Технологии виртуальной реальности в инженерном образовании.
Достижения в области вычислений и обработки изображений значительно расширили возможности технологий виртуальной реальности. Вычислительные мощности серверов по рендерингу сцен воспроизводят реальность виртуального мира с высочайшим разрешением, что, при определённых условиях, позволяет имитировать почти реальный опыт. Современные технологии в этой среде подразделяются на иммерсивную виртуальную реальность (IVR) и неиммерсивную десктопную (DVR), в зависимости от типа опыта, который они предоставляют. Но в обеих вариантах - это мощная технология, которая может улучшить инженерное образование, обеспечивая захватывающий и интерактивный опыт обучения.
Опыт максимального погружения в виртуальную среду основан на использовании устройств, крепящихся на голове - например, Oculus Rift или HTC Vive - и создаёт для пользователя большее ощущение «присутствия там». Напротив, для десктопного варианта не требуются специальные гарнитуры - необходимы только системный блок, компьютерная клавиатура, монитор и мышь. В некоторых случаях ещё необходимо высокоскоростное интернет-соединение с дата-центром, где расположен сервер с необходимым приложением. Это особо актуально в случае интерактивных учебных программ, представляющих большую вариативность ситуаций, которые моделируются, исходя из действий обучающегося (наподобие игр-квестов).
За последнее десятилетие наблюдается всё более активное и широкое внедрение новейших технологий (включая применение виртуальной реальности) в учебные процессы для многих областей образовательных программ. Но, хотя принципы, основанные на методиках обучения, необходимы для разработки и внедрения эффективных педагогических методов и продвижения положительного опыта преподавания, многие образовательные технологии разрабатываются и внедряются практически без обращения к соответствующим теориям эффективного обучения. Существующие исследования образовательных программ в ВУЗах показывают, что те, кто внедряет образовательные технологии, склонны больше сосредотачиваться на самой технологии, а не на том, как теории обучения могут помочь оптимально внедрить эти инновации.
Теоретики применения мультимедийного контента, при подаче материала, выступают за применение проверенных принципов проектирования мультимедийных сред, которые ограничивают постороннюю когнитивную обработку – для снижения нагрузки и улучшают уместную обработку материала таким образом, чтобы способствовать значимому их доминированию в обучении. Ссылаясь на гипотезу отвлечения, они утверждают, что высококачественные мультимедийные среды обучения (такие, как виртуальная реальность), могут содержать сильные сенсорные стимулы, которые перегружают ёмкость памяти учащихся и снижают их способность обрабатывать наиболее важную информацию в среде обучения. Следовательно, такая среда должна быть спроектирована так, чтобы свести к минимуму отвлекающие детали (глубокая проработка визуальных компонентов), которые ослабляют полезную когнитивную обработку.
Растущее внедрение виртуальной реальности, для поддержки инженерной педагогики, является долгожданным событием. Однако эти технологии могут стать лишь модным увлечением, если преподаватели сочтут их неэффективными. Но тут многое зависит от правильности подачи и представления материала. Например, учащиеся могут узнавать о недоступных им местах, исследуя визуализированные сцены и элементы, как бы изнутри или в разрезе. В отличие от видеопрезентаций того же учебного контента, учащиеся могут взаимодействовать с окружающей средой и живо воспринимать контент, как если бы они находились на месте. Например, в области медицинских наук уже давно практикуют обучающую виртуальную реальность для проведения безопасных медицинских экспериментов/операций, близких к реальным, в ходе которых студенты могут освоить процедурные навыки, слишком рискованные или дорогостоящие, чтобы поддерживать получение этих навыков иным образом. В некоторых медицинских институтах внедрили такие инновации, для предоставления учебного контента по хирургическим процедурам и анатомии человека. За счёт этого студенты эффективно изучают материал теми способами, которые являются экономически эффективными и значительно улучшают качество обучения.
Виртуальная среда обучения может стимулировать мотивацию и самоэффективность учащихся, при выполнении научных лабораторных экспериментов с процедурными задачами, а также поддерживать стратегии эмоциональной регуляции. Это вполне применимо и в техническо-инженерном образовании. Особенно если касается областей атомной энергетики или поведения механизмов в агрессивных средах. Немаловажным считается тот факт, что учащиеся могут рассмотреть процесс с разных точек обзора, манипулируя этим параметром в виртуальном представлении.
Многие студенты считают абстрактные инженерные решения слишком неосязаемыми и сложными для понимания. Таким студентам может быть трудно сформулировать связные ментальные модели инженерных принципов и механизмов, а, следовательно, они не смогут усвоить нормально понимание таких концепций. Образовательные среды виртуальной реальности могут быть особенно полезны для поддержки изучения учащимися такого контента. Например, принципы электромагнетизма или трёхмерной статики могут быть сложными для умственного восприятия, поскольку их невозможно наблюдать физически. Виртуальное представление может сделать их более понятными. Мультисенсорные сигналы виртуальной реальности могут улучшить взаимодействие учащихся с электротехникой, распределением сил в электрическом и магнитном поле, давлением жидкостей в механике и т.п.
Эти технологии уже широко применяются для развития навыков решения проблем в процессах ремесленного производства и производственного проектирования (цифровые фабрики, инжиниринг, роботизация производства), а также навыков решения проблем и совместной работы в области инженерной статики. Поскольку инженерное образование представляет собой комбинацию практическойю и экспериментальной областей, объединяя теорию и практику, лабораторные работы всегда были неотъемлемой частью учебных программ бакалавриата и магистратуры. Лаборатории на базе виртуальной реальности можно использовать для поддержки альтернативного лабораторного опыта в области инженерии, не обязательно заменяя традиционный очный лабораторный опыт, поскольку практическая деятельность, приводящая к приобретению процедурных навыков, может быть реализована в системах обучения на основе VR.
Поскольку технологии виртуальной реальности становятся лучше, а стоимость их приобретения для учебных целей снижается, они неизбежно станут повсеместными в учебных аудиториях. Хотя обучение с дополнением VR потенциально может улучшить доставку определённого инженерного контента, плохо разработанные или плохо реализованные педагогические методы могут отвлекать или вредить всему процессу усвоения знаний. Игнорирование отвлекающих факторов, которых можно избежать, может подорвать любые потенциальные возможности инженерной педагогики. Проектирование, разработка и внедрение технологий виртуальной реальности для инженерного обучения должны основываться на научно обоснованных теоретических принципах. Вместо того, чтобы надеяться, что изображения и функции виртуальной реальности будут способствовать положительному вовлечению в обучение и лучшим результатам, грамотная разработка инженерного контента должна основываться на целенаправленном применении принципов создания, основанных на когнитивных и некогнитивных теориях с твёрдой практической поддержкой сведущих специалистов в каждой области знаний.
.