«Инструменты не должны стать самоцелью. Важен результат», — Марк Джонсон, специалист по образовательным инновациям Университета Висконсин–Мэдисон.
Аналитики ABI Research считают: к 2022 году мировой рынок VR/AR-обучения суммарно вырастет до 6,3 млрд долларов США. По оценкам экспертов, это — только начало. Постепенно технологичные проекты с дополненной и виртуальной реальностью по сумме инвестиций могут догнать или даже обойти разработки для бизнеса и корпоративного обучения. Утверждение работает и с российским рынком образования: с 2018 года был запущен ряд масштабных проектов: «Образование-2024», «Цифровая школа» (стоимость полного проекта 500 млрд рубл.), «Современная цифровая образовательная среда», «Цифровая экономика РФ» и другие. Технологии виртуальной и дополненной реальности являются важными элементами этих программ и по данным проекта «Цифровая школа», к 2024 году будут внедрены в 25% всех «пилотных» образовательных учреждений страны.
Интерес к технологиям вполне обоснован: учёные считают, что цифровизация образования позволит упростить подачу сложного материала, облегчить процесс запоминания и мотивировать детей учиться усерднее. И это — не пустые догадки, а доводы, подкрепленные результатами первых научных исследований, а также практикой зарубежных образовательных программ.
Например, еще в 2018 году в США VR был полноценно внедрён в 18% от всех образовательных учреждений страны и цифровизация там активно продолжается. В нашей стране VR/AR только начинают использовать, но интерес к продукту растет, а из разряда «пилотных» проекты становятся полноценными инструментами для образования. Сначала МИОО экспериментировали с видео 360, а теперь уже Департамент информационных технологий Москвы, Министерство Просвещения, МЦКО, ДВФУ и другие крупные организации заинтересовались разработкой обучающих VR/AR-приложений для школьников. Этой осенью, согласно отчёту национального проекта «Образование», оборудование для работы с виртуальной реальностью получили две тысячи сельских школ в 50 регионах.
Разработкой VR/AR мы в Modum Lab занимаемся больше пяти лет — тогда вышел первый шлем виртуальной реальности современного типа от Oculus. А в этом году мы запустили посвященное детскому образованию направление — Modum Education.
За время существования компании мы создали, протестировали, исследовали и внедрили десятки крупных технологичных проектов и будем рады поделиться своей экспертизой с преподавателями, родителями и школьниками. Ниже мы расскажем, чем VR/AR могут быть полезны в обучении, почему новым технологиям уделяют такое большое внимание в России, а также приведём примеры того, как инновационные инструменты уже используют за рубежом.
Почему виртуальная реальность?
Виртуальная и дополненная реальность — совсем новые инструменты для образования. Они пока не способны полностью заменить существующие методы преподавания, но уже сегодня эти технологии могут качественно дополнить обучение, сделать его доступнее, проще и увлекательнее.
Так, например эксперты из Дальневосточного федерального университета(ДВФУ), которые разработали «дорожную карту» развития VR в России считают, что в образовательном сегменте внедрение этой технологии приведёт к повышению эффективности, как школьного, так и онлайн обучения, позволит обеспечить непрерывность профессионального развития и сделает его одинаково качественным и доступным даже в удаленных регионах страны.
При этом аналитики ДВФУ подсчитали, что при планомерном развитии маркетплейса образовательных проектов и соблюдении плана «дорожной карты» к 2024 году возможно достижение российскими разработчиками 15% от мирового рынка VR-образования.
Прогнозируют и активное внедрение в обучение дополненной реальности(AR). Например, международная компания Epson провела исследование о применении современных технологий в разных сферах повседневной жизни и бизнеса. Авторы выделили пять главных сфер человеческой деятельности, применение дополненной реальности в которых наиболее эффективно и поможет сэкономить миллионы долларов. По мнению авторов, главной и самой перспективной сферой применения дополненной реальности в ближайшие 10 лет будет именно детское и корпоративное образование. Аналитики также отмечают, что к 2023 году мировые инвестиции в AR-технологии достигнут 61,39 млрд долларов.
Главная особенность AR-технологий — поразительная наглядность. AR-учебные пособия не просто передают те или иные факты, они, например, расширяют функционал привычных учебных материалов или учат разбираться в анатомии и ветеринарии буквально «на ощупь».
«В обучении предметный вид наглядности чрезвычайно важен для ребенка. Важна способность не только увидеть, услышать, но и ощутить, понять предмет в пространстве», — говорится в исследовании российских преподавателей иностранных языков.
Исследование о применимости дополненной реальности в обучении провели например, компании Mindshare Futures и Zappar. Эффективность внедрения дополненной реальности в разных сферах жизни определялась путем опроса пользователей, экспертных интервью, экспериментов с отслеживанием реакции мозга и других инструментов.
И вот несколько увлекательных фактов из исследования:
• Во всей серии измерений когнитивной функции дополненная реальность давала почти вдвое (в 1,9 раза) большие уровни вовлечённости по сравнению с эквивалентами, не связанными с AR;
• От трети (36%) до половины (50%) опрошенных в возрасте от 18 до 34 лет согласились, что они могут придумать много способов, которыми AR может вписаться в их жизнь, а особенно в сферах — развлечений, образовании, коммуникации.
«Мы исследовали реакцию мозга на многие различные медиа, и это исследование показало, что ДР обеспечивает исключительно высокий уровень внимания — на 45% выше, чем тот, который мы в среднем видим при просмотре ТВ или простом интернет-сёрфинге», — говорит в рамках исследования Хизер Эндрю (Heather Andrew), генеральный директор Neuro-Insight UK.
Если подытожить вышеприведенные примеры, то основными преимуществами внедрения технологий виртуальной и дополненной реальности ученые называют наглядность, реалистичность и практико-ориентированность. И именно эти особенности технологии уже сегодня способны закрыть в современном образовании масштабный пласт пробелов.
Как новые технологии уже применяют в школьном обучении?
По сравнению с ранним периодом времени, в последние 2–3 года интеграция технологичных проектов происходит более планомерно и осмысленно. Вероятно, дело в том, что от этапа экспериментирования с VR/AR государство и частные организации перешли к практико-ориентированной интеграции. Ещё одна тенденция — это быстрое формирование цифровой среды вокруг детей и подростков. Есть даже мнение, что современным школьникам легче усваивать информацию привычными им, технологичными способами — такими, как их любимые программы для смартфонов.
Эксперты и разработчики VR/AR сегодня сходятся во мнении, что эти технологии находятся на начальном этапе своего развития, но процесс этот очень быстрый. Скорее всего, уже через пару лет мы сможем увидеть в школах большое число новых технологичных проектов для обучения.
«Цифровые технологии помогают формированию комфортной среды для учебы, занятий наукой и творческой деятельности. Цифровая трансформация вызвана требованиями времени. Для современных детей цифровая среда является естественным окружением. Уже сегодня университеты должны быть готовы принять студентов новой формации», — цитирует ректора Национального исследовательского технического университета МИСиС (НИТУ МИСиС) Алевтину Черникову издание МИА Россия Сегодня.
Как разработчики цифровых учебных материалов, мы понимаем важность того, чтобы новый контент для обучения легко встраивался в экосистему школ, гармонировал с уже имеющимися внедрениями — компьютерами, планшетами, интерактивными панелями. Чтобы совместить реальное пространство с доступными, интересными и понятными технологиями мы в Modum Lab создали проекты для интерактивных досок. AR-технологии позволяют дополнить реальное пространство захватывающими материалами для проведения урока, повысить внимание детей, а также синхронизировать процесс работы с доской со всеми участниками урока.
Уроки Modum Education для интерактивных досок и устройств виртуальной и дополненной реальности (ими могут быть планшеты, смартфоны, AR-очки, VR-гарнитура) — это набор инструментов для самостоятельного дополнения педагогом своих уроков. Мы понимаем, что каждый учитель раскрывает одну и ту же тему по-разному, а потому технологии не заменяют педагога.
Задача инноваций — не стать стимулом для изменения традиционного порядка, а дать новые возможности при подаче материала.
Возможность рассмотреть человеческое сердце со все сторон, взаимодействуя с реалистичной моделью, нравится детям гораздо больше, чем картинки в учебнике или 2D-видео. Чтобы воспользоваться интерактивным контентом ученик затрачивает некоторое усилие, сам делает шаг навстречу знанию.
Американский разработчик The Body VR создал своего рода образовательную платформу, которая включает в себя уроки по биологии и анатомии для школьников, студентов, врачей и даже пациентов.
Надев шлем виртуальной реальности на уроках биологии или дома, ученики могут «уменьшиться» в сотни тысяч раз и совершить увлекательное путешествие внутрь человеческого тела, пройти по кровеносным сосудам и узнать, как работают клетки крови, чтобы распространять кислород по всему телу.
В рамках фестиваля Science fest в Санкт-Петербурге мы демонстрировали детям школьного и дошкольного возраста AR-решения «Биоценоз леса», «Работа сердца», а также «Технокотия». Мы заметили, что дети с интересом подходили к стенду и самостоятельно исследовали контент. Например, образовательные прогулки по лесу с дикими животными особенно нравились школьникам младшего возраста, в робототехнике (проект «Технокотия») с удовольствием разбирались мальчики, а проект «Работа сердца» вызывал удивление как у детей, так и у их родителей.
В один из выставочных дней к стенду Modum Lab подошёл ученик второго класса петербургской средней школы. По школьной программе изучать физику мальчику ещё рано, виртуальное путешествие в тему восьмого класса захватило его настолько, что увести от стенда ребёнка родители не могли больше часа. После просмотра нескольких уроков маленький физик рассказал маме и папе правило левой и правой руки, в упрощённой форме описал силы Лоренса и Ампера.
Кстати, в этом году Microsoft провели исследование, в рамках которого выяснили, что виртуальная реальность помогает ученикам с низким уровнем успеваемости преодолевать трудности. Выяснилось, что при использовании технологий в обучении, разница в результатах тестов между двоечниками и отличниками существенно сократилась.
В рамках этого исследования также учителя сообщили, что использование VR/AR в классе способствовало созданию более основанной на запросах среды, которая максимизировала возможности обучения, прививая большее чувство автономии, побуждая учащихся творчески подходить к предмету.
«Иммерсивная среда позволяет говорить об индивидуальном обучении, а потому мы можем выявить сильные и слабые стороны каждого ученика, лучше помочь их страхи и желания», — говорит Брайан Грэнтэм, директор по инновациям в образовании в Mid-Pacific Institute.
Ученые говорят не только об улучшении запоминаемости и повышении интереса к учёбе, но и о повышении креативности детей. Например, смоленские учёные сравнили показатели изобретательности при работе с VR-технологиями и сделали интересные выводы. Оказывается, трёхмерное изображение в виртуальной реальности оказывает воздействие на характер мыслительного процесса. Эксперименты доказали, что VR способствует прогрессивному формированию как процессуальных, так и операциональных характеристик мышления, а также развивает формы мыслительной активности. Это влияние в итоге позитивно сказывается на решении испытуемым задач и на повышении креативности. А ещё трехмерное изображение в виртуальной реальности оказывает воздействие и на характер мыслительного процесса. К такому выводу пришли смоленские ученые, которые изучили показатели креативности при работе с VR-технологиями.
Внедрять VR/AR-технологии особенно релевантно для понимания технических и естественных наук, где визуализация очень важна для понимания многих процессов. Уже сегодня большой популярностью в школах и университетах пользуются проекты по хирургии, физике, химии, биологии. Особенно активно технологии используют в системе образования США и Китай. По данным Venture Capital, ключевым драйвером роста инвестиций в технологичное образование является именно Китай, на долю которого в 2018 году придется более 50% всех инвестиций в VR.
Китай, с крупнейшим рынком образования в мире, привел к росту инвестиций в образование в последние пять лет. В настоящее время на долю Китая приходится более 50% всех инвестиций в VR-образование, в США — 20%,в Индии — 10%, в Европе — 8%.
Особенный интерес для детей и подростков школьного возраста представляет игровой формат обучения. Эдьютейнмент дает широкие возможности для запоминания и получения навыков, которые обычно требуют длительной рутинной отработки, ведь ребёнок занимается с удовольствием. При этом вовлечённость в учебный процесс происходит не насильственным путем, а естественным.
Кстати, по данным Buisness Wire, почти 97% учащихся хотели бы, чтобы часть образовательных курсов проводилась с использованием технологий VR и AR. А Корнельский университет выяснил, что большинство студентов предпочитают использовать в обучении технологии, а не традиционные методы обучения.
Известный пример проекта для увлекательного обучения — химия эмоций человеческого мозга. В рамках VR-игры ученик становится подростком по имени Джон, который станет взрослым и поможет сформировать будущее, вызвав эмоции в ключевые моменты его жизни. В игре наглядно объясняется материал из области анатомии и когнитивных наук на доступном школьникам уровне.
Чтобы доказать эффективность такого формата обучения, психологи из Университета Варвика в этом году провели сравнительное исследование изучения биологии в формате виртуальной реальности по видеоурокам и по стандартному учебнику. После освоения материала каждый участник прошел тест на знание темы. Исследователей интересовало ещё и эмоциональное состояние обучающихся. По результатам опросников выяснилось:
• VR позволил повысить результаты теста на 28,5%, видео повысило на 16%, а учебник на 24%
• Уверенность по шкале от 1 до 5 после VR выросла на 1,12, после обучения на по видело — на 0,71, а после изучения учебника — на 1,18;
• VR существенно повысил количество положительных эмоций, а видео — существенно их снизило;
• Уровень вовлечения в VR-обучение был существенно выше, чем при изучении учебника.
Отдельно хочется сказать о навыках общения и эмпатии. Мы не преуменьшаем роль живого человеческого общения, но хотим рассказать и об альтернативах — цифровых инструментах. Сегодня они способны расширить спектр общения и помогают становиться многим людям чуть более открытыми для мира. Например, VR-технологии помогают аутистам, интровертам или просто стеснительным, закрытым в себе детям.
«Перенос» пользователя на место другого человека через VR развивает чувство эмпатии, учит сопереживать, сострадать, проявлять и распознавать эмоции. Подход, позволяющий посмотреть на мир глазами другого человека учит, каково это — быть пожилым, слабым, беззащитным или находиться под гнётом чужих предубеждений. За счёт этого виртуальную реальность даже часто называют «машиной сопереживаний». Например, в прошлом году стэнфордские ученые провели эксперимент, чтобы проверить, как средства массовой информации, 2D-формат и VR-технологии могут повлиять на эмоциональный интеллект и чувство эмпатии к людям без определенного места жительства. Выяснилось, что те, кто «погрузился» в VR, в жизни выразили в разы более положительное отношение к бездомным, по сравнению с теми, кто читал текстовый материал или взаимодействовал с 2D-видео или информацией из прессы. Кстати, развитие эмпатии сегодня полезно не только для всестороннего развития личности ребёнка. Эффективность технологии на своём примере уже успели доказать крупные корпорации, которые внедрили инновацию в корпоративное обучение.
Например, команда Modum Lab создала проект по тренировке эмпатии для сотрудников Сбербанка.
Чтобы узнать, готовы ли преподаватели дополнять свои уроки VR/AR технологиями, мы провели опрос в рамках выставки «Город образования-2019». Пользователей, посмотревших AR и VR-проекты мы попросили рассказать о проблемах внедрения VR/AR посредством опросника.
Из 77 опрошенных 89% утвердительно ответили на вопрос «могут ли быть полезны VR/AR в образовании?». Из них — 92% ответили, что готовы внедрять такие технологии в свои уроки.
Подготовка к экзаменам: исследование Modum Lab и ДВФУ
Анализируя проведённые в России и за рубежом исследования, мы сформулировали и собственную гипотезу об эффективности VR-обучения: задействование пространственного мышления и восприятия позволяет ученику лучше понять сущность физических процессов и применить их в решении задач ОГЭ. Чтобы доказать или опровергнуть это, мы, в Modum Lab, провели исследование в рамках подготовки девятиклассников к ОГЭ по физике. Ниже расскажем о том, как VR-технологии помогли школьникам не просто лучше понять сложную тему «Магнитное поле. Электромагнитная индукция», но и выучить, где — право, а где — лево.
Проект состоит из теории, практики и проверочных заданий в виде небольших модулей. В рамках эксперимента мы разделили девятиклассников на основную и контрольную группы. Первая — занималась по классической программе, а вторая — готовилась в шлемах виртуальной реальности. При этом в группах равное распределение успеваемости до проведения эксперимента, также ученики одного учителя распределялись в разные группы для поддержания баланса.
Итоги мы подвели, основываясь на результатах школьных тестов, которые были разработаны для нас были разработаны для нас РАО, а затем — на полученных результатах экзамена.
Средний итоговый балл по тесту у основной группы повысился после прохождения VR-обучения, а средний итоговый балл у контрольной группы никак не изменился.
В целом, можно говорить о наличии положительного влияния VR-обучения на результаты теста. Результаты теста в среднем улучшились на 28,8%, или на 1,22 балла (при максимальном количестве баллов — 8).
Различным оказалось влияние в преуспевающей группе, с более высоким средним баллом по физике до исследования, и отстающей. Среди преуспевающей половины основной группы результаты теста после VR-обучения улучшились на 28,2%. Среди отстающей половины основной группы результаты теста после VR-обучения улучшились на 46%.
Влияние обучения в VR на общие результаты ОГЭ или отдельно 13 задание в модели с вклюением всех учащихся не бало выявлено. Однако, средний общий балл ОГЭ в основной группе в среднем выше на 2,5 балла, чем в контрольной. Кроме того, средний общий балл за ОГЭ преуспевающей половины основной группы оказался выше, чем средний балл преуспевающей половины контрольной группы на 11%, и это различие обусловлено фактором VR-обучения.
Поскольку входной и выходной тесты и ОГЭ были направлены исключительно на применение, влияние на различные уровни обучения осталось скрытым. В будущих исследованиях необходимо учитывать и различать влияние обучение в виртуальной реальности на запоминание, умение анализировать ситуацию и применять знания на практике.
«Всё хорошо показано. Это помогает при усвоении материала. Мне понравилось, что можно посмотреть всё более наглядно, нежели, если ты это изучал на уроке. Благодаря этому проекту, я перестала путать правую и левую руку», — говорит одна из учениц 9 класса, участница проекта.
Вывод
Технологии виртуальной и дополненной реальности уже сегодня способны вывести образование на новый уровень: сделать обучение одинаково сбалансированным в разных регионах, привить школьникам интерес к учёбе и упростить для понимания детей многие сложные процессы или явления. Немаловажно, что дополненная и виртуальная реальность так же позволяют уменьшить неравенство между столичными школами и отдаленными региональными учебными заведениями.
Наш опыт показывает, что неоправданны и многие из опасений относительно применения технологии. Учителя с радостью принимают новые решения и не боятся использовать их на своих уроках. Важно и то, что дороговизна технологий — только стереотип, который активно развенчивают отечественные разработчики и учителя, способствующие внедрению инновационных занятий: на рынке множество примеров недорогих или даже бесплатных VR/AR-проектов.
Тенденция интереса к технологиям со стороны государства — хороший знак, но для более массового внедрения VR/AR-решений в школы финансирования всё ещё недостаточно, как недостаточно и просветительской деятельности в регионах, оказания поддержки разработчикам новых технологий. Процесс этот, однако, запущен и, вероятно, в скором времени виртуальная реальность для российских школ станет таким же привычным инструментом, как например, для учебных заведений Америки и Китая. При этом нам есть, чему поучиться у зарубежных коллег и перенять опыт тех стран, где VR/AR-уроки не являются чем-то фантастичным и футуристичным, а уже полноценно встроены в образовательный процесс.
