CC BY
36
Перспективы Науки и Образования
Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)
Адрес выпуска: https://pnojournal.wordpress.com/2022-2/22-02/ Дата публикации: 30.04.2022 УДК 159.9.072.432
В. В. Селиванов, П. В. Сорочинский, В. Ю. Капустина
Влияние кратковременных дидактических программ в виртуальной реальности на связь образного и понятийного мышления и памяти
Введение. Мировые тенденции распространения и доступности информации особо актуальны в сфере образования. В связи с этим применение технологий виртуальной реальности в обучении признано важной, перспективной и сложной проблемой, требующей не только повсеместного внедрения, но и изучения возможностей новой среды и ее влияния на когнитивное, психическое, личностное развитие подрастающих поколений.
Цель статьи - изучение влияния кратковременных обучающих программ в виртуальной реальности на связь образного и понятийного мышления и памяти.
Материалы и методы исследования. На уроках биологии по теме «Синтез белка» с обучающимися 11-х классов в экспериментальной и контрольной группах была применена одноименная обучающая программа с использованием различных технических средств обучения. До и после этих уроков (формирующего эксперимента) были проведены: лабораторный эксперимент (однофакторный межсубъектный план), тестирование для измерения объема кратковременной памяти (тест «Изучение процессов воспроизведения методом удержанных членов рядов») и микросемантический анализ протоколов испытуемых для определения процессуального содержания мышления (по А.В. Брушлинскому).
Результаты исследования продемонстрировали улучшение показателей памяти на основании правильно воспроизведенных элементов (по критерию Стьюдента) оказалось равным 3,2 и при воспроизведении последовательностей 3,3. Статистический анализ с применением критерия Манна-Уитни выявил значимые различия распределений результатов в экспериментальной и контрольной выборке (и1эмп = 122 и и2эмп = 116 меньше и). В процессе микросемантического анализа установлено, что под влиянием Вр формально-логический состав мышления и уровень операциональных схем повышается эффективнее, чем после традиционного урока.
Заключение. Обучение в виртуальной реальности сложным биологическим темам является более эффективным для развития понятийного мышления юношей по сравнению с обычным уроком с использованием неиммерсивных мультимедийных средств. Применение ВР-программ в обучении по сложным учебным естественно-научным и математическим темам способствует позитивным изменениям когнитивных процессов обучающихся.
Ключевые слова: виртуальная реальность, образование, образное мышление, понятийное мышление, память
Ссылка для цитирования:
Селиванов В. В., Сорочинский П. В., Капустина В. Ю. Влияние кратковременных дидактических программ в виртуальной реальности на связь образного и понятийного мышления и памяти // Перспективы науки и образования. 2022. № 2 (56). С. 333-346. 10.32744/р$е.2022.2.20
Perspectives of Science & Education
International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)
Available: https://pnojournal.wordpress.com/2022-2/22-02/ Accepted: 21 December 2021 Published: 30 April 2022
B. V. SELIVANOV, P. V. SOROCHINSKY, V. Yu. KAPUSTINA
Influence of short-term didactic programs in virtual reality on the connection between figurative and conceptual thinking and memory
Introduction. World trends in the dissemination and accessibility of information are especially relevant in the field of education. To this end, the use of virtual reality technologies in education is recognized as an important, promising and complex problem that requires not only widespread implementation, but also the study of the possibilities and influence of the new environment on the cognitive, mental, personal development of the younger generations. The results of one such research are presented in this article.
Materials and research methods. To study the influence of short-term training programs in virtual reality on the connection of figurative and conceptual thinking and memory in biology lessons on the topic "Protein Synthesis" with 11th grade students, a training program of the same name was used using various technical training aids in the experimental and control groups. Before and after these lessons (a formative experiment), the following were carried out: a laboratory experiment (one-factor intersubjective plan), testing to measure the amount of short-term memory (test "Studying the processes of reproduction by the method of retained members of the series") and a microsemantic analysis of the content of thinking (according to A.V. Brushlinsky).
The results of the research demonstrated an improvement in memory performance based on correctly reproduced elements (according to Student's criterion) with a high density of 3.2 and in the reproduction of sequences of 3.3. Statistical analysis using the Mann-Whitney test revealed significant differences in the results of the experimental and control samples (U1emp 122 and U2emp = 116 less than Ucr). In the process of microsemantic analysis, it was found that the probability of the emergence of VR of the formal-logical composition of thinking and the level of operational schemes is more effective than after a historical lesson.
Conclusion. Training in virtual reality on complex biological topics is more effective for the development of conceptual thinking in young men compared to a regular lesson using non-immersive multimedia tools. The use of VR-programs in teaching on complex educational topics in the natural sciences and mathematics contributes to positive changes in the cognitive processes of students.
Keywords: virtual reality, education, imaginative thinking, conceptual thinking, memory
For Reference:
Selivanov, B. V., Sorochinsky, P. V., & Kapustina, V. Yu. (2022). Influence of short-term didactic programs in virtual reality on the connection between figurative and conceptual thinking and memory. Perspektivy nauki i obrazovania - Perspectives of Science and Education, 56 (2), 333-346. doi: 10.32744/pse.2022.2.20
_Введение
Статья 19 Всеобщей декларации прав человека гласит: «Каждый человек имеет право на свободу убеждений и на свободное выражение их; это право включает свободу беспрепятственно придерживаться своих убеждений и свободу искать, получать и распространять информацию и идеи любыми средствами и независимо от государственных границ». В этой связи ЮНЕСКО с 2000 г. проводит программу «Информация для всех», одна из целей которой распространение информации в сферах образования, науки, культуры, коммуникации всеми доступными способами, в том числе с применением современных высоких технологий [1]. В рамках этой программы в 2018 г. в Париже прошел форум цифровых инноваций Netexplo. Одним из важных вопросов дискуссии было использование средств технического прогресса для демократизации образования. Лучшим был признан проект соучредителя и главы компании 360ed из Мьянмы - Хла Хла Вин, которая показала возможности виртуальной реальности в школьном обучении [2].
В России также большое внимание уделяется внедрению цифровых технологий в систему образования. Так в ходе XII Международного IT-форума с участием стран БРИКС и ШОС, который проходил в Ханты-Мансийске летом 2021 г. была отмечена важность, перспективность и сложность этого процесса [3]. При бесспорно высокой оценке технологического прогресса, важно понимать его позитивные и негативные стороны. Данный вопрос в нашей стране не только декларируется на форумах, конференциях, симпозиумах и т.д., последние десятилетие отечественными учеными психологами, педагогами-практиками и программистами создаются обучающие программы, в том числе виртуальной реальности для общеобразовательных школ и вузов, проводятся исследования влияния применения этих технологий на развитие когнитивных процессов, психики, личности обучающихся. Результаты одного из таких исследований представлены в данной статье.
Цель представленного исследования - изучение влияния кратковременных дидактических программ в виртуальной реальности (далее - ВР) на связь образного и понятийного мышления и памяти. Она предполагает рассмотрение этого вопроса в нескольких аспектах. С одной стороны, с точки зрения ВР-онтологии - поиск и обоснование ее сущности (В.В. Селиванов, В.А. Барабанщиков) [4], категорий, закономерностей и структуры (А.Е. Войскунский, М.Я. Меньшикова, Ю.П. Зинченко) [5; 6]. Другой, педагогический аспект - это особенности применения технологий виртуальной реальности в качестве средства обучения. А.М. Коротков указывает на необходимость специальной подготовки школьников к обучению в компьютерных средах [7]; О. В. Рубцова отмечает необходимость использования новейших цифровых технологий в обучении при этом обращает внимание на то, что их влияние на развитие психических функций (внимания, памяти, мышления, воли) пока находится в процессе изучения [8; 9]. Из этого следует третий - психологический аспект, требующий проведения теоретического анализа научных источников и формирующего эксперимента по установлению связи мышления (понятийного, образного) и памяти. Этому аспекту посвящены работы В.В. Селиванова и Л.Н. Селивановой [10], исследования развития мышления, памяти, мотивации, изменения психических состояний ведут П.А. Побокин, Е. А. Зикеева, В.Ю. Капустина. Их работы проводятся на материалах освоения старшеклассниками и сту-
дентами младших курсов математических дисциплин [11; 12]. Изучение изменения и развития психических процессов и состояний при применении обучающих программ виртуальной реальности в образовательном процессе по естественно-научным дисциплинам (в частности по биологии) в отечественной психологии проводятся впервые.
Онтология дает представление о ВР как иллюзорном мире, в который вовлекается пользователь за счет воздействия искусственных стимулов на его органы чувств. Такая реальность обеспечивается персональными компьютерами (ПК), проективными системами, шлемами, перчатками и целыми ВР-костюмами, ВР-комнатами и другими средствами. При этом возможны различные степени погружения человека в ВР или ощущения состояния присутствия (Presence) [13]. Это зависит от количества, видов, сложности и специфики применяемых технических приспособлений [14; 15]. Однако, под ВР могут пониматься феномены, не связанные с техническими средствами либо не создающими иллюзию полного погружения.
В.В. Селиванов выделяет в этой связи следующие уровни ВР: первичный, вторичный, высший [16], при этом только высший связан с высокой анимацией, интерактивностью (возможность осуществлять действия, изменяющие информационную среду за счет наклонов головы (через гироскоп)), в современных шлемах vive за счет действий и ходьбы - изменение виртуального объекта-ситуации); и иммерсивностью в информационной среде.
Махмуд (Mahmoud K.) и др. отмечают, что ВР может быть иммерсивной и неим-мерсивной [17]. Иммерсивная ВР включает: интерактивные возможности влияния на виртуальные объекты или среду в целом; навигацию и ориентировку в заданном пространстве за счет возникающих в этой среде звуков; получение обратной связи, которая обеспечивается изменением ракурса обзора и других параметров виртуальной среды в зависимости от изменения положения всего тела пользователя или его головы, туловища и конечностей по отдельности. Иммерсивная ВР позволяет усилить степень вовлеченности субъекта в виртуальный опыт, почувствовать реальность смоделированной среды. Напротив - неиммерсивная ВР не дает возможностей навигации и интерактива, воздействия на виртуальную среду и ее объекты, не обеспечивает обратную связь. Соответственно, этот вид ВР уже содействует меньшей вовлеченности пользователя в виртуальный опыт, приобретает признаки смешанной реальности. Примером неиммерсивной ВР может быть просмотр фильма в 3D с использованием монитора.
В целом, подлинная (настоящая) ВР должна отвечать следующим критериям: использование 3D моделей реальных объектов; возможность анимации (предметы в ВР могут совершать действия, субъект симулирует действия предметов и свои действия); интерактивность; погружение человека в состояние присутствия (Presence).
Особенности применения технологий виртуальной реальности в качестве средства обучения описаны в современных отечественных и зарубежных экспериментальных исследованиях. Инско (B.E. Insko) [13] раскрывает понятие присутствия, Ломбард и Диттон (M. Lombard, T. Ditton) [18], в свою очередь, факторы способствующие или мешающие возникновению эффекта присутствия, определяют психические и физиологические проявления этого состояния. Шуберт и Крузис (T. Shubert, J. Crusius) [19] указывают на различия в эффекте погружения, которое вызывают книги, фильмы или ВР. Эти исследования показывают важность в контексте виртуальной реальности состояния погруженности - иммерсивности. Поддержана эта идея в работах отечественных исследователей (Е. Г. Хозе) [20] и др.
В предыдущих публикациях авторов статьи [21] и публикациях западных коллег Дж. Моримото и Ф. Понтона (J. Morimoto, F. Ponton) [22] показана высокая эффектив-
w V п п W
ность методов полноценной, иммерсивнои ВР в развитии понятийного мышления в области биологии, математики, решении латеральных задач и др.. При этом проводятся сравнительные исследования с группами испытуемых, использующими аналоговые способы развития мышления: обучение в условиях обычного урока, просмотр видео (неиммерсивная, неинтерактивная ВР) и др. Во многих случаях ВР оказывается более эффективным средством для развития понятийного мышления, памяти и других когнитивных процессов, нежели альтернативные способы. В ней также осуществляется ускоренное и качественное достижение образовательных результатов, формируются благоприятные психические состояния и универсальные рефлексивные действия, повышается мотивация к обучению [10; 11; 23].
Изучение использования цифровых технологий, в том числе методов ВР, с позиций культурно-исторической теории Л.С. Выготского, позволяет выявить взаимосвязь развития новых видов деятельности и способов усвоения общественного опыта. При этом инструменты цифровых технологий могут выступать и как орудия деятельности, и как знаки [24]. Компьютеризация образования стимулирует усвоение, с одной стороны, содержания обучающих ВР-программ, с другой, - способов работы с ними, обогащая внутренний опыт и мышление обучающихся [25; 26].
Теоретический анализ научных источников дает представление о понятийном и образном мышлении, а также их взаимосвязи с соответствующими разновидностями памяти.
Термин «понятийное мышление» в психологии обозначает вид мышления, основанный на использовании знаковых средств, слов, понятий, закономерностей явлений мира, выраженных чаще научным языком. Сформированные в процессе развития мышления понятия носят абстрактный характер, имеют логическую взаимосвязь. Поэтому понятийное мышление еще называют абстрактным, формальнологическим. Сами понятия выступают как формы мышления, наряду с суждениями и умозаключениями.
Значение термина «образное мышление» связано с операциями над образами разной модальности (слуховые, кинестетические, зрительные и др.), без использования понятий. Оно может быть реализовано в процессе предметно-практической деятельности (наглядно-действенное мышление), либо пассивно в процессе восприятия (наглядно-образное мышление), либо без опоры на образы восприятия, совершаемое на внутреннем плане (чисто образное мышление).
Образное и понятийное мышление могут взаимно обуславливать развитие друг друга. Так, П.Я. Гальперин показал, что формирование умственного действия происходит поэтапно, опираясь на наглядно-действенные операции с предметами [27; 28]. Мышление тесно связано с памятью, обеспечивающей процессы запоминания, хранения и воспроизведения образной и понятийной информации. Л.С. Выготский обращал внимание, что в процессе развития человека его формально-логическое мышление все больше и больше преобладает над образным в связи с интериоризацией общественного опыта, выраженного преимущественно в знаках. Наряду с тем, что у детей раннего возраста и примитивных народов явления эйдетической памяти, связанной с детальным запоминанием сложных внешних объектов, проявляются наиболее ярко. При этом автор культурно-исторической теории отмечал, что в более поздних возрастах у детей способности к эйдетической памяти ослабевают [29]. В этой связи А.В.
Брушлинский подчеркивал, что все психические процессы личности функционируют в тесной взаимосвязи и выделить один от другого является сложной задачей. Поэтому в исследованиях, в том числе в этом, обычно, рассматриваются ряд когнитивных функций в их различных взаимоотношениях.
Исходя из перечисленных выше теоретических позиций был проведен формирующий эксперимент, представленный далее более подробно. Гипотеза исследования - обучение с применением виртуальной реальности сложным биологическим темам является более эффективным для развития понятийного мышления юношей по сравнению с традиционным уроком, на котором используются неиммерсивные мультимедийные средства.
_Материалы и методы
Участниками эксперимента стали обучающиеся 11-х классов, возраста 17-18 лет общеобразовательных школ г. Смоленска и Смоленской области. Общее число испытуемых - 40 человек (19 юношей, 21 девушка): из них 20 человек входило в экспериментальную группу (выборку), 20 - в контрольную. Обе группы в отношении успеваемости по биологии были уравнены.
В экспериментах наряду современными, но уже вошедшими в широкое использование с техническими средствами обучения (далее - ТСО) были использованы программы, созданные за счет мультиплатформенных инструментов для трехмерного моделирования, прежде всего Unity. Они могут воспроизводиться на ПК с установленными операционными системами Windows и Mac OS, ВР-шлемами (Oculus, Vive и др.) а также с использованием некоторых других технических средств.
На уроках биологии была применена виртуальная обучающая программа по теме «Синтез белка» созданная на базе кафедры общей психологии Смоленского государственного университета (СмолГУ) (см. рис.1). Программный продукт «Синтез белка» разработан с учетом всех основных требований средств ВР (наличие трехмерных объектов, моделирующих объекты живой природы, и соответствующего фона; анимация; навигация в виртуальном пространстве живой клетки; введение человека в состояние присутствия). Содержание программы соответствует программе средней школы и ГИА по соответствующей теме. В программе предусмотрено звуковое сопровождение для разъяснения основных вопросов изучаемого материала.
Г % '■«. з Г
V- '.V и,%
^Ж.----— - il ш?!
Рисунок 1 ДНК внутри ядра клетки (из ВР-программы «Синтез белка»)
В экспериментальной выборке ученики работали на персональных компьютерах (ПК) и имели возможность в ходе объяснения учебного материала рассматривать объекты со всех сторон, самостоятельно управляя процессом перемещения объектов. В контрольной выборке урок проходил с использованием стационарного ПК, проектора, проективной доски и электронной презентацией двухмерных объектов, которыми управлял учитель. Исследование с контрольной и экспериментальной выборками проводилось в одном и том же школьном кабинете.
При изучении влияния кратковременных обучающих программ в виртуальной реальности на связь образного и понятийного мышления и памяти были применены следующие методы исследования.
1. Лабораторный эксперимент (однофакторный межсубъектный план; зависимые переменные - проявления образного и логического мышления и памяти, инструктивными независимыми переменными являлись параметры работы испытуемых с ВР-программой).
2. Тестирование. Для исследования объема кратковременной памяти у обучающихся использовался тест «Изучение процессов воспроизведения методом удержанных членов рядов». В качестве стимульного материала были взяты девять изображений органоидов и генетического материала живой клетки с соответствующими подписями (ядро, ДНК, нуклеотид, рибосома, тРНК, транскрипция, трансляция, кодон, иРНК), расположенные на листе в определенной последовательности. Изображения взяты из школьного учебника. Испытуемым кроме стимульного материала раздавались пустой лист и ручка, у экспериментатора был секундомер.
Порядок работы с испытуемыми был построен следующим образом. Обучающемуся предлагался лист с изображениями органоидов и генетического материала живой клетки, расположенных в определенной последовательности. Задача испытуемого: запомнить как сами изображения предметов, так и их расположение на листе и по прошествии 10 секунд на другом чистом листе записать названия этих предметов, в таком же расположении, в каком эти предметы предъявлялись.
Для исследования мышления у испытуемых, им были даны для решения усложненные задачи по этой же теме.
3. Микросемантический анализ содержания мышления (по А.В. Брушлинскому) использовался для исследования понятийного мышления, прежде всего наличия-отсутствия микро изменений семантического анализа условий и требований задачи.
Исследование в экспериментальной выборке направлено на определение особенностей влияния ВР как специального воздействия на мышление и память. Для сравнения результатов применения новых ТСО в контрольной выборке исследовались те же когнитивные процессы, но в условиях урока, на котором объяснения учителя сопровождались показом презентации с двухмерными объектами на проективной доске.
Последовательность применения методов в экспериментальной и контрольной группе были одинаковыми. Однако в первом случае исследование проводилось в индивидуальном порядке, а во втором коллективно, для 20-ти человек одновременно.
До работы с программой испытуемые решали тест «Изучение процессов воспроизведения методом удержанных членов рядов», затем, используя таблицы генетического кода в печатном виде, они решали задачу по теме «Синтез белка» на определение аминокислотной последовательности белка с учетом данной нуклеотидной последовательности гена ДНК. При решении задачи испытуемым было необходимо проговаривать свои мысли и рассуждения вслух для последующего микросемантическо-
го анализа, проводимого экспериментатором. Для углубленного исследования речь испытуемых записывалась на диктофон. Во время записи экспериментатор задавал некоторые уточняющие вопросы по поводу решения задачи. Далее следовала работа с ВР-программой в течение 20-30 мин. и снова проводился тот же тест на характеристики памяти (с измененной последовательностью предъявляемых элементов). После этого испытуемые решали аналогичную задачу, рассуждая вслух, также для последующего микросемантического анализа их мышления.
_Результаты исследования
В результате исследования с экспериментальной выборкой были получены следующие данные в отношении характеристик памяти (табл. 1). После работы с программой число правильно воспроизведенных элементов увеличивается в 1,14-3 раза; число элементов, воспроизведенных в заданной последовательности, увеличивается в 1,2-3 раза. При этом средние значения (повышение в 2 раза) встречаются наиболее часто (70%).
В контрольной выборке выявлено, что после обычного урока число правильно воспроизведенных элементов увеличивается в 1,12-1,4 раза; а число элементов, воспроизведенных в заданной последовательности, увеличивается в 1,14-1,5 раза. При этом средние значения встречаются наиболее часто (65%).
Таблица 1
Результаты исследования влияния образовательной ВР на память
Показатель Во сколько раз повышает данный показатель урок с двумерной презентацией Во сколько раз повышает данный показатель ВР Парный ^критерий Стьюдента (V2,093) и-критерий Манна-Уитни (икр=127)
Число правильно воспроизведённых элементов 1,12-1,4 1,14-3 3,2 1 >1 , эмп ко. (р<0,05) 122 и <и эмп кр (р<0,05)
Число элементов, воспроизведенных в заданной последовательности 1,14-1,5 1,2-3 3,3 ¿ад 116 и <и (РЗД
Полученные данные дают возможность сделать заключение о том, что ВР повышает указанные характеристики памяти эффективнее обычного урока по показателю объема кратковременной памяти. На значимость различий результатов после традиционного урока и после работы с ВР-программой указывает расчет парного ^критерия Стьюдента. Его эмпирическое значение (^мп) оказалось равным 3,2; 3,3 для количества правильно воспроизведенных элементов; количества элементов, воспроизведенных в заданной последовательности соответственно. Во всех случаях t больше t ,
п г-1 ' эмп. крит.'
равного 2,093 (р<0,05).
Подтверждение значимости различий распределений результатов исследования с контрольной и экспериментальной выборкой получено при расчете статистического критерия Манна-Уитни. Найденные эмпирические значения критерия Манна-Уитни (иэмп) оказались равными 122 для количества правильно воспроизведенных элементов и 116 для количества элементов, воспроизведенных в заданной последовательности. Во всех случаях и оказалось меньше и = 127.
' эмп. крит.
В процессе микросемантического анализа выявлено изменение уровня формально-логического мышления и уровня операциональных схем (соотношения условий и требований задачи) как под влиянием ВР, так и урока с двумерной презентацией.
Уровень формально-логического мышления определялся по количеству понятий, смысл которых верно отражался испытуемыми и с которыми правильно осуществлялась связь с другими понятиями в процессе решения задачи. Были выделены следующие уровни формально-логического мышления: низкий уровень - 0-4 понятия; средний уровень - 5-9 понятий; высокий уровень - 10 понятий и более (см. табл. 2).
Таблица 2
Результаты исследования влияния образовательной ВР на формально-логический состав мышления и уровень семантических схем
№ Характер изменения показателей (формальнологический состав мышления и уровень семантических схем) Количество случаев с данным характером изменения показателей под влиянием обычного урока Количество случаев с данным характером изменения показателей под влиянием ВР Разница в количестве случаев (в %)
1 Со среднего до высокого 1 (5%) 4 (20°%) 15
2 С низкого до среднего 2 (10%) 10 (50%) 40
3 Не изменили показатель 17 (85%) 4 (20%) 65
4 С низкого до высокого 0 10 10
На основе протоколов ответов испытуемых были составлены семантические схемы, отражающие объективный материал, необходимый для понимания условия, требований задачи и ее решения. Уровень операциональных схем оценивался как высокий, средний и низкий. Схемы высокого уровня полностью отражали материал, необходимый для решения задачи. Схемы среднего и низкого уровня содержали разное количество недостатков с точки зрения отражения объективной информации, необходимой для решения задачи. Так, например, у некоторых обучающихся отмечено отсутствие связи понятий иРНК (информационная РНК) и тРНК (транспортная РНК), антикодонов и кодонов, тРНК и белков. Для примера приведем семантическую схему среднего уровня (см. рис. 2).
Условные обозначения: 1 - транскрипция; 2- принцип комплементарности Рисунок 2 Операциональная схема среднего уровня
В процессе исследований установлено, что под влиянием ВР формально-логический состав мышления и уровень операциональных схем повышается эффективнее, чем после традиционного урока с объяснением и презентацией: количество случаев повышения каждого параметра после ВР от среднего до высокого больше на 15%, от низкого до среднего - на 40%, от низкого до высокого - на 10%, по сравнению с контрольной выборкой.
В результате ответов испытуемых на уточняющие вопросы экспериментатора выявлено, что семантические схемы показывают выраженную связь образного и формально-логического мышления. При решении задач в памяти испытуемых активно воспроизводились образы ВР, необходимые для решения. В случае затруднений в решении предложенной задачи экспериментатор обнаруживал недостаточную сформированное^ тех или иных понятий субъекта, а также возможности припоминания соответствующих образов из ВР-программы. В части эксперимента, проводимой с контрольной выборкой, также замечалось воспроизведение в сознании образов процесса синтеза белка в клетке из опыта презентации и содержания учебника. Однако, «сверхобразы» ВР используются для решения задачи активнее, чем аналоги из несовершенных цифровых и традиционных средств обучения. Одним из «мостов» между образным и понятийным мышлением выступает представленность действий (а не только структуры объекта) в сознании учащихся. После работы в интерактивных ВР-программах количество действий в образах, а также представленность действий в понятиях выше в среднем в 1,6 раза. Например, фиксация действия в понятии транспортной РНК выражается в определении ее как источника доставки, средства перемещения аминокислот в рибосому.
_Обсуждение результатов
Результаты исследования позволяют судить о комплексном влиянии ВР на память и мышление испытуемых. Благодаря качеству трехмерной анимации, и возможности рассмотреть изучаемые объекты с удобного для понимания происходящих процессов ракурса, материал запоминается лучше, чем после урока, на котором объекты представлены в двумерном изображении. Запоминанию и структурированию в памяти информации об объектах, представленных в ВР, способствуют также интерактивные возможности, повышающие активность, симуляцию действий и мотивацию к обучению у пользователя, а также позволяющие формировать умственные действия путем интериоризации поведения в виртуальной среде во внутренний план. Указанными особенностями большинство ТСО в общеобразовательных школах не обладает.
Развитие способности памяти к хранению и воспроизведению информации под влиянием ВР, способствует улучшению параметров мышления субъекта при решении усложненных предметных задач, таких как формально-логический состав и уровень операциональных схем. Последний при этом рассматривается как смысловая, а формально-логический состав - как когнитивная составляющие мышления. Оба компонента тесно взаимодействуют друг с другом при решении задач. Образное воспроизведение основных закономерностей биологического синтеза белка, представленных в ВР-программах, способствует улучшению изучаемых в эксперименте характеристик мыслительного процесса. Понятия, используемые для решения задачи, имеют тесную связь с соответствующими образами из опыта человека. Чем прочнее формируется
образная структура получаемой информации, чем больше в ее составе представлены действия, тем совершеннее ее логическая структура и эффективнее применение в процессе мышления.
Таким образом, гипотеза, поставленная в начале исследования, подтверждена: обучение в виртуальной реальности сложным биологическим темам является более эффективным для развития понятийного мышления юношей по сравнению с обычным уроком с использованием неиммерсивных мультимедийных средств.
Приведенные результаты соответствуют ранее полученным авторами [21] в отношении влияния ВР на память и мышление юношей. Полученные в этом исследовании данные согласуются с мнением П.А. Побокина [11] и Е.А. Зикеевой [12] при проведении экспериментов с применением ВР-программ в процессе обучения математике в вузах, а также согласованы в некоторых аспектах с исследованиями зарубежных ученых Ф. Рина (F.Reen) и др. [14], Моримото и Понтона (J. Morimoto, F. Ponton) [17] при изучении иностранными обучающимися биологии.
Применения такого ТСО (который становится методом и технологией) действительно способствует позитивным изменениям в мышлении юношей и часто оказывается более эффективным средством обучения в отношении изучения сложных учебных тем по биологии, математике и другим естественно-научным дисциплинам, по сравнению с традиционным уроком на котором использование мультимедийных технологий, не создает иллюзию погружения в виртуальную реальность.
_Выводы
1. Работа в образовательных ВР-программах положительно сказывается на развитии мышления и памяти человека.
2. Параметры когнитивных процессов: процессуальный, формально-логический состав мышления, уровень составления операциональных схем, способности к воспроизведению зрительной и словесной информации эффективнее повышаются после работы в ВР, чем после урока с использованием традиционных, в том числе мультимедийных дидактических средств. Это справедливо в отношении изучения сложных тем по естественно-научным и математическим дисциплинам (в частности, «Синтез белка в клетке» в биологии).
3. Результаты исследования показали тесную взаимосвязь образного и понятийного мышления и необходимость стимуляции запоминания информации в образном виде для ее последующего использования в решении усложненных предметных задач, что может быть обеспечено качественной обучающей программой, созданной в ВР.
4. Методы ВР могут успешно применяться в общем образовании, в том числе с использованием ПК при отсутствии более высокотехнологичных средств, обеспечивающих освоение различных видов деятельности. Однако важным фактором выбора учителем такого средства должен быть учет возрастных особенностей и возможностей, а также личных предпочтений обучающихся [30]. Образовательные ВР-программы могут стать одним из самых перспективных направлений информационно-коммуникационных технологий, благодаря высокой анимации, интерактивности и иммерсивности, существенно повысить мотивацию к познавательной деятельности.
Ограничения проведенного эмпирического исследования связаны с относительно малой выборкой, измерением только двух параметров понятийного (абстрактно-логического) мышления - формально-логического состава и уровня операциональных схем, использование в эксперименте лишь одной тематической программы. Вопрос о взаимосвязи образного и понятийного мышления поэтому требует дальнейших уточняющих исследований.
_Финансирование
Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства просвещения Российской Федерации по проведению фундаментальных научных исследований № 073-00041-21-02 от 08.06.2021 года на тему: «Влияние технологий виртуальной реальности высшего уровня на психическое развитие в юношеском возрасте».
ЛИТЕРАТУРА
1. Программа «Информация для всех». МОО ВПП ЮНЕСКО «Информация для всех» [электронный ресурс] URL: https://ifap.ru/ofdocs/unesco/programr.pdf (дата обращения 28.12.2021).
2. Виртуальная реальность школе // Курьер ЮНЕСКО [электронный ресурс] URL: https://ru.unesco.org/ courier/2018-3/virtualnaya-realnost-v-shkole (дата обращения 28.12.2021).
3. На форуме в Югре обсудили риски неконтролируемого использования искусственного интеллекта. [электронный ресурс] URL: https://itforum.admhmao.ru/2021/news/5838683/ (дата обращения 20.10.2021).
4. Барабанщиков В.А., Селиванов В.В. VR - онтология. Психология когнитивных процессов. 2020. № 9. С. 8-19.
5. Войскунский А.Е., Меньшикова М.Я. О применении систем виртуальной реальности в психологии. Вестник Московского университета. 2008. № 1. С. 22-36.
6. Зинченко Ю.П. Технологии виртуальной реальности в системе постнеклассической психологии. Мир психологии. 2013. №1. С. 31-42.
7. Коротков А.М. Подготовка школьников к обучению в дидактических компьютерных средах: учебное пособие. Волгоград: Изд-во ВГПУ «Перемена», 2002. 142 с.
8. Рубцова О.В. Цифровые технологии как новое средство опосредования (Часть первая) // Культурно-историческая психология. 2019. Т.15. №3. С. 117-124.
9. Рубцова О.В. Цифровые технологии как новое средство опосредования (Часть вторая) // Культурно-историческая психология. 2019. Т. 15. №4. С. 100-108.
10. Селиванов В.В., Селиванова Л.Н. Воздействие виртуальной реальности на личностные и мыслительные характеристики учащихся / В.В. Селиванов, Л.Н. Селиванова // Материалы I Всероссийской научно-практической конференции с международным участием 20-21 мая 2016 г. Калуга, 2016. С. 309-320.
11. Побокин П.А. Развитие мыслительных процессов школьников, их психических состояний как следствие применения виртуальных математических программ // Вестник Череповецкого государственного университета. Череповец: ФГБОУ ВПО «Череповецкий государственный университет». 2014. №3. С. 192-197.
12. Капустина В.Ю., Зикеева Е.А. Формирование учебной мотивации и мышления у студентов средствами виртуальной реальности // Экспериментальная психология. 2021. Том 14. № 1. C. 51-63.
13. Insko B.E. Measuring Presence: Subjective, Behavioral and Physiological Methods. Being There: Concepts, Effects and Measurement of User Presence in Synthetic Environments IOS Press. - Amsterdam, The Netherlands, 2003. pp. 109-119.
14. Reen F., Jump O., McSharry B., Morgan J., Murphy D., Niall O'Leary, Billy O'Mahony, Scallan M., Supple B. The Use of Virtual Reality in the Teaching of Challenging Concepts in Virology, Cell Culture and Molecular Biology. Front. Virtual Real, 21 May 2021. D0I:10.3389/frvir.2021.670909 (дата обращения 18.09.2021).
15. Johnson-Glenberg M.C. Immersive VR and Education: Embodied Design Principles That Include Gesture and Hand Controls. Frontiers in Psychology, Front. Robot. 2018. DOI:10.3389/frobt.2018.00081.
16. Психология виртуальной реальности: учебное пособие / под ред. Селиванова В.В. - Смоленск: Изд-во СмолГУ, 2015. 152 с.
17. Mahmoud K., Yassin H., Thomas J. Hurkxkens. Does Immersive VR Increase Learning Gain When Compared to a Non-immersive VR Learning Experience? Learning and Collaboration Technologies. Human and Technology Ecosystems. July 2020. P.480-498. DOI:10.1007/978-3-030-50506-6_33
18. Lombard M., Ditton T. At the Heart of It All: The Concept of Presence. Journal of Computer-Mediated Communication,
1997. D0l:10.1111/j.1083-6101.1997.tb00072.x
19. Shubert T., Crusius J. Five theses on the book problem: presence in books, film and VR. Fifth Annual International Workshop PRESENCE 2002 Proceedings. Universidade Fernando Pessoa, Porto, Portugal, 2002. P. 53-58.
20. Хозе Е.Г. Виртуальная реальность и образование [Электронный ресурс] // Современная зарубежная психология. D0l:10.17759/jmfp.2021000002
21. Селиванов В.В., Сорочинский П.В. Механизмы и закономерности влияния образовательной виртуальной реальности на мышление человека // Экспериментальная психология. 2021. Т. 14. № 1. С. 29-39. D0l:10.17759/ exppsy.2021000003
22. Morimoto J., Ponton F. Virtual reality in biology: could we become virtual naturalists? Evolution: Education and Outreach. 2021. Vol. 14, № 7. D0l:10.1186/s12052-021-00147-x
23. Аникина В.Г. Рефлексия и виртуальная реальность: от этимологического анализа понятий к пониманию сущностных отношений // Психологическая наука и образование. 2021. Т. 26. № 1. С. 19-26.
24. Тихомиров О.К. Информационный век и теория Л.С. Выготского // Психологический журнал. 1993. Т. 14. №1. С. 114-119.
25. Рубцов В.В. Культурно-историческая научная школа: проблемы, которые поставил Л.С. Выготский // Культурно-историческая психология. 2016. Том 12. № 3. С. 4-14. doi:10.17759/chp.2016120301
26. Солдатова Г.У. Цифровая социализация в культурно-исторической парадигме: изменяющийся ребенок в изменяющемся мире // Социальная психология и общество. 2018. Т. 9. №3. С. 71-80.
27. Гальперин П.Я. Методы обучения и умственное развитие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. 45 с.
28. Гальперин П.Я. Лекции по психологии; под ред. и с предисл. А. И. Подольского. М.: Высшая школа, 2002. 398 с.
29. Выготский Л.С. Собрание сочинений: В 6-ти т. Т.3. Проблемы развития психики / Под ред. А. М. Матюшкина. М.: Педагогика, 1983. 368 с.
30. Громыко Ю.В., Рубцов В.В., Марголис А.А. Школа как экосистема развивающихся детско-взрослых сообществ: деятельностный подход к проектированию школы будущего // Культурно-историческая психология. 2020. Том 16. № 1. С. 57-67. D0I:10.17759/chp.2020160106
REFERENCES
1. Program "Information for All". MOO WFP UNESCO "Information for All". Available at: https://ifap.ru/ofdocs/unesco/ programr.pdf (accessed 12/28/2021). (in Russian).
2. Virtual reality at school / UNESCO Courier. Available at: https://ru.unesco.org/courier/2018-3/virtualnaya-realnost-v-shkole (accessed 12/28/2021). (in Russian).
3. The risks of uncontrolled use of artificial intelligence were discussed at the forum in Ugra. Available at: https:// itforum.admhmao.ru/2021/news/5838683/ (accessed 10/20/2021).
4. Barabanshchikov V.A., Selivanov V.V. VR-ontology. Psikhologiya kognitivnykh protsessov = Psychology of cognitive processes, 2020, no. 9, pp. 8-19. (in Russian).
5. Voyskunskiy A.Ye., Men'shikova M.YA. About the application of virtual reality systems in psychology. Vestnik Moskovskogo universiteta = Bulletin of the Moscow University, 2008, no. 1, pp. 22-36. (in Russian).
6. Zinchenko Yu.P. Virtual reality technologies in the system of post-non-classical psychology. Mir psikhologii = World of psychology, 2013, no. 1, pp. 31-42. (in Russian).
7. Korotkov A.M. Preparing schoolchildren to study in didactic computer environments: a textbook. Volgograd, 2002. 142 p. (in Russian).
8. Rubtsova O.V. Digital technologies as a new means of mediation (Part One). Kul'turno-istoricheskaya psikhologiya = Cultural and historical psychology, 2019, vol. 15, no. 3, pp. 117-124. (in Russian).
9. Rubtsova O.V. Digital technologies as a new means of mediation (Part Two). Kul'turno-istoricheskaya psikhologiya = Cultural and historical psychology, 2019, vol. 15, no. 4, pp. 100-108. (in Russian).
10. Selivanov V.V., Selivanova L.N. The impact of virtual reality on the personal and mental characteristics of students. Materialy I Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem 20-21 maya 2016 g. Kaluga, 2016. pp. 309-320. (in Russian).
11. Pobokin P.A. The development of students' mental processes, their mental states as a consequence of the use of virtual mathematical programs. Vestnik Cherepovetskogo gosudarstvennogo universiteta = Bulletin of the Cherepovets State University, 2014, no. 3, pp. 192-197. (in Russian).
12. Kapustina V. Yu., Zikeyeva Ye.A. Formation of educational motivation and thinking among students by means of virtual reality. Eksperimental'naya psikhologiya = Experimental psychology, 2021, vol. 14, no. 1, pp. 51-63. (in Russian).
13. Insko B.E. Measuring Presence: Subjective, Behavioral and Physiological Methods. Being There: Concepts, Effects and Measurement of User Presence in Synthetic Environments IOS Press. Amsterdam, The Netherlands, 2003. pp. 109-119.
14. Reen F., Jump O., McSharry B., Morgan J., Murphy D., Niall O'Leary, Billy O'Mahony, Scallan M., Supple B. The Use of Virtual Reality in the Teaching of Challenging Concepts in Virology, Cell Culture and Molecular Biology. Front. Virtual
Real, 21 May 2021. DOI: 10.3389/frvir.2021.670909
15. Johnson-Glenberg M.C. Immersive VR and Education: Embodied Design Principles That Include Gesture and Hand Controls. Frontiers in Psychology, Front. Robot. 2018. DOI: 10.3389/frobt.2018.00081.
16. Psychology of virtual reality: a textbook. Ed. by Selivanov V.V. Smolensk, 2015. 152 p. (in Russian).
17. Mahmoud K., Yassin H., Thomas J. Hurkxkens. Does Immersive VR Increase Learning Gain When Compared to a Non-immersive VR Learning Experience? Learning and Collaboration Technologies. Human and Technology Ecosystems. July 2020, pp..480-498. DOI: 10.1007/978-3-030-50506-6_33
18. Lombard M., Ditton T. At the Heart of It All: The Concept of Presence. Journal of Computer-Mediated Communication, 1997. DOI: 10.1111/j.1083-6101.1997.tb00072.x
19. Shubert T., Crusius J. Five theses on the book problem: presence in books, film and VR. Fifth Annual International Workshop PRESENCE 2002 Proceedings. Universidade Fernando Pessoa, Porto, Portugal, 2002, pp. 53-58.
20. Khoze Ye.G. Virtual reality and education. Sovremennaya zarubezhnaya psikhologiya = Modern foreign psychology. DOI: 10.17759/jmfp.2021000002 (in Russian).
21. Selivanov V.V., Sorochinskiy P.V. Mechanisms and patterns of influence of educational virtual reality on human thinking. Eksperimental'naya psikhologiya = Experimental psychology, 2021, vol. 14, no. 1, pp. 29-39. DOI: 10.17759/ exppsy.2021000003 (in Russian).
22. Morimoto J., Ponton F. Virtual reality in biology: could we become virtual naturalists? Evolution: Education and Outreach, 2021, vol. 14, no. 7. DOI: 10.1186/s12052-021-00147-x
23. Anikina V.G. Reflection and virtual reality: from etymological analysis of concepts to understanding essential relationships. Psikhologicheskaya nauka i obrazovaniye = Psychological Science and Education, 2021, vol. 26, no. 1, pp. 19-26. (in Russian).
24. Tikhomirov O.K. The Information age and the theory of L.S. Vygotsky. Psikhologicheskiy zhurnal = Psychological Journal, 1993, vol. 14, no. 1, pp. 114-119. (in Russian).
25. Rubtsov V.V. Cultural and historical scientific school: problems posed by L.S. Vygotsky. Kul'turno-istoricheskaya psikhologiya = Cultural and historical psychology, 2016, vol. 12, no. 3, pp. 4-14. DOI: 10.17759/chp.2016120301 (in Russian).
26. Soldatova G.U. Digital socialization in the cultural-historical paradigm: a changing child in a changing world. Sotsial'naya psikhologiya i obshchestvo = Social Psychology and societ, 2018, vol. 9, no.3, pp. 71-80. (in Russian).
27. Gal'perin P.Ya. Teaching methods and mental development. Moscow, 1985. 45 p. (in Russian).
28. Gal'perin P.Ya. Lectures on psychology. Ed. By A. I. Podol'sky. Moscow, 2002. 398 p. (in Russian).
29. Vygotskiy L.S. Collected works: Problems of the development of the psyche. Ed. by A.M. Matyushkin. Moscow, 1983. 368 p. (in Russian).
30. Gromyko YU.V., Rubtsov V.V., Margolis A.A. School as an ecosystem of developing child-adult communities: an activity-based approach to designing a school of the future. Kul'turno-istoricheskaya psikhologiya = Cultural and historical psychology, 2020, vol. 16, no. 1, pp. 57-67. DOI: 10.17759/chp.2020160106 (in Russian).
Информация об авторах Селиванов Владимир Владимирович
(Российская Федерация, г. Москва) Профессор, доктор психологических наук Московский государственный психолого-педагогический университет E-mail: vvsel@list.ru ORCID ID: 0000-0002-8386-591X, Scopus Author ID: 51564841100
Information about the authors
Vladimir V. Selivanov
(Russia, Moscow) Professor, Doctor of psychology, Head of the Department of General Psychology Moscow State University of Psychology and Education E-mail: vvsel@list.ru ORCID ID: 0000-0002-8386-591X, Scopus Author ID:51564841100
Сорочинский Павел Викторович
(Российская Федерация, г. Смоленск) Соискатель Смоленский государственный университет E-mail: pivaniki@mail.ru ORCID ID: 0000-0003-3726-6518
ORCID ID: 0000-0003-3726-6518
Smolensk State University
E-mail: pivaniki@mail.ru
Pavel V. Sorochinsky
(Russia, Smolensk) Academic Candidate
Капустина Василиса Юрьевна
(Российская Федерация, г. Москва) Кандидат педагогических наук, преподаватель Московский государственный психолого-педагогический университет E-mail: 14057796@mail.ru ORCID ID: 0000-0002-7628-4308
Vasilisa Yu. Kapustina
(Russia, Moscow) PhD in Pedagogical Sciences, Lecturer Moscow State University of Psychology and Education E-mail: 14057796@mail.ru ORCID ID: 0000-0002-7628-4308
