сценариях. Студенты в VR-шлемах могут погрузиться в художественную концепцию древних стихов из учебников, исследовать тайны бескрайней Вселенной или безопасно проводить эксперименты высокого риска, интуитивно представляя перед собой абстрактные и микроскопические знания. Этот метод иммерсивного обучения значительно стимулирует интерес студентов к учебе и чувство сопричастности. Многочисленные исследования также показали, что обучение с использованием виртуальной реальности может эффективно улучшить вовлеченность студентов, их память и понимание, а также предоставить им безопасные и эффективные возможности для практики.

Однако с масштабным применением VR-технологий в обучении за последнее десятилетие постепенно выявилось множество проблем, связанных с глубиной и широтой их использования. Хотя стоимость аппаратного обеспечения значительно снизилась благодаря совершенствованию технических решений и процессов VR, и наблюдается большой спрос на приобретение оборудования отдельными пользователями, реальным ограничением для широкомасштабной популяризации VR по-прежнему остается идеальная экосистема разработки контента. В отличие от платформ для коротких видеороликов, где каждый является создателем и имеет инструменты для творчества, они могут постоянно пополнять платформу контентом. VR-курсы, разработанные на основе 3D-движков, требуют не только профессиональных знаний в области программирования, но и глубокого понимания разработчиками учебного контента для обеспечения его аутентичности и увлекательности, что отпугивает многие образовательные учреждения. В стране очень мало крупных компаний, специализирующихся на масштабной разработке полноценного VR-контента, но малые и средние предприятия стали основным источником заказного VR-контента.

С точки зрения интеграции методов обучения, сочетание традиционных методов и VR-технологий часто оказывается несовместимым или содержит внутренние противоречия, и преподавателям сложно в полной мере использовать иммерсивные и интерактивные характеристики VR-технологий. В процессе обучения преподаватели часто просто позволяют студентам надеть VR-оборудование для ознакомления, не органично интегрируя его в учебный процесс, что приводит к низким результатам обучения. Кроме того, преподавателям необходимо освоить методы применения VR-технологий, чтобы в полной мере использовать их преимущества в обучении. Однако в настоящее время в преподавательском составе мало специалистов, владеющих VR-технологиями, что также в определенной степени ограничивает продвижение VR-обучения. Кроме того, остро стоит проблема неравномерного распределения образовательных ресурсов. Уровень распространения VR-оборудования высок в городах, в то время как в сельской местности из-за экономических условий трудно проводить VR-обучение. Также существуют различия между школами, что не способствует обеспечению равенства в образовании.

Анализируя платформы, предлагающие разнообразный VR-контент, можно заметить, что большинство из них основаны на панорамном видео и поверхностных интерактивных программах. Продвинутые 3D-программы для обучения, которые действительно обеспечивают максимальное погружение в виртуальную реальность и интерактивность, встречаются довольно редко. Если углубиться в причины, то снова столкнешься с противоречием между сложностью разработки, высокой стоимостью и длительным циклом окупаемости 3D-симуляционных учебных материалов.

2. Многомерное сравнение голографического обучения в классе и обучения с использованием виртуальной реальности.

Голографический класс, как новый вид образовательных технологий, появившийся всего два года назад, был впервые изобретен технологическими компаниями Шэньчжэня и внедрен в промышленное применение. Благодаря уникальному эффекту отображения он привлек большое внимание со стороны отрасли. По сравнению с обучением в виртуальной реальности, голографические классы демонстрируют очевидные преимущества в многомерном аспекте. С точки зрения создания эффекта погружения, обучение в виртуальной реальности изолирует реальность с помощью носимых на голове устройств отображения, создавая полностью виртуальное трехмерное пространство, что обеспечивает уникальный эффект погружения, но длительное ношение таких устройств может легко вызвать дискомфорт у студентов, а поле зрения и четкость изображения ограничены оборудованием. Голографический класс использует технологию виртуального оптического отображения для формирования стереоскопического эффекта, видимого невооруженным глазом, без специальных очков, и реалистично отображает виртуальную графику в пространстве класса, создавая учебную среду, которая сочетает виртуальное и реальное. Широкий угол обзора и большой размер позволяют всем студентам в классе одновременно смотреть и учиться, а эффект погружения становится более естественным, комфортным и продолжительным.

Преимущества VR в плане погружения не имеют себе равных, но с точки зрения обучения интерактивность, очевидно, важнее, чем полное погружение. Что касается интерактивности, хотя VR-обучение может проводиться в виртуальной среде с помощью таких устройств, как контроллеры, это неудобно для взаимодействия и обмена информацией в классе, и трудно обеспечить обсуждение в классе и мгновенное взаимодействие. Новейшие технологии голографического класса преодолевают это ограничение. Например, голографический класс, использующий новейшие голографические технологии, может восстанавливать голографическое изображение удаленного преподавателя в масштабе 1:1 и обеспечивать взаимодействие и общение в реальном времени между удаленным преподавателем и местными студентами в течение 200 мс без физического контакта, подобно «лицом к лицу» вне времени и пространства. Преподаватели могут легко получать доступ к голографическим учебным ресурсам, вращать, масштабировать, декомпозировать и синтезировать модель, а студенты могут взаимодействовать с преподавателями и виртуальным учебным контентом более интуитивно и естественно, эффективно повышая эффективность обучения.

Будь то сложная геометрическая форма, механическая структура или микроскопическая молекулярная модель, голографический класс, подобно системе виртуальной реальности, может отображать её чётко и интуитивно понятно, помогая студентам упростить процесс обучения. Благодаря отсутствию ограничений, связанных с носимыми на голове устройствами, студенты могут свободно наблюдать за процессом, а преподаватели и студенты могут регулярно обмениваться информацией в классе. С точки зрения сложности использования, VR больше подходит для сложных интерактивных 3D-приложений. За последнее десятилетие, за исключением виртуальных симуляционных лабораторий и нескольких ключевых дисциплин, степень 3D-взаимодействия в большинстве дисциплин и специальностей была невысокой. Голографические классы также отлично подходят для отображения и взаимодействия с отдельными сложными моделями, но сложность создания и редактирования отдельных моделей значительно снижается, поэтому голографические классы более удобны в использовании.

С точки зрения стоимости обучения, VR-обучение сталкивается с двойным давлением высоких затрат: на аппаратное обеспечение и разработку контента. Хотя первоначальное создание голографических аудиторий также требует определенных инвестиций, в долгосрочной перспективе нет необходимости оснащать каждого студента дорогостоящим шлемом виртуальной реальности. С развитием технологии 3D-моделирования и зрелостью технологии редактирования 3D-графики стоимость разработки голографического учебного контента постепенно снижается. В то же время, это позволяет интегрировать VR-технологии с традиционными учебными материалами, снижая дополнительные затраты на разработку. Что касается сценариев применения, VR-обучение в основном используется в определенных ситуациях. Оно имеет ограничения в традиционных сценариях обучения, требующих взаимодействия нескольких человек и высокой интерактивности. Голографические аудитории имеют более широкий спектр применения. Будь то обучение по особым сценариям, дистанционное интерактивное обучение или обучение на ежедневных курсах, его легко освоить. Например, Шаньдунский университет создал «голографическую интерактивную аудиторию в одном учебном заведении и трех местах». Гонконгский университет науки и технологий, Тяньцзиньский университет, Хунаньский педагогический университет и Чунцинский педагогический университет также добились межрегионального интерактивного обучения в режиме реального времени.

3. Логика, лежащая в основе того, почему голографический класс стал новой изюминкой «умного класса».

Голографический класс стал новым трендом в интерактивном 3D-обучении, результатом совокупного воздействия множества факторов, таких как технологическое развитие и изменения в образовательных потребностях. На техническом уровне развитие коммуникационных технологий 5G обеспечивает мощную поддержку голографическим классам. Высокая пропускная способность и низкая задержка решают проблемы заикания и задержки при передаче голографического изображения, позволяя дистанционному интерактивному обучению достичь эффекта «погружения». Ярким тому доказательством является открытый 5G-класс по идеологической и политической тематике, проведенный Южно-Китайским педагогическим университетом, где студенты могут четко видеть выражения лиц и движения преподавателей, использующих голографическую проекцию, и взаимодействовать с ними в режиме реального времени. В то же время, прогресс в самой технологии голографической проекции постоянно улучшает четкость и цветопередачу изображений, еще больше оптимизируя эффективность обучения.

Изменение образовательных потребностей также стимулирует развитие голографических классов. Современное образование уделяет все больше внимания персонализированному развитию учащихся и формированию практических навыков, делая акцент на активном участии и взаимодействии студентов. Голографические классы как раз отвечают этим потребностям. Их интуитивно понятный и наглядный учебный опыт может стимулировать интерес и инициативу студентов к обучению. Студенты могут лучше понимать и усваивать знания, а также развивать практическое и новаторское мышление, взаимодействуя с виртуальным учебным контентом. Более того, функция дистанционного взаимодействия голографического класса способствует широкому распространению высококачественных образовательных ресурсов и удовлетворяет стремление студентов в разных регионах к качественному образованию.

Кроме того, голографический класс эффективно решает многие проблемы обучения в виртуальной реальности. Он снижает затраты на оборудование и разработку контента, повышает интерактивность и гибкость обучения, в определенной степени смягчает проблему неравномерного распределения образовательных ресурсов, снижает риски для безопасности и этики, а также открывает новые возможности для совершенствования системы оценки качества обучения. В то же время, если будет реализовано предложенное промышленностью программное решение для преобразования голографического обучения в интерактивный, это позволит применять контент VR-обучения в голографическом классе и будет способствовать переходу и интеграции образовательных технологий.

Новейшие голографические технологии высоко ценятся многими преподавателями вузов и экспертами отрасли. Голографический класс — это новое поколение интегрированных решений для цифрового обучения, объединяющее передовые технологии, такие как связь 5G, голографическая оптическая визуализация и искусственный интеллект. Он применим в широком спектре сценариев. Будь то преподавание профессиональных курсов в колледжах и университетах или базовых курсов в начальных и средних школах, будь то дистанционное интерактивное обучение, обучение с использованием 3D-моделей или экспериментальное моделирование, он позволяет достичь инновационного обучения. Отображение структуры человеческих органов в медицинском образовании и воспроизведение исторических сцен в историческом образовании делают усвоение знаний более наглядным и интуитивным. С точки зрения пользовательского опыта, продукт прост в эксплуатации. Преподаватели могут начать работу без сложной подготовки и легко получить доступ к ресурсам для интерактивного обучения. Студенты могут наслаждаться увлекательным и легким процессом обучения, который обеспечивает визуальное восприятие 3D-контента. Широкий угол обзора и большой размер обеспечивают каждому студенту хороший визуальный эффект.

Голографический класс, как новый тип цифрового обучения, появившийся в ходе «14-й пятилетки», не только продемонстрировал значительные эффекты и преимущества с точки зрения инноваций в сфере образовательных технологий, но и имеет широкие перспективы в будущем с точки зрения межрегионального обмена образовательными ресурсами и обеспечения равных возможностей, а также в области зарубежного образовательного и культурного обмена в Китае, благодаря возможности дистанционного сотрудничества и инклюзивности образования. Сообщается, что некоторые ведущие университеты включили голографические классы в план строительства в рамках «15-й пятилетки».