Wirtualne eksperymenty też pomagają zrozumieć

W ostatni piątek odbyła się w Warszawie konferencja Edu-AR poświęcona związkom między edukacją i światem wirtualnym, połączona z pokazami narzędzi, które mogłyby pomóc nauczycielom wypełnić lukę spowodowaną brakiem eksperymentów w pracowni chemicznej, biologicznej czy fizycznej.

W tym wypadku mieliśmy do czynienia z wirtualną pracownią chemiczną, w której, dzięki eksperymentom opracowanym w programie Professor Why, mogliśmy własnoręcznie połączyć różne „wirtualne“ składniki i zobaczyć na ekranie komputera efekty naszej pracy. Czy taki eksperyment różnił się od tego, w którym w pracowni chemicznej wykorzystujemy prawdziwe składniki chemiczne i narzędzia? Na pewno. Ale z drugiej strony program komputerowy też pozwalał osobiście przeprowadzić doświadczenie, tyle, że działo się ono na ekranie komputera. Nie można było (jeszcze?) dotknąć, powąchać, ale było też i bezpieczniej. Coś za coś.

„Nie chodzi o to, żeby zastępować eksperymentowanie w laboratoriach szkolnych. Ono jest na pewno lepsze niż wirtualne. Ale jeżeli nie można eksperymentować w naszej rzeczywistości, to wówczas eksperymenty w rzeczywistości wirtualnej są lepsze niż żadne inne.“ - mówi Marek Trojanowicz z gdańskiej firmy CTAdventure, która od dwóch lat zajmuje się produktami elektronicznymi tworzonymi w tzw. rzeczywistości rozszerzonej.

Co to jest? W najprostszej definicji (Wikipedia) jest to system łączący świat rzeczywisty z generowanym komputerowo (ang. augmented reality albo w skrócie AR). Zazwyczaj wykorzystuje się obraz z kamery, na który nałożona jest generowana w czasie rzeczywistym grafika 3D. Jest to zatem system łączący w sobie świat realny oraz rzeczywistość wirtualną, interaktywny w czasie rzeczywistym, umożliwiający swobodę ruchów w trzech wymiarach (Ronald Azuma, A survey of augmented reality).

Jak to działa?

Są generalnie dwa sposoby dostarczania danych do komputera (urządzenia mobilnego) – albo poprzez znaczniki (markery), albo poprzez geolokalizację. W przypadku doświadczeń chemicznych mieliśmy do czynienia z tym pierwszym sposobem. Przesuwaliśmy znaczniki na stole (różniące się od siebie, zawierająca inną informację dla komputera). Kamera internetowa obserwuje je (wystarcza wbudowana kamerka w komputerze), a na ekranie komputera dzięki detektorowi znacznika pojawiają się już konkretne elementy wirtualne, którymi mogą być np. próbówki z odczynnikami, składniki, narzędzia chemiczne itp. Poprzez zetknięcie znaczników następuje uruchomienie działania, np. połączenie składników, podpalenie, itp. Dołączając kolejne znaczniki i odkładając te już niepotrzebne, przeprowadzamy całe doświadczenie.

Perspektywy rozwoju tej technologii są duże. Doświadczenia mogą być realizowane praktycznie z użyciem każdej technologii, która widzi obraz (znacznik). Możemy odkrywać na tablecie trójwymiarowe urządzenia zaprojektowane przez Leonardo da Vinci, albo włączyć eksperymenty w gry na konsole. Rodzice zapewnie nie obraziliby się, gdyby dzieci zamiast „tylko“ grać, prowadziłyby również eksperymenty wirtualne na ekranie telewizora. W ten sposób można np. przemycać w grach zagadnienia z zakresu fizyki.

Jeżeli chcemy zaciekawić uczniów, a nie stać szkoły na zakup odczynników, spróbujmy eksperymentów w świecie wirtualnym. One też potrafią zaciekawić uczniów, co potwierdzają badania prowadzone przez Uniwersytet Warszawski przez zespół prof. dr hab. Barbary Sosińskiej-Kalaty z Instytutu Informacji Naukowej i Studiów Bibliologicznych.

Możliwości stosowania na lekcjach

Badacze UW przeprowadzili badania w 1643 szkołach województw mazowieckiego, świętokrzystkiego i pomorskiego (badania ankietowe plus wywiady pogłębione). Badano nie tylko zainteresowanie wykorzystaniem TIK w dydaktyce, ale i praktykę stosowania TIK na zajęciach oraz możliwości, jakie mają szkoły dla wykorzystania rzeczywistości rozszerzonej.

Pewną barierą dla stosowania nowych technologiach w szkołach jest ciągle sprzęt i oprogramowanie. Tylko na papierze w szkołach jest „dużo“ komputerów – z wywiadów prowadzonych przez naukowców z UW dowiadujemy się np. że w około 100 szkołach z badanych trzech województw, miejskich i wiejskich, większość komputerów jest starsza niż 5 lat (60% w przypadku szkół wiejskich), a w 15% z nich zainstalowane są systemy operacyjne Microsoft starsze niż Windows XP. Można powiedzieć, że w dużej mierze polskie szkoły pracują na sprzęcie muzealnym. Nowych komputerów (2 letnie i młodsze) w badanych szkołach było zaledwie około 10%.

Również z siecią bywa różnie. Tylko 5% szkół ma internet ma przepustowość powyżej 100mb/s, czyli dającej możliwość swobodnego korzystania z sieci na zajęciach przez wielu użytkowników jednocześnie. W połowie badanych gimnazjów była niższa niż 10mb/s. Ogólnodostępne dla uczniów wifi pojawia się w 44% szkół.

Trudno ocenić, jak jest z kompetencjami cyfrowymi nauczycieli. Z badań wynika, że deklaratywnie jest dobrze i bardzo dobrze, nauczyciele czują się pewnie z TIK. Problemy ujawniają się dopiero, gdy nauczyciele zmuszeni są wykorzystać nowsze narzędzia internetowe, z których do tej pory nie korzystali. Zapytani o szczegóły i przykłady nauczyciele ujawniają, że nie korzystają z TIK na każdych zajęciach, a jeśli już korzystają to z narzędzi prezentacyjnych (nieśmiertelny Powerpoint). Również dane dotyczące sprzętu komputerowego w szkole potwierdzają, że w większości klas jest możliwość skorzystania z komputera, rzutnika multimedialnego, czasem również tablicy interaktywnej.

Atrakcyjność zajęć

To, że poszukiwanie wsparcia technologii jest na miejscu dowodzą wypowiedzi chemików. 47% badanych nauczycieli narzeka na brak odczynników, zaś 49% czuje, że ze strony dyrekcji nie ma zachęty do prowadzenia tradycyjnych eksperymentów (koszty i bezpieczeństwo).

W ramach badań porównywano atrakcyjność zajęć z chemii w gimnazjum. Przygotowano i prowadzono zajęcia w trzech formach: z eksperymentami wyłącznie pokazywanymi w formie wideo, z takimi w rzeczywistości rozszerzonej oraz „prawdziwymi“ w laboratorium chemicznym. Łącznie w badaniach uczestniczyło 192 uczniów z 20 szkół woj. pomorskiego, wszystkie z dostępem do internetu, mieszane miejskie i wiejskie. Program był ten sam, o takim samym stopniu trudności i profesjonalizmu prowadzących. Po zajęciach uczniowie wypełniali ankiety.

Okazało się, że w przypadku chemii samo oglądanie filmów i prezentacji to za mało. Te zajęcia okazały się najmniej atrakcyjne, blisko o 30% niżej oceniane od pozostałych dwóch form, z wykorzystaniem rozszerzonej rzeczywistości lub prawdziwych doświadczeń chemicznych. Najwyższe oceny zdobyły zajęcia z wykorzystaniem składników i narzędzi, w których uczniowie mogli poczuć wszystkimi zmysłami fakt przeprowadzenia eksperymentu. Te podobały się wszystkim uczestnikom w grupie. Równie wysokie notowania miały zajęcia z wykorzystaniem AR. Były wysoce atrakcyjne, ale tu grupa nie była już jednak taka zgodna jeśli chodzi o wartość poznawczą (70% ocen bardzo dobrych).

Uczniowie zapytani, jakich zajęć z chemii oczekują, podkreślali, że lepiej zrozumieliby przedmiot, gdyby eksperymenty jednak były przeprowadzane na zajęciach (66%). Mniej więcej taka sama liczba oczekiwałaby co najmniej doświadczeń w AR (np. w formule gry komputerowej), ale zdecydowanie więcej chciałoby prawdziwych eksperymentów chemicznych (75,5%).

Tak czy owak, Konfucjusz nadal ma rację.

(Notka o autorze: Marcin Polak jest twórcą i redaktorem naczelnym Edunews.pl, zajmuje się edukacją i komunikacją społeczną, realizując projekty społeczne i komercyjne o zasięgu ogólnopolskim i międzynarodowym. Jest również członkiem grupy Superbelfrzy RP).

Więcej na temat rzeczywistości rozszerzonej w Edunews.pl: