«VR с нейросетями — это будущее». Как обучение в VR изменит уроки химии

Фото на обложке: «Кружковое движение» — Как вам пришла идея делать VR-софт для уроков химии? — Этот проект объединяет все виды моей деятельности. По первому высшему я химик, по второму — педагог. Работал вузовским преподавателем, школьным учителем, и уже много лет занимаюсь разными проектами в области создания игр живого действия. Идея химической VR-лаборатории появилась из моих учительских потребностей. Химия — наука о веществах и их превращениях, которая базируется на экспериментах и интерпретации полученных результатов. Изучение химии без эксперимента теряет смысл и становится карго-культом, когда ученики под бдительным контролем учителя переписывают с доски в тетрадь магические формулы. У реальной лаборатории есть несколько ограничений: Есть множество разработанных демонстрационных экспериментов и лабораторных работ, однако для 99% из них нужно оборудование и реактивы. А это, в свою очередь, требует лаборатории с сопутствующим инженерными коммуникациями (вентиляция, подвод воды, канализация), мест для хранения и приготовления реактивов, постоянного финансирования, выстроенной системы закупок и утилизации, лаборанта… Все это можно организовать при достаточном количестве денег и времени, но часто этого нет. Я несколько раз оказывался в ситуации, когда мне нужно было начинать занятия в новом, фактически пустом пространстве. У меня как у учителя нет права давать ученику экспериментальную задачу, которая может принести вред его здоровью. Лабораторные работы построены так, что в них нельзя ошибиться и сделать что-то не так, там нет свободы действия. Но на ошибках учатся, нет ошибок — нет обучения. Наконец, нельзя проводить эксперименты с токсичными или дорогими реактивами, эксперименты, которые занимают часы или дни, и почти невозможно предоставить ученикам современное научное оборудование или поставить индивидуальную задачу. Мне было важно получить инструмент, который позволит дать каждому ученику опыт работы в лаборатории, даже когда нет соответствующей инфраструктуры. Очевидно, я не был первым человеком, который столкнулся с этой проблемой. Было множество вариантов решения — комплекты оборудования и реактивов «всё включено», книги «лаборатория из хозмага», виртуальные 2D-лаборатории. К сожалению, каждое из этих решений имеет свои недостатки. — К чему вы в итоге пришли? — К началу нашей истории в ноябре 2016 года мы с коллегами уже несколько лет занимались разработкой офлайн- и онлайн-игр и симуляторов для естественно-научного и инженерного образования. Офлайн-активности, в которых надо было применять свои знания для решения реальных задач, были явно полезными и увлекательными для участников, но дорогими и сложными в проведении. С онлайн-симуляторами всё было наоборот. С их помощью было крайне сложно передать ощущения пребывания в мастерской или лаборатории и «души» предмета. Поэтому мы искали способ совместить два подхода, и концепция VR-обучения идеально для этого подходила. Идея обучения в виртуальной реальности, когда есть ощущение погружения, присутствия в другом пространстве, а учебные ситуации и окружение легко сменяют друг друга — не новая и много раз описывалась в фантастике. До недавнего времени стоимость VR-оборудования была слишком велика для хоть сколько-то массового использования, однако ситуация изменилась в 2016 году с выходом на рынок VR-комплектов HTC Vive и Oculus Rift. В начале ноября я узнал о питерской команде, которая уже работала с VR, и мы с коллегой быстро взяли билеты и поехали знакомиться. Тогда я в первый раз увидел шлем HTC Vive и понял, что VR уже рядом, пора действовать. — Как вы разрабатывали продукт? — Стартовая конфигурация была простой: я должен был заниматься содержанием работ и всем преподавательским обвесом, коллега-химик — сделать математическую модель процессов, которая бы позволяла обсчитывать результаты действий пользователей, а VR-разработку должны были взять на себя наши партнеры из Питера. Мы купили комплект VR-оборудования и рабочую станцию для него и начали разработку. В тот момент обе стороны плохо представляли масштаб проекта, в который мы лезем: мы недооценивали сложность и стоимость VR-разработки, а они — объем содержательной части проекта, а также реальные сроки апробации продуктов в области основного школьного и вузовского образования. В результате в концу января 2017-го мы поняли, что в такой конфигурации проект не взлетает, и VR-часть придется разрабатывать своими силами. После этого наша команда пополнилась еще одним ключевым участником — VR-программистом, который с тех пор занимается всей нашей визуализацией. К маю 2017 года мы сделали прототип и вывезли его на фестиваль. Следующим серьезным шагом стало участие в «Конкурсе Инноваций в Образовании» (КИВО) и заочном акселераторе ФРИИ. В итоге мы многое узнали о рынке, чуть лучше поняли масштабы задачи. Осенью-зимой мы вкладывали в проект доходы от остальной деятельности, сами занимались разработкой, ездили на выставки и общались с разными участниками рынка (учителями, директорами, представителями министерства и другими). К марту 2018 года мы получили грант «Фонда содействия инновациям» (2 млн рублей на год). Это позволило значительно ускорить разработку. В этот момент в проекте появились химик-методист, еще один VR-разработчик и человек, отвечавший за организацию и продажи. Фото с первого фестиваля VR Chemistry Lab, Geek Picnic Ключевые события за 2018 год: несколько выставок и пробных занятий, спин-офф лаборатории — VR-симулятор для подготовки к практическому туру Олимпиады НТИ, участие в акселераторе Ed2Tech. Весной 2019 года мы совместно с Центром компетенций НТИ по виртуальной и дополненной реальности в ДВФУ провели пилот по подготовке школьников к ОГЭ по химии с использованием нашего ПО. В результате, кажется, мы, нащупали все минимально необходимые компоненты для интеграции VR в учебный процесс в школе. — Что из себя представляет ваша химическая VR-лаборатория? — Это программа, которая способна анализировать действия студента и рассчитывать результаты смешиваний тех или иных реагентов. То есть не программировать заранее, что вещество А при добавлении в вещество Б даст фиолетовую окраску, а учитывать концентрацию, количество веществ, пропорции, прошло ли взаимодействие или все сгорело, или выпал осадок, и так далее. Также наш софт может автоматически собирать и обрабатывать данные, что, во-первых, дает учителю разную нужную аналитику, во-вторых, позволяет нам делать выводы, как происходит обучение на большем масштабе. Наша лаборатория замышлялась как место, где можно делать ошибки. Представьте, что вы стоите в помещении размером со спортзал, которое заставлено шкафами с реактивами. Перед вами лабораторный стол и какая угодно лабораторная посуда. Вы можете всё это греть, смешивать, фильтровать. Это нормальный исследовательский опыт, тут есть пространство для ошибки. А в ситуации, когда ты можешь взять только вещество А и вещество Б и погреть их — ошибиться нельзя. В этом случае ты находишься в области, которая и так тебе известна. Химия еще и опасна. Нельзя давать простому человеку свободно шариться по лаборатории. А если в классе 30 человек, то даже наборы на столы сложно раздать безопасно — за всем не уследишь. — Какие задачи решает VR Chemistry? — Когда для школьника или студента химия сводится к решению задачек мелом на доске, теория становится скучной, бессмысленной и абсолютно ненужной. В России в прошлом году 135 тысяч школьников сдавало ОГЭ по химии. То есть как минимум 135 тысяч ежегодно должны изучать химию на нормальном уровне. А как максимум общее образование должно быть хорошим для всех. Ежегодно курс общей неорганической химии изучает примерно 100 тыс. студентов — медики, инженеры, социологи, географы, сельхозработники. Как правило, предмет проходит мимо них, потому что лаборатории либо нет, либо она есть, но в очень условном виде. Чтобы учить химию, нужно проводить эксперименты. Познакомившись с новой концепцией, ты должен проверить, правильно ли ты её понял. И никакого другого способа, кроме как проверить это на деле, нет. — На какой стадии находится ваш продукт сейчас? — Софт уже можно внедрять в школы при нашей техподдержке. Сейчас мы разрабатываем дополнительные инструменты для учителя, которые сделают его работу удобнее. Например, систему назначения выполняемых заданий, кабинет для работы с лабораторными журналами всех учеников, первичную аналитику результатов. Еще два направления работы — упрощение технической стороны эксплуатации (доставка обновлений, работа в условиях ограничений школьного интернета) и перевод на другие платформы. Скриншот решения VR Chemistry Lab — Что из себя представляет набор на класс? — Помимо нашей программы нужен компьютер, VR-шлем и джойстик, чтобы у вас были виртуальные руки. И какая-то система позиционирования, которая позволяет отслеживать перемещения пользователя в пространстве. Пока что это маячки, которые крепятся на стены и входят в комплект со шлемом, но уже в следующем поколении VR-комплектов их заменят встроенные в шлем камеры. Но в целом нам важен шлем, чтобы были свободны руки, была возможность перемещаться в пространстве и вертеть головой. — Сколько всё это стоит? — Одно рабочее место вместе с железом и нашим софтом стоит от 130 до 250 тысяч рублей в зависимости от VR-шлема и комплектации компьютера. В ближайших планах сделать порт для автономных шлемов, что позволит снизить стоимость рабочего места до менее чем 100 тысяч рублей. — Это дешевле, чем закупать реагенты и оборудование? — В химической лаборатории основные деньги тратятся не на реагенты — они там довольно простые. Как я уже говорил, у школьной лаборатории должно быть оборудованное помещение. С нормальной вентиляцией, вытяжкой, водой и выводом воды, электропроводкой, с местом для хранения реагентов. Нужен лаборант, который всё это обслуживает. Вот это — дополнительная нагрузка на школьный бюджет. Более того, должна быть система закупки реактивов и их утилизация. То, что школы практически не утилизируют реактивы, говорит о том, что они не проводят эксперименты. Мой коллега работает в хорошей, недавно построенной частной школе, и у них было целое приключение с тем, чтобы найти того, кто организует им утилизацию. Более того, у реактивов есть сроки хранения. А в некоторых школах используются вещества 30-летней давности. — Вы партнёритесь с производителями железа или приходите в школы, где оно уже есть? — Мы продаем софт и зарабатываем на софте. Наша задача — сделать так, чтобы использование нашего ПО было максимально комфортным и продуктивным для школы. Мы не продаем железо. Если у школы нет железа, мы стыкуем её с представительством HTC в России, и школа может закупить оборудование напрямую. — Есть возможность дать какие-то цифры по выручке? — По выручке пока ничего сказать не могу, мы только начали продажи. — В каких школах реализован проект? — Пилот мы провели в школе 773 (Печатники), в «Интеллектуале» и в «Физтех-лицее». Общий дизайн исследований был организован следующим образом. Мы проанализировали публично вывешенные результаты ОГЭ прошлых лет. Статистически выяснили, какие вопросы хуже всего сдают, и сделали экспресс-курс по этим темам на 15 академических часов — пять блоков по три урока. По результатам курса дети сдали ЕГЭ. — У этих школ уже было оборудование? — Мы проводили пилоты при поддержке Центра компетенций НТИ в ДВФУ. Центр предоставил оборудование на время пилотов. — Как вы вышли на клиентов? — «Интеллектуал» и 773 школу мы нашли сами, а контакт с «Физтех-лицеем» случился благодаря ДВФУ. Это было очень сложное время, когда мы почти 2 месяца по 3-4 раза в неделю возили туда-сюда все необходимое оборудование, готовили и вели занятия, правили баги и обрабатывали анкеты. — Это были бесплатные пилоты? — ДВФУ взяло несколько наших сотрудников в штат на время проведения, это позволило компенсировать расходы на постановку эксперимента, проведение занятий, обработку результатов и амортизацию оборудования. Но мы не продавали ПО, и многие задачи были для нас побочными. С вероятностью 80% у нас до конца года будут первые 400 000 рублей выручки от продаж продукта. Сейчас мы подписываем документы. Мы с оптимизмом смотрим в будущее, так как в этом году оборудование должно быть поставлено во многие школы. Это значительно упростит продажи софта. — Есть ли отзывы от учителей и учеников о полезности софта? — Зависит от метрик для измерения полезности. Наша первая метрика — удержание: у нас дети продолжают ходить на дополнительные занятия. Вторая метрика — то, как они сдают экзамены. В нашем случае было принципиально, чтобы они сдали экзамен лучше, чем по стране. Даже этот маленький курс дал приличную прибавку: прирост от 10% до 40% по отношению к среднему баллу в России. Источник — Сложно обучать учителей пользоваться ПО? — Наша аудитория — учителя, настроенные решать учебные задачи. Такие люди осваивают новые технологии независимо от пола и возраста. Встречаются вполне бодрые тётеньки семидесяти лет. — Есть ли на российском рынке решения, похожие на VR Chemistry Lab, или вы пионеры? — Наш модуль работает в режиме реального времени, ведь нам нужно сообщать пользователю результаты его действий меньше, чем за секунду. Такая штука оказалась уникальна как для российского, так и для мирового рынка. Три года назад в России и в мире были только 2D-лаборатории, которые обсчитывают очень небольшое количество ситуаций. VR-проектов не было. Сейчас есть похожие стартапы, например, Labster и Mel Science. Они двигаются в ту же сторону, что и мы. Пока рынок не сформирован, но в принципе уже можно говорить, что делаем мы разные продукты. Labster прежде всего предлагает 2D-лаборатории и VR-лаборатории, но с довольно жестко заданными сценариями. Они хороши для знакомства с правильной последовательностью работы, но не дают свободы. Mel Science делает визуализацию на атомарном уровне. У Labster в партнёрах Google, Mel Science привлекли $6 млн в августе. Они растут, продают наборы «Юный химик» по подписке. Но до конкуренции у нас рынок пока не дорос. — Сколько человек в вашей команде сейчас? — Два методиста, которые готовят задания и оценивают результаты работы, два химика-программиста, занимающиеся разработкой химической модели. Три человека работают над VR-оболочкой и серверной частью, два — обеспечивают тестирование, еще два занимаются продажами, тендерами и всем таким. Ну и мы постоянно привлекаем основной состав «Стем-Игр», которые нас консультируют. — У вас были внешние инвестиции? Помимо грантов от фонда Бортника. — Крупных инвестиций пока не было. Мы работали на чистом энтузиазме и большом количестве денег, которые в это вложили. Сейчас эта история не просто на интерес, конечно. Разработка стоит денег, и довольно больших. Мы её финансируем пока что в основном из своих ресурсов. — Как обстоят дела с международным рынком? Пытались выйти за границу? — В случае с химией и электронными средствами обучения в целом мы вполне интегрированы в мировой рынок. Химия абсолютно структурно не привязана к языку, поэтому почти всегда легко внедряется. Всё хорошее может быть легко легализовано по обе стороны. У нас есть несколько запросов не из России, но мы хотим за этот год доработать продукт, разобраться со всеми проблемами, уже потом начинать работать с условными Филиппинами. Потому что без отработанного продукта, решая технические проблемы, наложившиеся на другой менталитет и другие законы, да ещё через полмира, мы можем сломаться. — Какие планы на этот проект? — В этом году у нас запланировано два новых внедрения в школы. Хотим показать, что VR может быть очень эффективен. Мы будем рады инвестициям. Решение уже готово, но его нужно выводить на широкий рынок. Для этого нужна уверенность, что в течение двух лет у нас будет человек, работающий над поддержкой продукта. VR-проект — инвестиционно дорогая история, которая окупается не так быстро. Рынок молодой, и сейчас у нас один из немногих продуктов, который можно реально использовать. Мы хотим, чтобы химия была интересна и понятна всем, кто ходит в школу. Команда STEM-GAMES — Несколько общих вопросов про рынок. В чем плюсы обучения в VR? — У VR есть много неожиданных преимуществ. Самое главное — право на ошибку. С VR-софтом можно мгновенно готовить и проводить лабораторные работы. После не нужно тратить время на уборку. Учитель может пересматривать запись того, как ученик работал. Можно давать индивидуальные задания, предложить каждому ученику решать многоуровневые задачи. Ещё VR обеспечивает фокус внимания. Когда ты в шлеме, сложно трепаться с соседом или смотреть в мобильник. Внезапно перестаёт быть важным мнение остального класса. Если в обычной жизни ты троечник и не понимаешь, то тут можешь попробовать спокойно разобраться. — Плюсы понятны, а минусы? — Стоимость внедрения, пока что серое правовое поле, то есть у нас нет никакой нормативки, которая регламентирует время работы. Мы можем опираться на СанПиНы (санитарно-эпидемиологические нормы — прим.) для мониторов, но стоит ожидать в какой-то момент СанПиНов, явно относящихся к VR. Отсутствие запахов и тактильных ощущений — тоже минус. Но в реальности этого и так почти не бывает. Зато в VR ребенок не «навоняет» сероводородом на уроке. Воспоминания вроде «на меня брызнуло серной кислотой и я запомнил, что серная кислота — это плохо» — не тот опыт, который мы хотим передавать от занятий. — Насколько российское образование готово к внедрению VR? — Новые технологии не приходят в школу мгновенно. До ситуации, когда у каждого ученика есть VR, мы пока не дошли. Есть много причин, и не только финансовых. В принципе VR-оборудование пока не супер удобно для эксплуатации. Но оно улучшается с каждым годом, дешевеет, появляются автономные, не привязанные к оборудованию шлемы. Это означает, что на горизонте двух-трёх лет у нас есть реальный шанс увидеть класс из школьников, которые работают в VR. Чтобы эффективно использовать VR, нужно понимать специфику предмета. Так как у меня есть опыт преподавания химии, я понимаю, где он имеет смысл, а где нет (условно говоря, где для нас доска является хорошей альтернативой, а где мы можем справиться просто компьютером). Например, для изучения языков в VR нужна нейросеть, которая умеет распознавать речь. Насколько я знаю, в эту сторону сейчас много кто смотрит. Недавно о совместном пилоте со Skyeng заявила компания Cerevrum. VR может быть востребован в физике, в стереометрии. На уроках истории можно погружать ученика в разные исторические ситуации, чтобы он а) ощутил себя там и б) сделал выводы, характерные для человека того времени. Это требует довольно хорошего инсценирования и, опять же, возможности распознавания речи. — Вы писали в интро, что не считаете VR next big thing в образовании. А что считаете? — Сам по себе VR недостаточно крут. VR с нейросетями — вот это будущее. Представьте, что мы собираем цифровой след от ученика, который работает в нашей лаборатории, берём всё, что он делает, анализируем и на основании этого подкидываем ему задачу из ближней зоны развития. Просто VR — это кирпичик, очень важный, но кирпичик. Это не next big thing, но хотелось бы, чтобы VR присутствовал в повседневной жизни и стал нормой. Фото на обложке: «Кружковое движение»