En
Ru

New Educational Strategies in Modern Information Space - 2021

Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве

Пастух О. А.

CПбГАСУ,

г. Санкт-Петербург

past.ola.a@gmail.com

Жук Ю. А.

СПбЛТУ им. С. М. Кирова

г. Санкт-Петербург

zhuk_yua@mail.ru

Бурлов Д. И.

СПбЛТУ им. С. М. Кирова

г. Санкт-Петербург

burlofff@mail.ru

 

Геймификация как инструмент взаимодействия в цифровой образовательной среде

 

В статье рассмотрены компоненты и возможности такого инструмента цифрового взаимодействия, как геймификация в образовательной среде. Геймификация входит в основы педагогического дизайна и помогает ориентироваться на эффективное достижение образовательного результата, сохраняя при этом единство содержания курса, стиля и последовательность изложения материала, а также способов его представления и усвоения в образовательной деятельности. Геймификация является частью комплексного подхода к построению образовательной среды и учебного процесса, позволяющий разработать, гибко изменять и адаптировать под запросы учащихся единую систему из образовательных результатов, учебного материала, способов взаимодействия с учащимися, педагогических технологий и инструментов на основе образовательных данных. В статье описывается практическое применение различных цифровых технологий, таких как VR, WebGL и др., для визуализации учебных материалов в образовательном процессе.

 

Pastukh O. A.

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

St. Petersburg, Russia

Yu. A. Zhuk

Saint-Petersburg State Forest Technical University named after S. M. Kirov

St. Petersburg, Russia

Burlov D. I.

Saint-Petersburg State Forest Technical University named after S. M. Kirov

St. Petersburg, Russia

 

Gamification as a tool for interaction in the digital educational environment

 

The article considers the components and possibilities of such a digital interaction tool as gamification in the educational environment. Gamification is part of the basics of pedagogical design and helps to focus on the effective achievement of educational results, while maintaining the unity of the course content, style and consistency of the presentation of the material, as well as the ways of its presentation and assimilation in educational activities. Gamification is part of a comprehensive approach to building an educational environment and learning process that allows you to develop, flexibly change and adapt to the needs of students a single system of educational results, educational material, ways of interacting with students, pedagogical technologies and tools based on educational data. The article describes the practical application of various digital technologies, such as VR, WebGL, etc., for the visualization of educational materials in the educational process.

 

Развитие технологий качественно повлияло на современное общество и привело к возникновению цифровой среды в сферах бизнеса, развлечений и образования. Цифровые технологи прочно внедрились во все отрасли образования (дошкольного, начального, среднего общего, среднего профессионального, высшего, профессиональной переподготовки) поддерживается на государственном уровне. Геймификация в цифровизации образовательной среды занимает одну из основных позиций, она служит переходом в новое качество знаний, помогает повысить эффективность обучения с помощью эмоциональной вовлеченности, удержания фокуса внимания и соответствия внутренним мотиваторам обучающегося. Инструментами для достижения этих целей служат диагностические данные, данные цифрового следа и обратная связь в текстовом виде [1].

 

  • Геймификация помогает получать универсальные компетенции на всех уровнях образовательной деятельности. Здесь перечислены самые востребованные мета компетенции компаний-инноваторов на мировом рынке:
  • самоактуализация (самообучение, принятие ответственности и осознанный выбор, ценностно-нормативная ориентация);
  • мышление (критическое, аналитическое, системное);
  • работа с новизной (творчество и инициативность, рассуждение и генерация идей, работа с неопределенностью и безопасность, адаптивность);
  • взаимодействие (эмоциональный интеллект, работа в команде и делегирование, ясная коммуникация и формулирование);
  • саморегуляция (телесная и эмоциональная саморегуляция, управление вниманием и волевой сферой, управление временем и приоритетами) [2].

 

По мнению специалистов Global Education Futures[1] (далее GEF) в образовательной среде грядут серьезные перемены в сторону глобализации: в 2018 году GEF выпустила доклад о будущем образования, в котором собраны результаты международного саммита Global Education Leaders` Partnership, которые впервые прошел в Москве в 2017 году [3]. Персонализированное обучение подразумевает целенаправленное конструирование образовательного 

опыта в электронных образовательных системах, который подходит под запросы, цели, таланты и интересы обучающихся.

 

Отличным помощником в достижении целей эффективного обучения служит применение игровых методов в образовании, таких как интерактивная среда, игра и игрофикация (геймификация). Интерактивная среда подразумевает любые формы взаимодействия участников образовательного процесса. Геймификация – это использование игровой атрибутики и игровых элементов для повышения вовлеченности, и как следствие этого эффективности, в неигровой деятельности.

 

В одной из самых популярных на сегодняшний день системе управления обучением (LMS) – Moodle, уже внедрены элементы направленные на геймификацию процесса обучения, например, значки и беджи (MoodleBadges). Такие «базовые инструменты» Moodle, как индикаторы выполнения заданий, результаты тестов и викторин, присвоение обучающимся уровней и даже условные действия, выставляемые в учебном курсе для доступа к дальнейшим заданиям, при грамотном использовании могут быть использованы для интеграции элементов геймификациии в образовательный процесс.

 

Рассматривая современные технологии геймификациии, применяемые в образовании, целесообразно рассмотреть технологии VR (виртуальной реальности). Несмотря на то, что это уже не самая новая технология, применять ее в системе образования в нашей стране стали относительно недавно [4]. Но даже несмотря на значительные старания, по-прежнему лидерами по внедрению VR в образовательную систему являются страны Европы и США[5]. Основой систем виртуальной реальности являются иммерсивные технологии (eng. immersive – погружать) — технологии полного или частичного погружения в виртуальные миры и/или системы виртуальной и смешанной реальности различного вида. Несмотря на большое количество плюсов применения VR технологий, основным препятствием на пути их масштабного распространения в нашей стране является высокая стоимость. И если стоимость клиентских устройств для воспроизведения данного контента постепенно снижается, а производители уже предлагают готовые комплексные решения, адаптированные для образовательных учреждений, то сам процесс разработки по-прежнему остается очень трудоемким и дорогостоящим, особенно при качественной разработке максимально детализированных анимированных сцен, на таких платформах, как Unity, Unreal Engine и др.[6].

 

Также необходимо отметить индивидуальные работы по разработке и внедрению различных информационных программ и систем осуществляемые зарубежными и отечественными специалистами. Примером одной из таких разработок является «Программный модуль адаптивной визуализации трехмерных объектов виртуальной реальности для инновационной платформы онлайн-обучения», разработанный специалистами Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Оренбургский государственный университет". Вышеуказанный модуль, предназначенный для генерации адаптивной визуализации трехмерных объектов, позволяющий осуществлять трехмерные реконструкции объектов реального мира на основании двухмерных изображения с целью дальнейшего применения ы инновационной платформе онлайн-обучения, полностью реализован с применением комплекса современных языков программирования PHP/Java/C++[2][7].

 

Браузерная технология для визуализации трёхмерной графики – WebGL так же может активно использоваться в образовательной среде. В данной статье рассматриваются примеры использования WebGL для создания интерактивных приложений, а также возможность использования таких приложений в процессе геймификации, как инструмента цифровой образовательной среды. Интерактивные модели, основанные на WebGL, могут служить отличным дополнением к классическим учебным материалам и будут настоящей находкой для дистанционного образования [8].

 

WebGL (англ. Web Graphics Library или Библиотека Веб-Графики) – это кроссплатформенный API4 для отображения 2D и 3D графики с помощью браузера. Он построен на основе OpenGL5 ES 3.0 и обладает схожим функционалом, однако выполняется в рамках элемента Canvas в контексте структуры HTML DOM6 [9]. Приложение WebGL состоит из программного (управляющего) кода, написанного на языке JavaScript и так называемого шейдер-кода7 GLSL (собственного языка Open GL). Проще говоря, WebGL позволяет визуализировать объекты 3D графики в интерактивной среде в формате веб-браузера без использования каких-либо дополнительных плагинов.

 

Интерактивность обеспечивается использованием JavaScript и позволяет проводить различные действия со сценой и объектами на ней: загружать модели из файлов, создавать их на базе геометрических примитивов, менять размер, положение в пространстве, задавать текстуры, цвет, прозрачность и т.д. Использование зависимостей и скриптов вроде JS Event Listener позволяет создавать полностью интерактивную сцену с возможностью управления объектами или камерой, от простейшего вращения вокруг заданной точки и до имитации работы машин и механизмов.

 

Примеры, наглядно иллюстрирующие возможности применения WebGL в образовании, прослеживаются в выпускной квалификационной работе студента бакалавра СПбГЛТУ Тетюева Е. В. [10], в рамках которой разработано несколько WebGL-приложений для решения проблем, с которыми сталкивались студенты при обучении в университете. Целью работы была демонстрация возможностей и концепции использования, поэтому приложения не обладают обширным функционалом или лоском и проработанным интерфейсом, присущим бизнес-решениям. Из представленных в работе примеров мы отобрали два наиболее интересных. Первый пример –интерактивная модель сборки компьютера. Модель использует ядро Three.JS и библиотеку управления камерой OrbitControls, а также библиотеки ObjLoader.js и MTLLoader.js для загрузки файлов моделей и текстур соответственно. Собственные скрипты также вынесены в отдельный файл. Общий вид приложения показан на рисунке (рис. 1, а, б). Интерфейс приложения состоит из видового окна на базе элемента Canvas и панели с кнопками, соответствующими отдельным компонентам компьютера. Функционал приложения позволяет вращать камеру вокруг центра сцены, а также устанавливать или удалять устройства. При этом внутри приложения заданы зависимости возможности добавления (удаления) одних компонентов от других. Например, нельзя добавить вентилятор охлаждения, не установив процессор, нельзя снять материнскую плату, не удалив PCI устройства, и т. д.

Рисунок 3: а – интерактивная модель теодолита Т30. На модели отчётливо видны точки, соответствующие деталям, а также всплывающая подсказка при наведении на точку; б – установка процессора

 

Добавление и удаление компонентов происходит изменением позиции по заданной оси. Несмотря на то, что геометрия модели загружается одним файлом, она содержит сразу несколько объектов, обращение к которым ведётся по имени, данному в редакторе. Позиция каждого объекта контролируется в соответствии с прогрессом установки, который отображается на соответствующих кнопках. Прогресс обсчитывается в рамках упомянутой ранее функции animate. При этом используется формула:

Использование тригонометрической функции необходимо для плавного старта и остановки перемещения объекта в конечных точках. Изначально модель загружается в собранном виде и при инициализации «разбирается» по выбранным для каждого компонента направлениям. В извлечённом состоянии компоненты находятся в 200 единицах от изначального положения, таким образом они не отрисовываются в камере (она находится на дистанции около 170 единиц от центра сцены, при дальности прорисовки 300 единиц). Несмотря на свою простоту, пример показывает возможность реализации подобных моделей с помощью WebGL, а также отличается малым весом (612 кб, включая код и файлы модели) и быстродействием. В целом приложение сделано в ознакомительных целях, однако, в качестве дальнейшего развития в него можно добавить дополнительные модели компонентов, новые зависимости, в том числе по совместимости по оборудования, более детальное описание процесса установки и т.д.

 

Второй пример представляет собой интерактивную карту учебных корпусов. Несмотря на наличие указателей и схем, абитуриенты и даже студенты периодически теряют ориентацию в пространстве. Для помощи заблудшим душам была разработана интерактивная схема (рис. 2), которая визуализирует профиль этажа и помещений на нём, а также позволяет искать нужную аудиторию и прокладывать к ней путь. При этом пользователь может перемещать камеру и переключаться между этажами схемы. Интерактивная карта позволяет переключаться между этажами (при этом помещения неактивных этажей не отображаются, а профиль становится полупрозрачным), перемещать камеру и искать аудиторию по номеру или названию.

Рисунок 2 – интерактивная карта абстрактного учебного здания. На рисунке видны полупрозрачные профили неактивных этажей, а найденная аудитория подсвечена

 

Изначально редактор был основан на блоках <Div>, что значительно упрощало разработку, но вносило ограничения в форму объектов карты: они могли быть только прямоугольными. Также для ранней версии была выбрана неоптимальная система обозначения путей: они задавались большим количеством квадратных клеток, где путь определялся соседством клеток друг с другом. Такая схема порождала избыточное количество данных, а также затрудняла поиск маршрута для модуля навигатора. Общий вид редактора и навигатора старой версии [11]. При поиске приложение проверяется массив данных о помещениях на соответствие запросу и, в случае совпадения, переключается на нужный этаж и подсвечивает помещение мигающим зелёным цветом. Также в приложение включён модуль ScreenTags.js. Он используется для отображения экранной метки в геометрическом центре найденного помещения [12].

 

Выводы

Инновации в цифровом обучении – это не столько технические новшества, сколько изменения в содержании и организации образовательного контента, в структуре и организационных принципах университета. Стандартной ситуацией в системе образования является её консервативное отношение к новым методам и технологиям обучения. Использование принципов геймификации и современных технологий VR и WebGL-технологии позволит работникам образовательной сферы повысить мотивацию, улучшить учебные достижения; использовать в обучении методы графической визуализации; формировать информационную культуру; решать творческие задачи; оптимизировать образовательную деятельность.

 

Литература:

  1. Пастух, О. А., Роль BIM-технологий в проектировании, строительстве и подготовке квалифицированных кадров / Пастух О. А., Кураков А. Ю./ BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры Материалы III Междунар. науч.-практич. конф; СПбГАСУ. – Санкт-Петербург, 2020. -344 – 354, DOI: 10.23968/BIMAC.2020.045
  2. Pastukh O. A., Digitalization Educational Environment in SPbGASU. / The Publication Series of LAB University of Applied Sciences, part 2, Becoming greener – digitalization in my work International Week 10.–14.2.202 Lappeenranta, 2020, p. 11-15
  3. «Образование для сложного общества», Global Education Futures, http://www.edutainme.ru/post/global-education-futures-report/ (дата обращения: 10. 01.2021)
  4. Меженин А. В., Извозчикова В. В., Бурлов Д. И. Моделирование виртуальной среды в технологиях кибервизуализации и виртуального присутствия
  5. Кибернетика и программирование. 2019. № 4. С. 26-35.
  6. Mezhenin A., Polyakov V., Burlov D., Zykov A., Izvozchikova V. The synthesis of virtual space in the context of insufficient data, Advances in Intelligent Systems and Computing (см. в книгах). 2020. Т. 1127 AISC. С. 39-46.
  7. Бурлов Д. И., Меженин А.В. Автоматизация выбора метода сжатия цифрового видео в интеллектуальных информационных системах
  8. В сборнике: Современные информационные технологии в науке, образовании и практике. Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции. Оренбургский государственный университет. 2014. С. 238-242.
  9. Программный модуль адаптивной визуализации трехмерных объектов виртуальной реальности для инновационной платформы онлайн-обучения [Электронный ресурс] : свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ / Шардаков В. М., Болодурина И. П., Запорожко В. В., Парфенов Д. И., Парфенов И. В., Извозчикова В. В.; правообладатель Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования "Оренбург. гос. ун-т".- № 2019610080заявл. 09.01.2019, зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 23.01.2019. - 2019. https://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet?DB=EVM&DocNumber=2019611183&TypeFile=html
  10. WebGL API, документация разработчика, https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebGL_API
  11. Жук Ю. А., Определение факторов, влияющих на успеваемость студентов, с помощью метода ЛАССО / Жук Ю.А., Чигиринский А.А./ В сборнике: Информационные системы и технологии: теория и практика. Сборник научных трудов научно-технической конференции института леса и природопользования. – СПб, 2017. – С. 31 – 37.
  12. Тетюев Е. В., Перспективы использования браузерной технологии WEBGL в современном образовательном процессе/ Тетюев Е. В., Жук Ю. А. / В сборнике: Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве. сборник научных статей по материалам международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург, 2020. С. 104-109.
  13. Тетюев Е. В., Использование WebGL для визуализации учебных материалов в образовательном процессе/ Тетюев Е. В., Жук Ю. А. / Труды Международной конференции по компьютерной графики и зрению "Графикон". 2020. № 30. С. 59-66.
  14. Тетюев Е. В., Возможность использования технологии WebGL в образовательном процессе / Тетюев Е. В., Жук Ю. А. // В сборнике: Актуальные вопросы в лесном хозяйстве. Материалы III международной научно-практической конференции молодых ученых. 2019. С. 134-135.

Оставить комментарий: