Безопасное использование виртуальной реальности в образовании

Мировое образовательное сообщество пристально следит за внедрением технологии виртуальной реальности в образование, а если быть точнее, за переходом “сквозных” цифровых технологий из профессионального образования и подготовки кадров на сектор общего образования в школы.

Исследованиями о влиянии виртуальной реальности на здоровье людей занимаются многие признанные ученые по всему миру. Среди них более 20 крупнейших университетов мира (список в конце статьи).

Расширение областей применения образовательных VR-технологий подразумевает снижение возраста пользователей продуктов до детей и подростков. Здесь разработчики, вендоры и учителя встречаются с рядом проблемных вопросов, связанных с этикой безопасного использования виртуальной реальности при работе с детьми. В конце концов, в основе введения образовательных новшеств и прогрессивных педагогических технологий должно лежать физическое и психологическое благополучие обучающихся.

Центр компетенций НТИ по нейротехнологиям, технологиям виртуальной и дополненной реальности при Дальневосточном федеральном университете проанализировал существующий научный и практический опыт с целью ответить на вопрос: как безопасно использовать виртуальную реальность в образовательных целях в школах?

Внедрению виртуальной реальности в образовательный процесс всегда предшествуют вопросы безопасности. Сюда относятся и возрастные пределы использования VR-устройств и контента. На сегодняшний день невозможно создать точную возрастную классификацию образовательных VR-продуктов ввиду новизны научно-исследовательской базы.

Как же образовательным учреждениям не навредить своим ученикам в стремлении угнаться за технологическим прогрессом? Ответ на этот вопрос кроется в технических характеристиках виртуальной реальности и известных особенностях психического развития человека.

Ощущение присутствия в виртуальной реальности тесно связано с активацией лобных областей коры мозга (Baumgartner, et al., 2006; Baumgartner, et al., 2008; Kober & Neuper, 2012; Clemente et al., 2013; Clemente, et al., 2014; Gavgani, et al., 2018), а максимальная скорость развития лобных долей и абстрактного мышления приходится на подростковый возраст. Соответственно, ожидается, что при погружении в VR дети, не достигшие подросткового возраста, не смогут отличить виртуальное от реального. В целях предотвращения косвенного вреда VR здоровью детей, не рекомендуется использовать образовательный VR-контент при обучении детей младшего школьного возраста (7-11 лет).

Тем не менее, представляется возможным со временем увеличить спектр употребления виртуальной реальности в школе и понизить рекомендуемый возрастной предел. В целом на это повлияет расширение исследовательской базы о влиянии VR на детей и формирование критериев к VR-контенту.

К примеру, ученые обнаружили, что VR-игры незначительно влияют на постуральную стабильность (устойчивость) и вестибулярный рефлекс здоровых детей 4-10 лет, а также вызывают меньший дискомфорт и вторжение воспоминаний, чем у взрослых (Tychsen & Foeller, 2020).

Более того, исследование, проведенное канадской Лабораторией междисциплинарных исследований Университета Квебека в Труа-Ривьере показало, что дети от 7 до 16 лет в виртуальной реальности демонстрируют устойчивость к укачиванию при использовании VR (Nolin, et al., 2016).

Таким образом, при принятии решения об использовании VR-устройств в образовательных учреждениях сегодня стоит опираться на рекомендации разработчиков оборудования, а также известный научный опыт, модифицируя процесс по мере появления новых результатов.

Ребенок 21-го века растет в условиях мощных, постоянно возобновляющихся информационных потоков и открытого доступа к компьютерам, планшетам, смартфонам и т.д. Очевидна необходимость трансформации образовательного процесса с учетом привычных для современных школьников форм получения и обработки информации. Этим обосновывается использование в образовании мультимедийных средств обучения, к которым относится и виртуальная реальность.

Справка: Киберболезнь - особое функциональное расстройство, вызываемое сенсорным конфликтом между частями зрительного аппарата при просмотре кино или в видеоиграх.

Широко известно, что неразумное применение технологий (в том числе смартфонов, компьютеров, телевизоров), их ненормированное использование может нанести вред здоровью человека. Однако аналогичным образом вред нашему зрению наносит, к примеру, регулярное чтение при тусклом освещении.

Для того, чтобы предотвратить ксенофобию в отношении VR, мы обратились к международной научно-исследовательской базе данных о связи между VR и здоровьем детей и подготовили рекомендации, которые позволят правильно и безопасно использовать виртуальную реальность в учебном процессе. Мы разделили информацию на риски и рекомендации по их устранению.

Дети и подростки наиболее уязвимы для рисков длительного погружения в виртуальную реальность: среди них зависимость, незаметные психологические изменения, психические заболевания (Madary & Metzinger, 2016).

Рекомендация:

Рекомендуется начинать погружение в VR c коротких сессий на несколько минут, постепенно увеличивая время погружения и более длительные учебные программы. Максимально допустимая продолжительность использования гарнитуры на учебном уроке в школе составляет 15 минут.

Конфликты между вестибулярной, проприоцептивной (ощущение своего тела) и визуальной информацией приводят к визуально вызванному укачиванию (далее - укачивание) или киберболезни.

К группам пользователей, потенциально уязвимых для укачивания, могут относиться люди с нарушением вестибулярного аппарата (Johnson, et al., 1999) и люди с нарушением устойчивости в положении стоя (Arcioni, et al., 2019). Ранее предполагалось, что люди с психотическими расстройствами более уязвимы для укачивания, однако сегодня эта гипотеза не является подтвержденной.

Резкие движения и нарушение поведения в виртуальной среде могут вызывать побочные эффекты укачивания, такие как сонливость, головокружение, бледность, холодный пот, глазодвигательные нарушения, тошнота и (редко) рвота (Keshavarz, et al., 2015).

Регистрация физиологических реакций обучающихся также показала значительные изменения при использовании VR. Неконтролируемое движение в виртуальной среде увеличивает количество морганий, амплитуду волн электродермальной активности, силу сокращения желудка, частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, связанную с фазой дыхания аритмию сердцебиений, температуру пальцев (Kim, et al., 2005; Dennison, et al., 2016). Подобные эффекты симпатической активации были обнаружены в виртуальных американских горках (Baumgartner, et al., 2006; Gavgani, et al., 2017) или при смоделированных в VR видах с большой высоты (Debarba, et al., 2017; Gromer, et al., 2019).

Рекомендация:

Не рекомендуется задействовать в обучении динамическую виртуальную реальность, центральными характеристиками которой являются множественные перемещения в пространстве и/или необходимость выполнять высокоинтенсивные физические действия.

Исследования демонстрируют, что VR-контент может вызывать или облегчать воспроизведение негативного или травмирующего опыта субъекта. Оно способно вызывать травматический стресс (Cuperus, et al., 2016) или симптомы легкого стресса, такие как травматические мысли и убеждения, вторжение воспоминаний и поведение избегания (Cuperus, et al., 2017; Dibbets, 2019).

Рекомендация:

VR-контент, используемый в образовательных целях, должен проходить оценивание на соответствие и образовательным стандартам. Он также должен следовать этическим нормам обучения. VR-контент ни в коем случае не должен привносить в образовательный процесс травмирующий опыт или поведенческие характеристики, которые противоречат законам государства и морали. Направленность образовательного контента должна поддерживать принципы гуманистического воспитания ребенка.

Справка: Вторжение воспоминаний - это неконтролируемое воспроизведение негативного опыта человека, которое приводит к переживаниям.

При краткосрочном воздействии, VR-гарнитура не влияет на стереоскопическое и бинокулярное зрение здоровых детей (Dylan et al., 2017), однако данный эффект еще не исследован в долгосрочной перспективе.

Рекомендация:

В целях профилактики рекомендуется выполнять упражнения для глаз в течение нескольких минут после каждой VR-сессии.

В редких случаях, при нахождении в виртуальной реальности, пользователи могут испытывать сильные головные боли, судороги, подергивание глаз или помутнение взора, вызванные световыми вспышками или паттернами. Такие приступы чаще встречаются у детей и молодых людей в возрасте до 20 лет. Данный эффект не уникален для виртуальной реальности, так как риск его возникновения возможен и при просмотре телевизора или видеоиграх.

Рекомендация:

При появлении любого из указанных симптомов необходимо незамедлительно прекратить использование гарнитуры виртуальной реальности и обратиться к врачу. Любой пользователь, имевший эпилептические приступы ранее, терявший сознание или имевший другие симптомы, связанные с эпилептическим состоянием, должен проконсультироваться у врача перед использованием гарнитуры виртуальной реальности.

Данная статья не стремится раз и навсегда закрыть тему безопасности виртуальной реальности для образования, так как сегодня еще очевидна необходимость в глубоких исследований влияния виртуальной реальности на детей.

Нами были указаны известные риски, которых можно избежать при правильной организации учебного процесса со стороны преподавателей и администрации школы, нормировании использования VR-технологий.

Важно понимать, что виртуальная реальность не является заменой существующих форм обучения. Ее стоит использовать для дополнения процесса обучения и инструментом для развития навыков 21-го века у детей цифрового поколения.

Тумялис Алексей Вячеславович - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Центра НТИ ДВФУ по VR/AR

Смирнов Алексей Сергеевич - главный специалист Центра НТИ ДВФУ по VR/AR

Фадеев Кирилл Андреевич - лаборант-исследователь Центра НТИ ДВФУ по VR/AR

Юшина Вера Дмитриевна, специалист Центра НТИ ДВФУ по VR/AR

Дополнение к статье:

Список университетов, проводящих исследование влияния VR-технологий на человека:

- Калифорнийский университет (США);

- Южнокалифорнийский университет (США);

- Медицинский центр Вашингтонского университета (США);

- Австралийский Национальный Университет (Австралия);

- Университет Вулонгонг (Австралия);

- Университет Ньюкасл (Австралия);

- Университет Нового Южного Уэльса (Австралия);

- Цюрихский Университет (Швейцария);

- Швейцарский федеральный технологический институт Лозанны (Швейцария);

- Политехнический университет Валенсии (Испания);

- Университет Вюрцбурга, Германия, Университет Жауме I (Испания);

- Утрехтский университет (Нидерланды);

- Лейденский университет (Нидерланды);

- Маастрихтский университет (Нидерланды);

- Университет Торонто (Канада);

- Университет Квебека в Труа-Ривьере (Канада);

- Исследовательский отдел Института реабилитации Торонто (Канада),

- Университет Саймона Фрейзера (Канада);

- Университет Корё (Южная Корея);

- Грацский университет имени Карла и Франца (Австрия);

- Грацский технический университет (Австрия);

- Майнцский университет им. Иоганна Гутенберга (Германия) и др.