Використання віртуальної реальності в навчанні біології: можливості та переваги

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини

Природничо-географічний факультет

Кафедра біології та методики її навчання

Кам'янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка

Природничо-економічний факультет

Кафедра біології та методики її викладання

Волинський національний університет імені Лесі Українки

Факультет біології та лісового господарства

Кафедра фізіології людини і тварин

Використання віртуальної реальності в навчанні біології: можливості та переваги

Сорокіна С.І., к.б.н., доцент

Колодій В.А., к.б.н., ст. викладач

Абрамчук О.М., к.б.н., доцент

м. Умань, м. Кам'янець-Подільський, м. Луцьк

Анотація

Освітня галузь України зазнає швидких змін, які відображають глобальні та національні трансформації. Цифрові технології стали домінуючими в усіх аспектах нашого життя, і їх впровадження в освітній процес стало необхідним. За останні п'ять років технологія віртуальної реальності швидко перетворилася з малоймовірної перспективи на широко використовуваний інструмент.

Метою статті є оцінювання поточного стану розвитку освітнього процесу в галузі біології, ролі інноваційних технологій, зокрема віртуальної реальності, у цьому контексті. Використання систем віртуальної реальності (VR) в освіті представляє новий підхід до передачі та засвоєння науково- методичних знань у навчальних закладах. Визначено, що віртуальна реальність є технологічною системою, яка створює іммерсивний віртуальний світ та дає змогу користувачам з ним взаємодіяти. Проаналізовано найпоширеніші інструменти віртуальної реальності, серед яких Lecture VR, Human Body (Male) Educational Vr 3d, ER VR (virtual reality medical training simulation), Labster, PhET Interactive Simulations. Особлива увага була приділена можливостям використання Labster та PhET Interactive Simulations.

Навчальні технології віртуальної реальності не можуть повністю замінити традиційне викладання в закладах освіти, оскільки вони лише імітують реальність та об'єкти у цифровому просторі. Однак при вивченні найбільш складних предметів широке використання технології віртуальної реальності є доцільним і надає додаткові можливості для більш глибокого засвоєння матеріалу. Використання технології віртуальної реальності при вивченні біології сприяє створенню стимулюючого та безпечного освітнього середовища, що призводить до кращого розуміння та глибшого засвоєння біологічних понять, розвитку практичних навичок та створенню доступного й активного процесу навчання. Більшість віртуальних технологій надають можливість досліджувати різні біологічні концепції через інтерактивні симуляції, а також глибше вивчати екологію, анатомію, зоологію, фізіологію, біологію клітини та інші біологічні дисципліни.

Ключові слова: інноваційні технології, інтерактивне навчання, віртуальна реальність, біологічна освіта, візуалізація біологічних процесів.

Annotation

Use of virtual reality in teaching biology: opportunities and advantages

Sorokina S.I., PhD in Biology, Ass.e Professor of the Department of Biology and Methods of its Teaching, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman

Kolodii V.A., PhD in Biology, Senior Teacher, Department of Biology and Methods of its Teaching, Faculty of Natural Sciences and Economics, Kamianets-Podilskyi Ivan Ohiienko National University, Kamianets-Podilskyi

Abramchuk O.M., PhD in Biology, Ass. Professor, Department of Human and Animal Physiology, Faculty of Biology and Forestry, Lesya Ukrainka Volyn National University, Lutsk

Rapid changes are observed in the modern Ukrainian educational sphere, which reflect global and national transformations. As digital technologies have become dominant in all aspects of our lives, their introduction into the educational process has become a necessity. Over the past five years, virtual reality technology has evolved rapidly, transforming from an unlikely prospect into a widely used tool.

The purpose of the article was to evaluate the current state of development of the educational process in the field of biology, the role of innovative technologies, in particular virtual reality, in this context. The use of virtual reality (VR) systems in education represents a new approach to the transfer and assimilation of scientific and methodological knowledge in educational institutions. It is defined that virtual reality is a technological system that creates an immersive virtual world and allows users to interact with it. The most common virtual reality tools were analyzed, including Lecture VR, Human Body (Male) Educational Vr 3d, ER VR (virtual reality medical training simulation), Labster, PhET Interactive Simulations. Special attention was paid to the possibilities of using Labster and PhET Interactive Simulations.

Educational virtual programs cannot completely replace traditional teaching in educational institutions, as they only simulate reality and objects in the digital space. However, their wide use is appropriate when studying the most complex topics and provides additional opportunities for in-depth learning of the material. The use of virtual reality technologies in the study of biology leads to an improved understanding of biological concepts and their deeper development, the development of practical skills and the creation of an accessible and active educational process, contributes to the creation of a stimulating and safe educational environment. Most virtual technologies provide the opportunity to learn various biological concepts through interactive simulations, as well as to study in depth ecology, anatomy, zoology, physiology, cell biology and other biological disciplines.

Keywords: innovative technologies, interactive learning, virtual reality, biological education, visualization of biological processes.

Постановка проблеми

Останніми роками технології віртуальної реальності (VR) стають дедалі поширені тими в різних сферах, включно з розвагами, медициною та освітою. Можливості VR створювати іммерсивні та інтерактивні навчальні середовища, які відтворюють реальність, привертають увагу викладачів, які бажають урізноманітнити свої методи навчання. Однак для успішного використання віртуальної реальності в освіті необхідно ретельно дослідити її переваги та недоліки, а також розробити відповідні стратегії впровадження.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Різні аспекти використання технологій віртуальної реальності в освіті, наприклад, під час вивчення біології, були досліджені вітчизняними вченими. Зокрема, В. Волинець висвітлила у своїй роботі можливості та переваги використання технологій віртуальної реальності в сучасній освіті. Вона зазначила, що технологія віртуальної реальності створює нові виклики та можливості для освітньої галузі, що сприяє її технологічному та ефективному розвитку. У майбутньому з'являтимуться нові навчальні програми, а технології віртуальної реальності дедалі тирте застосовуватимуться в освітньому процесі. Однак варто зазначити, що для впровадження таких технологій потрібні значні зусилля, а розроблення програм віртуальної реальності потребує часу та грошей. Для ефективного використання VR-технологій необхідно змінювати програми навчання на державному рівні, адаптувати навчальний матеріал до віртуального середовища [10].

А. Торяник розглянув переваги та недоліки технологій віртуальної реальності в освіті та виявив, що віртуальні програми не можуть повністю замінити традиційне викладання в освітніх закладах. Однак їх можна ефективно використовувати для вивчення складних тем з різних предметів, зокрема мов, а також для вдосконалення професійних навичок у різних сферах діяльності [8].

Д. Пінчук зазначив, що віртуальні технології у сучасному світі є додатковою можливістю використання чогось нового, розвитку когнітивних навичок, підвищення інтересу до певного предмету. Застосування віртуальної реальності в освіті може робити навчання більш цікавим та підвищувати якість програм STEM (Наука, Технології, Інжиніринг і Математика). Окрім того, це може бути корисним у віддаленій освіті [6].

С. Литвинова у своєму дослідженні з'ясувала, що учні готові використовувати технології віртуальної реальності на різних уроках, таких як фізика, інформатика, біологія. Критично важливими елементами для успішного впровадження та використання є доступ до окулярів віртуальної реальності, наявність освітнього контенту, навчання навичок використання VR технологій та їхня інтеграція в зміст навчання [5].

В результаті проведених досліджень теорія і практика віртуальної освіти значно розширилися. Втім, автори цих досліджень здебільшого обмежували застосування віртуальних освітніх технологій використанням електронних підручників, екзаменаційних платформ, подекуди мультимедійних матеріалів та, як виняток, комп'ютерних віртуальних симуляторів і тренажерів. Натомість широке впровадження технологій віртуальної реальності в різні сфери сучасного життя, зокрема в біологію, залишається малодослідженим.

Мета статті - проаналізувати особливості використання технологій віртуальної реальності в освітньому процесі, а саме у процесі вивчення біології, визначити основні переваги та недоліки цих технологій.

Виклад основного матеріалу

Основна концепція навчання у віртуальній реальності полягає у використанні імерсивних технологій, тобто віртуальних розширень реальності, які допомагають краще сприймати та розуміти навколишній світ. Іншими словами, ці технології буквально поглиблюють людину в задане середовище події [8].

Використання технологій віртуальної реальності (VR) в освіті відкриває новий спосіб передачі та засвоєння науково-методичних знань у закладах освіти. Завдяки VR-технології користувачі мають можливість здійснювати віртуальні екскурсії до унікальних експериментальних лабораторій, будувати тривимірні моделі та проводити хімічні досліди, спостерігати за історичними подіями та навіть брати активну участь у них, вирушати у віртуальні космічні подорожі, досліджувати різні міста та країни, а також взаємодіяти з іншими користувачами в науковому співтоваристві: спостерігати за експериментами та брати безпосередню участь у наукових дослідженнях.

Віртуальна реальність (VR) - це створена комп'ютерними системами ілюзія реальності, яка поєднує в собі візуальні, звукові та інші відчуття. Віртуальна освіта - це процес і результат взаємодії між вчителями і здобувачами освіти, який відбувається в освітньому онлайн-середовищі і неможливий без активної комунікації між учасниками навчального процесу [5]. Хоча навчальні програми в інтернеті не можуть повністю замінити традиційну освіту, оскільки вони лише моделюють об'єкти в реальному світі чи віртуальному просторі, їхнє активне використання може бути корисним під час вивчення складних предметів і надавати більше можливостей для поглибленого засвоєння знань.

У вивченні біології важливими є три ключові компоненти віртуальної реальності (рис. 1):

Рис. 1. Основні складники віртуальної реальності. Джерело: власне розроблення авторів

віртуальний реальність іммерсивний інтерактивний біологія

Занурення у віртуальну реальність забезпечують спеціальні пристрої, такі як віртуальні окуляри або шоломи. Взаємодія здійснюється за допомогою додаткових інструментів, таких як цифрові рукавички або джойстики. Залучення користувача відбувається під час взаємодії з віртуальним середовищем, де користувач може активно впливати на результати програми [1]. Віртуальний простір дає змогу детально вивчати об'єкти та процеси, які в реальному світі бувають абсолютно недоступні або дуже складні для спостереження. Прикладами можуть бути детальне вивчення анатомічних особливостей людського тіла, розгляд роботи різних механізмів та інше. Політ у космос, занурення на значну глибину під воду, або подорож усередину людського організму - все це можна дослідити саме за допомогою VR.

Активна цифрова трансформація освіти вплинула на переосмислення багатьох традиційних методів навчання. З впровадженням технологічних інновацій та інтернет-ресурсів науковці виявляють неабияку зацікавленість до використання спеціалізованого програмного забезпечення та інтерактивного представлення біологічних об'єктів і явищ [7].

Сьогодні є великий вибір застосунків віртуальної реальності, і їхня кількість постійно зростає. На європейському ринку функціонує понад 300 компаній, які вже давно активно впроваджують технології у цій галузі, такі як Oculus, HTC, Sony, Microsoft, і Samsung. Більшість із них спеціалізуються на створенні освітнього контенту для навчання та пропонують послуги з розроблення індивідуальних програм для шкіл і вищих навчальних закладів [10]. Це означає, що будь-який навчальний заклад має можливість замовити спеціальні програми та успішно використовувати їх у навчальному процесі. Найвідомішими інструментами віртуальної реальності є (табл. 1):

Таблиця 1