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

— 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 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 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 гранта 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. 

— 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?

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»