CC BY
10
Перспективы Науки и Образования
Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)
Адрес выпуска: https://pnojournal.wordpress.com/2023-2/23-01/ Дата поступления: 24.07.2022 Дата публикации: 28.02.2023
Т. А. Гдвриловд, О. П. Жигалова, В. А. Баранова
Успешность выполнения учебной задачи на зрительно-моторную координацию в среде виртуальной реальности: когнитивно-личностные факторы
Введение. Изучение индивидуальных факторов, влияющих на эффективность обучения в среде виртуальной реальности, особенно актуально в связи с нарастающим объемом внедрения виртуальных тренажеров в сфере профессионального образования. Цель данного исследования - изучить роль когнитивно-личностных характеристик обучающихся в успешности выполнения учебной задачи на зрительно-мануальную координацию в среде виртуальной реальности.
Материалы и методы. Учебная задача в среде виртуальной реальности была смоделирована по сценарию игры, в которой испытуемый может стрелять из виртуального лука по движущимся мишеням, набирая баллы и уровни в зависимости от точности и сложности выполняемых действий. Успешность выполнения задача оценивалась по двум показателям: точности попаданий и максимальному уровню сложности ситуаций выполнения задачи. При помощи опросных методик у 40 студентов педагогического бакалавриата Дальневосточного федерального университета (Российская Федерация) оценивались уровень пространственного мышления, полезависимость/поленезависимость, экстраверсия, доброжелательность, сознательность, невротизм, открытость опыту, субъективно воспринимаемая когнитивная нагрузка (внутренняя, посторонняя и релевантная).
Результаты исследования. Полученные результаты показали, что точность выполнения задачи умеренно положительно связана с уровнем пространственного мышления (г=0,37*) и релевантной когнитивной нагрузкой (г=0,41*) и отрицательно с внутренней когнитивной нагрузкой (г=-0,42*). В свою очередь, сложность выполненной задачи умеренно отрицательно связана с посторонней когнитивной нагрузкой (г=-0,33*) и положительно - с релевантной (г=0,32*). При этом наибольший вклад в успешность выполнения задачи вносит посторонняя когнитивная нагрузка (р=0,72 для точности и р=0,48 для сложности). Полученная модель описывает 49% дисперсий показателя точности и 39% дисперсий показателей сложности выполнения учебной задачи. Выяснилось также, что личностные черты и когнитивный стиль по параметрам полезависимости/поленезависимости не связаны с точностью и сложностью выполнения указанного типа учебной задачи в VR-среде.
Выводы. Данные о значимой роли пространственного когнитивной нагрузки представляются полезными не только в качестве ориентировки для дальнейших психолого-педагогических исследований, но и для выработки практических рекомендаций разработчикам образовательного дизайна виртуальных тренажеров для профессионального образования, а также - специалистам в области дифференциальной педагогики.
Ключевые слова: виртуальная реальность, успешность обучения, пространственное мышление, поленезависимость/полезависимость, экстраверсия, невротизм, сознательность, доброжелательность, открытость опыту, когнитивная нагрузка
Ссылка для цитирования:
Гаврилова Т. А., Жигалова О. П., Баранова В. А. Успешность выполнения учебной задачи на зрительно-моторную координацию в среде виртуальной реальности: когнитивно-личностные факторы // Перспективы науки и образования. 2023. № 1 (61). С. 505-517. 10.32744/ pse.2023.130
Perspectives of Science & Education
International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)
Available: https://pnojournal.wordpress.com/2023-2/23-01/ Accepted: 24 July 2022 Published: 28 February 2023
T. A. GAVRILOVA, O. P. ZHIGALOVA, V. A. BARANOVA
The success of the educational task for visual-motor coordination among virtual reality: cognitive-personal factors
Introduction. The study of individual factors affecting the effectiveness of learning in the middle of virtual reality is especially relevant in connection with the growing volume of the introduction of virtual simulators in the field of vocational education. The purpose of this study is to study the role of the cognitive-personal characteristics of students in the success of the educational task for visual and manous coordination among virtual reality.
Materials and methods. The educational task in the environment of virtual reality was modeled according to the scenario of the game, in which the subject can shoot from virtual onions on moving targets, gaining points and levels depending on the accuracy and complexity of the actions performed. The success of the execution was evaluated by two indicators: the accuracy of the hits and the maximum level of complexity of the situations of the task. With the help of survey methods, 40 students of pedagogical undergraduate were evaluated by the level of spatial thinking, field dependence/field dependence, extraversion, goodwill, consciousness, neurotism, openness of experience, subjectively perceived cognitive load (internal, extraneous and relevant).
Research results. The results have shown that the accuracy of the task is moderately positively related to the level of spatial thinking (r=0.37*) and relevant cognitive load (r=0.41*) and negatively with the internal cognitive load (r=-0.42*). In turn, the complexity of the task performed is moderately negatively connected with an extraneous cognitive load (r=-0.33*) and positively with relevant (r=0.32*). At the same time, the greatest contribution to the success of the task is made by an extraneous cognitive load (P=0.72 for accuracy and p=0.48 for complexity). The resulting model describes 49% of the accuracy dispersion and 39% of the dispersions of the complexity of the educational task. It also turned out that personality traits and cognitive style in terms of the parameters of field dependence/field dependence are not associated with the accuracy and complexity of the performance of the specified type of educational task in the VR environment.
Conclusions. Data on a significant role of spatial cognitive load is presented useful not only as orientation for further psychological and pedagogical research, but also for the development of practical recommendations to the developers of educational design of virtual simulators for vocational education, as well as specialists in the field of differential pedagogy.
Keywords: virtual reality, success of training, spatial thinking, field dependence/field dependence, extraversion, neurotism, consciousness, friendliness, openness of experience, cognitive load
For Reference:
Gavrilova, T. A., Zhigalova, O. P., & Baranova, V. A. (2023). The success of the educational task for visual-motor coordination among virtual reality: cognitive-personal factors. Perspektivy nauki i obrazovania - Perspectives of Science and Education, 61 (1), 505-517. doi: 10.32744/pse.2023.1.30
_Введение
/спользование технологий виртуальной реальности для обучения вошло в список перспективных образовательных инноваций ЮНЕСКО [3]. Это относительно недавнее новшество в образовании и потому мы еще недостаточно знаем об его реальных возможностях и ограничениях [4]. Одной из проблем, которая обнаружилась в этой сфере, оказалась неясность того, насколько эти технологии действенны по отношению к индивидуально-психологическим характеристикам обучающихся. Конечно, строго говоря, универсальных образовательных технологий, которые бы не давали преимущества учащимся с одними наборами способностей и не вызывали бы затруднения у учащихся с другими наборами, не существует. Но в данном случае мы имеем дело с технологией, которая предполагает специфическую нагрузку на зрительное и кинестетическое восприятие обучающихся и чревато негативными физиологическими состояниями («киберболезнь») [16]. Таким образом, актуальной является необходимость изучить эффективность образовательных VR-технологий относительно индивидуально-психологических особенностей обучающихся, и, прежде всего, - когнитивно-личностных.
В публикациях, посвященных результатам изучения психолого-педагогических факторов, влияющих на успешность обучения в среде виртуальной реальности, отмечается важная роль такой когнитивной характеристики обучающихся как пространственные способности [24]. Это и понятно: ориентация в виртуальном учебном пространстве - первоочередная задача при обучении любым новым знаниям и умениям. И здесь накоплены два типа данных, которые вылились в две противоречащие гипотезы: гипотезу компенсации и гипотезу усиления. Гипотеза компенсации, сформулированная в работах S.Berney et al. [9], J. Legault et al. [21], R.San et al. [29] делает вывод о том, что наибольший обучающий эффект при работе в среде виртуальной реальности получают учащиеся с низким уровнем пространственных способностей, а учащиеся с высоким уровнем - нет, так как последним и без виртуальной реальности легко мысленно представлять движущиеся и объемные объекты на основе плоских и статичных. Эта гипотеза не всегда подтверждается и есть данные в пользу того, что пространственные способности, наоборот, усиливают обучающий эффект в виртуальной реальности. В частности, это было обнаружено A. Levinson et al. [23] и J. Y. Wang et al. [33]. Согласно гипотезе усиления, высокий уровень пространственных способностей позволяет легче справляться со сложностями визуализаций в VR-среде и потому усиливает эффект обучения, обучающиеся с высоким уровнем пространственных способностей более успешны при таком обучении, а с низким уровнем - менее успешны. Следует отметить, что указанные исследования проводились на материале обучения концептуальным знаниям, связанным с необходимостью представления трехмерных объектов (анатомия, органическая химия, иностранный язык). На наш взгляд, наиболее перспективным в применении образовательных VR-технологий являются виртуальные тренажеры и симуляторы, которые позволяют обучающимся отрабатывать различные стандартные операции на уровне сенсомоторного навыка для тех профессиональных процедур, которые недоступно, опасно, вредно или дорого отрабатывать в реальной ситуации и на реальных объектах [8]. Изучение роли пространственных способностей в этом плане представляется насущным и практически значимым.
Другой когнитивной характеристикой, которая связана со зрительным и пространственным восприятием, является когнитивный стиль «полезависимости-по-ленезависимости» [5]. Поленезависимость позволяет легче вычленять детали из сложного объекта, а полезависимость связана с целостным восприятием ситуации, с затруднениями при расчленении ее на части. В сфере исследований когнитивно-психологических аспектов использования информационных технологий данный стиль наиболее изучен в отношении мультимедийного обучения. Было показано, что ког-нтивный стиль обучающегося является значимым фактором эффективности мультимедийного обучения [12; 20]. Сообщается также о роли когнитивного стиля для изучения в среде виртуальной реальности английского языка как иностранного [11]. Есть данные о том, что полезависимые более эффективно работают в трехмерных виртуальных пространствах небольшого объема, где, как считаю авторы, полезно целостное восприятие ситуации; поленезависимые же оказались эффективнее в более простых виртуальных средах большей размерности [18]. Сообщается также, что в виртуальной среде у поленезависимых индивидов легче возникает эффект присутствия и они менее подвержены «киберболезни» [14]. Мы решили исследовать также и эту когнитивную характеристику в контексте влияния на успешность решения задачи в учебной среде виртуальной реальности.
Влияние когнитивных характеристик на поведение индивида в среде виртуальной реальности может быть опосредовано когнитивной нагрузкой - нагрузкой на оперативную память индивида, от величины которой зависит закрепление усваиваемой информации в долговременной памяти [29]. Согласно теории когнитивной нагрузки, рабочая память индивида по сравнению с долговременной имеет ограниченную емкость и ее перегрузка затрудняет закрепление усваиваемой информации в долговременной памяти. Выделяют три типа когнитивных нагрузок, которые имеют место в процессе обучения: внутреннюю, постороннюю и релевантную (уместную) (см. для обзора: [30]. К настоящему времени нет полной ясности насчет того, как виртуальная реальность влияет на когнитивную нагрузку индивида. Часть исследований заключает, что она увеличивает постороннюю нагрузку, часть - что не увеличивает. Так, при сравнении просмотра учебного фильма по истории при помощи видео на мониторе компьютера и в среде иммерсивной виртуальной реальности последняя вызывала у учащихся более высокое эмоциональное возбуждение по показателям частоты сердечных сокращений и более низкое когнитивное взаимодействие по результатам электроэнцефалограммы* [26]. Аналогичные данные сообщаются и при сравнении настольной и стереоскопической виртуальных реальностей при изучении анатомии: измеренная при помощи ЭЭГ тета-мощность как мера когнитивной нагрузки была выше в случае более реалистичной стереоскопической виртуальной реальности [10]. С другой стороны, имеются сообщения о том, что обучение в середе виртуальной реальности не увеличивает когнитивную нагрузку. Например, при сравнении оценок посторонней когнитивной нагрузки в ходе трех видов студенческих дискуссий, - посредством видео-конференции, виртуальной реальности и «лицом к лицу», - не было обнаружено значимых различий [25]. Хороший обзор исследований по этой тематике представлен китайскими авторами [13]. В частности, авторы заключают, что когнитивная нагрузка и результаты работы в среде иммерсивной виртуальной реальности не связаны напрямую: повышение когнитивной нагрузки не всегда приводит к отрицательным резуль-
* В данном случае когнитивная нагрузка оценивалась при помощи психофизиологических методов, которые фиксируют изменения мозговой активности [2] или глазодвигательные реакции [1].
татам деятельности в среде виртуальной реальности. Они заключают, что в будущих исследованиях необходимо пересмотреть взаимосвязь между виртуальной реальностью, когнитивной нагрузкой и результатами, принимая во внимание такие факторы, как индивидуальные различия, предыдущий опыт, дизайн задач и дизайн VR.
Недавно появились интересные данные о том, когнитивная нагрузка связана с пространственными способностями пользователей. R. Sun et al. [29] обнаружили, что при сравнении обучения в традиционной учебной среде (слайд-презентация) с обучением в среде виртуальной реальности студенты с низким уровнем пространственных способностей имели более высокую когнитивную нагрузку при работе в традиционной среде обучения, чем в VR-среде. Учащиеся с высоким уровнем пространственных способностей не обнаружили существенных различий в когнитивной нагрузке, независимо от среды обучения. Авторы делают вывод о том, что среда виртуальной реальности снижает когнитивную нагрузку у обучающихся с низким уровнем пространственных способностей и тем самым способствует улучшению результатов обучения. Таким образом, через фактор когнитивной нагрузки получила поддержку гипотеза о компенсаторной роли пространственных способностей в обучении с использованием VR-технологии.
Помимо специфических требований к когнитивным особенностям обучение в среде виртуальной реальности отличается более высокими требованиями к самостоятельности обучающихся и поэтому их личностные характеристики также могут иметь важное значение. Исследования показывают противоречивые результаты об этом значении для базовых черт личности, измеренных при помощи теста «Большая пятерка». Этот тест оценивает такие базовые черты, как экстраверсия, сознательность, доброжелательность, открытость опыту и невротизм [6]. Чаще всего эти черты изучались по отношению с выраженностью эффекта присутствия при нахождении в среде виртуальной реальности. Есть противоречивые данные о связи ощущения присутствия с экстраверсией: в одних исследованиях она положительно коррелирует с ним [19], в других - связей вообще не обнаружено [27]. Сообщается также, что невротизм коррелирует с продолжительностью выполнения задачи на позиционирование, а открытость опыту отрицательно связана с продолжительностью выполнения задачи на препятствие в среде виртуальной реальности [15]. Что касается успешности обучения, то в исследовании по VR-обучению медицинских сестер, было обнаружено, что с успешностью обучения умеренно коррелировали три черты: экстраверсия, сознательность и открытость опыту, но по результатам регрессионного анализа только экстраверсия оказалась влияющим фактором [17].
Цель данного исследования состояла в том, чтобы изучить роль когнитивно-личностных характеристик обучающихся в успешности выполнения учебной задачи на зрительно-мануальную координацию в среде виртуальной реальности.
Были сформулированы следующие гипотезы.
Н1: Успешность выполнения учебной задачи в среде виртуальной реальности связана с уровнем пространственного мышления обучающихся.
Н2: Успешность выполнения учебной задачи в среде виртуальной реальности связана с когнитивной нагрузкой у обучающихся
Н3: Успешность выполнения учебной задачи в среде виртуальной реальности связана с полезависимостью/поленезависисмотью обучающихся.
Н4: Успешность выполнения учебной задачи в среде виртуальной реальности связана с базовыми чертами личности обучающихся.
_Методология и методы
Для оценки личностных характеристик испытуемых использовался адаптированный А.Б. Хромовым тест Большая пятерка [6]. Тест оценивает такие базовые черты личности, как невротизм, экстраверсию, доброжелательность, сознательность и открытость опыту. Максимальный балл по каждой шкале - 75, минимальный - 15.
Для оценки когнитивного стиля использовалась методика «Включенные фигуры» Г. Уиткина (полезависимость-поленезависимость) [31], в котором рассчитывался индекс полезависимости как частное от деления количества правильных ответов на время работы над тестом в минутах.
Уровень пространственных способностей оценивался по тесту пространственного мышления И.С. Якиманской, В.Г. Зархина и Х.-М.Х. Кадаяс (формы А и Б) [7]. Тест оценивает умения оперировать пространственными образами с использованием наглядной основы в плане геометрических форм, величин и пространственной размещенности. Максимальный балл по тесту 30 баллов.
Оценка воспринимаемой когнитивной нагрузки проводилась при помощи модифицированного опросника CLS Дж. Леппинка, который включает три шкалы: внутреннюю, внешнюю и релевантную когнитивную нагрузки [22]. Шкала внутренней когнитивной нагрузки измеряет субъективную оценку сложности изучаемой темы, шкала посторонней нагрузки - оформление учебного материала, а шкала релевантной когнитивной нагрузки - тот вид нагрузки на рабочую память, которая ведет к углублению обработки информации и улучшению за счет этого результатов обучения. Максимальное количество баллов по субшкалам ВКН и ПКН - 30, по субшкале РКН - 40, минимальное по всем шкалам - 0. Предварительная оценка внутренней согласованности по тесту Кронбаха переведенных и модифицированных субшкал показала их высокую надежность, (аВКН = 0,88; аПКН=0,81; аРКН=0,98).
Учебная задача в среде виртуальной реальности была смоделирована по сценарию игры «Стрельба из лука» на бесплатной платформе Steam (https://store.steampowered. com/). Игра содержит высококачественную 3D- ситуацию, в которой испытуемый может стрелять из виртуального лука по движущимся мишенями, набирая баллы и уров-
vy I-»
ни в зависимости от точности и сложности выполняемых действий. В данной ситуации обеспечивается взаимодействие на основе тактильной, слуховой и исполнительской обратной связи с объектами среды виртуальной реальности. Также, пребывая в игре, испытуемый имеет возможность свободно перемещаться в пространстве. Для успешного выполнения задачи испытуемому необходимо быть сконцентрированными, следить за виртуальным окружением, быстро реагировать на изменения с использованием контроллеров, точно выполнять последовательность определенных действий. Данная игра представляет собой модель учебной задачи на зрительно-моторную координацию, которая может быть рассмотрена как модельное задание по формированию навыка практического действия. Подобная модель учебной задачи может быть использована при разработке тренажеров и симуляторов, связанных с освоением профессиональных процедур, требующих: безошибочного выполнения действий; высокой скорости реакции без возможного доступа к справочной информации; большой практики для достижения требуемого качества работы или принятия решения на основе оценки большого числа существующих условий. Учебно-профессиональные за-
дачи, подобного класса направлены на формирование определенной степени готовности к выполнению определенных профессиональных процедур. Следует заметить, что в данном случае, речь идет о формировании готовности к выполнению моторных (поведенческих) действий. Основными индикаторами, определяющими готовность к выполнению профессиональных процедур, выступают: усвоение последовательности действий, точность выполнения действий, аккуратность выполнения действий, выполнение действий в ограниченное время или в условиях ограниченности средств и т.д.
В качестве показателей успешности выполнения задачи фиксировались точность
/ V \ / V V V \W W
(количество попаданий) и сложность (максимальный пройденный уровень) действий.
Перед проведением эксперимента каждому испытуемому даны устные и письменные инструкции по выполнению поставленной задачи. В процессе проведения эксперимента использовались шлемы виртуальной реальности HTC VIVE VR HMD с разрешением дисплея 1080х1200 и контроллеры, входящие в комплект.
В исследовании приняли участие 40 студентов 2 курса ДВФУ, обучающихся по программам педагогического бакалавриата (10 юношей и 30 девушек). Группа была вы-равнена по уровню игрового опыта в виртуальной реальности (имеющих хорошие навыки игры было 2 человека и они не вошли в группу испытуемых).
Полученные результаты были проанализированы при помощи программы IBM SPSS 19.0 следующим образом:
1. Оценки когнитивно-личностных характеристик анализировались при помощи аппарата описательной статистики и Z-теста Колмогорова-Смирнова (нормальность распределения).
2. Проверка гипотез о связях осуществлялась посредством корреляционного, множественного регрессионного анализов и статистических процедур анализа медиации и модерации (при помощи модуля PROCESS v4.1).
_Результаты исследования
Описательная статистика по результатам когнитивно-личностных тестов и показателей успешности выполнения учебной задачи, по шкале когнитивной нагрузки и ее субшкалам представлены в таблице 1.
Таблица 1
Средние значения (М), стандартные отклонения и значения одновыборочного
теста Колмогорова-Смирнова
Когнитивно-личностные характеристики M SD Z Р
Невротизм 51,9 8,9 0,13 0,10
Экстраверсия 48,2 9,8 0,14 0,11
Доброжелательность 51,8 9,8 0,16 0,06
Сознательность 52,7 9,8 0,15 0,9
Открытость опыту 54,3 9,6 0,13 0,19
Пространственное мышление 14,4 3,7 0,11 0,20
Индекс полезависимости 1,5 0,7 0,16 0,01
Внутренняя когнитивная нагрузка 10,1 7,1 0,08 0,20
Посторонняя когнитивная нагрузка 2,5 4,7 0,30 0,00
Релевантная когнитивная нагрузка 31,6 8,3 0,17 0,01
Общая когнитивная нагрузка 44,2 11,5 0,08 0,20
Точность 92,8 42,8 0,16 0,02
Сложность 8,2 3,7 0,30 0,00
По результатам корреляционного анализа (см. табл. 2), точность умеренно положительно связана с уровнем пространственного мышления (г=0,37*) и релевантной когнитивной нагрузкой (г=0,41*) и отрицательно с внутренней когнитивной нагрузкой (г=-0,42*). В свою очередь, сложность умеренно отрицательно связана с посторонней когнитивной нагрузкой (г=-0,33*) и положительно - с релевантной (г= 0,32*). Эти данные подтверждают гипотезу Н1 и Н2.
Связи показателей успешности с полезависимостью/поленезависимостью и личностными чертами не выявлено. Таким образом, гипотезы Н2 и Н3 в нашем исследовании не подтвердились. Была, впрочем, выявлена связь между невротизмом и внутренней когнитивной нагрузкой (г=0,57**) и общей когнитивной нагрузкой (г=0,54**). Однако, модерационного эффекта невротизма на показатели успешности через внутреннюю и общую когнитивные нагрузки выявлено не было.
Таблица 2
Связи между показателями успешности выполнения учебной задачи в VR-среде и когнитивно-личностными характеристиками обучающихся (по Спирмену)
Когнитивно-личностные характеристики Точность r (p) Сложностьг (p)
Невротизм 0,07 (0,72) 0,22 (0,23)
Экстраверсия 0,05(0,81) 0,13 (0,50)
Доброжелательность 0,03(0,90) 0,01 (0,97)
Сознательность 0,11(0,56) 0,10 (0,58)
Открытость опыту 0,15(0,43) 0,20 (0,30)
Пространственное мышление 0,37 (0,03)* 0,33 (0,05)
Индекс полезависимости -0,09 (0,61) 0,05 (0,77)
Внутренняя когнитивная нагрузка -0,42(0,01)* 0,29 (0,07)
Посторонняя когнитивная нагрузка -0,31 (0,05) -0,33 (0,04)*
Релевантная когнитивная нагрузка 0,41 (0,01)* 0,32 (0,04)*
Общая когнитивная нагрузка -0,07 (0,65) -0,09 (0,57)
Примечание. * р < 0,05
Результаты регрессионного анализа (см. табл. 3) показали, что из всех предполагаемых когнитивно-личностных факторов влияние на успешность выполнения учебной задачи в VR-среде оказали только пространственное мышление и когнитивная нагрузка (для показателя точности - это все виды, для показателя сложности - посторонняя и релевантная). При этом наибольший вклад вносит посторонняя когнитивная нагрузка (в=0,72 для точности и в =0,48 для сложности). Полученная модель описывает 49% дисперсий точности и 39% дисперсий сложности выполнения учебной задачи. При этом статистический анализ медиации переменной пространственного мышления на связь между показателями успешности выполнения учебной задачи и когнитивной нагрузки не выявил значимого влияния. Таким образом, находят подтверждение гипотезы Н1 и Н2 и не подтверждаются гипотезы Н3 и Н4.
Таблица 3
Факторы, влияющие на успешность выполнения учебной задачи в VR-среде
Переменные Показатели успешности в SD t Р
(constant) точность -15,05 40,32 - 0,37 0,71
сложность -4,14 3,27 -1,26 0,22
Пространственное мышление точность 0,31 2,00 2,13 0,04
сложность 0,34 0,18 2,30 0,03
Внутренняя когнитивная нагрузка точность - 0,44 1,23 - 2,15 0,04
сложность исключена исключена исключена исключена
Посторонняя когнитивная нагрузка точность 0,72 1,53 3,62 0,001
сложность 0,48 0,10 3,23 0,003
Релевантная когнитивная нагрузка точность 0,31 0,82 0,32 0,04
сложность 0,34 0,08 0,34 0,04
Примечание. Для показателя «точность» Adj.R2=0,49, F=7,95, р=0,000 Для показателя «сложность» Adj.R2=0,39, F=7,30, р=0,001
_Обсуждение результатов
Предположение о том, что успешность выполнения учебной задачи в среде виртуальной реальности связана с уровнем пространственного мышления обучающихся подтвердилась. И поскольку корреляция успешности (наиболее значимо - для показателя точности действия) с выраженностью пространственного мышления оказалась положительной, то полученные данные свидетельствуют в пользу «гипотезы усиления» [33], которая полагает, что от обучения в среде виртуальной реальности больше пользы получают учащиеся с высоким уровнем пространственных способностей. Следует отметить, что «гипотеза усиления», равно как и «гипотеза компенсации», в большей части были выведены на основе результатов исследования обучения концептуальным знаниям и с использованием 3D-визуализаций. В нашем случае была исследована модель формирования навыка зрительно-мануальной координации, которая чаще всего воспроизводится в виртуальных тренажерах. По-видимому, специфика содержания обучения должна учитываться при разработке педагогических рекомендаций по учету индивидуальных факторов обучения в VR-среде.
Получила также подтверждение гипотеза о том, что успешность выполнения учебной задачи в среде виртуальной реальности связана с когнитивной нагрузкой на обучающихся. Чем выше точность и сложность выполняемого действия, тем ниже внутренняя (для показателя точности) и посторонняя (для показателя сложности) и тем выше релевантная (для обоих показателей) когнитивные нагрузки. При этом связей между уровнем когнитивных нагрузок и пространственного мышления обнаружено не было. Равно как не было выявлено и того, что пространственное мышление может быть медиатором связи между показателями успешности выполнения учебной задачи и когнитивной нагрузки. Все это не позволяет поддержать идею о посреднической роли пространственных способностей в факторах успешности деятельности в среде виртуальной реальности.
Что касается предположений о связи успешности выполнения задачи в VR-среде с полезависимостью/поленезависимостью, а также с каждым из пяти базовых черт личности, измеренных при помощи Big5, - эти гипотезы не нашли подтверждения в полученных результатах. По-видимому, этот аспект нуждается в исследовании на более объемной выборке испытуемых с более разнообразным распределением личностных типов. Особенно это представляется важным для понимания роли когнитивного стиля, распределение показателей которого в нашей выборке было ассиметричным: только двух испытуемых можно было в полной мере идентифицировать как поленезависимых.
Таким образом, полученные результаты согласуются с данными, полученными J.Y. Wang [33] и A. Levinson [23] с коллегами данными о том, что обучение в среде виртуальной реальности дает больше преимуществ обучающимся с высоким уровнем пространственных способностей.
Заключение
В данном исследовании мы проверили то, какую роль играют некоторые когнитивно-личностные характеристики обучающихся на успешность выполнения ими в среде виртуальной реальности учебной задачи на зрительно-моторную координацию. Было выяснено, что значимую роль в этом играет пространственное мышление и два вида когнитивной нагрузки (посторонняя и релевантная). Выяснилось также, что личностные черты и когнитивный стиль по параметрам полезависимо-сти/поленезависимости не связаны с точностью и сложностью выполнения указанного типа учебной задачи в VR-среде.
Определенными ограничениями исследования были, прежде всего, методики диагностики когнитивно-личностных характеристик. Возможно, более всесторонняя оценка пространственных способностей была бы более информативна для изучения гипотез «компенсации/усиления». Было бы также полезно задействовать и психофи-зологические методы оценки когнитивной нагрузки. Правда, эти методы не позволяют дифференцировать нагрузку по видам, но вместе с субъективным оцениванием они могут дать важные результаты для вывода о влиянии виртуальной реальности на психику и результаты обучения.
В перспективе также было бы интересно получить данные на более объемной выборке с более разнообразным распределением личностных характеристик и с привлечением специально разработанных обучающих программ для виртуальных тренажеров.
Тем не менее, полученные нами данные представляются полезными не только в качестве ориентировки для дальнейших психолого-педагогических исследований, но и для выработки практических рекомендаций разработчикам образовательного дизайна виртуальных тренажеров для профессионального образования, а также - специалистам в области дифференциальной педагогики.
_Финансирование
Статья публикуется в рамках реализации государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (проект № 0657-2020-0009).
ЛИТЕРАТУРА
1. Величковский Б.Б. Новые глазодвигательные методы оценки когнитивной нагрузки // Вопросы психологии. 2021. №1. С.119-129.
2. Поликанова И. С., Сергеев, А. В. Влияние длительной когнитивной нагрузки на параметры ЭЭГ // Национальный психологический журнал. 2014. № 1 (13). doi: 10.11621/npj.2014.0109
3. Структура ИКТ-компетентности учителей. Рекомендации ЮНЕСКО. URL: https://iite.unesco.org/ru/publications/ struktura-ikt-kompetentnosti-uchitelej-rekomendatsii-unesco/(дата обращения: 01.11.2022)
4. Смирнов А.С., Фадеев К.А., Аликовская Т.А., Тумялис А.В., Голохваст К.С. Технологии виртуальной реальности в образовательном процессе: перспективы и опасности. // Информатика и образование. 2020. № 6. С. 4-16. doi: 10.32517/0234-0453-2020-35-6-4-16
5. Холодная, М. А. Когнитивные стили: О природе индивидуального ума. СПб.: Питер, 2004. 384 с.
6. Хромов, А. Б. Пятифакторный опросник личности. Курган: Изд-во Курганского гос. Университета. 2000. 23 с.
7. Якиманская И.С., Зархин В.Г., Кадаяс Х-М.М. Тест пространственного мышления: опыт разработки и применения // Вопросы психологии. 1991. №1. С. 128-135.
8. Bailenson J. N. The Trials and Tribulations of Narrative in VR. MediaX. 2016. Available online at: https://vhil.stanford. edu/news/2016/the-trials-and-tribulations-of-narrative-in-vr-mediax
9. Berney S., Betrancourt M., Molinari G., and Hoyek N. How spatial abilities and dynamic visualizations interplay when learning functional anatomy with 3D anatomical models // Anatomical sciences education. 2015. N8 (5). P. 452-462.
10. Birbara N.S., Pather N., Instructional design of virtual learning resources for anatomy education// In: Instructional Design of Virtual Learning Resources for Anatomy Education. Springer International Publishing. 2021. P. 75-110.
11. Cai J-Y., Wang R-F., Wang C-Y., Ye X-D., Li X-Z. The Influence of Learners' Cognitive Style and Testing Environment Supported by Virtual Reality on English-Speaking Learning Achievement // Sustainability. 2021; 13(21):11751. doi:10.3390/su132111751
12. Chen S. Y., Marcredie R. D. Cognitive styles and hypermedia navigation development in a learning model // Journal of American Society of information science and technology. 2002. Vol. 53. № 1. P. 3-15.
13. Han J., Zheng Q., Ding Y. Lost in Virtual Reality? Cognitive Load in High Immersive VR Environments // Journal of Advances in Information Technology Vol. 2021 Nov;12(4). doi: 10.12720/jait.12.4.302-310
14. Hecht D., Reiner M. Field dependency and the sense of object-presence in haptic virtual environments // Cyberpsychology & Behavior. 2007. Vol. 10. №2. P. 243-251.
15. Katifori A., Lougiakis C., Roussou M. Exploring the Effect of Personality Traits in VR Interaction: The Emergent Role of Perspective-Taking in Task Performance // Frontiers in Virtual Reality. 2022. V.3 doi:10.3389/frvir.2022.860916
16. Keshavarz B., Philipp-Muller A. E., Hemmerich W., Riecke B. E., Campos J. L. The effect of visual motion stimulus characteristics on vection and visually induced motion sick-ness // Displays. 2019. Vol. 58. P. 71-81. doi: 10.1016/j. displa.2018.07.00
17. Kim Y.-J.; Ahn S.-Y. Factors Influencing Nursing Students' Immersive Virtual Reality Media Technology-Based Learning // Sensors. 2021.V. 21. 8088. doi:10.3390/s21238088
18. Kyritsis M., Gulliver S. R., Morar S., Macredie R. Impact of cognitive style on spatial knowledge acquisition // 2009 IEEE International Conference on Multimedia & Expo (ICME 2009). 2009. P. 966 - 969.
19. Laarni J., Ravaja N., Saari T., Hartmann T. Personality-Related Differences in Subjective Presence// In: Annual International Workshop on Presence. Ed.by A. M. Raya, and R. B. Solaz (Valencia, Spain: Technical University of Valencia), 2004. P. 88-95.
20. Lee C. H. M., Sudweeks F., Cheng Y. W., Tang F. E. The role of unit evaluation, learning and culture dimensions related to students cognitive style in hypermedia learning // Proceeding of the 7th International conference on cultural attitudes towards communication technology. 2010. P. 400-419.
21. Legault J., Zhao J., Chi Y-A., Chen W., Klippel A., Li P. Immersive virtual reality as an effective tool for second language vocabulary learning // Languages. 2019. V. 4. P. 13.
22. Leppink J., Paas F., Van der Vleuten C. M., Van Gog T., Van Mer^nboer J. G. Development of an instrument for measuring different types of cognitive load // Behavior Research Methods.2013. № 45(4). P. 1058-1072.
23. Levinson A.J., Weaver B., Garside S., McGinn H., Norman G.R., Virtual reality and brain anatomy: A randomised trial of e-learning instructional designs // Medical education. 2007. pp. 495-501.
24. LinY., Suh A. The Role of Spatial Ability in Learning with Virtual Reality: A Literature Review // In: T. X. Bui (Ed.), Proceedings of the 54th Annual Hawaii International Conference on System Sciences. 2021. Vol. 2020-January. P. 94-103. doi: 10.24251/HICSS.2021.011
25. Leppink J., Paas F., Van der Vleuten C. M., Van Gog T., Van Mer^nboer J. G. Development of an instrument for measuring different types of cognitive load // Behavior Research Methods. 2013. № 45(4). P. 1058-1072.
26. Moser I., Chiquet S., Strahm S.K., Mast F.M., Bergamin P. Group decision-making in multi-user immersive virtual reality// Cyberpsychology, Behav. Soc. Netw. 2020. V. 23 (12). P. 846-853. doi: 10.1089/cyber.2020.0065
27. Parong J., Mayer R.E. Learning about history in immersive virtual reality: does immersion facilitate learning? //
Educational Technology Research and Development. 2021.V.69 (2). P. 1-19. doi: 10.1007/sll423-021-09999-y
28. Sacau A., Laarni J., Hartmann T. Influence of Individual Factors on Presence // Comput. Hum. Behav. 2008. V. 24. P. 2255-2273. doi: 10.1016/j.chb.2007.11.001
29. Sun R., Wu Y.J., Cai Q. The effect of a virtual reality learning environment on learners' spatial ability // Virtual Reality. 2019. V. 23. P. 385-398. doi: 10.1007/s10055-018-0355
30. Sweller J., Ayres P., Kalyuga S. Categories of knowledge: an evolutionary approach // In: Cognitive Load Theory, eds J. Sweller, P. Ayres, and S. Kalyuga (New York, NY: Springer), 2011. P.3-14. DOI: 10.1007/978-1-4419-8126-4_1
31. Sweller J., van Merrienboer J. J., Paas F. Cognitive architecture and instructional design: 20 years later // Educational Psychology Review. 2019. №31. P.261-292. doi: 10.1007/s10648-019-09465-5
32. Witkin H.A., Moore C.A., Goodenough D.R., Cox P.W. Field-dependent and field-independent cognitive styles and their educational implications // Review of Educational Research. 1977. № 47(1). P. 1-64.
33. Wang J.Y., Wu H.K., Hsu Y.S. Using mobile applications for learning: Effects of simulation design, visualmotor integration, and spatial ability on high school students' conceptual understanding // Computers in Human Behavior. 2017/ V. 66., pp. 103-113. doi: 10.1016/j.chb.2016.09.032
REFERENCES
1. Velichkovsky B.B. New oculomotor methods for assessing cognitive load. Voprosy Psychologii, 2021, no. 1, pp. 119129. (in Russ.)
2. Polikanova I. S., Sergeev A. V. Influence of long-term cognitive load on EEG parameters. National Psychological Journal, 2014, no. 1 (13). DOI: 10.11621/npj.2014.0109 (in Russ.)
3. The structure of teachers' ICT competence. UNESCO recommendations. Available at: https://iite.unesco.org/ru/ publications/struktura-ikt-kompetentnosti-uchitelej-rekomendatsii-unesco/ (accessed 11 January 2022) (in Russ.)
4. Smirnov A.S., Fadeev K.A., Alikovskaya T.A., Tumyalis A.V., Golokhvast K.S. Virtual reality technologies in the educational process: prospects and dangers. Informatics and education, 2020, no. 6, pp. 4-16. DOI: 10.32517/02340453-2020-35-6-4-16 (in Russ.)
5. Kholodnaya, M. A. Cognitive styles: On the nature of the individual mind. St. Petersburg, Piter Publ., 2004, 384 p. (in Russ.)
6. Khromov, A. B. Five-factor personality questionnaire. Kurgan, Publishing House of the Kurgan State University, 2000, 23 p. (in Russ.)
7. Yakimanskaya I.S., Zarkhin V.G., Kadayas Kh-M.M. Spatial Thinking Test: Experience in Development and Application. Voprosy Psychologii, 1991, no. 1. pp. 128-135. (in Russ.)
8. Bailenson, J. N. The Trials and Tribulations of Narrative in VR. MediaX. 2016. Available online at: https://vhil. stanford.edu/news/2016/the-trials-and-tribulations-of-narrative-in-vr-mediax (accessed 26 December 2022)
9. Berney S., Betrancourt M., Molinari G., and Hoyek N. How spatial abilities and dynamic visualizations interplay when learning functional anatomy with 3D anatomical models. Anatomical sciences education, 2015, no. 8 (5), pp. 452-462.
10. Birbara N.S., Pather N., Instructional design of virtual learning resources for anatomy education. In: Instructional Design of Virtual Learning Resources for Anatomy Education. Springer International Publishing, 2021, pp. 75-110.
11. Cai J-Y., Wang R-F., Wang C-Y., Ye X-D., Li X-Z. The Influence of Learners' Cognitive Style and Testing Environment Supported by Virtual Reality on English-Speaking Learning Achievement. Sustainability, 2021, vol. 13(21): 11751. DOI: 10.3390/su132111751
12. Chen S. Y., Marcredie R. D. Cognitive styles and hypermedia navigation development in a learning model. Journal of American Society of information science and technology, 2002, vol. 53, no. 1, pp. 3-15.
13. Han J., Zheng Q., Ding Y. Lost in Virtual Reality? Cognitive Load in High Immersive VR Environments. Journal of Advances in Information Technology, 2021, vol. 12, no 4, pp. 302-310. DOI: 10.12720/jait.12.4.302-310
14. Hecht D., Reiner M. Field dependency and the sense of object-presence in haptic virtual environments. Cyberpsychology & Behavior, 2007, vol, 10. no 2. pp. 243-251.
15. Katifori A., Lougiakis C., Roussou M. Exploring the Effect of Personality Traits in VR Interaction: The Emergent Role of Perspective-Taking in Task Performance. Frontiers in Virtual Reality, 2022, vol. 3. DOI: 10.3389/frvir.2022.860916
16. Keshavarz B., Philipp-Muller A. E., Hemmerich W., Riecke B. E., Campos J. L. The effect of visual motion stimulus characteristics on vection and visually induced motion sick-ness. Displays, 2019, vol. 58, pp. 71-81. DOI: 10.1016/j. displa.2018.07.00
17. Kim Y.-J.; Ahn S.-Y. Factors Influencing Nursing Students' Immersive Virtual Reality Media Technology-Based Learning. Sensors, 2021, vol. 21, p. 8088. DOI: 10.3390/s21238088
18. Kyritsis M., Gulliver S. R., Morar S., Macredie R. Impact of cognitive style on spatial knowledge acquisition. IEEE International Conference on Multimedia & Expo (ICME 2009), 2009, pp. 966 - 969.
19. Laarni J., Ravaja N., Saari T., Hartmann T. Personality-Related Differences in Subjective Presence. In: Annual International Workshop on Presence. Ed.by A. M. Raya, and R. B. Solaz (Valencia, Spain: Technical University of Valencia), 2004. pp. 88-95.
20. Lee C. H. M., Sudweeks F., Cheng Y. W., Tang F. E. The role of unit evaluation, learning and culture dimensions related to students cognitive style in hypermedia learning. Proceeding of the 7th International conference on cultural attitudes towards communication technology, 2010, pp. 400-419.
21. Legault J., Zhao J., Chi Y-A., Chen W., Klippel A., Li P. Immersive virtual reality as an effective tool for second language vocabulary learning. Languages, 2019, vol. 4, p. 13.
22. Leppink J., Paas F., Van der Vleuten C. M., Van Gog T., Van Merrienboer J. G. Development of an instrument for measuring different types of cognitive load. Behavior Research Methods, 2013, no. 45(4), pp. 1058-1072.
23. Levinson A.J., Weaver B., Garside S., McGinn H., Norman G.R., Virtual reality and brain anatomy: A randomised trial of e-learning instructional designs. Medical education, 2007, pp. 495-501.
24. LinY., Suh A. The Role of Spatial Ability in Learning with Virtual Reality: A Literature Review. In: T. X. Bui (Ed.), Proceedings of the 54th Annual Hawaii International Conference on System Science, 2021, vol. 2020, January, pp. 94-103. DOI: 10.24251/HICSS.2021.011
25. Leppink J., Paas F., Van der Vleuten C. M., Van Gog T., Van Merrienboer J. G. Development of an instrument for measuring different types of cognitive load. Behavior Research Methods, 2013, no. 45(4), pp. 1058-1072.
26. Moser I., Chiquet S., Strahm S.K., Mast F.M., Bergamin P. Group decision-making in multi-user immersive virtual reality. Cyberpsychology, Behavior, and Social Networking, 2020, vol. 23 (12), pp. 846-853. DOI: 10.1089/ cyber.2020.0065
27. Parong J., Mayer R.E. Learning about history in immersive virtual reality: does immersion facilitate learning? Educational Technology Research and Development, 2021, vol. 69 (2), pp. 1-19. DOI: 10.1007/s11423-021-09999-y
28. Sacau A., Laarni J., Hartmann T. (2008). Influence of Individual Factors on Presence. Computers in Human Behavior, 2008, vol. 24, pp. 2255-2273. DOI: 10.1016/j.chb.2007.11.001
29. Sun R., Wu Y.J., Cai Q. The effect of a virtual reality learning environment on learners' spatial ability. Virtual Reality, 2019, vol. 23. pp. 385-398. DOI: 10.1007/s10055-018-0355
30. Sweller J., Ayres P., Kalyuga S. Categories of knowledge: an evolutionary approach. In: Cognitive Load Theory, eds J. Sweller, P. Ayres, and S. Kalyuga (New York, NY: Springer), 2011, pp. 3-14. DOI: 10.1007/978-1-4419-8126-4_1
31. Sweller J., van Merrienboer J. J., Paas F. Cognitive architecture and instructional design: 20 years later. Educational Psychology Review, 2019, no. 31. pp. 261-292. DOI: 10.1007/s10648-019-09465-5
32. Witkin H.A., Moore C.A., Goodenough D.R., Cox P.W. Field-dependent and field-independent cognitive styles and their educational implications. Review of Educational Research, 1977, no. 47(1), pp. 1-64.
33. Wang J.Y., Wu H.K., Hsu Y.S. Using mobile applications for learning: Effects of simulation design, visualmotor integration, and spatial ability on high school students' conceptual understanding. Computers in Human Behavior, 2017, vol. 66, pp. 103-113. DOI: 10.1016/j.chb.2016.09.032
Информация об авторах Гаврилова Татьяна Александровна
(Россия, Владивосток) Доцент, кандидат психологических наук, заведующая лабораторией цифровой педагогики Дальневосточный федеральный университет E-mail: gavrilova.ta@dvfu.ru ORCID ID: 0000-0002-7265-579X
ResearcherID: N-3260-2013 Scopus Author ID: 7006541928
Information about the authors
Tatiana A. Gavrilova
(Russia, Vladivostok) Associate Professor, Cand. Sci. (Educ.), Head of Digital Pedagogy Laboratory Far Eastern Federal University E-mail: gavrilova.ta@dvfu.ru ORCID ID: 0000-0002-7265-579X
Researcher ID: N-3260-2013 Scopus Author ID: 7006541928
Жигалова Ольга Павловна
(Россия, Владивосток) Доцент, кандидат педагогический наук, научный сотрудник лаборатории цифровой педагогики Дальневосточный федеральный университет E-mail: zhigalova.op@dvfu.ru ORCID ID: 0000-0002-7187-9249
ResearcherID: AAF-2022-2021 Scopus Author ID: 57204605654
Olga P. Zhigalova
(Russia, Vladivostok)
Associate Professor, Cand. Sci. (Educ.), Researcher, Digital Pedagogy Laboratory
Far Eastern Federal University E-mail: zhigalova.op@dvfu.ru ORCID ID: 0000-0002-7187-9249 Researcher ID: AAF-2022-2021 Scopus Author ID: 57204605654
Баранова Виктория Александровна
(Россия, Владивосток) Лаборант-исследователь лаборатории цифровой педагогики
Дальневосточный федеральный университет E-mail: baranova.val@dvfu.ru ORCID ID: 0000-0002-0565-288X
ResearcherID: U-7612-2018 Scopus Author ID: 57413552400
Victoria A. Baranova
(Russia, Vladivostok) Laboratory Researcher, Digital Pedagogy Lab Far Eastern Federal University E-mail: baranova.val@dvfu.ru ORCID ID: 0000-0002-0565-288X
ResearcherID: U-7612-2018 Scopus Author ID: 57413552400
