CC BY
209
УДК 159.9+004 Вестник СПбГУ Психология и педагогика. 2017. Т. 7. Вып. 2
В. А. Аверин, Т. В. Маликова, Д. С. Кириллов, Ф. В. Земских
РАЗВИТИЕ КОГНИТИВНЫХ НАВЫКОВ С ПОМОЩЬЮ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ
Представлены результаты использования технологий виртуальной реальности для развития когнитивных навыков. Показано, что использование специальных игровых технологий на базе комплекса виртуальной реальности (Samsung Gear VR) способствует повышению результатов тестов вербальных и невербальных способностей (субтесты 2-3 и субтесты 7-8 теста Амтхауэра), тестов математических способностей (субтесты 5-6), кратковременной памяти (субтест 9 теста Амтхауэра), а также развитию объема, концентрации, устойчивости и распределения внимания. Библиогр. 11 назв. Ил. 6. Табл. 3.
Ключевые слова: технологии виртуальной реальности, игровые технологии, развитие когнитивных навыков.
V. A. Averin, T. V. Malikova, D. S. Kirillov, F. V. Zemskikh
DEVELOPMENT OF COGNITIVE SKILLS USING VIRTUAL REALITY TECHNOLOGY
This paper presents the results of research into the possibility of using virtual reality technology to develop learners' cognitive abilities. It is shown that the use of special game technologies on the basis of the complex of virtual reality (Samsung Gear VR) promotes the development of cognitive abilities, including verbal and non-verbal ones (subtests 2-3 and subtests 7-8 of the Amthauer test), of mathematical abilities (subtests 5-6), of short-term memory (subtest 9 of Amthauer test), and also the development of the volume, alertness, stability and distribution of attention. Refs 11. Figs 6. Tables 3.
Keywords: technology of virtual reality, game technology, development of cognitive skills.
Активное развитие технологий виртуальной реальности (далее — ВР) стимулировало их внедрение в различные области человеческой деятельности. Как отмечают исследователи, «в настоящее время технологии ВР имеют широкое распространение не столько в области собственно образования, сколько в области
Аверин Вячеслав Афанасьевич — доктор психологических наук, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Российская Федерация, 194100, Санкт-Петербург, ул. Литовская, 2; waverin@yandex.ru
Маликова Татьяна Владимировна — кандидат психологических наук, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Российская Федерация, 194100, Санкт-Петербург, ул. Литовская, 2; lotus_76@mail.ru
Кириллов Дмитрий Сергеевич — психолог, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Российская Федерация, 194100, Санкт-Петербург, ул. Литовская, 2; dmitry@cerevrum.com
Земских Филипп Валерьевич — психолог, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Российская Федерация, 194100, Санкт-Петербург, ул. Литовская, 2; phil@cerevrum.com
Averin Vyacheslav А. — Doctor of Psychology, Saint Petersburg State Pediatric Medical University, 2, Litovskaya Street, Saint Petersburg, 194100, Russian Federation; waverin@yandex.ru
Malikova Tatiana V. — PhD, Saint Petersburg State Pediatric Medical University, 2, Litovskaya Street, Saint Petersburg, 194100, Russian Federation; lotus_76@mail.ru
Kirillov Dmitry S. — Psychologist, Saint Petersburg State Pediatric Medical University, 2, Litovskaya Street, Saint Petersburg, 194100, Russian Federation; dmitry@cerevrum.com
Zemskikh Philip V. — Psychologist, Saint Petersburg State Pediatric Medical University, 2, Litovskaya Street, Saint Petersburg, 194100, Russian Federation; phil@cerevrum.com
© Санкт-Петербургский государственный университет, 2017
тренинга определенных навыков, таких, например, как управление транспортными средствами, летательными аппаратами, специальным роботом для хирургических операций, военными орудиями и т. д.» [1, с. 34]. Сегодня технологии ВР используются и в медицине, в частности при терапии синдрома дефицита внимания и гиперактивности [2], дислексии [3], фантомных болей [4], редуцировании боли у взрослых и детей [5], аутизма [6] и других заболеваний.
Преимущества использования технологий виртуальной реальности для коррекции и реабилитации очевидны. Во-первых, виртуальная реальность дает более глубокое погружение в процесс за счет исчезновения из восприятия возможных отвлекающих обстоятельств реального окружения. Во-вторых, сам пользователь принимает активное участие в происходящем, а не пассивно воспринимает лечение. Личная активность и интерес пользователя повышают эффективность лечения. В-третьих, игровая форма лучше мотивирует пользователя, особенно при повторяющихся действиях. В-четвертых, виртуальная реальность позволяет моделировать ситуации и объекты, необходимые для лечения или реабилитации, часто недостижимые в обычной жизни. Кроме того, это экономит часть средств, необходимых для покупки имитируемых предметов. Наконец, использование технологий ВР позволяет обходиться без обязательного постоянного присутствия специалиста для проведения реабилитации или терапии. Практически на эти же достоинства применения ВР указывается и в зарубежных исследованиях [1, с. 65].
Технологии ВР также могут успешно использоваться для обучения и переобучения в ситуации быстро меняющихся условий окружающего мира. Совершенствование самих технологий виртуальной реальности дает возможность создавать программы, использующие виртуальную реальность для обучения и тренировки когнитивных навыков [7].
Новые технологии ставят перед человечеством новые вызовы, но они же дают и новые способы решения существующих проблем. Появляется потребность оценить эффективность подобных программ и технологий.
Существуют работы, посвященные эффективности применения технологий ВР в лечении фобий, стрессов и уменьшении болевых ощущений [8], но на данный момент число исследований, посвященных развитию интеллектуальных способностей и когнитивных навыков, крайне невелико. Наше исследование представляет собой одну из попыток развития данной области.
В последнее десятилетие технологии виртуальной реальности переживают бурный рост. Появились доступные обычному человеку очки виртуальной реальности, такие как Oculus Rift и HTC Vive, мобильные варианты очков, требующие для работы только смартфона. Самые известные представители таких гаджетов — Samsung Gear VR и кардборды от компании "Google" и других производителей.
Важными свойствами виртуальной реальности являются:
— более глубокое погружение в происходящее по сравнению с обычными компьютерными программами [9, с. 559];
— повышенная защита от посторонних отвлекающих факторов. Эффект погружения настолько силен, что может блокировать не только внешние раздражители, но и болевые ощущения [8];
— ощущение трехмерного изображения, открывающее новые возможности для манипулирования объектами [10, с. 108];
— возможность отслеживать дополнительные параметры поведения человека, такие как перемещение и направление внимания [11].
Цель исследования состояла в изучении возможностей использования игровых технологий виртуальной реальности для развития когнитивных навыков обучающихся.
Методы
Исследование проводилось на базе факультета клинической психологии Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета. В качестве испытуемых выступили 103 студента: 23 юноши и 80 девушек I-IV курсов факультета в возрасте от 18 до 24 лет, обучающиеся по программам специалитета («клиническая психология») и бакалавриата, направление «специальное (дефектологическое) образование», профиль «логопедия» (в соотношении 77 и 23 % соответственно).
Все участники исследования были разбиты на три группы.
Первая группа (42 чел.) использовала версию программы Cerevrum для устройства Samsung Gear VR. В среднем каждый человек провел 15-16 игровых сессий на протяжении 1,5 месяцев. (Условное обозначение в тексте — Samsung.)
Вторая группа (29 чел.) использовала версию программы Cerevrum для планшетов. В среднем каждый человек провел 15-16 игровых сессий на протяжении 1,5 месяцев. (Условное обозначение в тексте — Планшет.)
Длительность каждой сессии была около 30 минут. Половину времени испытуемые играли в игру Stardust, вторую половину — в игру Heroes.
Третья группа (32 чел.) была контрольной, не участвовала в игровых процедурах и была задействована на «входе» и «выходе» для снятия тестируемых показателей. (Условное обозначение в тексте — КГ.)
В начале эксперимента все студенты были протестированы по последующей группе методик:
1. Тест Амтхауэра (формы А и Б).
2. Таблица Шульте — распределение и объем внимания.
3. Корректурная проба Бурдона — концентрация и устойчивость внимания.
4. Тест «Объем образной памяти»: на экране компьютера предъявляются девять геометрических фигур, которые надо запомнить. Затем появляется таблица из 28 фигур. Испытуемому нужно выбрать фигуры, которые совпадают с теми, которые он запоминал.
5. Нестандартизированная версия теста из 16 фигур для оценки уровня развития пространственного мышления, разработанная специально для исследования, — мысленное вращение и сравнение фигур из теста Шепарда и Мецлер.
6. Нестандартизированный вариант теста N-Back, также разработанный специально для исследования, оценки развития рабочей памяти, логического мышления, способности к концентрации внимания и в целом подвижного интеллекта, т. е. способности мыслить логически, решать новые непривычные задачи.
7. Тест SCL-90-R для оценки выраженности психопатологической симптома-
8. Методика изучения мотивов учебной деятельности (модификация А. А. Реана и В. А. Якунина).
В статье обсуждаются результаты исследований только по когнитивным показателям.
Все тестирование испытуемых проводилось в автоматизированном виде на компьютере, кроме двух последних — SCL-90-R и методики изучения мотивов учебной деятельности, для которых использовались бумажные бланки.
В конце эксперимента (через полтора месяца) все студенты были вновь протестированы на той же группе тестов (кроме оценки мотивов учебной деятельности в модификации А. А. Реана и В. А. Якунина).
В качестве инструмента развития у обучающихся когнитивных навыков использовался комплекс виртуальной реальности Cerevrum от компании "Cerevrum Inc." (cerevrum.com).
В исследовательскую версию комплекса входили две игры. Первая игра (Stardust) — в жанре аркадного космического шутера. Вторая — «Heroes» — похожа на Tower Defence. Каждая игра включала в себя по три когнитивные задачи разного типа. В итоге испытуемым приходилось встречаться с шестью разными типами когнитивных задач. При успешном выполнении когнитивные задачи постепенно усложнялись за счет увеличения количества тестовых объектов и изменения других параметров игры.
Ниже приводится краткое описание структуры предлагавшихся испытуемым когнитивных задач.
1. «Лазерные дроны»
Задача игрока — запоминать цвета дронов и после хаотичного движения обесцвеченных дронов находить дроны нужного цвета.
Структура. Из пушки вылетает N цветных шаров, которые некоторое время показываются игроку. Игрок запоминает их цвета. Все шары становятся серого цвета. Некоторое время шары хаотично летают, затем останавливаются. Пушка меняет свой цвет на один из показанных вначале. Игрок должен выбрать шар, который изначально был покрашен в цвет пушки. Затем шары снова летают, и пушка приобретает новый цвет — игроку снова надо выбрать правильный цвет. После N попыток пушка стреляет, урон зависит от процента правильных выборов (рис. 1).
тики.
Шары
показываются
Шары теряют свой цвет
Шары летают в случайном порядке
Пушка меняет цвет. Игрок должен угадать цвет.
Рис. 1. Структура игры «Лазерные дроны»
2. «Pew-Pew» (пиу-пиу)
Задача игрока — запоминать порядок, в котором расположены символы в ряду, и отмечать, одинаковые ли фигуры в тех или иных позициях. Иногда отдельные символы могут сменять друг друга.
Структура. Игроку показывается набор стимулов (разной формы и цвета), расположенных в ряд. Игрок запоминает последовательность стимулов. Формы и цвет стимулов скрываются. Игроку случайным образом предлагается две позиции из ряда.
Игрок должен вспомнить, в этих позициях были одинаковые стимулы или нет. После этого для сравнения предлагается новая пара позиций. Иногда один из стимулов в ряду (которые невидимы) замещается другим стимулом (новый стимул показывается на короткое время). Если игрок угадал, то пушка стреляет (рис. 2).
Ш [g т [о] Ш [о]
liAx^xо | L^DDDDDD I |_ADDDDAD"
начальная позиция все фигуры верный ответ —
скрыты оружие стреляет
В] Ш © №
| ■★АХ*ХО I 1 □□□□□□□★]
неверный ответ — с увеличением сложности
все фигуры показываются увеличивается длина ряда на короткое время
Рис. 2. Структура игры «Pew-Pew»
3. «Firestorm» (огненный шторм)
Задача игрока — расположить шары на кольцах так, чтобы одновременно образовалось как можно больше пар шаров одинакового цвета.
Структура. Шары разных цветов выстраиваются в виде звезды на четырех концентрических кругах. Игрок может вращать кольца и менять соседние кольца местами.
Задача игрока — расположить кольца таким образом, чтобы образовалось как можно больше пар шаров одинакового цвета. Когда игрок закончил, он нажимает «пуск» и оружие выстреливает. Урон зависит от количества пар шаров одного цве-
4. «Golem soul» (лишние кубики)
Задача игрока — запомнить взаимное расположение кубиков в пространстве. После появления новых кубиков игроку нужно найти эти кубики и убрать их.
Структура. Перед игроком появляется группа кубиков . Игрок может вращать фигуру, чтобы увидеть ее со всех сторон. После вращения фигура исчезает, и появляется новая. Новая фигура — это та же самая фигура плюс несколько новых кубиков. Задача игрока — вращая фигуру, найти новые кубики и уничтожить их. Количество попыток удаления равно количеству добавленных кубиков. Чем ближе результат к идеалу, тем сильнее будет вызванный герой (рис. 4).
образец показывается
новая группа кубиков появляется (с добавленными кубиками)
игрок может вращать фигуру по двум осям
игрок смотрит на кубик
игрок кликает, и появляется луч
правильный выбор — кубик исчезает
неправильный кубик — кубик остается на месте
Рис. 4. Структура игры «Golem soul»
5. «Constellation Memory» (созвездие памяти)
Игроку показывается несколько шаров разного цвета. Потом игроку показывается новый набор шаров с другими цветами. Только один из цветов в наборе совпадает с первоначальным. Задача игрока — найти этот совпадающий шар.
Структура. Игроку показывается набор шаров разного цвета. Шары пропадают. Один шар серого цвета остается перед игроком. Несколько цветных шаров появляется из шара. Один из шаров совпадает по цвету с первоначальным набором. Игрок должен выбрать этот шар. Цикл повторяется в течение N секунд. Все время демонстрируются разные наборы цветов, и один из цветов всегда совпадает с цветом из самого первого набора. После N секунд появляется герой. Чем ближе результат к идеалу, тем сильнее будет вызванный герой. Идеал — это максимально возможное количество правильно угаданных шаров за указанный период времени (время клика и реакции условно считается равным нулю) (рис. 5).
• ••О
первоначальный набор цветов
Рис. 5. Структура игры «Constellation Memory»
f
цвет шара совпадает с одним из
первоначальных цветон
6. «Polygons» (многогранники)
Задача игрока — запомнить раскраску сторон многогранника (пирамидка/куб), а затем выбрать многогранник, раскрашенный точно так же.
I
совладает с образцом
Рис. 6. Структура игры «Polygons»
Структура. Игроку показывается многогранник с разными символами на гранях.
Многогранник делает один полный оборот. После этого появляется ряд многогранников той же формы, но с разным набором символов на сторонах. Расположение символов на одном из многогранников совпадает с таковым на первом многограннике. Новые многогранники также вращаются вокруг своей оси. Направление вращения и ось вращения для каждого из многогранников выбираются отдельно случайным образом. Игрок должен выбрать многогранник с тем же расположением символов. Выполнение задачи ограничено временем. Многоугольники вращаются некоторое время и потом исчезают.
Статистический анализ полученных данных производился с применением пакета «SPSS 24 for Windows». Методы математико-статистического анализа: критерий знаковых рангов Вилкоксона, коэффициент непараметрической корреляции Спирмена, дисперсионный анализ Anova.
Все три группы испытуемых были случайно отобраны для участия в эксперименте, что было подтверждено результатами дисперсионного анализа (табл. 1). На начальной стадии эксперимента («до») из всех 15 интеллектуальных показателей межгрупповые статистически значимые различия обнаружены только по двум: субтесту 9 и нестандартизированной версии теста из 16 фигур для оценки уровня развития пространственного мышления.
На заключительной стадии эксперимента («после») статистически значимые межгрупповые различия между всеми тремя подгруппами испытуемых были обнаружены уже по 5 из 15 показателей.
Результаты исследования и их обсуждение
Таблица 1. Результаты дисперсионного анализа
Сумма квадратов ст.св. Средний квадрат F Значимость
Субтест 9 («до») Между группами 815,333 2 407,666 3,509 0,034
Внутри групп 11616,124 100 116,161
Всего 12431,456 102
Фигуры (из 16) («до») Между группами 29,855 2 14,928 3,378 0,038
Внутри групп 441,892 100 4,419
Всего 471,748 102
^ Амтхауэр («после») Между группами 200,335 2 100,167 4,572 0,013
Внутри групп 2191,083 100 21,911
Всего 2391,417 102
Субтест 3 («после») Между группами 454,134 2 227,067 3,379 0,038
Внутри групп 6719,419 100 67,194
Всего 7173,553 102
Субтест 5 («после») Между группами 1041,573 2 520,787 5,290 0,007
Внутри групп 9844,854 100 98,449
Всего 10886,427 102
Субтест 7 («после») Между группами 221,932 2 110,966 3,437 0,036
Внутри групп 3228,593 100 32,286
Всего 3450,524 102
Субтест 9 («после») Между группами 1191,127 2 595,563 4,335 0,016
Внутри групп 13739,727 100 137,397
Всего 14930,854 102
В таблице 2 приведены первичные статистики всех интеллектуальных показателей по всем трем группам испытуемых: Samsung — основная группа (42 человека), использовавшая версию программы Cerevrum для устройства Samsung Gear VR; Планшет — вторая группа испытуемых (29 человек), использовавшая версию программы Cerevrum для планшетов; КГ — третья группа испытуемых (32 человека), ни в какие игры не игравшая. Приведены данные по двум замерам — до начала эксперимента («до») и после его окончания («после»), т. е. через 1,5 месяца.
Таблица 2. Первичные статистики всех интеллектуальных показателей
Субтесты Группы испытуемых N Среднее Кв.откл. (б) Станд. ошибка Значим. различия, Р
1. Амтхауэр Щ общий («до») Samsung 42 103,17 4,590 0,708
Планшет 29 101,97 4,363 0,810
Контрольная 32 103,47 4,150 0,734
1. Амтхауэр Щ общий («после») Samsung 42 106,19 4,712 0,727 p < 0,000
Планшет 29 102,83 4,804 0,892 нет
Контрольная 32 104,28 4,524 0,800 нет
2. Субтест 1 («до») (дополнение предложений) Samsung 42 107,74 5,674 0,876
Планшет 29 110,62 6,405 1,189
Контрольная 32 109,41 3,843 0,679
Субтесты Группы испытуемых N Среднее Кв.откл. (б) Станд. ошибка Значим. различия, P
2. Субтест 1 («после») (дополнение предложений) Samsung 42 109,17 6,659 1,027 нет
Планшет 29 108,86 6,561 1,218 нет
Контрольная 32 109,75 3,793 0,671 нет
3. Субтест 2 («до») (исключение слова) Samsung 42 104,50 8,623 1,331
Планшет 29 105,48 6,539 1,214
Контрольная 32 108,19 7,064 1,249
3. Субтест 2 («после») (исключение слова) Samsung 42 108,64 9,992 1,542 р < 0,001
Планшет 29 105,28 8,026 1,490 нет
Контрольная 32 106,38 7,422 1,312 нет
4. Субтест 3 («до») (аналогии) Samsung 42 104,60 8,571 1,323
Планшет 29 101,41 8,369 1,554
Контрольная 32 105,97 8,491 1,501
4. Субтест 3 («после») (аналогии) Samsung 42 107,07 8,547 1,319 р < 0,012
Планшет 29 102,21 6,769 1,257 нет
Контрольная 32 106,56 8,875 1,569 нет
5. Субтест 4 («до») (обобщение) Samsung 42 92,10 6,599 1,018
Планшет 29 90,00 5,332 0,990
Контрольная 32 91,09 6,007 1,062
5. Субтест 4 («после») (обобщение) Samsung 42 92,50 7,093 1,094 нет
Планшет 29 89,48 5,841 1,085 нет
Контрольная 32 90,00 5,792 1,024 нет
6. Субтест 5 («до») (арифметические задачи) Samsung 42 93,43 8,741 1,349
Планшет 29 90,79 7,867 1,461
Контрольная 32 95,50 7,816 1,382
6. Субтест 5 («после») (арифметические задачи) Samsung 42 98,17 10,307 1,590 р < 0,000
Планшет 29 91,66 8,792 1,633 нет
Контрольная 32 99,28 10,356 1,831 р < 0,004
7. Субтест 6 («до») (числовые ряды) Samsung 42 102,26 8,468 1,307
Планшет 29 102,34 7,603 1,412
Контрольная 32 101,69 8,641 1,528
7. Субтест 6 («после») (числовые ряды) Samsung 42 105,57 9,425 1,454 р < 0,001
Планшет 29 105,41 7,958 1,478 р < 0,029
Контрольная 32 105,38 7,971 1,409 р < 0,012
8. Субтест 7 («до») (пространственное воображение). Samsung 42 111,67 7,118 1,098
Планшет 29 109,90 5,518 1,025
Двухмерные фигуры Контрольная 32 110,97 6,621 1,170
8. Субтест 7 («после») (пространственное воображение). Samsung 42 114,81 5,636 0,870 р < 0,007
Планшет 29 111,52 5,604 1,041 р < 0,045
Двухмерные фигуры Контрольная 32 112,19 5,811 1,027 нет
9. Субтест 8 («до») (пространственное обобщение). Samsung 42 102,29 8,452 1,304
Планшет 29 101,03 5,577 1,036
Трехмерные фигуры Контрольная 32 103,72 9,779 1,729
Субтесты Группы испытуемых N Среднее Кв.откл. (б) Станд. ошибка Значим. различия, Р
9. Субтест 8 («после») (пространственное обобщение). Samsung 42 104,57 8,569 1,322 р < 0,033
Планшет 29 100,62 8,711 1,618 нет
Трехмерные фигуры Контрольная 32 101,81 9,334 1,650 нет
10. Субтест 9 («до») (кратковременная память) Samsung 42 114,88 10,496 1,619
Планшет 29 110,00 10,938 2,031
Контрольная 32 108,59 10,998 1,944
10. Субтест 9 («после») (кратковременная память) Samsung 4?. 119,00 9,961 1,537 р < 0,001
Планшет 29 114,21 13,960 2,592 р < 0,032
Контрольная 32 111,03 11,660 2,061 нет
Samsung 42 6,88 1,234 0,190
11. Объем образной памяти («до») Планшет 29 6,62 1,374 0,255
Контрольная 32 6,22 1,827 0,323
11. Объем образной памяти («после») Samsung 42 6,79 1,554 0,240 нет
Планшет 29 6,59 1,323 0,246 нет
Контрольная 32 6,50 2,000 0,354 нет
12. Шульте — распределение и объем внимания («до») Samsung 42 4,90 2,105 0,325
Планшет 29 4,10 1,970 0,366
Контрольная 32 5,09 1,855 0,328
12. Шульте — распределение и объем внимания («после») Samsung 42 5,50 1,903 0,294 р < 0,01
Планшет 29 5,10 1,800 0,334 р < 0,003
Контрольная 32 5,16 1,547 0,274 нет
13. Тест Бурдона — концентрация и устойчивость Samsung 42 5,76 2,516 0,388
Планшет 29 5,24 2,502 0,465
внимания («до») Контрольная 32 5,38 2,324 0,411
13.Тест Бурдона — концентрация и устойчивость Samsung 42 7,02 2,279 0,352 р < 0,002
Планшет 29 7,45 1,863 0,346 р < 0,000
внимания («после») Контрольная 32 7,03 2,148 0,380 р < 0,000
14. Фигуры (из 16) — оценка уровня развития пространствен- Samsung 42 13,43 2,297 0,354
Планшет 29 12,83 2,450 0,455
ного мышления («до») Контрольная 32 14,22 1,362 0,241
14. Фигуры (из 16) — оценка уровня развития пространствен- Samsung 42 14,07 1,772 0,273 р < 0,021
Планшет 29 13,24 2,340 0,435 нет
ного мышления («после») Контрольная 32 14,22 1,680 0,297 нет
15. п-Ьаск (из 41) — оценка развития рабочей памяти, логического Samsung 42 32,98 7,240 1,117
Планшет 29 32,38 8,095 1,503
мышления («до») Контрольная 32 33,97 7,773 1,374
15. п-Ьаск (из 41) оценка развития рабочей памяти, логического Samsung 42 34,36 5,368 0,828 нет
Планшет 28 35,96 3,796 0,717 р < 0,043
мышления («после») Контрольная 32 35,88 5,796 1,025 нет
Анализ абсолютных значений интеллектуальных показателей по трем группам испытуемых, представленных в таблице 2, показал:
1) в основной группе (Samsung), использовавшей игровые программы на базе устройства Samsung Gear VR, наблюдается прирост по всем 15 субтестам;
2) во второй группе (Планшет), использовавшей игровые программы на базе планшета, улучшение показателей отмечается по 10 из 15 субтестов. По остальным пяти произошло хотя и незначимое, но снижение;
3) в третьей — контрольной — группе наблюдается та же тенденция, что и в предыдущей, с той лишь разницей, что незначительный прирост уже у 11 показателей, а по остальным незначимое снижение.
Однако особый интерес представляют наличие и количество статистически значимых различий между результатами, продемонстрированными испытуемыми всех групп до и после эксперимента.
В таблице 3 представлены значения критерия знаковых рангов Вилкоксона (Z) и уровня значимости (p) для всех трех групп испытуемых по всем интеллектуальным показателям. Значимые различия между исходным («до») и конечным («после») тестированием выделены жирным шрифтом.
Таблица 3. Значения критерия Вилкоксона
Субтесты Группы испытуемых и их количество
Samsung n — 42 Планшет n — 29 КГ n — 32
Z P Z p Z p
Амтхауэр — Щ общий интеллект -5,029 0,000 -1,584 0,113 -1,690 0,091
Субтест 1 (дополнение предложений) -1,244 0,214 -1,732 0,083 -0,547 0,584
Субтест 2 (исключение слова) -3,288 0,001 -0,089 0,929 -1,518 0,129
Субтест 3 (аналогии) -2,500 0,012 -0,675 0,499 -,530 0,596
Субтест 4 (обобщение) -0,129 0,898 -0,756 0,450 -1,064 0,287
Субтест 5 (арифметические задачи) -3,993 0,000 -0,803 0,422 -2,874 0,004
Субтест 6 (числовые ряды) -3,239 0,001 -2,184 0,029 -2,502 0,012
Субтест 7 (пространственное воображение). Двухмерные фигуры -2,701 0,007 -2,000 0,045 -0,984 0,325
Субтест 8 (пространственное обобщение). Трехмерные фигуры -2,137 0,033 -0,416 0,678 -1,547 0,122
Субтест 9 (кратковрем. память) -3,291 0,001 -2,149 0,032 -0,935 0,350
Объем образной памяти -0,147 0,883 -0,099 0,921 -0,922 0,357
Таблицы Шульте — распределение и объем внимания -2,571 0,010 -3,005 0,003 -0,417 0,677
Проба Бурдона — концентрация и устойчивость внимания -3,026 0,002 -3,484 0,000 -3,504 0,000
Фигуры (из 16) — уровень развития пространственного мышления -2,304 0,021 -1,203 0,229 -0,234 0,815
п-Ьаск (из 41) — уровень развития рабочей памяти, логического мышления -0,639 0,523 -2,020 0,043 -0,628 0,530
Анализ результатов, продемонстрированных студентами основной группы, работавшими с ВР (Samsung), показал значительный прирост показателей интеллектуальной деятельности на статистически значимом уровне (p < 0,033-0,000). Различия обнаружены по 11 из 15 субтестов. Наибольшие различия (p < 0,002-0,000) отмечаются по показателю общего интеллекта теста Амтхауэра, субтестам 2 (исключение слов), субтестам 5 и 6 (комплекс математических способностей), субтесту 9 (кратковременная память) и пробе Бурдона (концентрация и устойчивость внимания). Были улучшены результаты показателей по параметрам невербального (субтесты 7-8) и вербального интеллекта (субтест 3). Кроме того, статистически значимое улучшение отмечено по показателям распределения и объема внимания (таблицы Шульте), а также по нестандартизированной версии теста из 16 фигур на пространственное мышление.
Отдельно следует остановиться на анализе изменений в основной группе испытуемых по комплексу вербальных субтестов Амтхауэра (1-4). По первому и четвертому субтестам статистически значимых изменений не произошло, по субтестам 2 и 3 отмечен значительный прирост при высоком уровне значимости (p < 0,012-0,001). Связано ли это с содержанием игровой деятельности испытуемых либо существуют иные причины?
Анализ содержания мыслительной деятельности испытуемых при выполнении этих двух пар субтестов позволяет выявить некоторые общие для каждой пары моменты.
Для успешного выполнения первого субтеста необходимо, во-первых, обладать значительным объемом относительно простых сведений и знаний из самых разных областей: географии, истории, биологии и других, а во-вторых, актуализировать необходимые из тех, что имеются. Понятно, что сама игровая деятельность, которая предлагалась испытуемым, не способствовала увеличению объема этих знаний.
Подобная логика, на наш взгляд, приложима и к объяснению отсутствия значимых различий по субтесту 4. Хороших результатов при его решении добиваются испытуемые, имеющие большой словарный запас, поскольку это необходимое условие для следующего шага испытуемого — нахождения общих существенных признаков между парой предлагаемых ему понятий. Игровая деятельность вряд ли способствует существенному увеличению объема знаний, скорее это результат влияния семьи, школы и более широкого социально-культурного круга.
Таким образом, общим основанием для успешного выполнения первого и четвертого субтестов Амтхауэра является наличие у испытуемых большого объема сведений и знаний из самых разных областей. Поскольку игровая деятельность, реализуемая испытуемыми, не приводит к расширению словарного запаса, то становится понятным отсутствие значимых различий во всех трех группах испытуемых.
Обратимся к условиям успешного выполнения второго и третьего субтестов Амтхауэра.
Второй субтест Амтхауэра включает задания, в каждом из которых испытуемому необходимо из пяти предлагаемых слов выбрать одно, которое с остальными меньше всего связано по смыслу, т. е., сопоставляя (сравнивая) объекты, он вычленяет общие и различные признаки между ними.
В третьем субтесте испытуемый на основе установления связи между парой слов должен подобрать к ним одно из пяти слов так, чтобы связь в новой паре была аналогична образцу. Успех либо неуспех обусловлен уровнем развития такой умственной операции, как обобщение. Таким образом, умение сравнивать объекты, вычленяя их общие признаки (субтест 2), легко соотносится с умением обобщать (субтест 3). Полученные данные в основной группе испытуемых свидетельствуют о том, что игровая деятельность с использованием виртуального комплекса Cerevrum Game весьма активно способствует развитию этих познавательных умений.
Иные результаты были получены во второй группе, участники которой использовали игровую версию программы Cerevrum для планшетов.
Из 15 интеллектуальных показателей статистически значимые различия обнаружены только по пяти, в том числе по субтестам Амтхауэра 7 (пространственное воображение, двухмерные фигуры) и 9 (кратковременная память), таблицам Шульте (распределение и объем внимания), корректурной пробе Бурдона (концентрация и устойчивость внимания) и нестандартизированной версии теста n-back, характеризующего уровень развития рабочей памяти.
Значимое улучшение результатов испытуемых по субтесту 7 вполне объяснимо представляемой на планшете информацией в двухмерном отображении. Развивается то, что тренируется. Основными задачами игрока, как это было видно из характеристики игровой деятельности, были запоминание предъявляемой информации и поиск ее в новых комбинациях, что, в свою очередь, требует от играющего концентрации, устойчивости и распределения внимания. Поэтому нет ничего удивительного в значительном приросте показателей и по субтесту 9 (кратковременная память), и по таблицам Шульте и пробе Бурдона, характеризующим распределение, концентрацию и устойчивость внимания, а также по нестандартизи-рованной методике n-back, демонстрирующей уровень развития рабочей памяти.
Что касается значимых изменений в контрольной группе, то они проявили себя только по трем из 15 интеллектуальных показателей: субтестам 5 и 6 (комплекс математических способностей) и корректурной пробе Бурдона, характеризующей уровень концентрации и устойчивости внимания.
Результаты, продемонстрированные испытуемыми контрольной группы, в принципе ожидаемы. Однако статистически значимое улучшение показателей по группе математических субтестов требует объяснения. Одним из возможных объяснений может быть сопоставление результатов ЕГЭ (по таким предметам, как биология, математика и русский язык, являющимся вступительными дисциплинами для специальности «клиническая психология» и бакалавриата «специальное (дефектологическое) образование») всех трех групп испытуемых. Самые высокие среднегрупповые баллы — 201,6 и 198,5 — продемонстрировали испытуемые контрольной группы и группы, использовавшей игровые технологии виртуальной реальности (Samsung) соответственно. Среднегрупповой балл ЕГЭ в группе испытуемых, использовавшей игровые технологии на планшете (Планшет), составил всего лишь 180 баллов. Разница среднегрупповых значений между группой Планшет и группами Samsung и КГ составляет в среднем 20 баллов, а между Samsung и КГ — только 3 балла.
Таким образом, отсутствие различий по субтестам математических способностей в группе Планшет, равно как и статистически значимые различия между двумя срезами по этим же субтестам в первой и третьей группах, можно объяснить в первом случае отсутствием необходимого уровня общей учебной подготовки студентов, а в двух других случаях ее наличием. Если эта гипотеза верна, то можно предположить, что уровень среднегруппового балла ЕГЭ, необходимый для развития математических способностей, составляет примерно 200 баллов. Если его значение значительно ниже этого уровня, то развития математических способностей не происходит не только в рамках обычной учебной деятельности, но и при использовании специальных развивающих технологий, в частности игровых технологий на базе комплекса виртуальной реальности (Samsung Gear VR) и планшетов.
Подводя итоги проведенного исследования, сформулируем выводы:
1. Использование специальных игровых технологий на базе комплекса виртуальной реальности (Samsung Gear VR) способствует повышению ряда показателей:
— вербальных: аналитико-синтетической деятельности (субтест 2) и способности к обобщению (субтест 3);
— комплекса навыков математических операций, в частности развития таких мыслительных операций, как математический анализ, синтез, абстракция, обобщение и способности к установлению логических связей (субтест 5), а также развития аналитико-синтетической деятельности (субтест 6);
— комплекса невербальных навыков, таких как оперирование пространственными образами (субтест 7) и развитие наглядно-действенного мышления (субтест 8);
— кратковременной памяти;
— объема, концентрации, устойчивости и распределения внимания.
2. Использование таких же игровых технологий на базе планшета избирательно способствует развитию:
— пространственного воображения;
— кратковременной памяти;
— различных параметров внимания.
3. Полученные в исследовании результаты позволяют выдвинуть гипотезу о необходимом уровне общей учебной подготовки обучающихся в виде баллов ЕГЭ для возможного развития у них математических способностей.
Литература
1. Зинченко Ю. П., Меньшикова Г. Я., Баяковский Ю. М., Черноризов А. М., Войскунский А. Е. Технологии виртуальной реальности: методологические аспекты, достижения и перспективы // Национальный психологический журнал. 2010. № 2 (4). С. 64-71.
2. URL: http://www.vrphobia.com/library/print/driving.pdf (дата обращения: 15.04.2017).
3. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982213000791 (дата обращения: 15.04.2017).
4. URL: http://www.livescience.com/43665-virtual-reality-treatment-for-phantom-limb-pain.html (дата обращения: 15.04.2017).
5. URL: https://depts.washington.edu/hplab/research/virtual-reality/ (дата обращения: 15.04.2017).
6. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S175094671000125X (дата обращения: 15.04.2017).
7. Kotsilieris T., Dimopoulou N. The Evolution of e-Learning in the Context of 3D Virtual Worlds // Electronic Journal of e-Learning. 2013. Vol. 11. Issue 2. Р. 147.
8. Malloy K. M., Milling L. S. The effectiveness of virtual reality distraction for pain reduction: A systematic review // Clinical Psychology Review. 2010. No. 30 (8). Р. 1011-1018.
9. Loomis J. M., Blascovich J. J., Beall A. C. Immersive virtual environment technology as a basic research tool in psychology // Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 1999. Vol. 31. Issue 4. Р. 557-564.
10. Bailenson J. N., Yee N., Blascovich J., Beall A. C., Lundblad N., Jin M. The Use of Immersive Virtual Reality in the Learning Sciences: Digital Transformations of Teachers, Students, and Social Context // Journal of the Learning Sciences. 2008. No. 17 (1). Р. 102-141.
11. Wilson C. J., Soranzo A. The Use of Virtual Reality in Psychology: A Case Study in Visual Perception // Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2015. Vol. 2015. URL: http://dx.doi. org/10.1155/2015/151702 (дата обращения: 15.04.2017).
Для цитирования: Аверин В. А., Маликова Т. В., Кириллов Д. С., Земских Ф. В. Развитие когнитивных навыков с помощью технологий виртуальной реальности // Вестник СПбГУ Психология и педагогика. 2017. Т. 7. Вып. 2. С.154-168. DOI: 10.21638/11701/spbu16.2017.204.
References
1. Zinchenko Yu. P., Menshikova G. Ya., Bayakovskiy U. M., Chernorisov A. M., Voiskunskiy A. E. Tekhnologii virtual'noi real'nosti: metodologicheskie aspekty, dostizheniia i perspektivy [Technologies of virtual reality: methodological aspects, achievements and perspectives]. Natsionalnyi psikhologicheskii zhurnal [National Psychological Journal]. 2010, no. 2(4), рp. 64-71. (In Russian)
2. Available at: http://www.vrphobia.com/library/print/driving.pdf (accessed: 15.04.2017).
3. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982213000791 (accessed: 15.04.2017).
4. Available at: http://www.livescience.com/43665-virtual-reality-treatment-for-phantom-limb-pain. html (accessed: 15.04.2017).
5. Available at: https://depts.washington.edu/hplab/research/virtual-reality/ (accessed: 15.04.2017).
6. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S175094671000125X (accessed: 15.04.2017).
7. Kotsilieris Т., Dimopoulou N. The Evolution of e-Learning in the Context of 3D Virtual Worlds, June 2013. Electronic Journal of e-Learning, Jun. 2013, vol. 11, issue 2, p. 147.
8. Malloy, K. M., & Milling, L. S. The effectiveness of virtual reality distraction for pain reduction: A systematic review. Clinical Psychology Review, 2010, no. 30(8), рр. 1011-1018.
9. Loomis Jack M., Blascovich James J., Beall Andrew C. Immersive virtual environment technology as a basic research tool in psychology. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers, December 1999, vol. 31, issue 4, рр. 557-564.
10. Bailenson J. N., Yee N., Blascovich J., Beall A. C., Lundblad N., & Jin M. The Use of Immersive Virtual Reality in the Learning Sciences: Digital Transformations of Teachers, Students, and Social Context. Journal of the Learning Sciences, February 2008, no. 17(1), рр. 102-141.
11. Christopher J. Wilson, Alessandro Soranzo. The Use of Virtual Reality in Psychology: A Case Study in Visual Perception. Computational and Mathematical Methods in Medicine, 2015, vol. 2015. Available at: http://dx.doi.org/10.1155/2015/151702 (accessed: 15.04.2017).
For citation: Averin V. A., Malikova T. V., Kirillov D. S., Zemskikh P. V. Development of cognitive skills using virtual reality technology. Vestnik SPbSU. Psychology and Education, 2017, vol. 7, issue 2, pp. 154-168. DOI: 10.21638/11701/spbu16.2017.204.
Статья поступила в редакцию 20 мая 2017 г.
Статья рекомендована в печать 8 июня 2017 г.
