Иммерсивные технологии как средство визуализации учебной информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Иммерсивные технологии как средство визуализации учебной информации

А.И. Азевич

Аннотация

В статье описываются возможности иммерсивных технологий, применяемых в учебном процессе. Они рассматриваются как средство визуализации информации, способствующее развитию современных образовательных практик.

Ключевые слова: иммерсивные технологии; иммерсивная среда обучения; визуализация информации; виртуальная реальность; дополненная реальность; смешанная реальность; дополненная виртуальность.

Annotation

А. I. Azevich Immersion Technology as a Means of Visualizing Learning Information

The article describes the possibilities of immersive technologies used in the educational process. They are considered as a means of visualizing information that contributes to the development of modern educational practices.

Keywords: immersive technologies; immersive learning environment; information visualization; virtual reality; augmented reality; mixed reality; augmented virtuality.

Основная часть

Визуализация информации -- мощный инструмент передачи огромных массивов данных, адресованных конкретному пользователю, уникальный помощник в восприятии и анализе всевозможных сведений (см., например, [2-7]). Особенно возрастает роль визуализации в процессе непрерывного совершенствования и широкого распространения информационных технологий. В настоящее время трудно не только освоить, но даже бегло ознакомиться с огромными потоками информации, поступающими, например, через Всемирную сеть. Благодаря средствам визуализации облегчается восприятие, осмысление и понимание информации, а также ее прочное усвоение, что является важнейшей педагогической задачей.

Все больше образовательных учреждений в России и за рубежом используют так называемые иммерсивные технологии. Словарь трактует иммерсивность (от англ. immersive -- погружение) как целостное сочетание ощущений человека, присутствующего в искусственно созданном трехмерном мире, в котором можно выполнять всевозможные манипуляции: менять точку обзора, приближать и удалять объекты, уменьшать и увеличивать их размеры, вращать в пространстве, изменять освещенность сцены и т д.

Иммерсивность предполагает погружение обучающегося в виртуальную среду с целью получения предметного, социального и коммуникативного опыта. В зарубежной литературе нередко встречается эквивалентное понятие immersive teaching, описывающее комплексное исследование потенциала виртуальных миров, применяемых в образовании.

Что представляют собой иммерсивные технологии обучения и в каких формах они проявляются? Иммерсивные технологии обучения -- это совокупность программно-технических средств, способствующих погружению обучающегося в искусственно созданную среду -- виртуальную реальность.

Виртуальная реальность -- это интерактивная среда, в которой пользователь испытывает ее всеобъемлющее влияние, взаимодействует с разнообразной информацией, получаемой через каналы восприятия. Основное отличие дополненной реальности от виртуальной состоит в том, что в ней контент цифрового формата накладывается на реальную пользовательскую среду. В смешанной реальности виртуальные объекты не только помещаются в реальную среду, но непосредственно взаимодействуют с ней (см., например, [8; 16]).

Дополненная виртуальность -- это симбиоз реальных и виртуальных объектов. Она, по сути, представляет виртуальное пространство, в которое могут быть помещены не только физические объекты, но и сами пользователи, осуществляющие контакт с виртуальным миром в реальном времени (см., например, [9-13]).

Являются ли иммерсивные технологии средством визуализации информации? Чтобы ответить на этот вопрос, перечислим основные свойства визуализации. Прежде всего отметим, что благодаря ей происходит наглядное представление информации, а наглядность, как повелось еще со времен Яна Амоса КоменскогоЯ. А. Коменский (1592-1670) -- великий чешский педагог и мыслитель., -- золотое правило дидактики. Еще одно немаловажное преимущество визуализации -- компактное описание закономерностей, присущих набору или системе данных. В ходе применения средств визуализации происходит сжатие информации, т е. ее алгоритмическое преобразование с целью уменьшения занимаемого объема.

Разнообразный опыт применения средств визуализации информации насчитывает не одну сотню лет. Примеров тому множество: от анализа функциональных зависимостей с соответствующими графиками и поверхностями до сложных интерактивных анимаций, моделирующих физические поля и глобальные процессы во Вселенной. Сферы визуализации данных самые разные: геология и медицина, физика и биология, география и химия и т. д.

Основная задача визуализации -- сделать невидимое видимым. Под невидимым понимаются не только привычные реальные предметы, но и абстрактные объекты, недоступные человеческому зрению. Реальный объект невидим, если он очень большой (например, галактика) или очень маленький (например, микро- и наноструктуры реального мира). Абстрактный объект (например, функция многих переменных) невидим в силу своей нематериальной природы.

Виртуальную реальность, как и другие средства визуализации, чаще всего связывают со зрительным восприятием, хотя в этом процессе участвует не только зрительный канал. Тем не менее с момента появления и до настоящего времени большинство систем виртуальной реальности предназначались для воздействия именно на зрение, ведь самую значительную часть информации из окружающей среды -- не менее 80-90 процентов от общего объема -- человек получает именно с его помощью, а затем уже с гораздо меньшими показателями идут органы слуха, осязания и т д.

Если анализировать средства визуализации данных, то их можно разделить, к примеру, по геометрическому принципу: плоские и объемные. Кроме того, в ходе классификации необходимо учитывать физическое проявление визуализации, отражающее ее статические и динамические характеристики. Например, диаграмма или схема -- статические формы визуализации, анимация и видео -- динамические. К пространственным видам визуализации относится SD-визуализация, которая широко применяется в компьютерном моделировании.

Необходимость в компьютерном моделировании сцен реального и вымышленных миров возникает во многих областях человеческой деятельности. Конструирование новых изделий, строительство, дизайн, кино и телевидение, тренажеры для подготовки профессиональных кадров, компьютерные игры -- примеры областей, в которых моделирование играет важную роль. Многие исследователи относят к виртуальной реальности системы SD-визуализации, генерирующие высокореалистичное изображение. Однако это ошибочное мнение, поскольку в ней отсутствует интерактивность. Вместе с тем виртуальной реальностью можно признать систему стереоскопической визуализации простых объектов. Она снабжена подсистемой коррекции изображения, учитывающей положение и ориентацию зрительных сенсоров (в простейшем случае это может быть голова человека).

В настоящее время значительно усложняются задачи визуализации информации. Это требует широкого применения все более совершенных и сложных технических инструментов. К ним в первую очередь следует отнести виртуальную реальность, представляющую собой один из видов иммерсивных технологий. Самые совершенные системы виртуальной реальности создают полное погружение в виртуальную среду, при котором сенсорная система полностью или почти полностью исключает внешние раздражители. Термин полное погружение можно определить только с некоторой степенью точности. Во-первых, потому что полной изоляции от воздействия окружающей среды можно добиться пока еще не для всех органов чувств. Во-вторых, ученые и инженеры не смогли синтезировать и подвести к органам чувств широкий набор раздражителей, чтобы реализовать ограниченные диапазоны их входных характеристик.

Понятие иммерсивности первоначально не было связано с образованием.

Оно возникло из явлений, происходящих в театральном искусстве. Этот термин впервые применили сотрудники британской компании Punchdrunk. В 2011 году в Нью-Йорке они поставили первый иммерсивный спектакль под названием Sleep no more. Теперь такие постановки идут по всему миру. В иммерсивном действии зритель не только наблюдает за актерами, но и становится активным участником сцены, включаясь в игру. Он остро чувствует создаваемую окружающую реальность, воспринимая ее не только аудиовизуальным каналом, но и всем телом, производя различные движения. Это допускает понимание иммерсивности как некоего переноса человека в другую область, подразумевает поглощение его средой и функционирование сложной системы коммуникационных элементов, которые делают субъекта этого процесса частью другой реальности.

Серьезные исследования, посвященные проблемам применения иммерсивных технологий в образовании, представлены в работах С. Ф. Сергеева. Он одним из первых ввел понятие иммерсивной обучающей среды. «Иммерсивная обучающая среда -- системный самоорганизующийся конструкт, проявляющийся в виде динамического процесса в субъекте обучения, вовлекающего в свою структуру самые разнообразные элементы внешнего и/или внутреннего окружения с целью обеспечения аутопоэзиса Аутопоэзис -- это самопостроение, самовоспроизводство живых существ, в том числе человека, которые отличаются тем, что их организация порождает в качестве продукта их самих без разделения на производителя и продукт. организма, стабильности личности, непрерывности ее истории» [15].

В последние годы иммерсивность и виртуальность в образовательной сфере стали эффективными инструментами поддержки обучающего процесса. В частности, виртуальные миры могут выполнять конкретные задачи благодаря различным настройкам, созданным для реализации сценариев, отвечающих определенным целям обучения.

Благодаря современным технологиям родилось новое понятие -- «иммерсивный подход в образовании». Иммерсивный подход в образовании -- стратегия познания, комплекс приемов и способов интерактивного взаимодействия субъектов образовательного процесса с целью развития и саморазвития личности обучающегося в искусственно созданном виртуальном окружении, способного эффективно воздействовать на ее разум и чувства.

Названный подход тесным образом связан с другими подходами, которые длительное время успешно используются в обучении и воспитании. К ним можно отнести следующие: деятельностный, контекстный и информационный. Применяя деятельностный подход, педагог создает условия для проявления учеником активного творческого начала, заложенного в нем. Он обучает ребенка взаимодействовать с миром, совершенствоваться и развиваться в ходе непрерывной поступательной деятельности.

Контекстное обучение -- форма активного обучения, нацеленная на профессиональную подготовку обучающихся, процесс реализации которой заключается в постепенном насыщении учебного процесса знаниями и навыками, необходимыми в той или иной профессиональной деятельности. Именно в этом и есть суть контекстного подхода.

Информационный подход в обучении представляет собой сложную систему процессов обработки информации, осуществляемых последовательно или параллельно, с использованием информационно-коммуникационных технологий или с помощью традиционных средств.

Иммерсивный подход учитывает ряд важных позиций, на которых базируется принцип наглядности, непосредственно связанный с визуализацией информации. Иммерсивные технологии, применяемые в образовании, повышают роль визуальных средств в процессе получения и усвоения знаний благодаря глубокому и осознанному погружению в виртуальную среду. Их роль в обогащении обучающихся комплексным чувственным познавательным опытом, необходимым для овладения абстрактными понятиями и сложными процессами, чрезвычайно важна.

Иммерсивные технологии предполагают изменение роли педагога, который проектирует новую виртуальную среду и создает сценарии взаимодействия с визуальным интерактивным материалом. Главной функцией преподавателя становится моделирование различных маршрутов и образовательных практик для ученика и вместе с учеником, поддержка процессов, направленных на достижение образовательных целей.

Проектирование максимально полного виртуального окружения -- новое явление в педагогической деятельности. Теперь преподаватель обретает роль наблюдателя и активного участника коммуникации, используя свой опыт и авторитет для ориентации ученика в зоне учебных смыслов, изменения наблюдаемых параметров в сформированной среде обучения. При этом привычная функция лектора уступает место роли гида, который усиливает педагогический эффект коммуникации ученика или целого класса с виртуальным миром.

Примерами коллективных проектов, разработанных с помощью иммерсивных технологий, прежде всего с использованием виртуальной и дополненной реальности, могут служить виртуальные экскурсии в музеи, художественные галереи, города, подводные туры, выходы в открытый космос. Сценарии виртуальной реальности становятся инструментом имитации учебных проблем, природных явлений, реальных событий.

Чем выступает виртуальная реальность в учебном процессе? Можно утверждать, что она является новым средством обучения. Согласно классическому определению, средство обучения -- это дидактический инструмент деятельности педагога и учащегося, необходимый для достижения образовательных целей. Виртуальная реальность включает в себя сложное техническое оборудование, специальные приспособления и программно-аппаратное обеспечение, а также определенную стратегию воздействия на человека.

Д. В. Малий, П. Н. Медведев, М. Г. Маркова, говоря об использовании иммерсивных технологий в образовательной практике, указывают на особое значение виртуальных компьютерных аналогов и их роли в восприятии обучающимся окружающего мира. Они отмечают необходимость создания условий для повышения мотивации учащихся и развития их познавательной сферы. Решение этой проблемы, по мнению авторов, связано с применением иммерсивных технологий обучения [14].

Немалую роль исследователи отводят дополненной реальности, так как она позволяет значительно расширить представления о процессах, происходящих в естественной среде. Размещение новых объектов в области, в которой они изначально не содержатся, помогает моделировать необычные практики для решения конкретных образовательных задач. Более того, исследователи считают, что появление дополненной реальности было в свое время обусловлено именно образовательными нуждами.

А. П. Авраменко акцентирует внимание на технологии дополненной реальности в образовательном контексте, указывая на ее широкий дидактический потенциал. В представлении автора, дополненная реальность -- это средство обучения, способствующее реализации современных подходов и методов, достижению новых педагогических задач [1]. Это связано с дидактическим потенциалом иммерсивных технологий, обладающих аутентичностью, мультимедийностью и персонифицированностью, проявляющихся в ходе обучения. Перечисленные свойства определяют важные функции дополненной реальности, среди которых стоит выделить следующие: доступ к разнообразным материалам, возможность эффективного выстраивания учебного процесса в пространстве и времени, разнообразную интерактивность, широкую визуализацию, а также возможность организации непрерывного индивидуального подхода к каждому учащемуся. Поскольку перечисленные функции, как правило, реализуются в игровом режиме, это позволяет активно включать в учебную деятельность проблемно-поисковые и творческие задания, а именно: веб-квесты, кейсы и ролевые игры.

Иммерсивные технологии преодолели большой путь. Они заняли собственные ниши в различных областях человеческой деятельности, стали более совершенными и востребованными. Новые средства помогли преодолеть заблуждения и сомнения, сложившиеся у пользователей в пору появления первых подобных инструментов. Многие считали, впрочем, немало и тех, кто считает так до сих пор, что иммерсивные технологии -- виртуальная, дополненная и смешанная реальность -- нужны исключительно для развлечений. иммерсивный технология визуализация информация

Другое заблуждение основано на мнении, что виртуальная реальность не способна реалистично передать ту или иную сцену -- аналог фрагмента реального мира. Подобные суждения в свое время были связаны с несовершенством технических устройств и недостаточным качеством виртуального контента. В настоящее время эти проблемы уже не стоят так остро.

У некоторых педагогов сложилось мнение, что виртуальная реальность -- это искусственный мир, в котором ученик теряет себя и приобретает устойчивую зависимость от фантастического окружения. Однако этот вывод был развенчан А. Е. Войкунским и Г. Я. Меньшиковой, показавшими, что виртуальная реальность, в отличие от измененного состояния сознания, не вызывает неадекватного мышления, не снижает уровень рефлексии, не несет чувство раздвоенности и потерю собственного «Я», как это, например, происходит в случае гипноза или химического воздействия на человека [8].

Виртуальная реальность, как и любая другая иммерсивная технология, нуждается в собственном инструментарии. Без соответствующего оборудования невозможно создать и воспроизвести качественные виртуальные уроки. Существующие приложения виртуальной реальности, используемые в образовании, пока еще не могут в полной мере реализовать весь потенциал этого уникального обучающего средства. Вместе с тем современные тенденции развития иммерсивных технологий обучения свидетельствуют, что за ними будущее и осваивать их нужно уже сегодня.

Литература

1. Авраменко А. П. Дополненная реальность в языковом образовании: этапы развития, тенденции и перспективы // Ученые записки Национального общества прикладной лингвистики. 2019. № 1 (25). С. 47-55.

2. Азевич А. И. Визуализация педагогической информации: учебно-методический аспект // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия «Информатика и информатизация образования». 2016. № 3 (37). С. 74-82.

3. Азевич А. И. Виртуальная реальность как обучающая среда // Современные информационные технологии в образовании: мат-лы XXX Междунар. конф. Троицк: БАЙТИК, 2019. Ч. 1. С. 72-73.

4. Азевич А. И. Полное погружение // Учительская газета. № 32. 6 августа 2019. С.12-13.

5. Азевич А. И. Визуализация данных: приемы и решения // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия «Информатика и информатизация образования». 2019. № 1 (47). С. 13-19.

6. Азевич А. И. Виды наглядности учебной информации и средства их реализации // Наука, Информатизация. Технологии. Образование: мат-лы XII Междунар. науч.-практ. конф. Екатеринбург, 2019. С. 272-277.

7. Аранова С. В. Интеллектуально-графическая культура визуализации учебной информации в контексте модернизации общего образования // Вестник Челябинского государственного педагогического университета. 2017. № 5. С. 5-16.

8. Войкунский А. Е., Меньшикова Г. Я. О применении систем виртуальной реальности в психологии // Вестник Московского государственного университета. Серия «Психология». 2008. № 1. С. 22-36.

9. Гриншкун А. В. Возможности использования технологий дополненной реальности при обучении информатике школьников // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия «Информатика и информатизация образования». 2014. № 3 (29). С. 87-93.

10. Гриншкун А. В. Технология дополненной реальности как элемент содержания подготовки педагогов в области информатизации образования // Бюллетень лаборатории математического, естественнонаучного образования и информатизации. Рецензируемый сборник научных трудов. Воронеж: Научная книга, 2012. Т 2. С. 298-301.

11. Гриншкун А. В. Об эффективности использования технологий дополненной реальности при обучении школьников информатике // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия «Информатика и информатизация образования». 2016. № 1 (35). С. 98-103.

12. Гриншкун А. В. Редактор игр Unity как инструмент разработки сред дополненной, виртуальной и смешанной реальности в рамках школьного образования // Инфо-стратегия 2019: Общество. Государство. Образование: мат-лы XI Междунар. науч.-практ. конф. Самара, 2019. С. 303-305.

13. Гриншкун А. В., Гриншкун В. В. Особенности подготовки педагогов к работе с технологиями дополненной реальности // Материалы научно-практической конференции, посвященной 50-летию КазЭУ им. Т Рыскулова. Алматы: КазЭУ, 2012. Т 2. С. 39-41.

14. Малий Д. В., Медведев П. Н., Маркова М. Г. Профилактика игровой компьютерной увлеченности школьников младших классов // Историческая и социальнообразовательная мысль. 2018. T 10. № 5/2. С. 135-140.

15. Сергеев С. Ф. Виртуальные тренажеры: проблемы теории и методологии проектирования // Биотехносфера. 2010. № 2 (8). С. 15-20.

16. Azevich A. I. Virtual reality: educational and methodological aspects (Виртуальная реальность: учебно-методические аспекты) // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Информатизация образования». 2019. Т 16. № 4. С. 338-350.

Literatura

1. Avramenko A. P. Dopolnennaya real'nost' v yazy'kovom obrazovanii: e'tapy' raz- vitiya, tendencii i perspektivy' // Ucheny'e zapiski Nacional'nogo obshhestva prikladnoj lingvistiki. 2019. № 1 (25). S. 47-55.

2. Azevich A. I. Vizualizaciya pedagogicheskoj informacii: uchebno-metodicheskij aspekt // Vestnik Moskovskogo gorodskogo pedagogicheskogo universiteta. Seriya «Infor- matika i informatizaciya obrazovaniya». 2016. № 3 (37). S. 74-82.

3. Azevich A. I. Virtual'naya real'nost' kak obuchayushhaya sreda // Sovremenny'e informacionny'e texnologii v obrazovanii: mat-ly XXX Mezhdunar. konf. Troiczk: BAJTIK, 2019. Ch. 1. S. 72-73.

4. Azevich A. I. Polnoe pogruzhenie // Uchitel'skaya gazeta. № 32. 6 avgusta 2019. S. 12-13.

5. Azevich A. I. Vizualizaciya danny'x: priemy' i resheniya // Vestnik Moskovskogo gorodskogo pedagogicheskogo universiteta. Seriya «Informatika i informatizaciya obrazovaniya». 2019. № 1 (47). S. 13-19.

6. Azevich A. I. Vidy' naglyadnosti uchebnoj informacii i sredstva ix realizacii // Nauka, Informatizaciya. Texnologii. Obrazovanie: mat-ly' XII Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Ekaterinburg, 2019. S. 272-277.

7. Aranova S. V. Intellektual'no-graficheskaya kul'tura vizualizacii uchebnoj informacii v kontekste modernizacii obshhego obrazovaniya // Vestnik Chelyabinskogo gosudarst- vennogo pedagogicheskogo universiteta. 2017. № 5. S. 5-16.

8. Vojkunskij A. E., Men'shikova G. Ya. O primenenii sistem virtual'noj real'nosti v psixologii // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya «Psixologiya». 2008. № 1. S. 22-36.

9. Grinshkun A. V. Vozmozhnosti ispol'zovaniya texnologij dopolnennoj real'nosti pri obuchenii informatike shkol'nikov // Vestnik Moskovskogo gorodskogo pedagogiche- skogo universiteta. Seriya «Informatika i informatizaciya obrazovaniya». 2014. № 3 (29). S. 87-93.

10. Grinshkun A. V. Tekhnologiya dopolnennoj real'nosti kak element soderzhani- ya podgotovki pedagogov v oblasti informatizacii obrazovaniya // Byulleten' laboratorii matematicheskogo, estestvennonauchnogo obrazovaniya i informatizacii. Recenziruemyj sbornik nauchnyh trudov. Voronezh: Nauchnaya kniga, 2012. T 2. S. 298-301.

11. GrinshkunA. V. Ob e'ffektivnosti ispol'zovaniya texnologij dopolnennoj real'nosti pri obuchenii shkol'nikov informatike // Vestnik Moskovskogo gorodskogo pedagogiche- skogo universiteta. Seriya «Informatika i informatizaciya obrazovaniya». 2016. № 1 (35). S. 98-103.

12. Grinshkun A. V. Redaktor igr Unity kak instrument razrabotki sred dopolnennoj, virtual'noj i smeshannoj real'nosti v ramkax shkol'nogo obrazovaniya // Info-strategiya 2019: Obshhestvo. Gosudarstvo. Obrazovanie: mat-ly' XI Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Samara, 2019. S. 303-305.

13. Grinshkun A. V., Grinshkun V. V. Osobennosti podgotovki pedagogov k rabote s texnologiyami dopolnennoj real'nosti // Materialy' nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashhennoj 50-letiyu KazEU im. T Ry'skulova. Almaty': KazEU, 2012. T 2. S. 39-41.

14. Malij D. V., Medvedev P. N., Markova M. G. Profilaktika igrovoj komp'yuternoj uvlechennosti shkol'nikov mladshix klassov // Istoricheskaya i social'no-obrazovatel'naya my'sl'. 2018. T 10 № 5/2. S. 135-140.

15. Sergeev S. F Virtual'ny'e trenazhery': problemy' teorii i metodologii proektirova- niya // Biotexnosfera. 2010. № 2 (8). S. 15-20.

16. Azevich A. I. Virtual reality: educational and methodological aspects (Virtual'naya real'nost': uchebno-metodicheskie aspekty') // Vestnik Rossijskogo universiteta druzhby' narodov. Seriya «Informatizaciya obrazovaniya». 2019. T 16. № 4. S. 338-350.

Размещено на Allbest.ru