ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ
в школьном образовании
ЮЛИЯ ХУКАЛЕНКО, К.Ф.Н., НАУЧНЫЙ СОТРУДНИК
ЦЕНТРА НТИ ПО НЕЙРОТЕХНОЛОГИЯМ,
ТЕХНОЛОГИЯМ VR/AR
1
Контекст
Технология виртуальной реальности, развиваясь в игровой индустрии, достаточно быстро нашла применение в промышленности, военной сфере, медицине и искусстве. В образование, однако, VR входит медленнее. Несмотря на то, что такие плюсы виртуальной реальности, как иммерсивность, фокусировка, вовлечение, интерактивность и т. д. стали общим местом в публикациях последних лет (Freeman et al., 2014; Mendoza et al., 2016; Ellen, 2016; Bonner & Reinders, 2018), в России виртуальная реальность все еще не является широко используемой технологией в образовании. Если в корпоративном и промышленном секторе известны успешные кейсы, то в школьном образовании это, скорее, несистемные попытки разнообразить уроки в отдельных прогрессивных школах.

Барьеры входа технологии в общеобразовательные учреждения хорошо известны. Это относительно высокая стоимость, низкая технологическая грамотность (которая в России усугубляется возрастной категорией подавляющего большинства педагогов), консервативность и административная централизованность школ, проблема интеграции существующих приложений в образовательные программы, отсутствие специализированного образовательного контента и т. д. Другим менее очевидным, но крайне важным барьером входа является вопрос методической целесообразности использования технологии: исследований, подтверждающих неоспоримые преимущества виртуальной реальности, опубликовано крайне мало.

Справка
Что касается последнего барьера, то на российском рынке сложилась парадоксальная ситуация: одной из важнейших причин, по которой школы не рассматривают возможность закупки VR-оборудования, является отсутствие качественного образовательного контента. В свою очередь, разработчики отказываются создавать контент для школ, поскольку такого рынка пока не существует.
Несмотря на отсутствие четкого понимания методологических и педагогических возможностей виртуальной реальности, эту проблему можно считать вопросом времени. Безопасной и комфортной в использовании виртуальная реальность становится только в последние несколько лет, поэтому у педагогов и разработчиков не было возможности осмыслить потенциал, которым обладает эта технология в сфере образования. Именно исследованиями этого потенциала, а также разработкой обучающих программ в данный момент занимается Центр НТИ по нейротехнологиям, технологиям виртуальной и дополненной реальностей Дальневосточного федерального университета. Проводится масштабная методологическая работа с привлечением специалистов из разных областей, Центр взаимодействует с ключевыми игроками рынка и планирует серию педагогических экспериментов в 2020 г. в ходе пилотирования образовательных продуктов в учебном процессе.

В данной публикации будут рассмотрены следующие вопросы: что такое виртуальная реальность, каковы ее основные характеристики и типы контента для школьного образования. Обсуждаются два подхода к использованию виртуальной реальности: 1) как к технологии, призванной разнообразить образовательный процесс, мотивировать и заинтересовать школьников, и 2) как к технологии, улучшающей результаты обучения по тем или иным предметам школьного курса. Основываясь на плюсах виртуальной реальности, зафиксированных в научных публикациях, обозначены наиболее перспективные направления для дальнейших исследований. Кроме того, даны некоторые практические соображения по развитию экосистемы виртуальной реальности в сфере образования в России.

2
Что есть виртуальная реальность
Существует множество способов погрузить человека в воображаемый мир: интересная книга, музыкальное или театральное произведение, увлекательная игра на мобильном телефоне и прочее. В виртуальной реальности с технической точки зрения погружение происходит при помощи визуального (в меньшей степени – аудиального и тактильного) восприятия, которое "подменяет" видимое пространство. При этом используется шлем-дисплей, благодаря которому обучающийся может передвигаться внутри 3D-среды. Создается эффект присутствия, или, другими словами, определенная форма психологического погружения, чувство нахождения в конкретном месте в виртуальном мире (Dede & Richards, 2017).

До недавних пор т. н. десктоп виар (виртуальная среда, которая отражается на компьютерном экране) также относили к виртуальной реальности, характеризуя ее как неиммерсивную (Lee & Wong, 2014). Такое понимание является устаревшим, и вслед за многими исследователями будем считать, что трехмерный предмет или аватар, передвигающийся на мониторе обычного компьютера, не является виртуальной реальностью (Johnson-Glenberg, 2018; Slater, 2018; Rupp et al., 2019). В настоящий момент, с появлением информационных перчаток, костюмов захвата движения, совершенствованием графики и т. д. актуальным становится вопрос о возможностях еще более полного погружения в виртуальную среду, когда человеку будет трудно отличить виртуальный мир от реального.
Виртуальная реальность предполагает две основные составляющие: программно-аппаратный комплекс (в разговорном языке получивший название "железо") и программное обеспечение или контент. Образовательный VR-контент разнообразен и в нем можно выделить несколько видов. Первое, и, пожалуй, самое простое, что может использовать учитель в классе уже сейчас – это различные видео 360o, которые легко могут быть встроены в урок любого школьного предмета. Второй вариант использования технологии – многопользовательские пло-щадки, создающие виртуальную образовательную среду в режиме реального времени, где участники образовательного процесса одновременно погружены в VR. Наконец, третий тип контента – это интерактивные образовательные продукты, относительно автономные и методически обеспеченные разработки, готовые к использованию на уроке или в качестве домашнего задания. Разные типы контента могут быть объединены в рамках одной образовательной платформы, как это осуществлено в готовом решении для школ RedboxVR, о котором мы поговорим ниже.

Существует несколько вариантов применения образовательного VR-контента в системе среднего образования. Он может быть встроен в текущие школьные программы, может быть использован как элемент дополнительного образования, а может представлять собой отдельные завершенные курсы. Следует отметить, что на текущий момент виртуальная реальность в основном используется в университетском образовании или дополнительном образовании для взрослых, и меньше – в школьном образовании (Freina & Ott, 2015).
Типы образовательного контента для школ
Первое, и, пожалуй, самое простое, что может использовать учитель в классе уже сейчас – это различные видео 360o, которые можно встраивать в урок. Например, если на уроке географии речь зашла о Мачу-Пикчу, то дети могут "оказаться" в Перу, надев шлем виртуальной реальности. Такой контент широко используется для виртуальных экскурсий, включая музеи, индустриальные и военные объекты, а также труднодоступные места планеты. Считается самой простой версией виртуальной реальности, причем некоторые специалисты такой контент к виртуальной реальности не относят.

Второй вариант использования технологии – платформы и площадки, создающие виртуальную образовательную среду в режиме реального времени, где участники образовательного процесса одновременно погружены в VR. Это могут быть виртуальные лекции и практикумы на таких платформах, как Rumii, EngageVR или Bigscreen. Платформы Altspace и Vtime представляют широкие возможности, например, для практики иностранных языков.

Наконец, третий тип образовательного контента – это интерактивные образовательные продукты, относительно автономные и завершенные разработки, готовые к использованию на уроке или в качестве домашнего задания. Сюда можно отнести Apollo 11 VR, виртуальный музей The VR Museum of Fine Art знаменитую игру InMind 2 или приложения для анатомии Human Anatomy VR. Интересной разработкой является онлайн-курс по деловому английскому Virtual Speech, который представляет из себя некий гибридный проект традиционного онлайн-курса и практики в виртуальной реальности. Разные типы контента могут быть объединены в рамках одной образовательной платформы, как это осуществлено в готовом наборе для школ RedboxVR, о котором мы поговорим ниже.
3
VR в школах: западный опыт
Одна из первых значительных попыток внедрения технологии виртуальной реальности в западные школы относится к началу 2000-ых годов. Совместный проект Университета штата Айова и Iowa Public TV охватил восемьдесят шесть сельских школ (приблизительно 2000 учеников старших классов) при помощи оптоволоконной сети. Была создана платформа, с помощью которой ученики могли посещать различные локации в сопровождении виртуального инструктора, находящегося в центральной VR-лаборатории университета (Cruz-Neira & Lindahl, 2000). Другой серьезный проект внедрения VR-разработки в школьную практику был опубликован в 2013 году. Проект вели учителя старших классов штата Пенсильвания в сотрудничестве с U.S. Navy под эгидой программы Real World Navy Challenge (Branson & Thomson, 2013). Проект был направлен на изучение блока STEM (естественные науки и инженерия) при помощи симуляции реального мира. Сюжет программы был сосредоточен на виртуальной атомной станции, для которой учителя разработали методику и дизайн преподавания. Внедрение программы совпало по времени со взрывом атомной станции в Японии, что дало ученикам возможность проблемного и практического обучения.

О массовом применении виртуальной реальности на школьных уроках заговорили с выходом Google Cardboard – недорогих картонных устройств для смартфонов. В последующие годы пилотирование технологии проходило в формате проектов, различавшихся целями, масштабами и результатами. На сегодняшний день наибольшей популярностью пользуются такие разработки, как Buzz Aldrin: CyclingPathways to Mars, The BodyVR, Universe SandboxVR, 3D Organon Anatomy, StarChart, NarupaXP, SolarAR, Earth AR, Aurasma/HPReveal, Cleanpolis VR, Acropolisinteractive educational VR 3D, My Way VR, Boulevard,Titanic VR, Samrt Education Labs,Unimersiv, а также упомянутые Apollo 11 VR, The VR Museum of Fine Art, InMind 2, Human Anatomy VR и другие. Большинство этих приложений доступны на различных маркетплейсах.

Кроме того, существуют готовые технологические решения, разработанные специально для школ, самыми известными из которых являются ClassVR и RedboxVR. Преимущество этих разработок заключается в том, что обе компании предоставляют школам готовые к использованию программно-аппаратные комплекты. Компания Avantis Systems поставляет в школы (в том числе и на территории РФ) наборы ClassVR с разным количеством шлемов и с разным по длительности доступом к контенту. Разработаны специальные учебные планы с использованием виртуальной реальности для нескольких школьных предметов, таких как история, естественные науки, искусство и культура, основы безопасности и другие. Контент представляет собой в основном неинтерактивные видео 360o. При творческом подходе использование такого набора может разнообразить школьное занятие, но на русском языке разработанных планов уроков крайне мало; те же, что разработаны, вызывают сомнения с методологической точки зрения.

Набор RedboxVR отличается от ClassVR как по принципу выбора устройств, так и по содержимому, доступному в наборе. Заказчику поставляется заранее оговоренный комплект из мобильных телефонов, согласованных с компанией Google. Пользователь получает доступ к разным типам контента, объединенным в рамках одной образовательной платформы. В основном это уроки с использованием Google Expeditions (360o видео), а также AR-контент со специально разработанными занятиями. Кроме того, на RedboxVR доступны уроки по химии от MEL Sciencе и уроки английского с носителем языка в режиме реального времени на платформе Rumii.

Несмотря на многолетний путь, проделанный на западе, до сих пор нельзя признать, что технология освоена и вошла в учебный обиход. Универсальных решений, удовлетворяющих мировой запрос на качественный контент для школьного образования, пока нет. При этом, ожидается, что к 2023 г. ежегодные расходы образовательного сектора на технологии виртуальной и дополненной реальности составят шесть миллиардов долларов США благодаря стремительному росту популярности виртуальной реальности в образовательной среде (Nagel, 2019). Следующий этап развития технологии, испытавшей первые внедрения, видится в доработке существующих решений с учетом опыта пользователей и результатов новейших исследований.
На международной конференции по лидерству в образовании EARCOS 2019 Джон Макграс, директор международной школы с американской программой поделился следующим: "Конечно, в нашей школе есть VR-устройства, и меня не смущает дороговизна. Если это вдохновляет к обучению хотя бы одного ребенка, то покупка не была напрасной"
John McGrath
School Principal,
Thailand
Может ли учитель российской общеобразовательной школы сказать нечто подобное? Можем ли мы перенять западный опыт? Читайте дальше о различиях школьного образования в России и на западе.
4
Развлекать нельзя обучать
Во многом ускоренное внедрение новых технологий на западе и их видимая недоступность в России связаны с различиями в системах образования и распределением финансирования. Школы в США подразделяются на частные (private) и общественные (public). Частные школы финансируются через оплату обучения студентами, при помощи пожертвований, частных фондов и т. д. Частная школа может контролироваться организацией, зачастую религиозным учреждением. Общественные школы финансируются государством. В отличие от России, федеральный бюджет не является прямым источником финансирования в США. Область образования контролируется правительством штата и органами местного самоуправления. Именно на этих уровнях, а также при участии общественных и частных организаций учреждаются школы, разрабатываются учебные планы, определяются требования к зачислению и выпуску. Как указано на сайте Департамента образования США, лишь небольшая доля финансирования (около 8%) является федеральной. Налог на собственность является основным источником финансирования общественных школ, что влияет на неравномерное распределение расходов на одного ученика среди и даже внутри штатов (Biddle & Berliner, 2002).

В школах РФ финансирование тесно связано с образовательной программой и учебными планами, принятыми в школах. Внедрение школой новых технологий не может происходить на экспериментальном уровне: использование усовершенствованных мультимедиа средств в рамках учебной практики автоматически регулируется законодательством. Согласно федеральному закону "Об образовании в Российской Федерации", образовательные организации вправе самостоятельно разрабатывать и утверждать образовательные программы, но это отнюдь не значит, что школа может внедрять любые образовательные материалы и разработки. Соответственно, на VR-контент также должны распространяться определенные требования в зависимости от того, к какой категории такой контент относится – учебные пособия, дидактические материалы, мультимедиа-средства и т. д. Частные школы России обладают большей независимостью в части внедрения технологий, т.к. меньше зависят от бюджета, получая средства от государства в виде субсидий. Однако, количество таких школ на данный момент несоизмеримо мало. На 2018 г. число частных школ в России составило 851 учебное заведение (Духанина et al., 2019). В США же количество частных школ достигает порядка тридцати четырех тысяч, что значительно облегчает процесс внедрения новых технологий.

Сравнение систем образования (причем следует учитывать не только тип финансирования, но и культурный фактор) позволяет говорить о двух взглядах на внедрение и использование виртуальной реальности в школьном образовании: развлекательно-ориентированный и ориентированный на результат.
Первый подход к виртуальной реальности в образовании (принятый во многих западных школах) предполагает использования VR как дополнительного метода, "дорогой игрушки", эффективность которой не обязательно должна быть выше эффективности других средств. Если школа может себе это позволить, и если сами школьники с энтузиазмом готовы использовать такой контент, то школьная администрация принимает решение о внедрении технологии. Важным культурным фактором является установка на психологическое благосостояние, не уступающее по значимости образовательным результатам (Wulczyn et al., 2009).

Российские школы (ориентированные на образовательный результат), в противоположность, готовы использовать новые и притом недешевые технологии лишь в тех случаях, когда внедрение этих технологий оправдано с точки зрения эффективности образовательного процесса, а новые методы обладают потенциалом улучшения итоговых результатов школьников. Внедрение новых педагогических технологий в практику должно быть обосновано в соответствии с целями и задачамиосновной образовательной программы, а также с требованиями федеральных государственных образовательных стандартов.

У обеих названных позиций есть свои адепты и критики. В первом случае (при "западном подходе") аргументы скептиков сводятся к нецелесообразности использования технологии в качестве образовательного инструмента. Почему, например, VR, а не скайп? Почему AR, а не мобильное приложение или, в конце концов, не доска и мел? Говорят о возможности отношения к виртуальной реальности как к новинке, которая по прошествии определенного времени устареет и надоест. Такие риски предусматривают даже компании-производители VR-контента: "Не удивительно, что новые технологии часто не оправдывают ожиданий учеников: их трудно чем-то удивить. Поэтому все средства, которые вы тратите на новые планшеты, персональные компьютеры или интерактивные доски, не приводят к вовлечению и воодушевлению, которые необходимы для стимуляции воображения и творчества (Class VR White Paper, 2019).

Действительно, есть риск, что дорогостоящее оборудование может просто лежать на полках школьных классов и библиотек вместо активного внедрения в образовательный процесс. Более того, несмотря на всю пользу и важность технологий, часто говорят о когнитивной перегруженности, вызываемой этими технологами (deJong, 2010). Вот как ситуацию комментирует преподаватель одного из американских колледжей:

"Шлемы иногда используют на разных курсах для разнообразия, но я на своих занятиях использовала виртуальную реальность раза три-четыре. Сейчас здесь в тренде civic engagement & environmental issues. Например, прошли с учениками новую тему – поехали на ферму колледжа. Мы стремимся дать больше реального общения и реальных ситуаций. Более того, последние опросы и исследования здесь в США показывают, что современным студентам все меньше хочется экспериментировать с новыми технологиями в образовательном процессе. Думаю, в школах ситуация аналогичная".
Иза Савенкова
Dickinson College,
Пенсильвания, США
Если частные школы c относительно автономным финансированием могут позволить себе использовать те средства, которые посчитают нужным, то общеобразовательная российская школа неудачных экспериментов себе позволить не может. С другой стороны, критики сугубо практического подхода настаивают на том, что образование не сводится к знаниям, умениям, и навыкам, а эффективность технологии не должна измеряться исключительно результатами ЕГЭ. В этом смысле качественный, красивый, удобный в использовании, интерактивный, инновационный контент может дать процессу обучения принципиально новые возможности.

Приведем фрагмент интервью с Иваном Константиновым, выпускником биологического факультета МГУ, основателем компании Visual Science:

Обучение некоторым темам может быть равноэффективно с точки зрения методики и может проводиться в альтернативных форматах. Но если внедрение виртуальной реальности делать умеренным, это позволит удерживать и поддерживать интерес ученика. Я уверен, что один из ключевых моментов в современном образовании – это его конкуренция с кино-рекламно-игровой индустрией. Она обладает огромными ресурсами, в том числе хорошими психологами и методистами, которые знают, как владеть вниманием, и ребёнку сложно выдерживать такое давление. Поэтому я считаю, что в образовательном процессе нужно хотя бы изредка давать то, что мы называем «точками входа», какие-то моменты, через которые ученика можно заинтересовать, особенно на ранних этапах преподавания дисциплины, чтобы он начал получать удовольствие от познания. Виртуальная реальность – очень хороший инструмент для таких "точек входа". Не всегда следует говорить, что не нужно использовать VR, если он не учит лучше, чем другие методы. Он лучше уже хотя бы потому, что это другое средство, которое в комбинации с остальными помогает удерживать внимание ученика и его интерес к предмету
Иван Константинов
Visual Science
Разумеется, разделение на два обозначенных подхода является условным, поскольку с внедрением первых опытов, проведением первых исследований, увеличением доступности VR-технологий для школ и университетов внимание исследователей и разработчиков образовательного контента все больше фокусируется на методологии образовательного продукта. Рассматриваются педагогические проблемы, которые улучшенные компьютерные технологии могут решить в пределах урока и всего учебного плана. Долгосрочные исследования и практическое применение технологий позволяет формировать принципы и критерии «методологической эффективности», благодаря которым из широкого ассортимента продуктов удастся выделить материалы, имеющие ценность для образования.

Последнее, что следует сказать в этом разделе, касается школьных учителей, которым принадлежит роль лидеров и вдохновителей в процессе внедрения и адаптации новых технологий (Ochoa, 2019). На ключевой роли педагогов делает особый акцент Ирина Кузнецова, куратор деятельности направления "Вирутальная и дополненная реальность" в детских технопарках "Кванториум", мобильных технопарках "Кванториум", Центрах "IT-куб" и "Точках роста":

"Про использование VRAR-технологий в образовании говорят давно – но, кажется, только сейчас школы становятся готовы к реальному их использованию, а не к закупке новомодного оборудования «чтобы было». Растет количество мотивированных педагогов, понимающих, что использовать те же дидактические средства, что и 30 лет назад, – неэффективно. «Я не принимаю современные мультимедийные средства в обучении, но понимаю, что нельзя говорить с детьми о достижениях в физике и показывать им картинки на бересте» – цитата одного достаточно возрастного педагога. Все больше специалистов осознает необходимость меняться и соответствовать времени, давать другой материал в других формах. Конечно, нельзя сказать, что виртуальная реальность – лекарство от непонимания, но абсолютно точно виртуальная реальность – отличный «витамин», который в умелых руках наставника поможет вовлечь ребенка, а также покажет детям, что педагог «в теме» – разбирается в технологиях и умеет грамотно их использовать".
Ирина Кузнецова
федеральный тьютор по VR/ AR проектов
Фонда новых форм развития образования

5
Неисследованная реальность
Внедрение виртуальной реальности в школьную программу соответствует необходимости согласовать процесс обучения с психическим развитием ребенка XXI-го века; а это ребенок, родившийся в эру цифровых технологий и ежедневно подверженный их влиянию (Siemens, 2005). Несмотря на относительную новизну и "вау-эффект", VR/AR не стоят особняком, а вписываются в более широкий круг ИКТ (информационно-коммуникационных технологий), широко применяющихся в образовании. В наши дни полноценный образовательный процесс немыслим без использования компьютеров, видео или аудиоматериалов; электронные дневники, обучающие приложения и электронные словари все прочнее входят в школьный обиход.

Если принять тезис о том, что современные дети, будучи "цифровым поколением" (El-Hmoudova & Milkova, 2015), нуждаются в цифровых средствах для эффективности обучения, то виртуальная реальность может стать адекватным ответом на существующий запрос. Например, у современных школьников отмечается сокращение продолжительности концентрации внимания и потеря фокусировки при отсутствии немедленного удовлетворения (Bhat, 2017), а во время использования виртуальной реальности у ученика нет возможности отвлекаться на посторонние объекты. Можно приводить и другие примеры; важно, что принципиально новая образовательная среда может стать полезным инструментом в руках современного учителя.

Количество публикаций, подтверждающих эффективность использования VR/AR на школьных уроках за счет большей вовлеченности и повышения мотивации, неизменно растет. Следует отметить, что нередко именно сама мотивация и является объектом исследования. (Bacca et al., 2014; Chen & Tsai, 2012; Di Serio et al., 2013; Lin et al., 2015; Harley et al., 2016, Ullman, 2016; Bonner & Reinders, 2018; Chen, 2016; Lamb et al., 2019; Chen & Beck, 2019; Southgate et al.; 2019).

Несмотря на всю важность мотивации к изучению дисциплины и вовлеченность учеников во время занятия, это еще не гарантирует положительных результатов в освоении предмета. Так, в 2018 году в США был проведен эксперимент, в ходе которого сравнивалась эффективность использования популярного приложения для изучения естественных наук The Body VR и обычных мультимедиа презентаций, составленных на основе этого приложения. Эксперимент показал, что результаты теста у группы, изучавшей слайд-шоу, значительно выше, чем у группы, изучавшей VR-приложение. При этом участники VR-группы чувствовали большую вовлеченность, мотивацию и интерес к предмету (Parong & Mayer, 2018). Например, в описанном выше эксперименте учащиеся были не удовлетворены тем, что в отличие от слайдов, в VR они не могли пропускать знакомый материал или задерживаться на интересующих их местах.

Несмотря на то, что нужно критически отнестись к методологии данного исследования, мешающим факторам и выборке, из этого эксперимента с осторожностью можно сделать два принципиальных вывода:

1) Вовлеченность, удовлетворённость и мотивация не обязательно гарантируют улучшение академических результатов;

2) Эффективность виртуальной реальности как таковой не может быть оценена эффективностью конкретной разработки. Проведем аналогию: нет смысла говорить об эффективности, например, аудиоматериалов в школьном образовании, однако, можно говорить об эффективных/ неэффективных аудиоматериалах, в зависимости от того, помогают ли они добиваться поставленных педагогических задач (например, при постановке фонетики иностранного языка).

Cледует констатировать, что на сегодняшний день серьезных, глубоких, качественных исследований, доказывающих однозначную эффективность того или иного образовательного контента по сравнению с другими средствами для детей школьного возраста пока не опубликовано. Поэтому перспективным направлением исследований виртуальной реальности является изучение специфических возможностей технологии для образования, реализованных в конкретных разработках - платформах, тренажерах, лабораториях, VR-экспириенсах и т. д. В отличие от упомянутых и лежащих на поверхности свойств и характеристик, влияющих на вовлеченность и мотивацию учеников, виртуальная реальность обладает множеством уникальных свойств в качестве обучающего инструмента. Например:

· Визуализация сложных многомерных и абстрактных концептов;

· Возможность "проникновения" в микро- и макромиры;

· Расширенные возможности виртуальных лабораторий: ускорение физических и химических процессов, возможность вернуться в любую точку эксперимента, реконфигурация систем и элементов, визуализация невидимых процессов;

· Дополнительные возможности пространственной ориентации;

· Принципиально новые возможности для коммуникации и коллаборации;

· Развитие и тренировка навыков, недоступных для тренировки в реальных условиях и др.
Задолго до появления виртуальной реальности в том виде, в каком она доступна ученику и учителю сейчас, ученые и педагоги по всему миру стали исследовать потенциал применения виртуальных сред в образовании. Одной из философских предпосылок к таким исследованиям стало эссе о дополненной реальности основателя компьютерной графики Айвена Сазерленда «Идеальный дисплей»:

Мы живем в физическом мире, чьи свойства нам стали хорошо знакомы со временем. Мы ощущаем свое участие в этом физическом мире, что дает нам возможность хорошо предугадывать его качества. <…> Нам не хватает соответствующей привычности в части сил, воздействующих на заряженные частицы, сил, присутствующих в неоднородных полях, влияний непроективных геометрических преобразований, а также в части движения с высокой инерцией и низким коэффициентом трения. Дисплей, подключённый к компьютеру, дает нам шанс познакомиться с идеями, которые не реализованы в физическом мире. Это зеркало в математическую страну чудес.
Справка
На сегодняшний день, по крайней мере в России, налицо отсутствие диалога между разработчиками и преподавателями. Разработчики нередко не обращаются за помощью к педагогам и методистам, не понимая, что даже самая лучшая графика и современные игровые механики не могут обеспечить образовательную эффективность разработки. С другой стороны педагогов, понимающих, как использовать возможности VR-технологии для улучшения образовательного результата, не так много. Такой педагог, кроме всего прочего, должен обладать достаточной долей креативности, смелости и энергичности и уметь разговаривать с представителями IT на одном языке.
Все эти возможности виртуальной реальности для образования еще предстоит изучить, углубить, а какие-то обнаружить. Интересные результаты дают исследования интерактивности между пользователями в VR, а также возможности применять на себя различные роли, работая в командах (Thompson et al., 2018). Виртуальные платформы, на которых поддерживается принцип обучения в сотрудничестве, совместное получение знаний, способствует более глубокому познанию (Morales et al., 2013). Важен и другой тип интерактивности – интерактивность виртуальной среды и 3D-объектов: возможность прямой манипуляции с объектами вместо пассивного наблюдения является критическим условием успешности виртуальной среды в процессе обучения (Jang et al., 2017; Johnson-Glenberg, 2018). Виртуальная реальность стимулирует познавательную способность (Селиванов, 2016; Сорочинский, 2013), особенно при условии, что ее характеристиками являются погружение и простота использования (Chen, 2016). Отдельное направление исследований – когнитивный потенциал технологии. Виртуальная реальность может способствовать снижению когнитивной нагрузки при обучении (Thompson et al., 2018; Yeh et al., 2018), а также снижению тревожности за счет прерывания связи между прошлым негативным опытом и новым (Chen, 2019; Lan & Lin, 2016). Такой эффект возможен благодаря использованию адаптивных стратегий: эмоциональное состояние меняется в результате переноса внимания и модификации ситуации (Pacella & Lopez-Perez, 2018).

Изучение новой образовательной среды будет осмысленнее и эффективнее при условии опоры на достижения педагогической науки. Современная отечественная педагогическая концепция, берущая свое начало еще от учения Л. С. Выготского и теории развивающего обучения Д. Б. Эльконина, делает акцент на деятельности в процессе обучения и развития. Виртуальная реальность, будучи одновременно методом, средством и технологией обучения (Селиванов & Селиванова, 2014), является просторной площадкой для реализации основных принципов деятельностного подхода в педагогике: смещение фокуса от фигуры учителя на учеников, приоритет творческой, проектной и игровой деятельности над репродуктивной, интерактивность, решение задач, рефлексивность и
т. д. При этом сама среда должна быть спроектирована для решения обозначенного круга педагогических задач.

Первые практические попытки осмысления иммерсивной среды как образовательной были предприняты еще на этапе становления виртуальной реальности как технологии. Так, в 1999 году была предложена общая модель обучения на основе иммерсивной виртуальной среды, где описывалось совместное влияние изучаемого концепта, качеств обучающегося, взаимодействия и опыта познания на процесс обучения (Salzman et al., 1999). Группа ученых во главе с М. Зальцман разработали теоретическую модель обучения в виртуальной среде, которую они использовали как основу для исследования образовательного VR-контента. Изучались такие параметры, как интерактивность, опыт обучения, связь между характеристиками виртуальной реальности и обучением, а также связь между обучением и интерактивностью. В процессе работы выявлялись и изменялись те компоненты дизайна программы, которые влияли на изучаемые параметры.
Рис. 1 Модель обучения на основе иммерсивной виртуальной среды (Salzman et. al, 1999)
В последующие годы были разработаны и другие модели мультимедийного обучения (подробнее: Mayer, 2009). В этот ряд можно включить и отечественные технологии активного обучения, базирующиеся на трудах В.П. Беспалько, В.В. Гузеева, В.И. Боголюбова, М.Е. Бершадского и др., которые также создают прочную основу для проектирования и использования цифровых сред в учебных целях.

Из вышесказанного можно сделать следующий вывод. Для достижения наилучших образовательных результатов любой продукт, предназначенный для школьного образования, должен быть тщательно проработан и продуман уже на этапе формирования технического задания. В создании образовательного контента должны участвовать не только разработчики (программисты, дизайнеры, специалисты UX), но и педагоги, психологи, психофизиологи, методисты, практикующие учителя-предметники. Сейчас в обозначенной сфере нет стандартов, правил и даже общего понимания того, что и как нужно делать. Думается, что лишь объединив усилия названных специалистов есть шанс создать образовательный продукт, который пойдет на пользу, а не во вред.

Справка
Еще одно крайне важное направление исследований – педагогическая психофизиология. Фундаментальных исследований влияния виртуальной реальности на здоровье и безопасность детей опубликовано крайне мало. При этом необходимо допускать, что использование VR может привести к негативным эффектам. Например, перемещение в виртуальной среде вызывает рассогласование между зрительной информацией о перемещении и информацией от тела об отсутствии движения. Это может вызывать головокружение, тошноту, дезориентацию и обозначается как "cybersickness" (Keshavarz et al., 2015; Weech et al., 2019). Негативные ощущения развиваются с увеличением длительности навигации в виртуальной среде (Dennison et al., 2016) и имеют прямые связи с ощущением тошноты (Nalivaiko et al., 2015; Gavgani et al., 2018). Кроме того, содержание виртуального окружения может актуализировать индивидуальные негативные эмоции, ассоциации, связанные с тревогой и фобиями (Parsons & Rizzo, 2008; Cardoş et al., 2017). Справедливо заметить, однако, что выраженные симптомы проявляются у малого количества испытуемых, быстро уменьшаются с увеличением опыта пребывания в виртуальной реальности и могут быть минимизированы при ограничении использования технологии.
Заключение
Обобщая сказанное выше, можно с осторожностью предположить, что отечественные разработки в виртуальной реальности для образования имеют шанс стать конкурентоспособными на мировом рынке в силу нескольких причин. Во-первых, после первоначальных попыток внедрения виртуальной реальности в школы, формируется понимание того, каким должен быть образовательный контент, и у отечественных компаний есть возможность учесть ошибки первопроходцев. Во-вторых, сама VR-технология, согласно циклу зрелости Гартнера, перешла в стадию "работы над ошибками" (Bezegová et al, 2017), и потребность в VR-контенте не снижается, а только растет. И в-третьих, достижения российской и советской педагогики, составляющей основу школьного образования в России, остаются признанными и востребованными во всем мире.

Позиция Центра НТИ ДВФУ как центра компетенций по технологиям VR/AR может быть сформулирована следующим образом: массовое внедрение образовательных продуктов с использованием новых технологий оправдано и необходимо тогда, когда эти технологии могут привнести в образование такой результат, который не был возможен при помощи существующих средств. При этом возможности, которые открывают новые технологии (включая VR/AR & AI), могут быть шире накопленного педагогического опыта, поэтому следует принимать во внимание педагогические концепции с акцентом не только на знания, умения и навыки, но и на целостное личностное развитие (включая, например, эмоциональный интеллект).

Перед лидерами, радеющими за улучшение качества школьного образования за счет использования новых технологий, в частности, виртуальной реальности, стоит комплексная задача, включающая в себя три последовательных этапа: 1) разработка качественного, методологически выверенного образовательного продукта, 2) пилотирование и исследование эффективности этого продукта с использованием надежных методов оценки эффективности, 3) обдуманное внедрение в образовательный процесс, сопровождающееся общим повышением цифровой грамотности в секторе школьного образования.

ЛИТЕРАТУРА
Bacca, J., Baldiris, S., Fabregat, R., Graf, S., & Kinshuk. (2014). Augmented Reality Trends in Education: A Systematic Review of Research and Applications. Journal of Educational Technology & Society, 17(4), 133–149.

Bezegová, E., Ledgard, M. A., Molemaker, R.-J., Oberč, B. P., & Vigkos, A. (2017). Virtual reality and its potential for Europe. White Paper.

Bhat, J. (2017, August 14). Attention Spans in the Age of Technology [Blog post]. Retrieved from https://www.nami.org/Blogs/NAMI-Blog/August-2017/Attention-Spans-in-the-Age-of-Technology

Biddle B. J. & Berliner D. C. (2002). A Research Synthesis / Unequal School Funding in the United States. Beyond Instructional Leadership, 59(8), 48-59.

Bonner, E., & Reinders, H. (2018). Augmented and Virtual Reality in The Language Classroom: Practical Ideas. Teaching English with Technology, 18(3), 33-53.

Branson, J., & Thomson, D. (2013). Hands-on Learning in the Virtual World. Learning & Leading with Technology, 40(5), 18–21

Cardoş, R. A., David, O. A., & David, D. O. (2017). Virtual reality exposure therapy in flight anxiety: A quantitative meta-analysis. Computers in Human Behavior,72, 371-380.

Chen, C. M., & Tsai, Y. N. (2012). Interactive augmented reality system for enhancing library instruction in elementary schools. Computers & Education, 59(2), 638–652.

Chen, Y. (2016). The Effects of Virtual Reality Learning Environment on Student Cognitive and Linguistic Development. The Asia-Pacific Education Researcher, 25(4), 637–646.

Chen, Y., & Beck, D. (2019). Effect of Mobile Augmented Reality on Learning Performance, Motivation, and Math Anxiety in a Math Course. Journal of Educational Computing Research, 57(7), 1695–1722.

ClassVR White Paper: A Guide To AR & VR In Education (2019), https://www.classvr.com/download/whitepaper-a-guide-to-ar-vr-in-education

Cruz-Neira, C., & Lindahl, G. (2000). A voyage into virtual reality. Networking our VR lab to Iowa middle schools and high schools. IEEE Computer Graphics and Applications, 20(2), 16–19.

Dede, C., & Richards, J. (2017). Glossary of realities' terms, in Virtual, Augmented, and Mixed Realities in Education, eds D. Liu, C. Dede, and J. Richards (Berlin: Springer Verlag), 5–11.

DeJong T. (2010) Cognitive load theory, educational research, and instructional design: some food for thought. Instr Sci., 38, 105–134.

Dennison M. S., Wisti Z., & D'Zmura M. (2016) Use of physiological signals to predict cybersickness, Displays Volume 44, September 2016, 42-52.

Di Serio, Á., Ibáñez, M. B., & Kloos, C. D. (2013). Impact of an augmented reality system on students' motivation for a visual art course. Computers & Education, 68, 586-596.

El-Hmoudova, D., & Milkova, E. (2015). Variations and Frequencies in Learning Styles in a Group of Czech English as Foreign Language Learners. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 182 . doi: 10.1016/j.sbspro.2015.04.738

Ellen, U. (2016). The Next Dimension (virtual Reality Platforms Used by Schools). Tech & Learning 36.10, 34-38.

Freeman, S., Eddy, S. L., McDonough, M., Smith, M. K., Okoroafor, N., Jordt, H., Wenderoth, M. P. (2014) Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proc Natl Acad Sci USA, 111, 8410–8415.

Freina, L., & Ott, M. (2015). A literature review on immersive virtual reality in education: state of the art and perspectives. eLearning & Software for Education, (1).

Gavgani A.M., Wong R.H.X., Howe P.R.C., Hodgson D.M., Walker F.R., Nalivaiko E. (2018) 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, Volume 191, 1 July 2018, 56-64.

Harley, J., Poitras, E., Jarrell, A., Duffy, M., & Lajoie, S. (2016). Comparing virtual and location-based augmented reality mobile learning: emotions and learning outcomes. Educational Technology Research and Development, 64(3), 359–388.

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

Johnson-Glenberg, M. (2018). Immersive VR and Education: Embodied Design Principles That Include Gesture and Hand Controls (virtual reality)(Report). Frontiers in Robotics and AI, 5.

Keshavarz, B., Riecke, B. E., Hettinger, L. J., & Campos, J. L. (2015). Vection and visually induced motion sickness: how are they related? Frontiers in Psychology, 6.

Lamb, R., & Etopio, E. (2019). Virtual Reality Simulations and Writing: a Neuroimaging Study in Science Education. Journal of Science Education and Technology, 28(5), 542–552.

Lan, Y. J., & Lin, Y. T. (2016). Mobile seamless technology enhanced CSL oral communication. Journal of Educational Technology & Society, 19(3), 335-350.

Lee, E. A., & Wong, K. W. (2014). Learning with desktop virtual reality: Low spatial ability learners are more positively affected. Computers & Education, 79, 49–58.

Lin, H., Chen, M., & Chang, C. (2015). Assessing the effectiveness of learning solid geometry by using an augmented reality-assisted learning system. Interactive Learning Environments, 23(6), 799–810.

Mayer, R. E. (2009). Multimedia Learning. Cambridge University Press.

Mendoza L. I. U., Burgos B. A. A.; Suárez S. K. D.; Paredes F. D. R. C. Ortega R. I. N. (2016) Use of virtual reality for future education is schools of Ecuador. Journal of Science and Research, Vol.1(4), 26-30.

Morales, T., Bang, E., & Andre, T. (2013). A One-year Case Study: Understanding the Rich Potential of Project-based Learning in a Virtual Reality Class for High School Students. Journal of Science Education and Technology, 22(5), 791–806.

Nagel, D. (2019). Funding is top roadblock to AR & VR in schools. Ed Tech Trends. Retrieved from: https://thejournal.com/articles/2019/04/22/funding-is-top-roadblock-to-ar-vr-in-schools.aspx

Nalivaiko E., Davis S. L., Blackmore K.L., Vakulin A., & Nesbitt K.V. (2015). Cybersickness provoked by head-mounted display affects cutaneous vascular tone, heart rate and reaction time. Physiology & Behavior, Volume 151, 1 November 2015, 583-590.

Ochoa C. J. Best Practices for VR & AR in Education (White Paper) (2018). Retrieved from: https://artillry.co/wp-content/uploads/2019/06/VRARA-ARVR-Best-Practices-for-Education.pdf

Pacella, D. & Lopez-Perez B. (2018). Assessing children's interpersonal emotion regulation with virtual agents: The serious game Emodiscovery. Computers & Education, 123, 1-12.

Parong, J., & Mayer, R. E. (2018). Learning science in immersive virtual reality. Journal of Educational Psychology, 110(6), 785-797.

Parsons, T. D., & Rizzo, A. A. (2008). Affective outcomes of virtual reality exposure therapy for anxiety and specific phobias: A meta-analysis. Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry,39(3), 250-261.

Rupp, A. M., Odette, K. L., Kozachuk, J., Michaels, J. R., Smither, J. A., & McConnell, D. S. (2019). Investigating learning outcomes and subjective experiences in 360-degree videos. Computers & Education, 128, 256–268.

Salzman, M. C., Dede, C. J., Loftin, R. B., & Chen, J. X. (1999). A Model for understanding how virtual reality aids complex conceptual learning. Presence: Teleoperators & Virtual Environments, 8, 293–316.

Siemens, G. (2005). Connectivism: A learning theory for the digital age [html]. Retrieved from http://www.itdl.org/journal/jan_05/article01.htm

Slater, M. (2018). Immersion and the illusion of presence in virtual reality. British Journal of Psychology, 109, 431–433.

Southgate, E., Smith, S., Cividino, C., Saxby, S., Kilham, J., Eather, G., Bergin, C. (2019). Embedding immersive virtual reality in classrooms: Ethical, organisational and educational lessons in bridging research and practice (Report). International Journal of Child-Computer Interaction, 19, 19–29.

Sutherland, I. E. (1965). The Ultimate Display. Proceedings of the IFIP Congress, 65, 506-508.

Thompson, M., Wang, A., Roy, D., & Klopfer, E. (2018). Authenticity, Interactivity, and Collaboration in VR Learning Games. Frontiers in Robotics and AI, 5.

Weech, S., Kenny, S., & Barnett-Cowan, M. (2019). Presence and Cybersickness in Virtual Reality Are Negatively Related: A Review. Frontiers in psychology, 10, 158.

Wulczyn, F., Smithgall, C., & Chen, L. (2009). Child Well-Being: The Intersection of Schools and Child Welfare. Review of Research in Education, 33(1), 35–62.

Ullman, E. (2016). The next dimension.(virtual reality platforms used by schools). Tech & Learning, 36(10), 34,36,38.

Yeh, Y.-L., Lan, Y.-J., & Lin, Y.-L. R. (2018). Gender-Related Differences in Collaborative Learning in a 3D Virtual Reality Environment by Elementary School Students. Educational Technology & Society, 21(4), 204–216.

Духанина, Л. Н., Мерцалова, Л. Н., Беликов, А. А., Горбовский, Р. В., Заир-Бек, С. И., Матюненко, Т. А. (2019). Частные школы России: состояние, тенденции и перспективы развития. Аналитический доклад. Современная аналитика образования, 3(24), С. 1-80.

Об образовании в Российской Федерации: федеральный закон от 29.12.2012 N 273-ФЗ / Собр. законодательства Рос. Федерации. 2012. N 53 (ч. 1). ст. 7598, ред. от 02.12.2019 (с изм. и доп., вступ. в силу с 13.12.2019). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru

Селиванов, В. В., & Селиванова, Л. Н. (2014). Виртуальная реальность как метод и средство обучения. Образовательные технологии и общество, 17 (3), С. 378-391.

Селиванова В. В. (2016). Субъект и виртуальная реальность: психическое развитие, обучение /под ред. Смоленск: Издательство СмолГУ, 2016. 430 с.

Сорочинский П. В. (2013) Влияние образовательной виртуальной реальности биологической тематики на мышление и психические состояния школьников старших классов. Известия Смоленского государственного университета. No2(22). С. 384-392.