Preview

Информатика и образование

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Технологии виртуальной реальности в образовательном процессе: перспективы и опасности

https://doi.org/10.32517/0234-0453-2020-35-6-4-16

Полный текст:

Аннотация

Развитие и внедрение новых информационных и коммуникационных технологий приводит к появлению новых форм взаимодействия между компьютером и человеком. Одна из таких форм — виртуальная реальность. В данной статье рассматривается иммерсивная виртуальная реальность и приводится анализ 71 российской и зарубежной работы, посвященной новейшим исследованиям в области изучения феномена виртуальной реальности с точки зрения педагогической и психологической наук. Особое внимание в статье уделено влиянию виртуальной реальности на активность мозга, поведение и обучение. Изучение этих вопросов необходимо для анализа возможности использования виртуальной реальности в образовании. Рассматривается ощущение присутствия в виртуальной среде в норме и при патологии, приводится описание характеристик виртуальных сред, используемых в образовании. Показано, что применение виртуальной реальности демонстрирует прекрасные возможности в образовании, но может иметь и некоторые отрицательные психофизиологические эффекты. В обзоре обсуждаются данные отечественных и зарубежных исследователей о возможных психологических рисках длительного погружения детей и подростков в виртуальную реальность и предлагается применение виртуальной реальности лишь на основании предварительного тестирования или анкетирования. Делается заключение, что виртуальная реальность, как и любой другой новый феномен, требует дальнейшего изучения.

Об авторах

А. С. Смирнов
Дальневосточный федеральный университет; Дальневосточный региональный научный центр Российской академии образования
Россия

Смирнов Алексей Сергеевич, гл. специалист Центра НТИ по нейротехнологиям, технологиям виртуальной и дополненной реальности; научный сотрудник лаборатории педагогической психофизиологии, 690990, Россия, Приморский край, г. Владивосток, ул. Суханова, д. 8; 690922, Россия, Приморский край, г. Владивосток, пос. Аякс, д. 10



К. А. Фадеев
Дальневосточный федеральный университет; Дальневосточный региональный научный центр Российской академии образования
Россия

Фадеев Кирилл Александрович, лаборант-исследователь Центра НТИ по нейротехнологиям, технологиям виртуальной и дополненной реальности; научный сотрудник лаборатории педагогической психофизиологии, 690990, Россия, Приморский край, г. Владивосток, ул. Суханова, д. 8; 690922, Россия, Приморский край, г. Владивосток, пос. Аякс, д. 10



Т. А. Аликовская
Дальневосточный федеральный университет; Дальневосточный региональный научный центр Российской академии образования
Россия

Аликовская Татьяна Александровна, лаборант-исследователь Центра НТИ по нейротехнологиям, технологиям виртуальной и дополненной реальности; научный сотрудник лаборатории педагогической психофизиологии, 690990, Россия, Приморский край, г. Владивосток, ул. Суханова, д. 8; 690922, Россия, Приморский край, г. Владивосток, пос. Аякс, д. 10



А. В. Тумялис
Дальневосточный федеральный университет; Дальневосточный региональный научный центр Российской академии образования
Россия

Тумялис Алексей Вячеславович, канд. биол. наук, ст. научный сотрудник Центра НТИ по нейротехнологиям, технологиям виртуальной и дополненной реальности; ст. научный сотрудник лаборатории педагогической психофизиологии, 690990, Россия, Приморский край, г. Владивосток, ул. Суханова, д. 8; 690922, Россия, Приморский край, г. Владивосток, пос. Аякс, д. 10



К. С. Голохваст
Дальневосточный федеральный университет; Дальневосточный региональный научный центр Российской академии образования
Россия

Голохваст Кирилл Сергеевич, член-корреспондент РАО, доктор биол. наук, профессор РАН, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности в техносфере, Инженерная школа;
зав. лабораторией педагогической психофизиологии, 690990, Россия, Приморский край, г. Владивосток, ул. Суханова, д. 8; 690922, Россия, Приморский край, г. Владивосток, пос. Аякс, д. 10



Список литературы

1. Zinchenko Yu. P., Kovalev A. I., Menshikova G. Ya., Shaigerova L. A. Postnonclassical methodology and application of virtual reality technologies in social research // Psychology in Russia: State of the Art. 2015. Vol. 8. Is. 4. P. 60–71. DOI: 10.11621/pir.2015.0405

2. Menshikova G. Ya., Saveleva O. A., Zinchenko Yu. P. The study of ethnic attitudes during interactions with avatars in virtual environments // Psychology in Russia: State of the Art. 2018. Vol. 11. Is. 1. P. 20–31. DOI: 10.11621/pir.2018.0102

3. Slater M., Sanchez-Vives M. V. Enhancing our lives with immersive virtual reality // Front. Robot. AI. 2016. Vol 3:74. DOI: 10.3389/frobt.2016.00074

4. Sherman W. R., Craig A. B. Chapter 1 — Introduction to virtual reality // Understanding Virtual Reality. Interface, Application, and Design. Burlington: Morgan Kaufmann, 2019. P. 4–58. DOI: 10.1016/b978-0-12-800965-9.00001-5

5. Nalivaiko E., Davis S. L., Blackmore K. L., Vakulin A., Nesbitt K. V. Cybersickness provoked by head-mounted display affects cutaneous vascular tone, heart rate and reaction time // Physiology and Behavior. 2015. Vol. 151. P. 583–590. DOI: 10.1016/j.physbeh.2015.08.043

6. Servotte J.-C., Goosse M., Campbell S. H., Dardenne N., Pilote B., Simoneau I. L., Guillaume M., Bragard I., Ghuysen A. Virtual reality experience: Immersion, sense of presence, and cybersickness // Clinical Simulation in Nursing. 2020. Vol. 38. P. 35–43. DOI: 10.1016/j.ecns.2019.09.006

7. Cummings J. J., Bailenson J. N. How immersive is enough? A meta-analysis of the effect of immersive technology on user presence // Media Psychology. 2015. Vol. 19. Is. 2. P. 272–309. DOI: 10.1080/15213269.2015.1015740

8. Hudson S., Matson-Barkat S., Pallamin N., Jegou G. With or without you? Interaction and immersion in a virtual reality experience // Journal of Business Research. 2019. Vol. 100. P. 459–468. DOI: 10.1016/j.jbusres.2018.10.062

9. Jang S., Vitale J. M., Jyung R. W., Black J. B. Direct manipulation is better than passive viewing for learning anatomy in a three-dimensional virtual reality environment // Computers & Education. 2017. Vol. 106. P. 150–165. DOI: 10.1016/j.compedu.2016.12.009

10. Schnack A., Wright M. J., Holdershaw J. L. Immersive virtual reality technology in a three-dimensional virtual simulated store: Investigating telepresence and usability // Food Research International. 2019. Vol. 117. P. 40–49. DOI: 10.1016/j.foodres.2018.01.028

11. Witmer B. G., Singer M. J. Measuring presence in virtual environments: A presence questionnaire // Presence: Teleoperators and Virtual Environments. 1998. Vol. 7. Is. 3. P. 225–240. DOI: 10.1162/105474698565686

12. Domagk S., Schwartz R. N., Plass J. L. Interactivity in multimedia learning: An integrated model // Computers in Human Behavior. 2010. Vol. 26. Is. 5. P. 1024–1033. DOI: 10.1016/j.chb.2010.03.003

13. Голохваст К. С., Докучаев И. И., Сергиевич А. А., Смирнов А. С., Тумялис А. В., Хороших П. П. Виртуальная реальность как компонент виртуальной среды обучения // Известия Российского государственного педагогического университета имени А. И. Герцена. 2019. № 191. С. 32–44. https://lib.herzen.spb.ru/media/magazines/contents/1/191/golokhvast_191_32_44.pdf

14. Radianti J., Majchrzak T. A., Fromm J., Wohlgenannt I. A systematic review of immersive virtual reality applications for higher education: Design elements, lessons learned, and research agenda // Computers & Education. 2020. Vol. 147. DOI: 10.1016/j.compedu.2019.103778

15. Merchant Z., Goetz E. T., Cifuentes L., Keeney-Kennicutt W., Davis T. J. Effectiveness of virtual reality-based instruction on students’ learning outcomes in K-12 and higher education: A meta-analysis // Computers & Education. 2014. Vol. 70. P. 29–40. DOI: 10.1016/j.compedu.2013.07.033

16. Concannon B. J., Esmail S., Roberts M. R. Head-Mounted Display Virtual Reality in Post-secondary Education and Skill Training // Frontiers in Education. 2019. Vol. 4. Is. 80. DOI: 10.3389/feduc.2019.00080

17. Jou M., Wang J. Investigation of effects of virtual reality environments on learning performance of technical skills // Computers in Human Behavior. 2013. Vol. 29. Is. 2. P. 433–438. DOI: 10.1016/j.chb.2012.04.020

18. da Cruz J. A. S., dos Reis S. T., Frati R. M. C., Duarte R. J., Nguyen H., Srougi M., Passerotti C. C. Does warmup training in a virtual reality simulator improve surgical performance? A prospective randomized analysis // Journal of Surgical Education. 2016. Vol. 73. Is. 6. P. 974–978. DOI: 10.1016/j.jsurg.2016.04.020

19. Tüzün H., Özdinç F. The effects of 3D multi-user virtual environments on freshmen university students’ conceptual and spatial learning and presence in departmental orientation // Computers & Education. 2016. Vol. 94. P. 228–240. DOI: 10.1016/j.compedu.2015.12.005

20. Rusiñol M., Chazalon J., Diaz-Chito K. Augmented songbook: an augmented reality educational application for raising music awareness // Multimedia Tools and Applications. 2017. Vol. 77. P. 13773–13798. DOI: 10.1007/s11042-017-4991-4

21. Zinchenko Y. P., Khoroshikh P. P., Sergievich A. A., Smirnov A. S., Tumyalis A. V., Kovalev A. I., Gutnikov S. A., Golokhvast K. S. Virtual reality is more efficient in learning human heart anatomy especially for subjects with low baseline knowledge // New Ideas in Psychology. 2020. Vol. 59. DOI: 10.1016/j.newideapsych.2020.100786

22. Mayer R. E. The promise of multimedia learning: using the same instructional design methods across different media // Learning and Instruction. 2003. Vol. 13. Is. 2. P. 125–139. DOI: 10.1016/s0959-4752(02)00016-6

23. Golokhvast K. S., Sergievich A. A., Khoroshikh P. P., Smirnov A. S., Tumyalis A. V. Use of virtual reality in medical practice in Russia // TEM Journal. 2019. Vol. 8. Is. 2. P. 591–597. DOI: 10.18421/TEM82-36

24. Lee E. A.-L., Wong K. W. Learning with desktop virtual reality: Low spatial ability learners are more positively affected // Computers & Education. 2014. Vol. 79. P. 49–58. DOI: 10.1016/j.compedu.2014.07.010

25. Parong J., Mayer R. E. Learning science in immersive virtual reality // Journal of Educational Psychology. 2018. Vol. 110. Is. 6. P. 785–797. DOI: 10.1037/edu0000241

26. Makransky G., Terkildsen T. S., Mayer R. E. Adding immersive virtual reality to a science lab simulation causes more presence but less learning // Learning and Instruction. 2019. Vol. 60. P. 225–236. DOI: 10.1016/j.learninstruc.2017.12.007

27. Chen Y.-L. The effects of virtual reality learning environment on student cognitive and linguistic development // The Asia-Pacific Education Researcher. 2016. Vol. 25. P. 637–646. DOI: 10.1007/s40299-016-0293-2

28. Keshavarz B., Riecke B. E., Hettinger L. J., Campos J. L. Vection and visually induced motion sickness: how are they related? // Frontiers in Psychology. 2015. Vol. 6. Is. 472. DOI: 10.3389/fpsyg.2015.00472

29. Gavgani A. M., Wong R. H. X., Howe P. R. C., Hodgson D. M., Walker F. R., Nalivaiko E. Cybersickness-related changes in brain hemodynamics: A pilot study comparing transcranial Doppler and near-infrared spectroscopy assessments during a virtual ride on a roller coaster // Physiology & Behavior. 2018. Vol. 191. P. 56–64. DOI: 10.1016/j.physbeh.2018.04.007

30. 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 sickness // Displays. 2019. Vol. 58. P. 71–81. DOI: 10.1016/j.displa.2018.07.005

31. Dennison M. S., D’Zmura M. Cybersickness without the wobble: Experimental results speak against postural instability theory // Applied Ergonomics. 2017. Vol. 58. P. 215–223. DOI: 10.1016/j.apergo.2016.06.014

32. Weech S., Kenny S., Barnett-Cowan M. Presence and cybersickness in virtual reality are negatively related: A review // Frontiers in Psychology. 2019. Vol. 10. DOI: 10.3389/fpsyg.2019.00158

33. Kim Y. Y., Kim H. J., Kim E. N., Ko H. D., Kim H. T. Characteristic changes in the physiological components of cybersickness // Psychophysiology. 2005. Vol. 42. Is. 5. P. 616–625. DOI: 10.1111/j.1469-8986.2005.00349.x

34. Dennison M. S., Wisti A. Z., D’Zmura M. Use of physiological signals to predict cybersickness // Displays. 2016. Vol. 44. P. 42–52. DOI: 10.1016/j.displa.2016.07.002

35. Baumgartner T., Valko L., Esslen M., Jäncke L. Neural correlate of spatial presence in an arousing and noninteractive virtual reality: An EEG and psychophysiology study // CyberPsychology & Behavior. 2006. Vol. 9. No. 1. P. 30–45. DOI: 10.1089/cpb.2006.9.30

36. Gavgani A. M., Hodgson D. M., Nalivaiko E. Effects of visual flow direction on signs and symptoms of cybersickness // PLoS ONE. 2017. Vol. 12. Is. 8. DOI: 10.1371/journal.pone.0182790

37. Galvan Debarba H., Bovet S., Salomon R., Blanke O., Herbelin B., Boulic R. Characterizing first and third person viewpoints and their alternation for embodied interaction in virtual reality // PLoS ONE. 2017. Vol. 12. Is. 12. DOI: 10.1371/journal.pone.0190109

38. Gromer D., Reinke M., Christner I., Pauli P. Causal interactive links between presence and fear in virtual reality height exposure // Frontiers in Psychology. 2019. Vol. 10. Is. 141. DOI: 10.3389/fpsyg.2019.00141

39. Tychsen L., Foeller P. Effects of immersive virtual reality headset viewing on young children: Visuomotor function, postural stability, and motion sickness // American Journal of Ophthalmology. 2020. Vol. 209. P. 151–159. DOI: 10.1016/j.ajo.2019.07.020

40. Nolin P., Stipanicic A., Henry M., Lachapelle Y., Lussier-Desrochers D., “Skip” Rizzo A., Allain P. ClinicaVR: Classroom-CPT: A virtual reality tool for assessing attention and inhibition in children and adolescents // Computers in Human Behavior. 2016. Vol. 59. P. 327–333. DOI: 10.1016/j.chb.2016.02.023

41. Johnson W. H., Sunahara F. A., Landolt J. P. Importance of the vestibular system in visually induced nausea and self-vection // Journal of Vestibular Research. 1999. Vol. 9. No. 2. P. 83–87. https://content.iospress.com/articles/journal-of-vestibular-research/ves00009

42. Arcioni B., Palmisano S., Apthorp D., Kim J. Postural stability predicts the likelihood of cybersickness in active HMD-based virtual reality // Displays. 2019. Vol. 58. P. 3–11. DOI: 10.1016/j.displa.2018.07.001

43. Yamada-Rice D., Mushtaq F., Woodgate A., Bosmans D., Douthwaite A., Douthwaite I., Harris W., Holt R., Kleeman D., Marsh J., Milovidov E. H., Mon Williams M., Parry B., Riddler A., Robinson P., Rodrigues D., Thompson S. C., Whitley S. Children and virtual reality: Emerging possibilities and challenges. 2017. http://digilitey.eu/wpcontent/uploads/2015/09/CVR-Final-PDF-reduced-size.pdf

44. Clemente M., Rodríguez A., Rey B., Alcañiz M. Assessment of the influence of navigation control and screen size on the sense of presence in virtual reality using EEG // Expert Systems with Applications. 2014. Vol. 41. Is. 4. Part 2. P. 1584–1592. DOI: 10.1016/j.eswa.2013.08.055

45. Kober S. E., Neuper C. Using auditory event-related EEG potentials to assess presence in virtual reality // International Journal of Human-Computer Studies. 2012. Vol. 70. Is. 9. P. 577–587. DOI: 10.1016/j.ijhcs.2012.03.004

46. Baumgartner T., Speck D., Wettstein D., Masnari O., Beeli G., Jäncke L. Feeling present in arousing virtual reality worlds: prefrontal brain regions differentially orchestrate presence experience in adults and children // Frontiers in Human Neuroscience. 2008. Vol. 2. Is. 8. DOI: 10.3389/neuro.09.008.2008

47. Clemente M., Rey B., Rodríguez-Pujadas A., Barros-Loscertales A., Baños R. M., Botella C., Alcañiz M., Ávila C. An fMRI study to analyze neural correlates of presence during virtual reality experiences // Interacting with Computers. 2013. Vol. 26. Is. 3. P. 269–284. DOI: 10.1093/iwc/iwt037

48. Hesse K., Schroeder P. A., Scheeff J., Klingberg S., Plewnia C. Experimental variation of social stress in virtual reality — Feasibility and first results in patients with psychotic disorders // Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry. 2017. Vol. 56. P. 129–136. DOI: 10.1016/j.jbtep.2016.11.006

49. Veling W., Brinkman W.-P., Dorrestijn E., van der Gaag M. Virtual reality experiments linking social environment and psychosis: A pilot study // Cyberpsychology, Behavior and Social Networking. 2014. Vol. 17. No. 3. P. 191–195. DOI: 10.1089/cyber.2012.0497

50. Fornells-Ambrojo M., Barker C., Swapp D., Slater M., Antley A., Freeman D. Virtual reality and persecutory delusions: Safety and feasibility // Schizophrenia Research. 2008. Vol. 104. Is. 1–3. P. 228–236. DOI: 10.1016/j.schres.2008.05.013

51. Cuperus A. A., Klaassen F., Hagenaars M. A., Engelhard I. M. A virtual reality paradigm as an analogue to reallife trauma: its effectiveness compared with the trauma film paradigm // European Journal of Psychotraumatology. 2017. Vol. 8. Is. sup. 1. DOI: 10.1080/20008198.2017.1338106

52. Cuperus A. A., Laken M., van den Hout M. A., Engelhard I. M. Degrading emotional memories induced by a virtual reality paradigm // Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry. 2016. Vol. 52. P. 45–50. DOI: 10.1016/j.jbtep.2016.03.004

53. Dibbets P. A novel virtual reality paradigm: Predictors for stress-related intrusions and avoidance behavior // Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry. 2019. Vol. 67. DOI: 10.1016/j.jbtep.2019.01.001

54. Cipresso P., Giglioli I. A. C., Raya M. A., Riva G. The past, present, and future of virtual and augmented reality research: A network and cluster analysis of the literature // Frontiers in Psychology. 2018. Vol. 9. Is. 2086. DOI: 10.3389/fpsyg.2018.02086

55. Lamb R., Antonenko P., Etopio E., Seccia A. Comparison of virtual reality and hands on activities in science education via functional near infrared spectroscopy // Computers & Education. 2018. Vol. 124. P. 14–26. DOI: 10.1016/j.compedu.2018.05.014

56. Bouzar M. A., Tandjaoui M. N., Kadri B., Benachaiba C. Virtual laboratory: Methodology of design and develop — case teaching the handling of the robotic arm // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2018. Vol. 9. Is. 6. P. 14–21. http://www.iaeme.com/ijmet/IJMET_Paper.asp?sno=11749

57. Yang Y., Zhang D., Ji T., Li L., He Y. Designing educational games based on intangible cultural heritage for rural children: A case study on «Logic Huayao» // Advances in human factors in wearable technologies and game design. International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics. 2018. P. 378–389. DOI: 10.1007/978-3-319-94619-1_38

58. Virvou M., Katsionis G. On the usability and likeability of virtual reality games for education: The case of VR-ENGAGE // Computers & Education. 2008. Vol. 50. Is. 1. P. 154–178. DOI: 10.1016/j.compedu.2006.04.004

59. Winn W. A conceptual basis for educational applications of virtual reality. 1993.

60. Dalgarno B., Lee M. J. W. What are the learning affordances of 3-D virtual environments? // British Journal of Educational Technology. 2009. Vol. 41. Is. 1. P. 10–32. DOI: 10.1111/j.1467-8535.2009.01038.x

61. Potkonjak V., Gardner M., Callaghan V., Mattila P., Guetl C., Petrović V. M., Jovanović K. Virtual laboratories for education in science, technology, and engineering: A review // Computers & Education. 2016. Vol. 95. P. 309–327. DOI: 10.1016/j.compedu.2016.02.002

62. Skinner B. F. Operant behavior // American Psychologist. 1963. Vol. 18. Is. 8. P. 503–515. DOI: 10.1037/h0045185

63. Kolb A. Y., Kolb D. A. Experiential learning theory // Encyclopedia of the Sciences of Learning. 2012. P. 1215–1219. DOI: 10.1007/978-1-4419-1428-6_227

64. Zhou Y., Ji S., Xu T., Wang Z. Promoting knowledge construction: A model for using virtual reality interaction to enhance learning // Procedia Computer Science. 2018. Vol. 130. P. 239–246. DOI: 10.1016/j.procs.2018.04.035

65. Mayer R. E. Cognitive theory of multimedia learning // The Cambridge Handbook of Multimedia Learning. 2014. P. 43–71. DOI: 10.1017/cbo9781139547369.005

66. Madary M., Metzinger T. K. Real virtuality: A code of ethical conduct. recommendations for good scientific practice and the consumers of VR-technology // Frontiers in Robotics and AI. 2016. Vol. 3. Is. 3. DOI: 10.3389/frobt.2016.00003

67. Tumyalis A., Smirnov A., Fadeev K., Alikovskaia T., Khoroshikh P., Sergievich A., Golokhvast K. Motor program transformation of throwing dart from the third-person perspective // Brain Sciences. 2019. Vol. 10. Is. 1. P. 55. DOI: 10.3390/brainsci10010055

68. Fadeev K. A., Smirnov A. S., Zhigalova O. P., Bazhina P. S., Tumyalis A. V., Golokhvast K. S. Too real to be virtual: Autonomic and EEG responses to extreme stress scenarios in virtual reality // Behavior Neurology. 2020. Vol. 2020. 11 p. DOI: 10.1155/2020/5758038

69. McCabe-Bennett H., Lachman R., Girard T. A., Antony M. M. A virtual reality study of the relationships between hoarding, clutter, and claustrophobia // Cyberpsychology, Behavior, and Social Networking. 2020. Vol. 23. No. 2. P. 83–89. DOI: 10.1089/cyber.2019.0320

70. Southgate E., Smith S. P., Scevak J. Asking ethical questions in research using immersive virtual and augmented reality technologies with children and youth // 2017 IEEE Virtual Reality (VR). IEEE, 2017. DOI: 10.1109/vr.2017.7892226

71. Jou M., Wang J. Investigation of effects of virtual reality environments on learning performance of technical skills // Computers in Human Behavior. 2013. Vol. 29. Is. 2. P. 433–438. DOI: 10.1016/j.chb.2012.04.020


Для цитирования:


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):4-16. https://doi.org/10.32517/0234-0453-2020-35-6-4-16

For citation:


Smirnov A.S., Fadeev K.A., Alikovskaia T.A., Tumyalis A.V., Golokhvast K.S. Virtual reality technologies in the educational process: Prospects and dangers. Informatics and education. 2020;(6):4-16. (In Russ.) https://doi.org/10.32517/0234-0453-2020-35-6-4-16

Просмотров: 78


ISSN 0234-0453 (Print)
ISSN 2658-7769 (Online)