Применение технологий виртуальной реальности в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов

В.М. Гордиевских, , Н.В. Ипполитова, , Шадринский государственный педагогический университет, Шадринск, Россия

V.M. Gordievskikh, , N.V. Ippolitova, , Shadrinsk State Pedagogical University, Shadrinsk, Russia

Необходимость поиска путей совершенствования структурно-содержательного и методико-технологического аспектов современного профессионального образования в постоянно меняющихся реалиях требует не только уточнения его целевых ориентиров, но и выявления и апробации способов решения возникающих задач. Одним из перспективных направлений повышения эффективности профессиональной подготовки будущих специалистов в вузах становится использование достижений современной науки и практики в сфере методико-технологического обеспечения образовательного процесса. Эта идея основывается на положениях, сформулированных в документе «Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации» и определяющих цель, задачи, принципы, приоритеты государственной политики в данной сфере научнотехнического развития Российской Федерации. При этом особо отмечается, что «для реализации настоящей Стратегии необходима консолидация усилий федеральных органов государственной власти, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, научно-образовательного и предпринимательского сообществ, институтов гражданского общества по созданию благоприятных условий для применения достижений науки и технологий в интересах социально-экономического развития России» [24].

В качестве одного из приоритетных направлений научно-технологического развития

РФ в соответствующем документе выделяется «возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий, социальных институтов на современном этапе глобального развития, в том числе применяя методы гуманитарных и социальных наук» [18].

Векторы, определяемые в данных документах, обозначают важное направление трансформаций в системе образования, связанное с применением современных технологий в процессе профессиональной подготовки будущих специалистов, способных разрабатывать и реализовывать современные технологии, в том числе связанные с феноменом виртуальной и дополненной реальности. Соответственно, актуальной становится проблема усиления теоретической и практической подготовки будущих специалистов-программистов.

В исследованиях отечественных ученых (А.Е. Дубачева [9], В.В. Селиванова, Л.Н. Селивановой [20, 21], А.Ю. Уварова [27], Э.Г. Хозе [30], С.С. Бекназаровой [5] и др.) по данному направлению представлены различные трактовки понятия «технологии виртуальной реальности», однако повышение требований к качеству подготовки будущих инженеров-программистов к профессиональной деятельности, связанной с применением рассматриваемых технологий, обусловливает необходимость уточнения сущности и содержания понятия «технологии виртуальной реально- сти» и выявления их функций, специфики и преимуществ их использования в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов. Цель исследования заключалась в выявлении преимуществ и ограничений применения технологий виртуальной реальности в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов. Соответственно, задачи исследования включали: выявление сущности и содержательного наполнения понятия «технологии виртуальной реальности» и выявление функций, специфики и преимуществ использования технологий виртуальной реальности в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов.

Обзор литературы

Одним из активно разрабатываемых направлений в исследовании ВР технологий в нашей стране и за рубежом является анализ их значимости для развития мировой экономики [3, 16, 34]. Высокий образовательный потенциал технологий виртуальной реальности (ВР/VR) отмечается в работах А.Е. Дуба-чева [9], В.В. Селиванова, Л.Н. Селивановой [20, 21], А.Ю. Уварова [27], Э.Г. Хозе [30], В.А. Федоренко [29], О.А. Славина [22] и др.

Целый ряд исследований посвящен изучению возможностей применения технологий ВР в процессе профессиональной подготовки специалистов различных сфер (здравоохранения [1, 15, 17]; иностранного языка [13] и др.). Непосредственно характеристике различных аспектов феномена «технологии виртуальной реальности» посвящены работы А.Н. Рахма-туллаева [19], С.В. Челомбитко, С.И. Гусева, Е.И. Бобровой [31], И.С. Бураковой [6] и др.

Но вместе с тем исследования данного вопроса в практике общего и профессионального образования все еще остаются не столь многочисленными, что обусловлено, по мнению А.Е. Войскунского [7], сложностью и высокими материальными затратами на их реализацию.

Разделяя позицию С.В. Челомбитко, С.И. Гусева, Е.И. Бобровой [31] и др., отметим, что технологии ВР в настоящее время не так широко применяются в деятельности вузов, а преимущественное использование технологий виртуальной реальности в школьном образовании связано со стандартными возможностями поставляемого программного обеспечения со шлемами ВР или программного обеспечения, доступного для загрузки в шлемы ВР. При этом специализированного программного обеспечения для вузов разрабатывается крайне мало, что в том числе связано с низкой степенью готовности будущих инженеров-программистов к разработке программного обеспечения для технологий виртуальной реальности [26].

Таким образом, судя по публикациям, ученые сходятся в том, что технологии виртуальной реальности интенсифицируют образовательный процесс и представляют потенциальный интерес для более широкого их применения на различных уровнях образования.

Начальным этапом анализа проблемы использования технологий виртуальной реальности в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов является определение сущности и содержания понятия «технологии виртуальной реальности».

Технологии ВР являются частью современных иммерсивных технологий, где иммер-сивность рассматривают как погружение в искусственно созданную среду визуализации искусственного окружения. При этом отмечается, что иммерсивные технологии как совокупность технологий расширенной реальности призваны представлять физический мир с помощью цифровых виртуальных сред, создавая у обучающихся ощущение погружения в процесс обучения [32].

В технологическом обеспечении современного образования различных уровней иммерсивные технологии занимают все более прочные позиции, причем наряду с применением виртуальной реальности [ВР (VR)] они основываются и на использовании возможностей дополненной реальности [ДР (AR)] и смешанной реальности [СР (MR)].

Предложенное Джароном Ланье понятие «виртуальная реальность» и соответствующая технология связываются автором с философским, научным и технологическим прорывом конкретной эпохи [14].

Характеристика понятия «технология виртуальной реальности» приведена в таблице (составлена авторами).

Нам представляется, что наиболее полное определение технологий виртуальной реальности дает В.В. Селиванов, определяя их как образ, созданный техническими средствами и передающийся человеку через его ощущения: зрение, слух, осязание и др. При этом виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакцию на воздействие. Чтобы создать

Характеристика понятия «технология виртуальной реальности»

Автор Определение Гермашова В.А. Переход от взаимодействия с компьютерными событиями к участию в них, к активной (а не пассивной) форме искусства. В связи с этим повышается значение искусственного опыта по сравнению с реальным. Искусственные реальности становятся посредником между выражением и опытом, равно как и новой возможностью людей взаимодействовать друг с другом [8] Казина А.В. Погружение в искусственно созданную среду с помощью специального оборудования (П-шлемов или очков), которая имитирует ситуации или события по заранее спроектированному сценарию [12] Тахиров Б.Н. Искусственно создаваемая информационная среда, которая фокусируется на замене привычного восприятия окружающей среды информацией, создаваемой на основе различных технических средств [25] Макгуинн П.В. Искусственно созданная среда, в которую можно погрузиться с помощью специальных очков, например, НТС Vive Pro, Pico и т.п., гипотетически является подходящей образовательной технологией, благодаря которой можно симулировать коммуникативную ситуацию, пребывая в безопасном, тренировочном пространстве, где учащийся проживает опыт, который является ключевым понятием при использовании VR/ XR/АК технологий [33] Селиванов В.В. Технология человеко-машинного взаимодействия, которая обеспечивает погружение пользователя в трехмерную интерактивную информационную среду [21] убедительный комплекс ощущений реальности, компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности осуществляется в режиме реального времени [21].

Подводя итог анализа научной литературы по исследованию понятия «технологии виртуальной реальности», выделим следующее:

– ВР-технологии представляют собой организационно-технологический инструментарий образовательного процесса, реализуемый в искусственно созданной среде, образованной техническими и информационными средствами, которые обеспечивают погружение пользователя в трехмерный интерактивный мир;

– содержание технологии ВР обеспечивается двумя взаимосвязанными уровнями: техническим – уровнем оборудования (шлемы или очки виртуальной реальности, манипуляторы, трекеры, датчики и т. д.) и информационным – уровнем программных средств (разработанное или разрабатываемое программное обеспечение, запускаемое на оборудовании VR);

– технологии ВР могут применяться и как средство интенсификации образовательного процесса, и как объект изучения, и как средство развивающей, воспитательной, профориентационной деятельности.

Важным, на наш взгляд, является выявление функций технологий ВР в образовательном процессе.

В.В. Селиванов отмечает положительное влияние ВР-технологий на формирование 96

психических процессов обучаемых (формы мышления, умственные действия, динамику мыслительных процессов) [21].

Особое внимание в научной литературе уделяется обоснованию положения о наибольшей эффективности применения ВР-тех-нологий для приобретения и совершенствования знаний, умений и навыков обучающихся (И.Г. Баканова, Л.В. Капустина, Е.В. Постникова [2], Е.А. Уракова, Д.М. Михайленко, А.Н. Сидоров [28]).

Опора на результаты научных исследований по данному направлению [2, 4, 10, 11, 23, 28] позволяет заключить, что технологии ВР реализуют в образовательном процессе несколько взаимосвязанных функций (обучающую, развивающую, воспитательную, интенсификации образовательного процесса и др.).

С учетом выделенных положений рассмотрим преимущества применения технологий ВР в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов:

• 1.    В анализируемом процессе данные технологии применимы и как средство обучения, и как объект изучения, что дает возможность обучающимся самостоятельно решать задачи, связанные с профессиональной деятельностью, в условиях, максимально приближенных к реальности. Так, например, при изучении архитектуры ЭВМ вполне применим VR-симулятор, позволяющий виртуально собирать компьютер из отдельных комплектующих. Вместе с тем на старших курсах тех-

• нологии ВР выступают в качестве объекта изучения.

• 2.    Увлечение компьютерными играми большинства современной молодежи упрощает вовлечение в разработку достаточно сложного программного обеспечения, например, VR-игры. Используя в качестве стимула интерес к соответствующей деятельности и возможность принять участие в создании нового продукта, будущие инженеры-программисты постепенно погружаются в процесс создания игры, углубляя знания и умения в области программирования и развивая личностные профессионально-значимые качества.

• 3.    Для обеспечения будущих программистов знаниями, умениями и навыками использование технологий ВР позволяет углубленно изучать актуальные языки и среды программирования.

• 4.    При разработке VR-приложения будущие инженеры-программисты сталкиваются с необходимостью работать совместно, в команде, а следовательно, формируются умения работать с различными системами контроля версий (git) в целом, умения взаимодействовать и вести совместную разработку программного кода, проводить отладку и тестирование программного продукта и пр.

• 5.    Разработка виртуального информационного пространства требует от инженера-программиста владения комплексом технологий (трехмерное моделирование, например, в Blender, глубокое понимание принципов объектно-ориентированного программирования, знания языков программирования, технологий разработки для ВР, например Unity и/или UE, а также ряд сопутствующих технологий, без владения которыми невозможно вести эффективно командную разработку, например Git, редакторы кода, клиент-серверное взаимодействие и т. д.).

• 6.    Изучение и разработка VR-проектов существенно влияет на развитие профессио-

• нально-значимых личностных качеств и психических свойств будущих инженеров-программистов, в частности на развитие мотивации, эмоциональной устойчивости, умения работать в команде, коммуникативности, логического мышления, самостоятельности, внимательности, креативности и т. д. Вместе с тем разработка VR-проектов стимулирует формирование специфичных профессиональных качеств будущего инженера-программиста, таких как: умение писать структурированный и понятный другим программный код, умение структурировать данные, владение программными библиотеками, владение несколькими языками программирования, многозадачность и умение переключаться с одной задачи на другую и пр.

Для разработки VR-приложений требуется углубленное изучение таких языков программирования, как C++ и C#, а также в зависимости от специфики разрабатываемого проекта дополнительно других, например, Java Script, Python и т. д. И, что более важно, в процессе разработки VR-приложения у будущих инженеров-программистов формируется системность применения различных языков программирования для решения одной определенной задачи.

Результаты исследования

Итак, технологии виртуальной реальности представляют собой организационнотехнологический инструментарий образовательного процесса, реализуемый в искусственно созданной среде, образованной техническими (оборудование) и информационными (программное обеспечение, запускаемое на оборудовании VR) средствами, которые обеспечивают погружение пользователя в трехмерный интерактивный мир.

В процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов технологии ВР реализуют ряд взаимосвязанных функций (обучающую, развивающую, воспитательную, интенсификации образовательного процесса и др.), реализация которых в совокупности обеспечивает целостность и эффективность образовательного процесса.

Технологии ВР в профессиональном образовании в общем и в инженерном образовании в частности обладают рядом преимуществ, создающих возможность:

• –    детального изучения сложных объектов, процессов и явлений, ограниченного или недоступного в реальности; соответственно технологии виртуальной реальности эффективны в высокотехнологичных учебных областях;

• –    полной концентрации внимания обучающегося на изучаемом материале за счет его изолирования в виртуальном мире, ограждения от внешних раздражителей;

• –    программирования образовательного процесса и контролирования его реализации с высокой точностью;

• –    совершенствования определенных умений и навыков без риска вывода из строя

сложного оборудования или причинения вреда здоровью обучающегося;

• -    использования онлайн-обучения для приобретения обучающимися динамичного опыта через иллюзию реального присутствия в процессе обучения;

• -    повышения эффективности обучения по сравнению с классическим форматом за счет новизны и технических особенностей передачи информации [21]; нового уровня наглядности, применения действенных способов концентрации внимания; совершенствования контроля за реализацией образовательного процесса и его результативностью; повышения степени безопасности образовательного процесса и т. д.

Вместе с тем применение технологий ВР связано с рядом особенностей, которые необходимо учитывать при реализации образовательного процесса:

• 1.    Соблюдение правил личной гигиены при эксплуатации оборудования VR различными участниками образовательного процесса.

• 2.    Обеспечение страховки со стороны организаторов и/или других участников во время первого погружения в виртуальное пространство, так как это может приводить к дезориентации (эффект «укачивания»).

• 3.    Наличие свободного пространства без препятствий для зоны виртуальной реальности, что требует подготовки специальных помещений.

• 4.    Планирование и обеспечение специального времени на освоение средств управления виртуальной средой (привыкание к шлему и манипуляторам, освоение управления перемещением и манипуляциями в виртуальном мире и др.).

Заключение

Итак, подводя итог анализа проблемы применения технологий ВР в процессе подготовки будущих инженеров-программистов, отметим следующее:

• -    технологии виртуальной реальности представляют собой искусственно созданную

среду, образованную техническими и информационными средствами, которые обеспечивают погружение пользователя в трехмерный интерактивный мир;

• -    применение технологий ВР в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов обеспечивает реализацию обучающей, развивающей, воспитательной функций и функции интенсификации образовательного процесса;

• -    использование технологий ВР в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов имеет ряд преимуществ, создающих возможность: детального изучения сложных объектов, процессов и явлений, труднодоступных в реальности; большей концентрации внимания обучающегося на изучаемом материале за счет удаления внешних раздражителей и изоляции в виртуальном мире; программирования образовательного процесса и контролирования его реализации с высокой точностью; совершенствования особых умений и навыков без риска вывода из строя сложного оборудования или причинения вреда здоровью обучающегося; использования онлайн-обучения для приобретения обучающимися динамичного опыта через иллюзию реального присутствия в процессе обучения; повышения эффективности обучения по сравнению с классическим форматом за счет технических особенностей передачи информации; нового уровня наглядности, применения действенных способов концентрации внимания; совершенствования контроля за реализацией образовательного процесса и его результативностью; повышения степени безопасности образовательного процесса и т. д.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о возможности и целесообразности применения технологий ВР в образовательном процессе в целом и в процессе профессиональной подготовки будущих инженеров-программистов в частности.