ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБУЧЕНИЯ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБУЧЕНИЯ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
Валеев Расиль Раисович
директор GH Group,
РФ, г. Казань
Тематика повышения качества и показателей эффективности образования, процесса обучения в целом давно является неизменным вектором работы ученых. Внедрение VR технологий используется уже в направлениях обучения медицинских работников, специалистов профессиональных сфер, связанных с повышенной опасности, а также позволяет расширить границы изучения нейрофизики и устройства головного мозга.
Но что же мешает широкому использованию технологии по всему миру? Существует мнение о том, что это слишком дорого и малоэффективно, кроме этого, ведет к деструктивным нарушениям восприятия информации, негативно сказывается на работе головного мозга. Рассмотрим опыт научного сообщества на примерах исследований, опубликованных в научных изданиях и апробированных учеными. Обо всем по порядку.
VR в медицине
Виртуальная реальность была введена, как метод, обучающий медицинских работников, и уже доказала свою эффективность. Опыт использования VR применяется в лапароскопической хирургии, в кардиологических операциях и показывает наглядно, что специалисты, прошедшие тренинги с помощью именно такой технологии, закрепляют в своей врачебной практике необходимую хирургам точность как в постановке диагноза, так и в проведении сложных операций.
К таким выводам пришли ученые, которые ещё в 2016 году провели масштабное обзорное исследование, посвященное внедрению VR в обучение медицинских работников. Из 1343 публикаций PubMed, Scopus, Web of Sciences, Springer и Google Scholar (аккредитованных ВАК) они отобрали 21, по которым провели глубинный анализ.
По итогам работы авторы обзора сообщили, что в 11 статьях (48%) описан опыт применения виртуальной технологии для обучения лапароскопической хирургии. Использование виртуальной реальности повысило показатели эффективности обучения по данным 17 (74%) исследований, а в 20 (87%) исследованиях сообщалось о большей точности на практике людей, прошедших тренинги с помощью VR.
На основании этих данных ученые сделали вывод о том, что применение возможностей виртуальной реальности играет важную роль в улучшении работы различных групп медицинских специалистов. Кроме этого, авторы обратили внимание на то, что дальнейшее обучение испытуемых будет происходить с учетом их индивидуальных и коллективных потребностей [1, с.23–129].
Кроме этого, в научном сообществе уже имеются доказательства, свидетельствующие о повышении точности и информативности хирургических вмешательств по итогам использование VR обучения. В данном случае речь идет о принятии врачебных решений в предоперационный и интраоперационный периоды, когда виртуальную модель, воспроизводящую анатомические особенности оперируемого, выводят на дисплей специальным проектором, или, когда хирург работает в шлеме с технологией Video See-Through [2, с.31-44].
В свою очередь отмечается и прикладная польза использования технологий 3D и дополненной реальности: с их помощью удалось значительно снизить дозы облучения при проведении операций. С помощью данных технологий реализуется полная визуализация редакции переломов, процедур имплантации, остеотомии и многого другого в безопасном режиме.
В кардиологии с помощью симулятора Simman, представляющего собой манекен в человеческий рост, имитирующий сердечно-сосудистую систему человека до мельчайших деталей, совершенствуют свои навыки хирурги-кардиологи [3, с.93-96].
Совершенствованию навыков хирургов могут способствовать видеоигры. Игровая моторика развивает точность движений, которая помогает хирургу в проведении, например, лапароскопических операций на брюшной полости. Согласно исследованию, еженедельная игра в «Top Gun» в течение трех часов способствует сокращению на 37% числа ошибок, допускаемых хирургами и увеличению скорость проведения операций [4, с.181,186].
Согласно собственному опыту и накопленным знаниям научного сообщества считаю необходимым выделить следующие особенности и возможности применения VR в хирургии:
● VR-система воспроизводит ощущение взаимодействия с реальным хирургическим инструментом по типу обратной связи. Хирург имеет возможность почувствовать виртуальный скальпель, разрезающий ткани и мышцы, точно также, как при реальной операции. Технология позволяет медику скорректировать свою технику и закрепить полученный опыт.
● Обратная связь различается в зависимости от того, на какой части тела выполняется операция, инструмента и процедуры.
● Очки виртуальной реальности используются во время онлайн-трансляций операций, так как помогают специалистам получать в полном объеме и в режиме реального времени информацию о состоянии оперируемого пациента.
● Процесс обучения VR позволяет оптимизировать использование ресурсной базы и содержание экспериментальных лабораторий.
VR на опасных и затратных производствах
Особое значение приобретает обучение с помощью технологий виртуальной реальности по профессиям, подразумевающими высокие риски и производственные затраты: пилоты, сотрудники служб спасения, инженеры буровых установок, специалисты по работе со сложными механизмами, космонавты и т.п.. Применение технологии открывает ряд преимуществ:
1. Наглядность. Виртуальное пространство позволяет детально рассмотреть объекты и процессы, которые невозможно или очень сложно проследить в реальном мире. Например, анатомические особенности человеческого тела, работу различных механизмов и тому подобное. Полеты в космос, погружение на сотни метров под воду, путешествие по человеческому телу – VR открывает колоссальные возможности.
2. Сосредоточенность. В виртуальном мире на человека практически не воздействуют внешние раздражители, что кратно повышает концентрацию и темпы усвоения материала.
3. Вовлеченность. Сценарий процесса обучения можно с высокой точностью запрограммировать и контролировать. В виртуальной реальности ученики могут проводить химические эксперименты, решать сложные задачи в более увлекательной и понятной игровой форме и стать свидетелями выдающихся исторических событий.
4. Безопасность. В виртуальной реальности можно без каких-либо рисков проводить сложные операции, оттачивать навыки управления транспортом, экспериментировать и многое другое. Независимо от сложности сценария учащийся не нанесет вреда себе и другим.
5. Эффективность. Опираясь на уже проведенные эксперименты, можно утверждать, что результативность обучения с применением VR минимум на 10% выше, чем классического формата.
Дополнительным фактом в пользу VR стало одно из последних исследований, проведенное в Калифорнийском Университете. [5]
Маянк Мехта, доктор философии, глава Центра нейрофизики У. М. Кека и профессор кафедр физики, неврологии, электротехники и компьютерной инженерии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе изучает область мозга, называемую гиппокампом. Гиппокамп является основным центром обучения и памяти, включая пространственную координацию. Этот сектор головного мозга был особенно тщательно изучен работниками лаборатории Маянка Мехта.
Было выявлено, что в процессе ходьбы крысы нейроны в гиппокампе синхронизируют свою электрическую активность со скоростью 8 импульсов в секунду или 8 Гц. Это тип мозговых волн, известный как «тета-ритм», и он был открыт более шести десятилетий назад. Нарушения тета-ритма как положительные, так и отрицательные, отражаются на способности к обучению и памяти крысы, в том числе способность учиться и запоминать маршрут через лабиринт. Основываясь на этом, исследователи предположили, что усиление тета-волн может улучшить или восстановить функции обучения и памяти. Но до сих пор никому не удавалось усилить эти мозговые волны.
Доктор Мехта считает, что повреждение нейронов в гиппокампе может мешать восприятию человеком пространства, как например, со страдающими болезнью Альцгеймера часто теряются. В целях проверки этой гипотезы ученый и его коллеги изобрели иммерсивную среду виртуальной реальности для крыс, которая была гораздо более захватывающей, чем коммерчески доступная виртуальная реальность для людей. Изобретенное VR пространство позволяет крысам видеть свои конечности и тени и устраняет тревожность, характеризуемую задержками между движением головы и сменой сцены, которые могут вызвать у людей головокружение.
В результате эксперимента, ученые увидели огромный эффект виртуальной реальности на усиление тета-ритма, а сами грызуны проявили активный интерес к происходящему с ними в VR - крысы стали прыгать и с удовольствием играть в игры. Это открытие говорит о том, что уникальный ритм является показателем того, как мозг определяет, является ли переживание реальным или имитированным. Мозг использует информацию от органов чувств, вестибулярного аппарата чтобы решить, что вы двигаетесь, а не стена.
В ходе исследования команда доктора Мехты обнаружила еще кое-что удивительное: нейроны состоят из компактного клеточного тела и длинных усиков, называемых дендритами, которые извиваются и образуют связи с другими нейронами. Когда исследователи измерили активность в клеточном теле мозга крысы, переживающей виртуальную реальность, они обнаружили другой электрический ритм по сравнению с ритмом в дендритах.
Основания для внедрения VR очевидны, эффективность этого метода доказана, так почему же эта методика не внедряется повсеместно? Главными препятствиями на пути масштабного внедрения и использования технологии являются несколько важных факторов:
1. Стоимость и сроки разработки программ под VR. Этот процесс требует много времени, сил и вложений. Но за последние несколько лет сделан большой прогресс в этом вопросе. Появились специализированные платформы и инструменты для разработки, готовые 3D миры.
2. Возможные сложности адаптации к виртуальной реальности. Не все люди одинаково воспринимают VR. У некоторых уже спустя пару минут возникает головокружение, тошнота и дезориентация. И эта проблема в большинстве современных устройств практически решена и в скором времени вполне возможно будет побеждена полностью.
3. Необходимость существенно менять программу обучения на государственном уровне. Пока что VR внедряется на уровне экспериментов. Чтобы сделать технологию полноценной частью учебного процесса, нужно кардинально работать над программами обучения в школах и университетах. Но из-за бюрократических сложностей на это могут уйти годы.
Но при этом необходимо понимать, что обучение в виртуальной реальности может решить сразу несколько вопросов и стратегических задач не только образования, но и всего человечества в целом. Среди них:
1. Проблемы разрыва теории и практики – студент, благодаря в виртуальной реальности получает знание и сразу может его применить, не затрачивая материальных ресурсов.
2. Стандартизация знания - накопление всех знаний в единой базе данных исключает любые интерпретации, как со стороны преподавателя, так и со стороны студента.
3. Быстрое обновление знаний - как только в системе образования будут введены новые стандарты в любом возможном направлении, благодаря единой базе знаний, они просто распространятся в виде апдейта на тренажеры и учебные программы.
4. Автоматизированный сбор данных и статистики - цифровизация процесса обучения позволяет молниеносно собирать обратную связь - типовые ошибки, сложности восприятия, наконец дизайн и эргономика рабочего места и процесса. Все это может быть оптимизировано при помощи данных, которые могут быть собраны при использовании обучения в VR.
5. Удобство использования – для применения VR обучающимся не обязательно часто ехать на практику на предприятия, отвлекая реальный персонал от обязанностей. В свою очередь, предприятия получаю готовые к работе кадры с минимальными затратами на адаптацию.
Совершенно очевидно, что технология VR никуда не уйдет, а будет только развиваться и популяризироваться. Однако инерция системы и страх перед новейшими разработками человечества мешает быстрому внедрению данной технологии в образование, не смотря на то, что глобальных изменений в образовании не было уже несколько столетий. Классический подход «учитель-ученик» уже не успевает поставлять необходимое количество педагогов, а обеспечивать науку постоянно обновляющимися знаниями и нарабатывать новые навыки в эпоху высокого информационного шума становится сложнее. Более гибкие отрасли - такие как развлечения уже используют с успехом все новейшие технологии.
Список литературы:
- Samadbeik M., Yaaghobi D., Bastani P., Abhari S., Rezaee R., Garavand A. The Applications of Virtual Reality Technology in Medical Groups Teaching. J Adv Med Educ Prof 2018 Jul;6(3):23–129. PMCID: PMC6039818.
- Quero G., Lapergola A., Soler L., Shahbaz M., Hostettler A., Collins T., Marescaux J., Mutter D., Diana M., Pessaux P. Virtual and Augmented Reality in Oncologic Liver Surgery. Surgical Oncology Clinics of North America 2019;28(1):31-44. https://doi.org/10.1016/j.soc.2018.08.002.
- Чернова А.А., Шестерня П.А., Никулина С.Ю., Верещагина Т.Д., Новожилов В.К. Обучение неотложным состояниям в кардиологии с помощью симуляционного манекена SIMMAN. Сибирское медицинское обозрение 2013(5):93–96. [Chernova A.A., Shesternya P.A., Nikulina S.Yu., Vereschagina T.D., Novozhilov V.K. Obuchenie neotlozhnyim sostoyaniyam v kardiologii s pomoschyu simulyatsionnogo manekena SIMMAN. Sibirskoe meditsinskoe obozrenie = Siberian Medical Review 2013(5):93–96. (in Russian)].
- Rosser J.C. Jr, Lynch P.J., Cuddihy L., Gentile D.A., Klonsky J., Merrell R. The impact of video games on training surgeons in the 21st century. Arch Surg 2007 Feb;142(2):181-6; discusssion 186.
- Virtual reality boosts brain rhythms crucial for neuroplasticity, learning and memory by University of California, Los Angeles 2021 June; https://medicalxpress.com/news/2021-06-virtual-reality-boosts-brain-rhythms.html
- https://cyberleninka.ru/article/n/virtualnaya-realnost-v-obrazovanii .
- Баюров А.Е., Петрова О.А., 2019. ЦПК: виртуальные 3D-тренажеры разрабатывают для подготовки космонавтов //РИА новости [Электронный ресурс] https://ria.ru/20150305/105115061html
- VRgeek: новости виртуальной реальности [Электронный ресурс] https://vrgeek.ru/ obrazovanie-v-vr/ .
- Какой вред наносят зрению и организму очки виртуальной реальности? PlanetVRAR [Электронный ресурс] https://planetvrar.com/ochki-virtualnoj-realnosti-polza-ilivred/ .
- Oculusrift [Электронный ресурс] https://www.oculus.com/rift/ .
- Центр визуализации и виртуальной реальности для науки и образования [Электронный ресурс] http://ve-group.ru/3dvr-resheniya/obrazovanie-i-nauka/ .
- Виртуальная и дополненная реальность (VRи AR) – что это? [Электронный ресурс] https://68bit.ru/2017/10/virtualnaja-i-dopolnennaja-realnost-vr-i-ar-chto-jeto/