對(duì)于學(xué)習(xí)生物學(xué)的學(xué)生而言，沒(méi)有什么比得上做實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)。教科書(shū)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(méi)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(jí)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(gè)學(xué)生提供素材并在實(shí)驗(yàn)室里親手探索已經(jīng)變得越來(lái)越不切實(shí)際。但是如果能把實(shí)體實(shí)驗(yàn)室搬到網(wǎng)上，用網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)作為補(bǔ)充，又會(huì)怎樣？更有甚者，如果能通過(guò)混入一點(diǎn)游戲元素來(lái)吸引新一代的學(xué)生來(lái)學(xué)習(xí)生物學(xué)，又會(huì)怎樣？

這就是生物學(xué)教授Baktybek Asanakunov博士和總部位于北卡羅來(lái)納州的Carolina Biological Supply Company打算通過(guò)“Carolina生物技術(shù)模擬器”做到的事——逼真再現(xiàn)一個(gè)使用虛幻引擎創(chuàng)建的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放世界場(chǎng)景。從墻上的安全宣傳海報(bào)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(shí)驗(yàn)室的環(huán)境，讓學(xué)生足不出戶就能做實(shí)驗(yàn)。

失敗的自由

除了創(chuàng)造一個(gè)可供學(xué)生遠(yuǎn)程訪問(wèn)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(gè)人選擇設(shè)計(jì)的獨(dú)特教學(xué)計(jì)劃。這些課程并不強(qiáng)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(kāi)放數(shù)字化空間所固有的自由——包括失敗的自由。

在實(shí)體實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室里可以說(shuō)并不提倡試錯(cuò)。但是任何一個(gè)受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的科學(xué)家都會(huì)告訴你，失敗就是實(shí)驗(yàn)過(guò)程的一部分。這是大部分實(shí)體學(xué)生實(shí)驗(yàn)室無(wú)法提供的奢侈，但這在生物技術(shù)模擬器中卻是受到鼓勵(lì)的。實(shí)驗(yàn)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(jī)會(huì)。

“實(shí)驗(yàn)室里的錯(cuò)誤可能在時(shí)間和金錢(qián)兩方面都讓人付出高昂代價(jià)，但是犯錯(cuò)對(duì)于學(xué)習(xí)過(guò)程來(lái)說(shuō)，實(shí)在太重要了。”Carolina Biological Supply Company的產(chǎn)品經(jīng)理Dhani Biscocho說(shuō)，“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(jī)

探索生物技術(shù)模擬器的學(xué)生將先從“教程”部分開(kāi)始，該部分會(huì)向他們介紹掌握實(shí)驗(yàn)所需的工具和概念。完成教程后，他們將進(jìn)行一系列交互式的測(cè)驗(yàn)。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(cè)試的設(shè)計(jì)讓人感覺(jué)它與其說(shuō)是測(cè)試，不如說(shuō)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(kāi)始，成功了就進(jìn)入下一關(guān)。

完成測(cè)驗(yàn)部分之后，學(xué)生就會(huì)進(jìn)入練習(xí)場(chǎng)地來(lái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。生物技術(shù)模擬器為他們提供了操作細(xì)菌轉(zhuǎn)化的機(jī)會(huì)，重點(diǎn)是一個(gè)類似于胰島素制備的過(guò)程。不過(guò)，真實(shí)世界中的學(xué)生本質(zhì)上就是按照說(shuō)明操作的交互式過(guò)客，而在模擬器中，他們卻會(huì)成為積極主動(dòng)的參與者，像拼圖一樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

“這套模擬器的開(kāi)發(fā)理念是，用基于游戲的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)可以提高積極性和認(rèn)知能力。”Biscocho說(shuō)，“如果學(xué)習(xí)過(guò)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(lè)地傳授艱深的科學(xué)概念，說(shuō)不定就能啟發(fā)正在成才的未來(lái)生物學(xué)家。”

在虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的每一步，包括熱激、培養(yǎng)和觀察。學(xué)生在實(shí)體實(shí)驗(yàn)室中為了做實(shí)驗(yàn)而需要做的任何事情都會(huì)在模擬中呈現(xiàn)，學(xué)生需要逐一執(zhí)行每個(gè)步驟。

雖然在開(kāi)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(méi)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(gè)步驟，可能由此找到寶貴的捷徑，也可能犯下嚴(yán)重的錯(cuò)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(shí)體實(shí)驗(yàn)室中教導(dǎo)學(xué)生的教師一個(gè)機(jī)會(huì)，使學(xué)生做好實(shí)操練習(xí)的準(zhǔn)備。

在某些人看來(lái)，生物技術(shù)模擬器將幫助學(xué)生接觸到更多實(shí)驗(yàn)室的工作和操作程序，包括一整套新的術(shù)語(yǔ)和對(duì)細(xì)菌轉(zhuǎn)化的實(shí)用理解。而在另一些人看來(lái)，它可以成為一個(gè)毫無(wú)痛苦（甚至很有趣）的入門(mén)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入一個(gè)常常令人望而生畏和難窺門(mén)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(lái)自實(shí)踐需求與創(chuàng)新思考的結(jié)合。Baktybek是吉爾吉斯國(guó)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(gè)。

Baktybek的目標(biāo)不是取代課堂或?qū)嶓w實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)，而是改進(jìn)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(shí)驗(yàn)室，以對(duì)于一代游戲玩家來(lái)說(shuō)很自然的方式進(jìn)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(huì)了怎樣使用這款游戲引擎，然后重點(diǎn)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(gè)人經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，并提供在實(shí)驗(yàn)室中自由走動(dòng)的功能。但是，在確定機(jī)制和實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)后，他需要?jiǎng)e人幫助他創(chuàng)建數(shù)字化素材。Baktybek通過(guò)Carolina Biological為學(xué)生提供的實(shí)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(guò)幾次對(duì)話，他們就建立起了合作關(guān)系。

Carolina以Baktybek的虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。他們使用手部動(dòng)畫(huà)模擬了做實(shí)驗(yàn)所需的基本操作和動(dòng)作，包括試管、培養(yǎng)皿和孵化器門(mén)的操作。隨后Carolina Biological還制作了透照器、水浴蓋和計(jì)時(shí)器的動(dòng)畫(huà)，創(chuàng)造出了迄今為止最逼真的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)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(chǎng)。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(gè)人用戶和班級(jí)用戶提供。目前在該模擬器中可以學(xué)習(xí)四門(mén)不同的細(xì)菌課程，共有六小時(shí)的動(dòng)態(tài)內(nèi)容供教師講解。

從許多方面來(lái)講，Carolina生物技術(shù)模擬器本身就是一個(gè)實(shí)驗(yàn)。不過(guò)，每一次的實(shí)驗(yàn)成功都使綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)計(jì)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(gè)模擬器確實(shí)能吸引喜歡課程的游戲性質(zhì)的學(xué)生。”Biscocho說(shuō)，“這不僅證明了它的價(jià)值，也讓我們打算未來(lái)為他們?cè)O(shè)計(jì)更多課程。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中有著無(wú)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(wèn)題就變成了：接下來(lái)要做什么？”

本文轉(zhuǎn)自虛幻引擎官網(wǎng)~