Динамика психических состояний обучающихся, осваивающих дидактические ВР-программы с использованием технологий виртуальной реальности

Введение

Цифровые технологии, в том числе ВР, определяют качественно новое бытие личности, становятся сферой самоосуществления субъекта в различных сферах общественной практики [6; 11; 16; 20]. В последнее время существенно возрастает роль технологий виртуальной реальности (ВР), применение которых охватывает все новые сферы человеческой жизнедеятельности — от медицины до производства и образования [3; 10; 11; 17; 19; 26; 32]. Основными направлениями применения ВР являются: область компьютерных технологий и интернет разработок [7; 27]; решение психологических [1; 2; 3; 4; 14; 21]; педагогических [7; 10; 13; 15; 19; 23; 26; 31; 33; 35]; социальных вопросов [5; 30]; военная подготовка; автомобиле-и машиностроение; медицина [18; 22; 24] и др.

Анализ научных работ, посвященных результатам применения ВР-технологий в психологии и педагогике, как в России, так и за рубежом, позволяет выделить ряд актуальных и перспективных направлений.

В отечественной психологии представлены исследования, посвященные методологическим и теоретическим разработкам новой виртуальной онтологии [3; 5], опубликованы результаты научных исследований В.В. Селиванова и его учеников, подтверждающие позитивное влияние краткосрочных обучающих программ в ВР на психическое развитие школьников и студентов [14; 20; 22; 24]. Вопросы формирования мотивирующей интерактивной среды раннего личностного и профессионального самоопределения детей и подростков, развития у них интереса к научно-техническому творчеству поднимает в своих трудах П.Д. Рабинович [16]. На взаимосвязь мотивационной привлекательности компьютерных игр с когнитивными, эмоциональными, саморегуляторными переживаниями указывает в своих работах А.А. Марголис и др. [13]. Одно из направлений исследований дидактического потенциала ВР связано с выявлением значения ВР в решении продуктивных и репродуктивных задач [1]. Исследования С.А. Анкудиновой, Н.А. Непочатых касаются изучения индивидуальных особенностей усвоения материала при обучении с использованием ВР-технологий [4].

Актуальным является изучение эффективности внедрения инновационных методов преподавания в вузе с помощью ВР-технологий. Всесторонний анализ возникших проблем при использовании данных методов проводит в своих работах А.Д. Иоселиани [9]. Автор отмечает, что поиск верного решения по применению этих методов, в том числе с использованием ВР-технологий, зависит от специфики учебной дисциплины, от особенностей мышления субъекта образовательного процесса.

Несмотря на возникающие разногласия по вопросу применения ВР-технологий в обучении, исследователи сходятся во мнении, что результатом погружения субъекта в ВР являются качественные изменения не только когнитивных процессов, но и психических состояний [6; 3; 10; 22]. И таким образом, актуальной становится задача изучения динамики психических состояний субъектов, обучение которых осуществляется с использованием ВР-технологий [4; 11; 14; 20; 23].

Анализ зарубежного опыта создания образовательной ВР показывает, что исследования ВР в дидактике акцентируются на различных областях [25]. Прежде всего изучается контент образовательной ВР по характеру оказываемого на пользователя воздействия [29]. Дадли и Дэдэ выделяют ряд факторов, оказывающихся существенное влияние на эффективность освоения материала: педагогическая направленность дизайна ВР (явная/неявная педагогическая цель); организуемые ВР-контентом формы поведения (кооперация/ конкуренция); надежность, проверяемость и точность информации и др. П. Акзель уделяет внимание описанию потенциала продуктов образовательной ВР, рассматривая как преимущества, так и недостатки различных технологий ВР [26].

Актуальными направлениями зарубежных исследований также являются: разработки теоретических подходов к применению ВР в образовании (конструктивистский, экспериментальный, ситуационный) [27; 30; 32; 35], изучение функции ВР в образовании (коммуникативная, моделирования, создание пространства опыта) [32; 37]; описание и разработка новых форм обучения с ВР [29; 31; 32; 37], а также описание их содержания.

Что же касается вопроса изучения влияния ВР на психические состояния обучающихся, то его рассмотрение может осуществляться в двух направлениях:

1)    определение закономерностей динамики психических состояний обучающихся в условиях применения дидактических ВР-программ с применением ВР-технологий различного уровня технической оснащенности;

2)    определение факторов, в том числе субъективно-психологических, обусловливающих прочность усвоения учебного материала.

ВР обозначает трехмерное компьютерное моделирование, создающее эффект реальности без ее реального (физического) качества [5]. В работах В.А. Барабанщикова и В.В. Селиванова выделяются два основных значения термина ВР: во-первых, в широком смысле, ВР — это вся информационная среда, создаваемая при помощи цифровых технологий; во-вторых, в узком смысле, ВР — высший продукт программирования, связанный с моделированием внешнего и внутреннего мира человека с использованием иммерсивных 3-D информационных сред, являющихся вершиной современного программирования и цифровых технологий [5].

В.В. Селиванов с коллегами выделяют три основных уровня ВР. В первичный уровень автор включает: искусственную реальность, создаваемую человеком без цифровых технологий (традиционные произведения искусства; продукты деятельности воображения — мифологические персонажи, сказки, былины и т. д.); измененные состояния сознания (клинические психо­тические состояния, гипнотические трансовые состояния). Вторичный уровень включает искусственную реальность, также создаваемою человеком при помощи цифровых технологий, с низкой степенью выраженности интерактивности и анимации (информационное пространство: Интернет, программные продукты персонального компьютера и др.). И, наконец, третий уровень — технологии высшего уровня, который включает искусственную информационную реальность, созданную с целью максимально приближенной имитации обычной реальности при помощи цифровых технологий, характеризующуюся высокой степенью анимации интерактивностью [5].

Качественным отличием различных уровней ВР является выраженность ее иммер­сивного свойства — чувства присутствия наблюдателя в ВР, которые, с одной стороны, обеспечиваются технологическими устройствами, с другой — психологическими особенностями наблюдателя, находящегося в условиях сетевого моделирования социального взаимодействия и поведения [5].

Цель исследования состояла в изучении динамики психических состояний обучающихся юношеского возраста, осваивающих дидактические ВР-программы с использованием технологий виртуальной реальности различного уровня (ПК, шлем VIVE).

Процедура и методы исследования

Структура исследования предполагала работу двух групп респондентов с дидактическими ВР-программами. Участникам первой группы (rn=50) предлагалось выполнить задание в программе, реализованной по технологии ВР высшего уровня, демонстрируемой при помощи ВР-гарнитуры (шлем VIVE) [19]; второй группе предлагалось выполнить аналогичное задание, но при помощи стационарного ПК (n2=46). Использование разного типа оборудования с отличительными особенностями сенсорной стимуляции формировало у участников иммерсивный опыт разного качества. До и после экспериментального воздействия проводилась диагностика восьми параметров психических состояний: активация, возбуждение, тонус, спокойствие, самочувствие (методика «Актуальное состояние» (АС) Куликова) [12; 6]; общее настроение, астения, эйфория (методика «Оценка настроения»

(ОН) (облегченный вариант методики САН) Доскина и др.) [7; 6]; степень выраженности эффекта присутствия в ВР (методика «Выраженность эффекта присутствия в ВР» (ТИСВ) Селиванова, Ивченковой) [5].

Методика АС направлена на диагностику характеристик психологического уровня актуального психического состояния, которое включает в себя доминирующие чувства и общую оценку жизненных событий субъективного настоящего [11]. АС содержит пять шкал: 1) «Ак-АС» (активация—деактивация); 2) «То-АС» (тонус — высокий—низкий); 3) «СА» (самочувствие физическое — комфортное—дискомфортное); 4) «Сп-АС» (спокойствие—тревога); 5) «Во» (возбуждение эмоциональное — низкое—высокое).

В анализ результатов были включены показатели по четырем шкалам, за исключением шкалы «Сп-АС», в которой не было выявлено значимых различий в значениях исследуемых показателей ни в одной из групп.

Опросник ОН направлен на диагностику преобладающего настроения в текущий момент времени и определяет уровень выраженности трех состояний: 1) настроение; 2) астеническое состояние; 3) эйфорию.

Методика ТИСВ позволяет выявить степень эффекта присутствия в виртуальной реальности [5].

Дидактические ВР-программы. В исследовании использовались ВР-программы из курсов школьных программ: по геометрии — «Теорема о трех перпендикулярах» и по биологии — «Синтез белка». Программы сгенерированы в мультиплатформенном приложении для создания 3D-изображений Unity, характеризующегося высокой степенью анимации интерактивностью; средняя продолжительность погружения 15—23 мин.

Оборудование. Предъявление ВР-программ осуществлялось при помощи оборудования двух типов. В одной группе использовались шлемы VIVE. В шлеме VIVE используется Full HD-экран OLED; разрешение общее — 2880x1600, бинокулярное — 1440x1600; частота обновления — 90 Гц; угол обзора —110°. Изображение — четкое и контрастное, за счет низкого времени отклика (2 мс) и высокой частоты обновления матрицы проекция изображения осуществлялась на все поле зрения. Шлем данного типа способен отслеживать ориентацию человека в пространстве, наклоны в стороны, наклоны вперед-назад, наклоны вверх-вниз и передвижения. В другой группе использовались стационарные ПК DEPO Neos 620SE, Kraftway КС36/ЭЛТ-монитор ViewSonic 90Gf.

Независимыми переменными в исследовании являлись параметры работы испытуемых с дидактическими ВР-программами. В качестве зависимых переменных в эксперименте выступили показатели уровня выраженности психических состояний.

В исследовании приняли участие преимущественно студенты первых курсов московских вузов в количестве 96 человек, в возрасте от 17 до 25 лет (M= 20,1; SO=4,6), из них 27 юношей и 69 девушек. Количество участников по группам: n1=50; М=20,7; SO=1,95; во второй группе п2=46; М=19,9; SO=4,6.

Результаты

В результате анализа данных по методике АС были получены средние значения показателей уровня активации для каждой из двух групп участников до и после работы с дидактической ВР-программой. Для математического анализа данных применялся статистический Критерий-ф* — угловое преобразование Фишера и критерий T-Вилкоксона. Для подсчета критерия использовался статистический пакет SPSS 21.

Результаты анализа показателей уровня активации в процентном соотношении к общему числу участников каждой из групп по шкалам «Активация», «Возбуждение» «Самочувствие» и «Тонус» представлены на гистограммах.

На рис. 1 отражены изменения по показателям уровня активации участников по шкале «Активация», использующих в работе шлемы VIVE. Получено статистически достоверное снижение показателя «низкий уровень» активации у 34% респондентов до и у 4% после работы с программой (ф*эмп= 4,794 при p<0,01). В то же время результаты анализа свидетельствуют о достоверно значимом возрастании значений показателя «высокий уровень» активации у 6% участников до и у 64% после работы с программой (ф*эмп= 6,8 при p<0,01). Анализ показателя «повышенный уровень» активации не обнаружил значимых различий.

На рис. 2 отражены изменения по показателям уровня активации участников по шкале «Активация», использующих в работе стационарные ПК. Так, например, показано статистически достоверное повышение показателя «низкий уровень», выраженного у 19% респондентов до и у 39% после работы с программой (ф*эмп= 2,008 при p<0,05). В данной группе наблюдается динамика снижения значений показателей по повышенному уровню активации с 17% до 10% и по высокому уровню активации — с 17% до 6%; однако эти значения не достигают уровня статистической значимости.

Сравнение эмпирических результатов двух групп по параметру «активация» позволило выявить противоположные тенденции в изменении данного состояния у участников исследования: у респондентов первой группы изменение произошло в направлении большей готовности действовать, быть активным, преодолевать препятствия, более выраженной оптимистичности и жизнерадостности. Во второй группе, напротив, уровень активации значительно снизился.

Результаты анализа показателей динамики состояния возбуждения представлены на рис. 3 и рис. 4.

На рис. 3 отражена динамика изменений показателя уровня возбуждения у участников исследования, использующих шлемы VIVE. Наблюдается статистически достоверное снижение показателя возбуждения в случае первоначально пониженного уровня с 84% до 4% (ф*эмп= 9,58 при p<0,01) и достоверное повышение показателей в случае первоначально повышенного уровня возбуждения — с 2% до 94% (ф*эмп= 10,76 при p<0,01).

На рис. 4 отражена динамика изменений показателя уровня возбуждения у участников исследования, решавших задачи с применением стационарных персональных компьютеров. Как видим, показатели данного параметра на каждом из уровней изменились незначительно. Можно отметить только повышение значений с 0% до 7% в случае первоначально пониженного уровня возбуждения. Однако, в целом, статистически достоверных различий по параметру возбуждения в данной группе не выявлено.

Сравнительный анализ показателей уровня возбуждения свидетельствует о том, что испытуемые второй группы после работы с ВР-программой с применением шлема VIVE

обнаруживают состояние эмоционального возбуждения, оживления, напряжения, а также некоторое снижения эмоционального самоконтроля. То есть полученные данные подтверждают наличие взаимосвязи между погружением в виртуальную среду и изменением психоэмоционального состояния субъекта.

Результаты анализа показателей динамики изменения самочувствия представлены на рис. 5 и рис. 6.

Испытуемые первой группы демонстрируют динамику улучшения самочувствия при первоначально повышенных показателях самочувствия — с 30% до 62% (ф*эмп= 3,056 при p<0,01) и снижение показателей при первоначально низких показателях самочувствия — с 30% до 0%.

Полученные данные указывают на улучшение состояния физического комфорта, которое произошло у респондентов после работы с ВР-шлемом.

На рис. 6 представлены результаты анализа изменения показателя самочувствия у участников исследования, работающих на стационарных персональных компьютерах. Заметное снижение уровня самочувствия отмечается при первоначально высоком уровне — с 30% до 22%. Однако существенных различий по параметру самочувствия в данной группе обнаружено не было.

Сравнительный анализ показателей самочувствия двух групп испытуемых указывает на его улучшение у испытуемых первой группы (Спа) и снижение показателей уровня самочувствия у испытуемых второй группы (решавших дидактические задачи с применением стационарного персонального компьютера)

Результаты анализа показателей общего тонуса организма представлены на рис. 7 и рис. 8.

В первой группе наблюдается повышение значений показателя тонуса при первоначально высоком его уровне — с 4% до 36% (ф*эмп= 4,42 при p<0,01) и при первоначально повышенном уровне — с 42% до 60% (ф*эмп= 1,81 при p<0,01). Отмечается существенное снижения общего тонуса в случае первоначально сниженного уровня — с 38% до 2% (ф*эмп= 5,22 при p<0,01). Полученные данные свидетельствуют о том, что испытуемые первой группы склонны проявлять активность и расходовать энергию, способны стенически реагировать на возникающие трудности, формируют субъективные ощущения внутренней собранности, запаса сил, энергии для работы.

В группе испытуемых, выполнявшей задания на персональном компьютере, обнаруживается повышение общего тонуса в случае первоначально высокого уровня — с 69% до 78% и снижение — при первоначально повышенном тонусе — с 10% до 6%. В случае низкого и пониженного уровня общего тонуса статистически значимых различий выявлено не было. В целом, результаты оценки общего тонуса не обнаружили динамики изменения показателей.

Сравнительный анализ показателей двух групп свидетельствует о повышении общего тонуса у испытуемых, выполнявших задания с помощью дидактической ВР-программы со шлемом VIVE; в данном случае можно говорить о сохранении работоспособности в отличие от испытуемых второй группы (выполнявшей задания на персональном компьютере), у которых такой динамики не наблюдалось.

В табл. 1 представлены результаты оценки сдвига значений показателей по четырем шкалам методики «Актуальное состояние».

Анализ данных с применением статистического критерия T-Вилкоксона указывает на достоверные изменения в значениях показателей четырех параметров «актуального состояния». В первой группе — участники использовали шлемы VIVE — обнаруживается динамика возрастания значений показателей активации, тонуса, самочувствия и возбуждения 132

Таблица 1

Статистическая оценка сдвига (T-Вилкоксона) показателей по четырем шкалам методики «Актуальное состояние»

(p-value = 0,000000 < p < 0,05). Во второй группе — участники работали с дидактической ВР-программой с использованием стационарных персональных компьютеров — обнаруживается достоверное снижение значений показателей активации (p-value = 0,000000 < p < 0,05). Статистически достоверных изменений значений показателей тонуса, возбуждения, самочувствия в данной группе не выявлено.

В табл. 2 представлены результаты статистической оценки сдвига значений по трем показателям оценки настроения: настроение, астеническое состояние и эйфория.

Таблица 2

Сравнительный анализ показателей при различной степени погруженности в ВР (с использованием шлемов и без них) по методике «Оценка настроения»

Результаты анализа показателей астенического состояния, эйфории свидетельствуют об их достоверном возрастании у участников, выполнявших задания с применением дидактических ВР-программ с помощью ВР-шлемов. В отличие от данных первой группы, во второй группе статистически достоверных различий не было выявлено.

Результаты анализа показателей выраженности эффекта присутствия в ВР представлены в табл. 3.

Таблица 3

Сводные данные диагностики эффекта присутствия в ВР в группе n1=50 и группе n2=46

Полученные данные по показателям выраженности эффекта присутствия в ВР представлены на рис. 9 и рис. 11.

Значения показателей эффекта присутствия в ВР в группе, работающей со шлемом VIVE, обнаруживают динамику значительного роста в диапазоне — высокой степени — с 16% до 80% (ф*эмп= 6,955 при p<0,01), на этом фоне снижаются значения показателей первоначально среднего уровня выраженности — с 40% до 20% (ф*эмп= 2,21 при p<0,05) и первоначально низкой степени выраженности — с 44% до 0%.

Анализ полученных данных с помощью статистического критерия Т-Вилкоксона свидетельствует о статистически значимых изменениях в показателях выраженности эффекта присутствия в ВР в группе испытуемых, использовавших шлем для выполнения заданий.

На рис. 10 представлены результаты анализа показателей выраженности эффекта присутствия в ВР у участников второй группы, свидетельствующие об отсутствии изменений в их значениях в низком и среднем диапазоне. Наблюдается небольшое снижение показателей по отношению к первоначально высоким значениям — с 87% до 78%. Статистически значимых различий не было выявлено.

Анализ результатов диагностики эффекта присутствия в ВР у участников исследования, при освоении ими дидактических ВР-программ, позволил сделать вывод о более высокой степени иммерсивности ВР-технологий высшего уровня (шлем VIVE), в отличие от технологий более низкого уровня (стационарные компьютеры).