使用虛擬實驗室培養(yǎng)下一代生物學(xué)家
對于學(xué)習(xí)生物學(xué)的學(xué)生而言，沒有什么比得上做實驗的體驗。教科書和講義當(dāng)然至關(guān)重要，但是親手制造生物學(xué)反應(yīng)并觀察結(jié)果演變是沒有任何東西能夠替代的——哪怕這種反應(yīng)是虛擬的。
雖然還不到完全不可能的地步，但隨著班級規(guī)模不斷增大，學(xué)校內(nèi)的空間又變得寸土寸金，為每個學(xué)生提供素材并在實驗室里親手探索已經(jīng)變得越來越不切實際。但是如果能把實體實驗室搬到網(wǎng)上，用網(wǎng)絡(luò)訪問作為補充，又會怎樣？更有甚者，如果能通過混入一點游戲元素來吸引新一代的學(xué)生來學(xué)習(xí)生物學(xué)，又會怎樣？
這就是生物學(xué)教授Baktybek Asanakunov博士和總部位于北卡羅來納州的Carolina Biological Supply Company打算通過“Carolina生物技術(shù)模擬器”做到的事——逼真再現(xiàn)一個使用虛幻引擎創(chuàng)建的生物學(xué)實驗室的開放世界場景。從墻上的安全宣傳海報到風(fēng)格化的石砌地板，這款模擬器提供了僅次于設(shè)備齊全的實驗室的環(huán)境，讓學(xué)生足不出戶就能做實驗。
失敗的自由
除了創(chuàng)造一個可供學(xué)生遠(yuǎn)程訪問的虛擬空間外，Baktybek和Carolina還利用Epic Games的虛幻引擎中的工具，提供了圍繞個人選擇設(shè)計的獨特教學(xué)計劃。這些課程并不強制學(xué)生按照一系列嚴(yán)格受控的步驟操作，而是提供了開放數(shù)字化空間所固有的自由——包括失敗的自由。
在實體實驗室中，學(xué)生需要嚴(yán)格按照指導(dǎo)原則一步步操作，這既是為了保證他們自身的安全，也是由材料的有限性所決定的。具有諷刺意味的是，這種實驗室里可以說并不提倡試錯。但是任何一個受過專業(yè)訓(xùn)練的科學(xué)家都會告訴你，失敗就是實驗過程的一部分。這是大部分實體學(xué)生實驗室無法提供的奢侈，但這在生物技術(shù)模擬器中卻是受到鼓勵的。實驗可能成功也可能失敗，但是在虛擬環(huán)境中，學(xué)生總是有重試的機會。
“實驗室里的錯誤可能在時間和金錢兩方面都讓人付出高昂代價，但是犯錯對于學(xué)習(xí)過程來說，實在太重要了。”Carolina Biological Supply Company的產(chǎn)品經(jīng)理Dhani Biscocho說，“虛幻引擎使得這種自由和靈活性成為可能，從而幫助學(xué)生擁有自信，為成功做好準(zhǔn)備。”
高分?jǐn)?shù)，高成績
探索生物技術(shù)模擬器的學(xué)生將先從“教程”部分開始，該部分會向他們介紹掌握實驗所需的工具和概念。完成教程后，他們將進行一系列交互式的測驗。由于學(xué)生從未被告知哪些答案是正確的，他們需要證明自己真正理解了課程才能繼續(xù)。測試的設(shè)計讓人感覺它與其說是測試，不如說是技能挑戰(zhàn)，而后者是大部分游戲玩家都熟悉的概念。失敗了就重新開始，成功了就進入下一關(guān)。
完成測驗部分之后，學(xué)生就會進入練習(xí)場地來開展實驗。生物技術(shù)模擬器為他們提供了操作細(xì)菌轉(zhuǎn)化的機會，重點是一個類似于胰島素制備的過程。不過，真實世界中的學(xué)生本質(zhì)上就是按照說明操作的交互式過客，而在模擬器中，他們卻會成為積極主動的參與者，像拼圖一樣進行實驗。
“這套模擬器的開發(fā)理念是，用基于游戲的方法進行學(xué)習(xí)可以提高積極性和認(rèn)知能力。”Biscocho說，“如果學(xué)習(xí)過程像游戲，它就更容易被學(xué)生接受，可以幫助教師寓教于樂地傳授艱深的科學(xué)概念，說不定就能啟發(fā)正在成才的未來生物學(xué)家。”
在虛擬實驗室中，學(xué)生們首先要選擇他們將使用的菌落。然后他們要處理實驗的每一步，包括熱激、培養(yǎng)和觀察。學(xué)生在實體實驗室中為了做實驗而需要做的任何事情都會在模擬中呈現(xiàn)，學(xué)生需要逐一執(zhí)行每個步驟。
雖然在開放世界學(xué)習(xí)中有明確的成敗衡量標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)定的目標(biāo)，但模擬器并沒有要求學(xué)生遵循的具體路線。他們可以按照他們喜歡的任何順序執(zhí)行每個步驟，可能由此找到寶貴的捷徑，也可能犯下嚴(yán)重的錯誤。這是一種非線性的教學(xué)方式，給了學(xué)生自主成功或失敗的自由，也給了以后打算在實體實驗室中教導(dǎo)學(xué)生的教師一個機會，使學(xué)生做好實操練習(xí)的準(zhǔn)備。
在某些人看來，生物技術(shù)模擬器將幫助學(xué)生接觸到更多實驗室的工作和操作程序，包括一整套新的術(shù)語和對細(xì)菌轉(zhuǎn)化的實用理解。而在另一些人看來，它可以成為一個毫無痛苦（甚至很有趣）的入門過程，引導(dǎo)學(xué)生進入一個常常令人望而生畏和難窺門徑的領(lǐng)域。
創(chuàng)造更高層次的教學(xué)
生物技術(shù)模擬器的理念來自實踐需求與創(chuàng)新思考的結(jié)合。Baktybek是吉爾吉斯國立大學(xué)的生物學(xué)教授，他曾經(jīng)苦苦思考，怎樣才能既提高課堂教學(xué)質(zhì)量，又吸引一代熟悉游戲邏輯甚于生物學(xué)反應(yīng)的學(xué)生。他找不到能夠很好地適應(yīng)他需求的工具，所以他決定自己打造一個。
Baktybek的目標(biāo)不是取代課堂或?qū)嶓w實驗室體驗，而是改進它們。這就意味著易學(xué)易用是關(guān)鍵。學(xué)生需要能夠輕松探索虛擬實驗室，以對于一代游戲玩家來說很自然的方式進行交互。Epic Games的虛幻引擎是滿足這些需求的必然選擇，因此Baktybek決定自學(xué)虛幻引擎。
他自主學(xué)會了怎樣使用這款游戲引擎，然后重點研究它的藍(lán)圖可視化腳本系統(tǒng)。面向非編程人員的藍(lán)圖使這位教授得以根據(jù)自己的個人經(jīng)驗構(gòu)建一個虛擬實驗室，并提供在實驗室中自由走動的功能。但是，在確定機制和實驗室設(shè)計后，他需要別人幫助他創(chuàng)建數(shù)字化素材。Baktybek通過Carolina Biological為學(xué)生提供的實踐工具包和產(chǎn)品熟悉了這家公司。在快速瀏覽該公司的網(wǎng)站后，教授聯(lián)系了該公司，探詢是否可以合作。經(jīng)過幾次對話，他們就建立起了合作關(guān)系。
Carolina以Baktybek的虛擬實驗室為基礎(chǔ)，根據(jù)他提供的規(guī)范創(chuàng)建了操作程序和實驗。他們使用手部動畫模擬了做實驗所需的基本操作和動作，包括試管、培養(yǎng)皿和孵化器門的操作。隨后Carolina Biological還制作了透照器、水浴蓋和計時器的動畫，創(chuàng)造出了迄今為止最逼真的遠(yuǎn)程實驗室體驗之一。
Baktybek憑借這一工作獲得了Epic MegaGrant，并在Carolina Biological的幫助下將這款模擬器推向市場。在Baktybek的學(xué)生試用兩年后，Biotechnology Simulator如今按為期一年的許可協(xié)議面向中學(xué)和大學(xué)的個人用戶和班級用戶提供。目前在該模擬器中可以學(xué)習(xí)四門不同的細(xì)菌課程，共有六小時的動態(tài)內(nèi)容供教師講解。
從許多方面來講，Carolina生物技術(shù)模擬器本身就是一個實驗。不過，每一次的實驗成功都使綜合性虛擬實驗室教學(xué)計劃的設(shè)想顯得更有前途。
“我們從教師群體中得到的反饋是驚人的；這個模擬器確實能吸引喜歡課程的游戲性質(zhì)的學(xué)生。”Biscocho說，“這不僅證明了它的價值，也讓我們打算未來為他們設(shè)計更多課程。在虛擬實驗室中有著無數(shù)的可能性，既然我們已經(jīng)在虛幻引擎中打好了基礎(chǔ)，那么真正的問題就變成了：接下來要做什么？”
本文轉(zhuǎn)自虛幻引擎官網(wǎng)~
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