Внедрение виртуальной и дополненной реальности в образовательный процесс СПО (на примере Institute of Technical Education (Singapore))

Представляем вашему вниманию материал, подготовленный Наталией Овчинниковой, кандидатом экономических наук,старшим аналитиком Центра трансформации образования (SEDeC) Московской школы управления СКОЛКОВО, рассказывающий об опыте внедрения 3D- и VR-технологий в образовательный процесс в Институте технического образования в Сингапуре.

ПОЧЕМУ Institute of Technical Education (Singapore)?

Институт технического образования (ITE) в Сингапуре был создан 1 апреля 1992 года как государственное учреждение профессионального технического образования, которое обеспечивает подготовку специалистов на базе среднего образования, а также реализует непрерывное образование для работающих взрослых. Обучение в ITE предоставляет выпускникам хорошие возможности для карьерного роста, профессиональной подготовки и переподготовки.

ITE представляет собой экосистему трех колледжей (Колледж инноваций и креативных разработок, Колледж предпринимательства и инноваций и Колледж сервиса и инноваций). Данная модель позволяет предоставлять высококачественное и разнообразное образование, актуальное и учитывающее потребности рынка глобальной экономики. ITE предлагает широкий выбор курсов для выпускников школ и работающих взрослых, в том числе в школах прикладных и медицинских наук, бизнеса и услуг, дизайна и медиа, электроники и информационных технологий, гостиничного бизнеса.

Миссия колледжа объединяет в себе необходимость предоставления высококачественного образования для дальнейшего трудоустройства, а также формирования возможностей для обучения на протяжении всей жизни.

Основной фокус делается на развитие навыков работы в команде, получения технических профессиональных компетенций и возможности дальнейшего карьерного развития.

В данной статье мы рассмотрим опыт внедрения виртуальной и дополненной реальности в образовательный процесс в ITE.

Особенности получения профессионального образования в Институте технического образования в Сингапуре

Профессиональное образование в Сингапуре, как, например, и в Швейцарии, выбирают многие выпускники школ. 25% всех выпускников в Сингапуре поступают в Институт технического образования. Система образования не позволяет студентам самим выбирать программу, на которую они хотят пойти. Процесс отбора на программу обуславливается способностями поступающих и их предыдущими успехами. Количество мест на программе зависит от прогноза количества вакансий, которые будут доступны в этой области. Более того, предполагается создание модели, которая будет формировать высококвалифицированные кадры в тех областях, где Сингапур хотел бы иметь сильное промышленное превосходство. В среднем, 90% выпускников ITE получают предложения о работе в течение шести месяцев после окончания обучения, и ITE была признана ОЭСР в качестве модельной программы по улучшению профессионального и технического образования. [1]

 

Виртуальная и дополненная реальность в Институте технического образования в Сингапуре

В 2017 году Институт технического образования открыл несколько пилотных программ, которые используют в образовательной деятельности многослойную систему 3D- и VR-обучения – iCube.

Что такое iCube, как образовательная среда? [2]

Революционная компьютерная программа, предоставляющая возможность обучающимся, погрузиться в виртуальную реальность, в которой они окружены образами/картинками и звуками, соответствующими реальности. iCube – высококачественная визуализирующая система, которая может совмещать в себе несколько слоёв (стен), сделанный из светоусиливающего жесткого материала.

Четырёхстенная система позволяет обучать от 4-х до 6-ти человек с возможностью погружения в виртуальную среду используя датчики отслеживания движения. Помимо этого, образовательное пространство позволяет студентам оценивать/наблюдать за своими сокурсниками и «участвовать» в образовательном процессе.

Образовательное пространство iCube

Студенты в процессе обучения в 3D-среде могут решать задачи, которые возникают в реальных условиях без последствий для здоровья и безопасности.

Разработка образовательных программ, включающая эти технологии, велась совместно с корпорациями, а ориентиром в этом процессе служили запросы рынка труда и учебных планов.

3D-системы виртуальной реальности

Студенты, обучающиеся на курсе «Морские и оффшорные технологии», используют технологию iCube для отработки своих навыков на моделируемой платформе нефтяной вышки.

Виртуальная платформа нефтяной вышки

В курсе по морским технологиям одна из задач включает в себя подъем трубы весом 0,9 тонны – рискованный манёвр, который может нанести вред работникам, если не будут приняты меры безопасности. Используя технологию виртуальной реальности, учащиеся могут выполнить задание и ощутить последствия несоблюдения мер безопасности без физического вреда. Испытав это, студенты могут лучше понять, что существует угроза жизни, если безопасность на рабочем месте не будет применяться.

Используя эти ИКТ, студенты могут безопасно обучаться при неблагоприятных погодных условиях, таких как сильный дождь и ветер, и научиться приспосабливаться к различным условиям окружающей среды и связанным с этим опасностями на работе.

В качестве второго примера можно выделить курс флористики, на котором студенты используют технологии виртуальной реальности для изучения различных видов цветов. Этот инструмент позволяет студентам летать, как пчела, вокруг цветов и внимательно их изучать. Студенты могут также фактически разбирать цветы, чтобы узнать об их частях, не уничтожая их. Кроме того программа позволяет использовать инструмент для создания виртуальных цветочных композиций (например, для оформления залов на мероприятия, подарочных букетов и так далее) не только самостоятельно, но также и в кооперации со своими одногруппниками.

3D-виртуальная реальность: флористика

Эта технология также использовалась для других дисциплин, включая курсы аэрокосмических технологий.

Таким образом, технология виртуальной трёхмерной реальности позволяет студентам приобретать навыки совместной работы и подготавливает их к выполнению реальных задач.

3D-системы дополненной реальности

3D-приложения дополненной реальности позволяют учащимся обучаться в режиме реального времени с использованием портативных устройств и реальных объектов. Приложения дублируют реальность в портативном устройстве в формате интерактивных 3D-моделей или 2D-информации с помощью графических маркеров или QR-кодов. На соответствующем физическом оборудовании и моделях, например, авиационных двигателях и запчастях, обучение проводится при помощи приложений, которые позволяют студенту изучить внутренние особенности строения двигателей, неполадки в работе и способы их устранения.

Применение дополненной реальности в образовательном процессе

Как это работает? У каждого студента есть своё портативное устройство (планшет или смартфон), который он использует для диагностики неисправности оборудовании и возможности устранения поломок. Студент подходит к оборудованию, на котором уже есть графические маркеры, находит у себя в приложении урок, соответствующий этому маркеру, наводит, например, планшет на двигатель и видит, как он устроен, какие процессы там происходят и что идет не так.

Например, слушатели курса «Аэрокосмические технологии» смогли загрузить в свои мобильные устройства и увидеть трёхмерные модели авиационных двигателей и наблюдать моделирование деталей для двигателей в приложении для просмотра AR. Эти трёхмерные симуляции помогли им визуализировать детали сложных систем и операционный поток внутри оборудования.

3D-дополненная реальность подходит для студентов, которые должны понимать тонкости сложного оборудования. Например, используя приложение дополненной реальности, студенты, которые ранее испытывали трудности в понимании того, как сгорание воздуха происходило в авиационном двигателе, теперь могли визуализировать процесс и оценить, как сложные компоненты работают вместе. Данное знаниевое преимущество позволяет стать профессионалом в своей области и формировать навыки, необходимые для работы в ближайшем будущем.

Опыт внедрения 3D и VR в среднее профессиональное образование

В прошлом теоретические аспекты рабочих профессий преподавались в основном с использованием традиционных методов, в то время как практические уроки представляли собой имитационные учебные пространства, такие как действующий отель, ресторан, ангар для самолетов и так далее. Студенты учились обращаться с реальными клиентами, оборудованием и другими рабочими ситуациями. Однако, имитационные учебные пространства являются слишком дорогими и часто непрактичными. Чтобы решить эту проблему, колледжи стали использовать ролевые игры в пространстве класса, моделируя ситуации, например, на ресепшене гостиницы. Несмотря на то, что лекторы старались как можно больше использовать обучение на местах, они сталкивались с проблемами по следующим причинам:

– Некоторые задачи не могли быть воспроизведены из-за проблем безопасности (например, тяжёлое оборудование на верфи, работающие двигатели самолетов и т.д.).

– Некоторые задачи было трудно воспроизвести из-за высоких затрат и ограниченного бюджета (например, использование цветов в крупных мероприятиях).

– Некоторые условия работы не воспроизводились (например, неблагоприятные погодные условия в море).

Именно поэтому ITE решили внедрить у себя пилотные программы по тем предметным областям, где воспроизведение рабочих условий для отработки имеет большие затраты. Для этого было выбрано использование 3D- и VR-технологий. ITE использовал уже имеющиеся в арсенале iCube разработанные ситуации, а также разрабатывал свои собственные, которые наиболее актуальны для нынешней ситуации.

Учебный план ITE содержит сравнительно небольшую теорию и фокусируется на практических занятиях. Технологии виртуальной 3D-реальности и технологии 3D-дополненной реальности делают возможной практику погружения в реальные ситуации, расширяя тем самым пространство обучения для студентов ITE. Кроме того, благодаря мультисенсорному восприятию в определенных рабочих условиях студенты могут оценить масштаб/ограничения рабочей среды и сложную взаимозависимость компонентов системы/ рабочего процесса. Эти технологии также увеличивают вовлечённость студентов в процесс обучения.

При использовании ИКТ учащиеся принимают решения, основанные на задачах, и должны «противостоять последствиям» своих решений. Отработка ошибок на практике даёт ряд преимуществ при дальнейшей работе по специальности. Студенты могут использовать эту технологию как в самостоятельном обучении, так и в командной работе по решению проблем в контексте конкретных рабочих ситуаций, способствуя тем самым подлинному обучению.

Ключевые фиксации опыта внедрения 3D и VR в среднее профессиональное образование

– Внедрение технологий 3D и VR, дополненной реальности, служащие незаменимым дополнением в образовательном процессе, являются востребованными, следовательно, оправдывают затраты на разработку программного обеспечения

– Важно иметь партнерские отношения с организациями, разрабатывающими программное обеспечение, чтобы сделать его максимально интегрированным в образовательный процесс и учебный план

– Необходимо проводить обучение преподавателей, чтобы они могли использовать новые технологические решения в образовательном процессе

– Использование 3D- и VR-технологий предполагает наличие выделенного пространства. Для дополненной реальности затраты будут ниже, так как она предполагает использование мобильных устройств и не требует дополнительного пространства.

– Использование 3D и VR в образовательном процессе позволяет подготовить студентов к ситуациям, которые ожидают их на рабочем месте, тем самым снизив количество смертельных случаев и повысив профессионализм выпускников.

 

Переход в образовательном процессе на использование современных технологий может казаться очень затратным и трудоёмким, однако, опыт ITE демонстрирует полезность данных нововведений и существенно повышает уровень образования в СПО. Использование современных образовательных технологий не только позволяет подготовить студентов к будущей профессии, но также учит их работать в совершенно новых условиях (с использованием 3D- и VR-технологий на будущих рабочих местах).

 

[1] Across the VET universe: a look at three different vocational education and training programs (2018) http://ncee.org/2018/03/across-the-vet-universe-a-look-at-three-different-vocational-education-and-training-programs/

[2] Beyond Access: ICT-enhanced Innovative Pedagogy in TVET in the Asia-Pacific (2017) UNESCO Bangkok Office https://bangkok.unesco.org/content/beyond-access-ict-enhanced-innovative-pedagogy-tvet-asia-pacific