Введение

Внедрение иммерсивных средств обучения в образовательный процесс актуализирует вопрос об оценке их эффективности. Различными авторами приводятся различные эффекты от их применения:

1) иммерсивные средства обучения могут улучшить усвоение материала благодаря более глубокому погружению в обучающую ситуацию, повышению уровня концентрации и внимания со стороны обучаемых [1];

2) использование иммерсивных средств может помочь улучшить запоминание информации. Из-за более яркого и запоминающегося опыта, полученного в виртуальной реальности (virtual reality, VR) или дополненной реальности (augmented reality, AR), обучаемые могут легче запоминать и вспоминать информацию [2];

3) такие средства могут помочь снизить затраты на обучение. Например, вместо того, чтобы тренировать работников на реальном оборудовании, можно использовать VR-модели, что позволит снизить затраты на материалы и технику;

4) такие средства обучения позволяют воспроизвести опасные и нежелательные на производстве ситуации, «натурное» воспроизведение которых невозможно в целях обучения (например, производственные аварии) [3];

5) использование иммерсивных средств обучения может помочь улучшить безопасность в рабочих условиях. Например, тренировка на опасных ситуациях в VR может помочь снизить риск травм и несчастных случаев на рабочем месте.

Отсутствие специализированной методики оценки эффективности внедрения иммерсивных средств обучения приводит к той самой неопределенности технико-экономичного обоснования внедрения таких решений в целях подготовки персонала на промышленных предприятиях. Необходима методика оценки эффективности данного нововведения – конечная, измеримая единица, которая даст понимание выгоды и привлекательности с точки зрения экономики и обучения.

Целью исследования является разработка методики оценки современных средств обучения с точки зрения экономической, дидактической эффективности и «иммерсивности» контента.

Материалы и методы исследования

Ведущими методами исследования являются систематизация метрик и способов оценки иммерсивных средств обучения, представленных в научной литературе, и обобщение собственного опыта.

А.И. Азазевич рассматривает иммерсивные технологии как средство, прежде всего, визуализации сложных процессов, связывает их применение с реализацией деятельностного, контекстного и информационного подходов в обучении, определяя их вклад в эффективность обучения новыми возможностями реализации опыта познания через активизацию органов чувств человека [4]. Однако при проработке вопроса «иммерсивности» остаются нераскрытыми факторы и их влияние непосредственно на само обучение. И.В. Симонов раскрывает практику использования иммерсивных технологий в условиях промышленных предприятий [5], актуализируя вопрос оценки эффективности переноса полученного опыта из виртуальной среды в реальную, что особенно важно для обучения, связанного с безопасностью и охраной труда. При обсуждении принципа корпоративного обучения интересен вопрос и экономической эффективности.

По мнению авторов, удачная попытка способов оценки эффективности иммерсивных средств обучения на примере представлена в работе М.Д. Гаммера, С.Л. Голофаста [6]. Базой исследования являлись около 80 различных организаций, использующих тренажеры на основе технологии виртуальной реальности. Всего респондентов – примерно 4,5 тысячи человек, проходивших обучение на тренажерах в объеме 2000 часов. Сам способ впервые был представлен в 2013 году, некоторые моменты сегодня требуют уточнения и корректировки в зависимости от назначения тренажера. Раскроем содержание данной методики [6], представив ее в авторской интерпретации, дополнив и доработав на примере VR-тренажера «Прорыв корочки слитка под кристаллизатором МНЛЗ», проектные решения по которому представлены авторами в отдельной статье [7].

Результаты исследования и их обсуждение

VR-тренажер «Прорыв корочки слитка под кристаллизатором МНЛЗ» был разработан специально для отработки действий персонала промышленного предприятия по ликвидации аварии. Тренажер содержит 18 учебных заданий, отражающих правильную последовательность действий.

Разработка и внедрение иммерсивного средства обучения, связанного с раскрытием действия как при аварийных ситуациях, так и в целом при чрезвычайных происшествиях, преследуют следующие цели: с точки зрения экономики – сократить временные и финансовые затраты при локализации и ликвидации чрезвычайных происшествий; с точки зрения дидактики – способствовать более качественному усвоению результатов обучения, что может проявиться в уменьшении количества ошибок в реальности. Последнее может быть обеспечено, например, тем, что действия будут отработаны в искусственно созданной виртуальной среде, максимально полно повторяющей среду и условия конкретного предприятия.

Количественная эффективность иммерсивного средства обучения определяется по трем компонентам: EcomomEffect – экономическая эффективность относительно затрат на обучение; EducateEffect – дидактическая эффективность относительно результатов обучения; ImmersiveEffect – иммерсивность компьютерной реализации.

Рассмотрим вычисление компонентов данной модели.

Экономическая эффективность может быть рассчитана по-разному.

Рассмотрим первый вариант, описанный в [6]:

, (1)

где A – затраты на закупку иммерсивного средства обучения и оборудования для него;

B – постоянные (амортизация) и переменные (электроэнергия, часть заработной платы администратора и др.) затраты в процессе эксплуатации иммерсивного средства обучения и оборудования для него;

C – затраты на закупку/аренду реального оборудования для оснащения площадки обучения;

D – постоянные (амортизация) и переменные (расходные материалы и др.) затраты в процессе эксплуатации реального оборудования;

t1 – время, необходимое для подготовки и непосредственной реализации образовательного процесса с иммерсивным средством обучения;

t2 – время, необходимое для подготовки и непосредственной реализации образовательного процесса с реальным оборудованием [6].

Данный вариант оценки оправдан, если необходимое оборудование действительно возможно закупить и оснастить площадку обучения или же выделить время в производственном цикле предприятия, чтобы провести необходимое обучение. Если же речь идет о сложном оборудовании, закупка которого невозможна или заведомо нецелесообразна, а доступ строго ограничен или изучаемый процесс нежелателен и опасен к воспроизведению в реальности, предлагаем несколько другой способ.

Второй способ как раз может быть использован для иммерсивных средств обучения, связанных с воспроизведением аварийных ситуаций. В знаменателе в формуле выше можно учесть статистическую разницу в затратах при правильных или неправильных действиях персонала либо потери при возникновении такой ситуации в целом.

В данной статье не будем приводить расчет по данному компоненту, но отметим, что экономическая эффективность не может свидетельствовать о практическом эффекте в части основного назначения VR-тренажера – обучения.

Дидактическая эффективность – уровневая оценка результатов обучения, полученных на иммерсивном средстве обучения.

Данная эффективность может быть рассчитана по формуле:

(2)

где SkillLevel0 – исходный уровень результатов обучения обучаемого;

SkillLevelT – достигнутые результаты обучения обучающегося после прохождения обручения с использованием иммерсивного средства обучения;

SkillLevelR – достигнутый уровень результатов обучения после обучения в традиционном режиме без иммерсивного средства обучения.

Данный компонент может получить свое развитие в сторону содержательного отличия получения результатов обучения с использованием иммерсивных средств обучения.

Данный расчет эффекта отличается учетом комплекса преимуществ иммерсивного средства обучения именно как «технического средства обучения» [6]: возможности повторов проигрывания сценариев; отслеживание прогресса и системы контроля действий; адаптация заданий под обучающегося (например, режимы подсказок и дополнительной информации); воспроизведение опасных условий, дорогого оборудования или сложных процессов; повышение мотивации к обучению за счет интерактивности.

Дидактическая эффективность – это, по сути, способ оценки, основанный на учете усвоенных действий, правил поведения, манипуляций с объектами, то есть деятельностного компонента в результатах обучения, заключающийся в категориях умений и навыков. В этом состоит несомненное отличие именно подготовки с использованием иммерсивных средств обучения, когда формирование результатов обучения в целом происходит на основе отработки действий, часто – повторной. С целью повышения достоверности дидактической оценки эффективности обучения можно ввести метрики, основанные на временных, скоростных, точностных и информационных характеристиках: это могут быть время обучения, скорость принятия решений или освоения трудовых функций, динамика снижения ошибочных действий до и после обучения, объем усвоенного материала к времени обучения.

Существуют другие факторы, относящиеся к личности обучаемого (интуиция, креативность, критическое мышление и др.), но это скорее тема отдельного исследования в отношении пребывания обучающегося в иммерсивной среде тренажера и того, как он выполняет задания, исходя из личностных качеств.

Отметим недостатки при оценке по данному компоненту. Один из недостатков отметили М.Д. Гаммер, С.Л. Голофаст [6], он заключается в том, что педагогические категории оценки результатов обучения сложно соотнести с экономическими категориями. С данным утверждением можно согласиться отчасти, так как, например, для 18 выделенных действий из рассматриваемого тренажера можно практически для всех оценить экономическую стоимость – цену ошибку, понимая последствия неправильно принятого решения.

Факторы, влияющие на иммерсивность средств обучения

Второй недостаток носит более серьезный характер – данный компонент не позволяет оценить соответствие воссозданной иммерсивной среды реальным условиям, а следовательно, «не дает судить о потенциале переноса результатов обучения в реальную практику» [7].

Данный компонент нуждается в проработке на стыке как педагогики и экономики, так и педагогики и технологий реализации иммерсивных средств обучения.

Воспользовавшись формулой, произведем расчет на основании результатов обученных 12 человек в традиционном режиме и с использованием тренажера (учитывался средний балл по группе в 100-балльной системе).

Следовательно, отмечается прирост знания, умений и навыков при использовании тренажера по сравнению с традиционным изучением правил ликвидации аварии.

Последний компонент модели – оценка иммерсивности или передачи ощущения погружения и присутствия в виртуальной среде как в реальной. Фокус оценки здесь смещается на то точность воспроизведения реального оборудования и процесса, следовательно, учитываются факторы, характеризующие именно иммерсивность: соответствие окружения, выполненного в рамках различных технологий компьютерной графики и трехмерного моделирования, реальному окружению; соответствие звукового сопровождения оригиналу; соответствие игровых механик способам манипуляции с промышленными объектами; гомоморфизм и изоморфизм математических и компьютерных моделей и др. На рисунке авторами представлены выделенные факторы, которые по-разному влияют на иммерсивность средства обучения: реализация одних может ее снижать, других, напротив – повышать.

Расчет компонента осуществляется по выделенным в диаграмме факторам по следующей формуле:

ImmersiveEffect = w1 × Math +w2 × Graphic +

+ w3 × Control + w4 × Sound (3)

где Math – агрегированный показатель проработки сценария в плане адекватности воспроизведения процессов, событий и ситуаций, в том числе с использованием математических и вероятностных моделей;

Graphic – агрегированный показатель уровня проработки факторов, связанных с визуализацией, в том числе анимации;

Control – агрегированный показатель уровня проработки факторов интерактивности и подсистем обучения, а также здоровьесбережения и удобства;

Sound – агрегированный показатель уровня проработки звукового сопровождения;

wi – соответствующие «веса» показателей.

Оценка эффективности по данному компоненту осуществляется на основе экспертной оценки. Она учитывает финансовые затраты при заданных уровнях адекватности, но имеет непрямое отношение к эффективности. Согласимся с авторами статьи [6], что не во всех случаях наиболее точное воспроизведение реального оборудования в имитаторе обеспечивает высшее качество обучения.

Современные исследования направлены на углубление оценки иммерсивности посредством использования нейроинтерфейсов, трекеров глаз, гальванометров и прочих датчиков, дающих обратную связь по самочувствию и восприятию [8]. Вопросы поиска нужного уровня иммерсивности актуальны для понимания воздействия среды на психологию человека и его психосоматическое состояние. Пользовательский опыт может быть как полезен в плане формирования умений в приближенной к реальности среде, так и опасен в силу привыкания и возможности многократного прохождения сценария для отработки действий, неправильное выполнение которых, например, влечет вред здоровью. Иными словами, воспроизведенная симуляция опасности и отсутствие значимых последствий для обучаемого могут способствовать снижению самоконтроля личности в реальности. Здесь нужны дополнительные исследования. Однако интересно и другое направление изучения иммерсивных средств обучения по данному компоненту, а именно в отношении оценки профессиональной пригодности обучающегося, что может также являться объектом внимания со стороны психолого-педагогических исследований.

Произведем расчет по данному компоненту на основе данных проведенного анкетирования после прохождения тренажера группой из 12 человек (использованы полученные средние значения баллов по 100-балльной шкале, отметим, что компонент Math для рассматриваемого тренажера не имеет значения):

ImmersiveEffect =

= 0,4 × 98 + 0,3 × 92 + 0,3 × 76 = 89,6

Полученное значение иммерсивности (89,6 из 100) свидетельствует о хорошей проработанности мультимедийного контента, однако несколько отстает показатель управляемости, что частично можно объяснить отсутствием опыта эксплуатации подобных систем у обучающегося.

По всем трем рассчитанным компонентам эффективности отмечается положительный эффект, что свидетельствует об общей проработанности разработанного решения.

Заключение

Иммерсивные средства обучения, безусловно, влияют на качество обучения. Погружение в цифровую модель реального процесса сказывается на восприятии и осознании материала обучения, однако степень проработки дидактического аспекта и иммерсивности может быть различной, не говоря уже об экономическом эффекте. Считаем, что предложенная методика может быть использована для расчета эффектов, а полученные по ней результаты дадут разработчикам информацию, полезную к учету для дальнейшей практической деятельности по созданию иммерсивных средств обучения.