CC BY
85J : 1 =Г ï^É É ! 1 1 1 !
;* il 1 TGrtl ■ 1 1 m L
П.А. СПИЦЫН, А.А. БАВУЛА
P.A. SPITSYN, A.A. BAVULA
новый уровень обучения
A NEW LEVEL OF TRAINING
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ КУРСАНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ
PROMISING FORMS OF TRAINING FOR CADETS USING VIRTUAL REALITY TOOLS
Сведения об авторах: Спицын Павел Александрович - адъюнкт филиала Военного учебно-научного центра Военно-Морского Флота «Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза НГ. Кузнецова», капитан-лейтенант (г. Калининград);
Бавула Андрей Александрович - начальник отдела организации научной работы филиала Военного учебно-научного центра Военно-Морского Флота «Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза НГ. Кузнецова», капитан 2 ранга, кандидат военных наук (г. Калининград).
Аннотация. Значимость использования средств виртуальной реальности в формах обучения военнослужащих выходит на новый уровень. Средства виртуальной реальности определяют появление новых форм обучения, позволяющих военным институтам приспособиться к форс-мажорным обстоятельствам.
Ключевые слова: форма, курсанты, обучение, виртуальная реальность, дополненная реальность, технологии VR/AR, mixed reality (MR).
Information about the authors: Pavel Spitsyn - adjunct of the branch of the Military Training and Research Center of the Navy «Naval Academy named after Admiral of the Fleet of the Soviet Union N.G. Kuznetsov», Lieutenant commander (Kaliningrad);
Andrey Bavula - head of the Department of organization of scientific work of the branch of the Military Training and Research Center of the Navy «Naval Academy named after Admiral of the Fleet of the Soviet Union N.G. Kuznetsov», captain of the 2nd rank, Candidate of Military Sciences (Kaliningrad).
Summary. The problem of using virtual reality tools in military training forms is reaching a new level. Virtual reality tools determine the emergence of new forms of training that allow military institutions to adapt to force majeure.
Keywords: uniform, cadets, training, virtual reality, augmented reality, VR/AR technologies, mixed reality (MR).
Важнейшей тенденцией развития высшего военного образования является использование для практической подготовки курсантов средств технических инноваций. Одним из таких средств является виртуальная реальность. Динамичное развитие информационных технологий детерминировало появление технических и психо-
логических феноменов, образующих в совокупности виртуальную и дополненную реальность. Эта группа феноменов расширяет представления о существующей социально-культурной среде военных институтов. Роль средств виртуальной и дополненной реальности в образовательном процессе военных институтов до конца не изучена,
но уже становится очевидным, что её применение в образовательном процессе позволяет имитировать условия, в которых могут состояться потенциально возможные реальные боевые действия. Средства виртуальной реальности в военной педагогике имеют широкий спектр применения. Анализ существующей практики подготовки военных
«
Сегодня важнейшим конкурентным преимуществом являются знания, технологии, компетенции. Это ключ к настоящему прорыву, к повышению научной жизни».
В.В. Путин, Президент Российской Федерации (Из Послания Президента РФ Федеральному Собранию
1 марта 2020 года)
кадров показывает, что в российских военных вузах потенциал использования средств виртуальной реальности для подготовки курсантов раскрыт не в полной мере.
Важно подчеркнуть, что применение средств виртуальной реальности определяет появление новых форм обучения в военном образовании. Процесс подготовки военных кадров можно организовать в специфических нетиповых условиях, подтверждением тому является начавшаяся в 2020 году пандемия коронавируса COVID-19, которая фактически изменила образовательный процесс. Анализ применения технологий виртуальной реальности показывает, что организация высшего образования в период пандемии определяется способностью военных институтов организовать дистанционную работу. Виртуальная реальность позволяет упростить практическую военную подготовку. В современных условиях применение виртуальной реальности определяет возможность использования перспективных форм обучения.
Данная публикация имеет своей задачей поиск и обоснование перспективных форм обучения курсантов военных институтов с применением средств виртуальной реальности.
С точки зрения исследователей проблем в области психологии и педагогики средства рассматриваются как проводник влияния субъекта на предмет своей деятельности. Категория «средство» в различных науках имеет широкую и неоднозначную интерпретацию и разные основания для классификации, что значительно усложняет понимание этого понятия. Обобщение различных точек зрения позволяет рассматривать его в двух основных аспектах: во-первых, это акты, выступающие элементами конкретной деятельности; во-вторых, объекты, позволяющие опосредовать влияние субъекта на предметы подобных актов деятельности. То есть речь идёт о материальных объектах и психо-
логических орудиях,объективно присутствующих в природе или искусственно созданных человеком, которые адаптированы к условиям обучения. Очевидно, что средства виртуальной реальности (Virtual reality) и дополненной реальности (augmented reality) следует относить к материальным объектам. Средства обучения необходимо рассматривать во взаимодействии с субъектом обучения, учитывая личностные особенности.
Виртуальная реальность (или VR) определяется как отрасль, где инфраструктура и технологии параллельно развиваются по мере развития контента. Экспертами отмечается, что развитие технологий виртуальной реальности в образовании будет сдерживаться государственным регулированием и нормативно-правовыми актами. В частности, в зарубежной и отечественной системах высшего военного образования средства VR постепенно находят своё применение для решения образовательных задач и моделирования условий боевой деятельности [3]. Например, в программируемой виртуальной среде для описания сценария используются методы визуального усиления ключевых стимулов -цвет, яркость, частота появления на дисплее, которые способны привлечь внимание обучающего.
Дополненная реальность (или AR) является следствием введения в поле восприятия каких-либо сенсорных данных для дополнения информации об окружении и улучшении восприятия информации. Это воспринимаемая смешанная реальность, формируемая посредством компьютера, с применением дополнительных элементов вирту-
альной реальности. Необходимо признать, что системы дополненной реальности (или AR) получают в мире широкое распространение в области профессиональной подготовки военнослужащих. В различных армиях мира получили своё развитие и практическое применение индикативные, тактические и 3D-топологические системы, ориентированные на оптимизацию оперативного управления, логистики, целеполагания, координации действий военной техники, экипажей, солдат. Применение технологий групп VR и AR стало возможным благодаря искусственному интеллекту (Artificial Intelligence), развивающемуся в настоящее время по таким направлениям, как машинное обучение, машинное мышление и робототехника. Среди военных специалистов устоялось мнение, что для задач подготовки военных кадров технологии виртуальной и дополненной реальности находят следующие сферы применения:
1) создание и испытание систем вооружений, военное планирование и подготовка личного состава;
2) восстановительная медицина;
3) управление, взаимодействие и обеспечение в процессе боевых действий . Кроме того, VR и AR в военных институтах используются для решения следующих образовательных задач: практическое обучение по должностному предназначению; обучение практическим действиям в различных видах боевой обстановки; практическое выполнение служебных обязанностей в различных ситуациях. К примеру, быстродействующие информационные системы могут в течение миллисекунд выдавать результирующий визуальный образ, что обеспечивает
быстрое взаимодействие обучающегося с виртуальной средой.
Перечисленные виды реальности могут взаимодействовать с так называемой смешанной реальностью XR (Extended Reality). Ещё встречается термин mixed reality или MR (смешанная реальность), на авторство которого претендует компания Microsoft.
Таким образом, обобщение различных точек зрения теоретиков и практиков, а также анализ зарубежных и отечественных примеров успешного использования технологий VR и AR позволяют отметить достаточно высокую результативность при совместном использовании с традиционными подходами к обучению в высшей школе. Подтверждает данный вывод пирамидальная теория Э. Дэйла (1946) или «конус опыта» (см. рис. 1), объясняющий пути и способы эффективного усвоения учебного материала учащимися. При этом учёный отводит особенную роль имитации реальной деятельности,результативность которой в восемь-девять раз превышает чтение и слушание.
Следует признать, что только последовательное использование различных методов в совокупности позволяет основательно изучать большинство сложных тем. Российские исследователи констатируют,
что технологии VR и AR повышают результативность обучения, если применяются короткими сессиями. Учёные заверяют, что они не совместимы с проведением лекций и практических занятий. В нашей интерпретации последовательное применение представленных в «конусе опыта» методов представляет собой технологическую карту, которая является основой для построения образовательных программ, в том числе и для системы высшего военного образования. В процессе адаптации идей Э. Дэйла в систему высшего военного образования в настоящее время только с осторожностью можно допустить, что именно средства VR/AR позволяют эффективно имитировать реальную деятельность и различную обстановку и отличаются активным вовлечением обучаемых в учебный процесс. Важно подчеркнуть, что с появлением третьего издания книги в 1969 г. появился новый раздел «Some Possible Misconceptions», предостерегающий от чрезмерного увлечения реальными опытами. Идея Э. Дэйла получила своё новое развитие, когда без прямого участия учёного цифры по результативности методов совместили с графическим изображением «конуса опыта». Его идеи стали широко распространяться, после чего в англоязычном сегменте интернета теория Э. Дэйла
подверглась серьёзной критике [2]. Непосредственно сам учёный критически относился к своей модели и предостерегал о том, что конусное устройство представляет собой визуальную метафору образовательного опыта, где различные типы аудиовизуальных материалов расположены в порядке возрастающей абстрактности по мере поступления от практического опыта. Считаем, что с подобным псевдонаучным конформизмом необходимо бороться, так как он на пользу только коммерческим структурам, распространяющим технологии VR/AR.
Отмечается, что среди учёных средства VR/AR получили и критическую оценку за потенциальные сложности к адаптации данной технологии, за функционал, за необходимость внесения серьёзных изменений в образовательные программы на государственном уровне и за высокую стоимость разработки программ. Не следует забывать и о гендерных отличиях в пространственной ориентации обучающихся: женщины хуже ориентируются в пространстве, в том числе и в пространстве виртуальной реальности. Установлено, что погружение в виртуальную среду формирует зависимость от сверхстимуляции и запредельных раздражителей и даже способно менять бессознательные установки личности обучающегося.
На другом иерархическом уровне педагогических систем важное место занимает такой элемент, как форма обучения, изменением которой (как и других элементов) будет определяться место каждого отдельного средства обучения в педагогической системе. С философских позиций форма определяет внешнее проявление действительности. Однако в контексте обучения форма даёт представления о том, каким способом должен быть организован учебный процесс. Средство может оказывать воздействие на форму обучения, в том числе и обучения курсантов военных институтов,
Рис. 1. «Конус опыта» Э. Дэйла
где уже средства VR/AR не являются исключением: с использованием этих средств может меняться объём учебных занятий. При этом становится очевидным, что использование средств VR/AR способно детерминировать появление новых перспективных форм обучения курсантов. К примеру, изучение на лекциях и практических занятиях с помощью средств VR/AR устройства подводной лодки, других сложных образцов вооружения военной и специальной техники, включая ядерный реактор, не так качественно и результативно, как с применением средств виртуальной реальности.
Однако главную проблему представляет большой ассортимент образовательных программ, в индустрию производства которых вовлечены более 300 компаний по всему миру. В связи с этим возникает задача отбора наиболее перспективных форм обучения с применением средств виртуальной реальности. Необходимо отметить, что в научной среде не существует общепризнанной классификации форм обучения курсантов военных институтов с использованием средств VR/AR. Применение этих средств с чётко определенной целью и конкретным способом позволяет рассматривать их как формы обучения.
Так, Д.Ю. Бобровский на основе критериев массовости выделяет несколько типов систем виртуальной реальности, которые по своей сути представляют форму обучения [1]:
1. Кабинный симулятор (cab simulators). Применение этого средства в обучении позволяет развивать у обучающихся навыки управления автомобилями, плавательными, летательными аппаратами, другой боевой техникой. Обучающийся имеет возможность видеть перед собой меняющиеся ландшафты и управлять симуля-тором посредством руля, рычага и педали.
2. Система искусственной реальности (artificial, projected
reality). Использование данной формы позволяет увидеть реальные видеозаписи интерактивных пользователей, интегрированные в виртуальное пространство трёхмерных образов. Данная форма обучения эффективно себя зарекомендовала среди обучающихся со слабой подготовкой.
3. Система расширенной реальности (augmented reality). Применение этой формы обучения даёт возможность обучающемуся увидеть своё реальное окружение и виртуальные объекты, отображаемые на экране. Данная форма обеспечивает интерактивное взаимодействие.
4. Система телеприсутствия (telepresence). Её применение (см. рис. 3) позволяет обучающимся интегрироваться в виртуальное окружение пользователя посредством видеокамеры и микрофонов.
5. Настольные системы виртуальной реальности (desktop VR). Данная форма обучения предлагает функционирование и использование больших мониторов и проекторов для проведения презентаций. Посредством мыши, джойстика и шарового манипулятора обучающийся имеет возможность манипулировать трёхмерной моделью объекта на мониторе на 360 градусов.
6. Визуально скоординированный, связанный дисплей (visually coupled display). Данная форма обучения позволяет обучающемуся менять картинку движением
головы. Для этого предусмотрен дисплей, находящийся перед глазами пользователя, оснащённый стереофоническими наушниками и системой мониторинга направления взгляда.
Адаптация для задач военного образования перечисленных устройств позволит по-новому подойти к организации учебных занятий с военнослужащими, что особенно востребовано в условиях пандемии и самоизоляции. Указанные формы обучения отличают три объединяющих признака: обеспечение эффекта погружения, интерактивное взаимодействие и представление реального мира в виде трёхмерной графики. Ведущие государства мира проявляют большой интерес к разработкам данных форм обучения военнослужащих, так как они дают возможность проведения масштабных учений без привязки к локальным географическим зонам и обучающим центрам, позволяют снизить издержки на обучение и число случаев травматизма и чрезвычайных происшествий, сэкономить горючее и боеприпасы, а также получить опыт поведения во внештатных ситуациях.
В интернет-пространстве встречаются и другие классификации средств VR/AR, которые в техническом аспекте можно рассматривать как формы обучения. На сайте компании RUSBASE опубликована статья А. Скрынниковой «Все, что нужно знать про VR/AR техноло-
гии» о технологиях VR/AR, где перечислены следующие устройства, посредством которых можно разрабатывать и внедрять новые формы обучения:
1. Костюмы виртуальной реальности. Данное устройство позволяет полностью изолироваться от внешнего мира. Внутри него находятся дисплей, многоканальная акустическая система, электронные сенсорные устройства, влияющие на нервные окончания кожи; дополняться такой виртуальный костюм может датчиками и кинестетическими вибромоторами. Данная форма весьма перспективна, но отличается значительной дороговизной.
2. Очки и шлемы виртуальной реальности также можно рассматривать как одну из форм обучения военнослужащих. Их использование позволяет обучающемуся видеть виртуальный мир и является одной из самых доступных форм для обучения.
3. Перчатки виртуальной реальности позволяют считывать движения, исходящие от рук, и имитировать их на экране посредством специального движка. Такое устройство даёт возможность передачи физических ощущений от использования объектов виртуальной реальности, а также позволяет вести мониторинг 11 степеней свободы движения рук и пальцев. Полагаем, что такая форма имеет неплохие перспективы для военной подготовки.
Рис. 2. Очная форма обучения
4. Комнаты виртуальной реальности. Наиболее полный эффект погружения даёт такая форма обучения, как виртуальная комната. Данный эффект обеспечивается низкой задержкой трекинга, высоким разрешением изображения и широким полем зрения. Используются трекинг головы и пространственная мышь. Данная форма обучения может комбинироваться с виртуальным костюмом и перчатками.
Поддерживая доводы отечественных исследователей, следует согласиться, что образовательный
Рис. 3. Работа групп с эффектом присутствия
процесс с использованием средств виртуальной реальности должен быть контролированным во времени. Именно временной критерий использования имеет важное значение для эффективности обучения курсантов. В дидактическом контексте научный интерес представляют следующие формы обучения с применением средств виртуальной реальности:
1. Очная форма обучения. При использовании этой формы обучения демонстрация средств виртуальной реальности не должна превышать более пяти минут - рекомендуемое значение (см. рис. 2). Пяти-семи минут погружения в виртуальную реальность вполне достаточно, чтобы не искажать классический формат обучения. Однако ведущими лекторами допускаются сценарии обучения, в процессе выполнения которых виртуальный урок может делиться на несколько частей, когда отдельные сцены включаются в нужные моменты урока. При таком подходе к форме обучения лекция сохраняет своё структурообразующее значение, а средства
Рис. 4. Занятия в смешанной форме
виртуальной реальности позволяют вовлечь учащихся в процесс обучения, закрепить материал с соблюдением принципа наглядности.
2. Занятия в форме работы групп с эффектом присутствия и социальным взаимодействием (см. рис. 3). Такая форма обучения уместна при налаженной дистанционной работе. У обучающихся и преподавателей есть возможность обучаться из любой точки мира. Для этого обеспечивается присутствие в виртуальном классе, что даёт возможность слушать лекции, выполнять групповые задания и взаимодействовать. В настоящий момент для систем виртуальной реальности разработаны датчики, позволяющие контролировать факт присутствия обучающихся во время занятия.
3. Занятия в смешанной форме (см.рис. 4). Использование средств виртуальной реальности в данной форме обучения предполагает посещение занятий в удалённом формате. Эпидемия коронавируса и самоизоляция вынудили вузы перейти на удалённый формат работы. Организация обучения в данном формате требует, чтобы учебная аудитория была оборудована видеокамерой с целью съёмки в формате 360 градусов в режиме онлайн. Данная форма работы позволяет обучающимся взаимодействовать с одногруппниками и преподавателем на уроке.
4. Форма самообразования и самоподготовки. Дидактические материалы могут быть приспособлены для задач самостоятельного изучения. Для этого, кроме виртуальных библиотек, предусмотрены онлайн-магазины. Самообразование обеспечивается посредством использования виртуальных очков.
Применение средств виртуальной реальности в перечисленных формах связывается с новым этапом развития образования. Однако понимание того, насколько они перспективны, требует не только
оценки результативности каждой формы обучения в интеграции со средствами виртуальной реальности, но и анализа отношения к ним обучающихся и преподавателей.
Таким образом, поиск путей и способов организации учебной деятельности курсантов военных институтов требует опоры как на теоретические основы, так и на практический опыт применения средств виртуальной реальности в различных формах учебной работы. Использование средств виртуальной реальности в высшей военной школе имеет как положительные, так и отрицательные моменты. Формы обучения с применением средств виртуальной реальности при несоблюдении педагогических требований несовместимы с традиционными формами обучения. Однако возможности технологий виртуальной реальности для обучения и исследований имеют чрезвычайно высокий потенциал применения в непосредственном симбиозе с традиционными формами обучения. "
ЛИТЕРАТУРА
1. Бобровский, Д.Ю. Виртуальная реальность / Д. Ю. Бобровский // Материалы X Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум». -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: Ы^р://заепсейэгит. ги/2018/агШе/2018003128 (дата обращения: 01.08.2020).
2. Все врут, а ты не ври, или Развенчание мифа о запоминании // Блог компании Nexign. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: ^М^:/ДаЬг. сот/ги/ сотрапу/ЬШ^/Ьк^/301802/ (дата обращения: 1.08.2020).
3. Гадильшин, И.М. Виртуальная реальность в подготовке военнослужащих / И. М. Гадильшин // Сборник статей Международной научно-практической конференции «Современные технологии: проблемы инновационного развития». - Петрозаводск: МЦНП «Наука», 2019. С. 232-235.
