一位女士正透过嵌入在一个大型黑色头盔中的护目镜观看。房间的各个角落传来森林的声音：这里是鸟鸣，那里是微风的低语。她缓慢地在房间里移动。墙壁上投射着一片扁平的数字森林，以便观察者可以大致了解她周围的环境，但在她的脑海中，这位本科生不再是在大学实验室里狭小的房间里踱步。多亏了那个黑色头盔，她正在树林中漫步。
一分钟后，她被递给一个看起来和震动起来都像电锯的操纵杆，并被要求砍倒一棵树。当她完成任务时，她感受到了如果她正在砍倒一棵真树时可能会感到的那种阻力。当她离开这片森林，重新进入“真实”世界时，她的纸张消耗量将下降 20%，并且她将对再生纸产品表现出明显的偏好。这些影响将持续到接下来的几周，研究人员推测这将是一个相当持久的转变。相比之下，观看关于森林砍伐的视频或阅读关于该主题文章的学生，会在当天表现出对纸张浪费的高度意识——但他们将在本周末恢复到基线行为。
这棵砍树研究是斯坦福大学在其虚拟人互动实验室在过去几年中进行的众多研究之一，旨在弄清楚模拟体验在多大程度上可以影响行为。它也是越来越多的研究的一部分，这些研究表明，虚拟体验可能为原本冷漠的群体提供强大的催化剂，让他们开始关心各种问题并采取行动，包括应对气候变化。这很重要，因为虽然在自然环境中度过的时间已被证明对人类健康非常有益，但人类是否会回报大自然的恩惠往往取决于他们在青少年时期拥有的自然体验类型。普利托里亚大学南非分校的研究人员在2009 年发表在 PLoS ONE 杂志上的一项研究中发现，虽然那些花时间远足和背包旅行的人更愿意在十年或更长时间后支持保护工作，但那些小时候参观过国家公园或花时间钓鱼的人实际上不太可能采取任何行动来支持环境。早期（2006 年）关于自然体验与环保主义之间关系的研究发现，虽然那些在“野性”自然环境中度过青少年时期（定义为在树林中远足或玩耍）的人更有可能成为成年后的环保主义者，但那些接触过“驯化”自然环境（定义为参观公园、采摘鲜花、种植种子或照料花园）的人则不然。鉴于每个孩子都不太可能拥有“野性”自然体验，研究人员正在寻找其他培养对环境负责任行为的方法。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事能够拥有未来。
最新的虚拟现实研究建立在大约半个世纪的行为研究基础上，这些研究表明，人类改变行为的意愿与我们的控制感直接相关。
气候变化与许多大规模环境问题一样，是一个很少有人觉得自己有直接影响的问题——无论是好是坏。正如研究人员孙珠（格蕾丝）·安和杰里米·拜伦森在《即将发表的论文》《计算机与人类行为》杂志中所写的那样，在微观层面采取的个人行动，例如未能回收纸张或支持某些政策，可能会随着时间的推移导致负面的环境后果，例如森林砍伐，进而影响多年的气候趋势。但漫长的时间框架和巨大的规模造成了危险的脱节。虽然 97% 的同行评审科学研究表明人类活动是气候变化的主要原因，但只有一半的美国人看到了这种联系。
虚拟现实的支持者认为，它可以帮助人们切身体会气候变化的影响，并让人们感到有能力为此做些什么。“当个人感到他们的行为直接影响环境福祉时，他们更有可能关心并积极呵护环境，”安和拜伦森写道。
拜伦森是一位认知心理学家，也是斯坦福大学虚拟人互动实验室的创始主任，他认为虚拟现实在气候变化方面具有特殊的价值，因为它允许将真实体验与无限的可能性相结合：大脑将虚拟体验视为真实的，但与此同时，也知道在模拟中一切皆有可能。
“人们可以切身经历不同的未来，并获得关于人类行为后果的第一手经验，”拜伦森说。
教师科技
从事虚拟现实和增强现实（在智能手机或平板电脑上的移动应用程序将信息叠加在现实之上）研究的研究人员正越来越多地尝试将这些技术作为学习工具。包括斯坦福大学、哈佛大学和麻省理工学院在内的多所大学正在中学和高中试点使用这些增强现实和虚拟现实技术。博物馆在课程要求和考试分数之外拥有更大的灵活性，因此全心全意地接受了这个想法。东西海岸的科学博物馆和动物园都在展览中使用这项技术，并部署增强现实应用程序，参观者可以在自己的手机上或博物馆发行的移动设备上使用这些应用程序，以了解更多关于他们所看到的内容。
哈佛大学 EcoMOBILE 和 EcoMUVE 项目的联合主任艾米·卡玛莱宁说：“理解像气候变化这样复杂的问题需要转变看待问题的视角。我们正试图通过将孩子们沉浸在具有类似于现实世界系统元素的但又经过一定程度简化的环境中来达到这个目的，以满足孩子们的水平。我们将他们置身于复杂的世界中，但为他们提供能够解开正在发生的事情的工具。”
EcoMUVE 是哈佛大学开发的一种基于桌面计算机的多用户虚拟环境，它以模拟池塘生态系统为特色，旨在教授学生光合作用和分解等基本生物过程，以及关于复杂环境问题的系统思维。哈佛大学团队最近推出了 EcoMOBILE，这是一个相应的增强现实应用程序，它使学生能够随身携带 EcoMUVE 体验，在野外收集数据，并“看到”水面下正在发生的事情以及过去生态系统中发生的事情。EcoMUVE 最初在马萨诸塞州和纽约州的学校进行了试点，但现在任何学校都可以下载，并且正在美国各地以及包括印度和墨西哥在内的其他国家使用。EcoMOBIL 目前正在马萨诸塞州和纽约州的学校进行试点。
马萨诸塞州的一些高中也试点了一款由麻省理工学院开发的增强现实应用程序，名为 Time Lapse 2100，该应用程序要求用户设定各种会影响环境的政策，然后向他们展示如果这些政策被颁布会发生什么。今年秋天，湾区学校将试点斯坦福大学的 Coral Reef，这是一款虚拟现实游戏，参与者在游戏中成为受海洋酸化影响的珊瑚礁中的一块珊瑚。这三所大学还在与博物馆和科学学习中心合作，将他们的技术部署到学习体验中。
“最初我并不认同增强现实的想法，”认知科学家蒂娜·格罗策说，她是哈佛大学教育研究生院的教授，也是 EcoMUVE 和 EcoMobile 项目的联合首席研究员。格罗策在前往哈佛研究孩子们如何学习，特别是他们如何学习科学之前，自己当了几年教师。格罗策说，正是这项技术在推动环境科学课程方面的潜力征服了她。“对于物理学，你可以做一个实验，孩子们可以立即看到你在说什么。对于环境科学，我们尝试做一个分解实验，但你布置好实验，然后 12 周后才会有事情发生。到那时，孩子们已经完全失去了兴趣。”
格罗策解释说，这是因为孩子们很难掌握任何他们无法立即看到的东西。增强现实使教师能够扩展这种视野，或者学者们称之为注意力框架，并使看不见的东西变得更加有形。例如，教师带孩子们去附近的池塘，并使用 EcoMOBILE 向他们展示 60 年前城镇是如何在那里倾倒垃圾的，并且几乎填满了今天这个原始的天然池塘。该应用程序向他们展示了池塘周围的植物是如何将阳光转化为能量的，并揭示了水面下微观池塘生物正在做什么。它还引导他们完成水样的真实世界收集，并帮助他们分析水样。
“我曾跟随这些实地考察旅行，并亲眼目睹了这项技术实际上是如何让他们更加沉浸在周围环境中，而不是分散他们的注意力，”格罗策说。学生们使用智能手机拍照和做笔记，记录他们所看到的东西：池塘水的清澈度、天气、他们样本的描述、不同种类的昆虫和鸟类。他们也可以按照自己的节奏学习。“在一次普通的实地考察旅行中，如果一个学生有问题，他们就必须离开引发问题的时刻，去问老师，”格罗策说。“老师将要满足 30 个孩子的需求。这样，他们就可以自己找到答案，并留在当下，保持对他们所看到的东西的专注。”
在斯坦福大学的 Coral Reef 中，学生们化身为意大利伊斯基亚海岸附近一块高大的紫色珊瑚。在 14 分钟的课程中，他们体验了成为受海洋酸化影响的水体中的珊瑚。起初，周围的海洋充满了丰富的海洋生物。礁石周围的海浪由地板振动和海洋声音模拟。一位实验室技术人员定期用棍子触摸参与者，动作与他看到的渔网撞击礁石的动作同步。然后酸化开始发生。海洋生物开始在周围大量死亡。珊瑚礁开始失去颜色，参与者化身的珊瑚也是如此。
拜伦森和他的团队已经用大学生测试了该模拟，结果表明，它使学生更加关心珊瑚礁正在发生的事情。该团队在几周内跟踪了这些参与者，并将他们与一组仅观看了一段关于海洋酸化如何影响珊瑚礁的视频的组进行了比较，发现虚拟现实体验引发的态度转变比视频激发的任何转变持续的时间都更长。
人人都有智能手机
无论学校选择增强现实平板电脑应用程序（引导学生在校园里四处走动，指出例如堆肥堆中正在发生的生物过程），还是基于景观的智能手机应用程序（如 EcoMOBILE 或 Time Lapse 2100）用于实地考察旅行，还是可以在学校计算机实验室中使用的桌面体验（如 EcoMUVE），他们都面临着硬件和软件方面的高昂费用。虚拟现实模拟的硬件对于大多数学校来说仍然成本过高，尽管成本正在下降：像 Oculus Rift 这样的虚拟现实头戴设备现在的消费者价格为 350 美元。学校可能会购买一些头戴设备，用于多人虚拟现实游戏，四个学生可以同时玩，而班级中的其他学生则可以在附近的台式电脑上参与增强现实组件。
尽管选择越来越多，价格也在下降，但希望在课堂上使用这些技术的学校仍然面临着许多挑战。
如果虚拟现实和增强现实要对未来几代人理解和应对气候变化的方式产生可衡量的影响，那么所有社会经济阶层的普及至关重要。卡玛莱宁说，在一些高收入学区，学生可以使用自己的设备。
然而，在全国许多学区，大多数学生没有智能手机。移动电话公司 Kajeet 已开始通过为学校提供数据套餐来解决这个问题，这些套餐提供带有学校管理过滤功能的 WiFi，以便他们可以设置使用时间限制，使孩子们可以将学校提供的平板电脑带回家，仅用于与学校相关的工作。
在卡玛莱宁工作的学校，哈佛大学为学生提供智能手机用于实地考察旅行，并支付 Kajeet 的 WiFi 和数据服务费用（每个设备每兆字节 2 到 3 美分）。哈佛应用程序在智能手机和平板电脑上都适用，因此，在过去两年中购买或被授予平板电脑的数千所美国学校中的任何一所，都有可能与 Kajeet 签约，以启用这些应用程序在校内外的使用。行业分析师估计，到 2014 年底，美国学校将额外购买 350 万台平板电脑，包括英特尔、AT&T、Fox 和高通在内的多家公司已发起非营利性倡议，在学校分发平板电脑。
校长办公室
即使像 Kajeet 这样的公司成功地让学校更容易负担得起硬件，虚拟现实和增强现实开发商仍然面临着漫长的道路，才能看到他们的项目在教育领域得到广泛采用。后勤挑战包括为试点测试争取资金、为购买新技术预算资金、培训员工以及赢得家长、教师和管理人员的支持。
威斯康星大学麦迪逊分校游戏学习协会 (GLS) 的外展专家保罗·奥尔森说：“课堂上发生的现实与研究人员希望在课堂上看到的情况之间一直存在冲突。”奥尔森曾任教七年级三十多年。他说，他现在的大部分时间都花在向研究人员解释“战壕”中的生活是什么样的，并鼓励教师尝试 GLS 游戏，以激励那些“对讲座或书中的章节真正没有反应，但对编程却非常感兴趣”的学生。
这就是博物馆融入这些技术可能会弥补一些空白的地方。“博物馆有自由跳出学校所受到的严格指导方针和要求的束缚，”皇后区纽约科学馆的对外事务副总裁丹·温帕说，该博物馆在学年期间每天接待约 1200 名实地考察旅行的学生。博物馆最新的展览“互联世界”是在卡玛莱宁的参与下创建的，它将参观者沉浸在一个数字化的互动世界中，展示他们的行为如何影响环境。在展览的一部分，参观者向环境中加水，植物就会茁壮成长。在另一部分，他们加入过多的水，就会导致洪水。总而言之，该展览使大自然快速前进，以帮助学生了解他们的个人和集体行为如何伤害或维持植物和动物生命、清洁的水和新鲜的空气。
“学生们已经有了一些关于水很重要的初步认识，但他们说‘我没有意识到它如此重要，我也没有意识到我在这里所做的事情会影响到远在彼处的人，’”温帕说。
家长教师协会
“我不太热衷于让我的孩子们沉浸在这种类型的技术中，”芝加哥的营销顾问，两个孩子（7 岁和 9 岁）的母亲梅吉·卡里德斯说。“我们非常限制孩子们接触电子产品，因为我不希望他们上瘾。另一方面，我也意识到他们需要了解世界上正在发生的事情。我会在两者之间取得平衡，但如果我必须谨慎行事，我宁愿我们去远足，也不愿让他们盯着屏幕。”
卡里德斯的担忧在家长中很常见。麻省理工学院谢勒教师教育项目主任埃里克·克洛普弗说：“家长们倾向于从两种方式看待这些游戏，他开发了 Time Lapse 2100，并且自 2009 年以来一直在研究增强现实技术在教育中的应用。“一种是，‘太好了。我的孩子在外面，但他仍然拿着手机’，另一种是移动设备和游戏实际上正在把他们的孩子带到户外。”
卡玛莱宁和格罗策也听到了家长关于技术会打断孩子们自然体验的担忧，他们一直在努力设计他们认为能够补充与自然的关系而不是削弱这种关系的游戏。
EcoMOBILE 试点项目迄今已包括约 1000 名学生，卡玛莱宁说，他们一直在谈论增强现实部分如何帮助他们看到他们以前从未注意到的社区中正在发生的事情。“他们说这有助于他们睁开眼睛，看到他们周围的环境，”卡玛莱宁说。“他们对环境更加了解和有意识，并且他们更加密切地关注自然世界。”
最终，支持者表示，这些游戏不仅补充和改善了学生与自然的关系，还教会他们如何系统地思考，以及如何看待自己在损害或改善世界中的角色。
“年龄较小的孩子会说，‘我可以创建一个世界！’”温帕说，“年龄较大的孩子会说，‘我喜欢这个，因为它让我感觉我可以控制一切，而且作为一个孩子，我永远无法控制任何事情。’ 这种感觉会延续下去。他们明白行动会有后果，他们可以影响结果。”
虚拟现实与环保主义之间的联系，来自 艾米·韦斯特维尔特 在 Vimeo。
艾米·韦斯特维尔特是一位环境记者，居住在加利福尼亚州特拉基。作为报道项目“气候机密”的联合创始人，艾米的作品最近发表在《华尔街日报》、《快公司》和《英国卫报》上。
本文由气候机密制作，并根据知识共享署名 4.0 国际许可协议发布以供重用。