Учебное моделирование - Instructional simulation - Wikipedia

An учебное моделирование, также называемый образовательная симуляция, это симуляция некоторого типа реальности (системы или среды), но который также включает в себя обучающие элементы, которые помогают учащемуся исследовать, ориентироваться или получать дополнительную информацию об этой системе или среде, которая обычно не может быть получена путем простого эксперимента. Учебное моделирование, как правило, ориентировано на достижение цели и фокусирует учащихся на конкретных фактах, концепциях или приложениях системы или среды. Сегодня большинство университетов делают возможным обучение на протяжении всей жизни, предлагая виртуальная среда обучения (VLE). Пользователи могут не только получать доступ к обучению в разное время своей жизни, но также могут полностью погрузиться в обучение, не перемещаясь физически в учебное заведение или взаимодействуя лицом к лицу с инструктором в режиме реального времени. Такие VLE сильно различаются по интерактивности и масштабу. Например, есть виртуальные классы, виртуальные лаборатории, виртуальные программы, виртуальная библиотека, виртуальное обучение и т. Д. Исследователи классифицировали VLE на 4 типа:

VLE 1-го поколения: они возникли в 1992 году и предоставили первые возможности онлайн-курсов. Они состояли из набора учебных материалов, дискуссионных форумов, систем тестирования и электронной почты, доступных в режиме онлайн. Этот тип виртуальной среды был статическим и не позволял взаимодействовать между различными компонентами системы.
VLE 2-го поколения: возникшие в 1996 году, эти VLE являются более мощными как с точки зрения интеграции баз данных, так и с точки зрения функций - планирования и администрирования, создания и поддержки учебных материалов, тестирования и анализа результатов. Существует более 80 форм, в том числе Learning Space, WebCT, Top Class, COSE, Blackboard и т. Д.
VLE 3-го поколения: новинка VLE 3-го поколения состоит в том, что они включают новейшие технологии, доступные в реальном и нереальном времени (синхронные и синхронные коммуникации), такие как аудио- и видеоконференции через Интернет - «один на один» и «один на один». ко многим », функции совместной работы для работы в группах, семинары, лаборатории, форумы и, конечно же, обучение, развитие, планирование, библиотека и административные функции. Stanford On-line, InterLabs, Classroom 2000 и система "Virtual University" (VU) являются примерами этой VLE.
VLE 4-го поколения: это среды будущего, представляющие новые парадигмы обучения, в центре которых находятся пользователь и «глобальные ресурсы», в отличие от учителя и «локальных ресурсов». Их главное преимущество состоит в том, что учебные материалы могут быть созданы, адаптированы и персонализированы с учетом конкретных потребностей и функций каждого пользователя. Существует несколько VLE 4-го поколения, большинство из которых все еще находится на этапах планирования и разработки. Одним из примеров поддерживающей технологии является «многоагентная технология», которая обеспечивает взаимодействие данных между различными системами.^[1]

История

Моделирование той или иной формы использовалось с начала 1900-х годов как метод обучения или тренировки. Управление моделирования и координации оборонного моделирования США^[2] определяет три основных типа моделирования: живое, виртуальное и конструктивное. Живое (живое действие) и виртуальное моделирование в основном используются для целей обучения, тогда как конструктивное моделирование используется для просмотра или прогнозирования результатов, таких как варгейминг или поведение фондового рынка. Каждый из этих типов основан на некоторой реальности и предназначен для того, чтобы предоставить пользователю псевдо-опыт без опасностей, затрат или сложности реальной жизни.

Хотя симуляции используются для обучения и тренировок, известные авторы, такие как Кларк Олдрич^[3] и Энди Гиббонс^[4] (Модель-центрированная инструкция ) предполагают, что симуляции сами по себе не являются учебными. Скорее, имитация становится учебной только тогда, когда в нее включены учебные элементы, которые помогают знакомить учащегося с ключевыми частями или концепциями системы или среды. Например, тренажер F-16 не является учебным по своей сути, потому что он в первую очередь предназначен для воспроизведения поведения кабины F-16 и условий, в которых работает самолет. Симулятор может использоваться в учебных целях, но для него требуется инструктор или какой-либо другой внешний элемент для определения учащимся ключевых аспектов обучения системы.

В образовании моделирование использовалось под разными названиями. Кен Джонс^[5] в 1980-х годах под симуляцией понимали взаимодействие между людьми, например, ролевые игры. Другие предполагают, что экспериментальные учебные мероприятия, подобные тем, которые используются в групповых тренировках или веревочных курсах, также являются симуляциями, поскольку они воспроизводят процессы принятия решений людьми, которые могут отображаться в группах, хотя и в совсем другой среде. Их можно считать учебными симуляциями, потому что эффективное использование этих типов симуляций включает использование учебных элементов, чтобы помочь учащимся сосредоточиться на ключевых формах поведения, концепциях или принципах.

С постоянно снижающейся стоимостью вычислительных инструментов все больше и больше используется виртуальное и конструктивное моделирование. Моделирование все больше и больше используется в средах электронного обучения из-за улучшенных инструментов веб-разработки и растущего спроса на обучение, основанное на производительности. В результате все больше нетехнического персонала привлекается к проектированию моделирования, в этой области преобладают инженеры и компьютерные ученые.

Учебные модели для моделирования

Самый традиционный учебный дизайн модели состоят как минимум из четырех компонентов:^[6]

Анализ - обычно включаемые компоненты: анализ целей, анализ производительности, анализ целевой группы, анализ задач, выбор средств массовой информации и анализ затрат.
Дизайн - включая дизайн интерфейса, последовательность, дизайн уроков и контроль учащегося
Разработка - сотрудничество между программистами, художниками-графиками, писателями, профильными экспертами и другими людьми, в ходе которого образовательный продукт полностью разрабатывается.
Внедрение и оценка - предоставление конечного продукта учащимся и оценка того, были ли достигнуты цели.

ДОБАВИТЬ является примером Дизайн учебных систем (ISD) модель.

Эффективность педагогики

При разработке VLE необходимо учитывать больше функций, чем при разработке традиционных методов обучения. Процесс виртуального обучения состоит из организационных, контрольных, корректирующих и предсказуемых процедур. Например, эффективность организации самообучения студентов, называемой в VLE «педагогической и дидактической функцией», будет зависеть от следующего:

Онлайн-контент, который удовлетворяет требованиям стандартов предметной области, и в то же время позволяет заинтересовать студентов в процессе обучения. Например, открытые исследовательские подходы к обучению позволяют учащимся иметь место для реализации индивидуальных интересов.
Уровень интерактивности учебной среды для повышения мотивации и практических возможностей учащихся. Моделирование и анимация обеспечивают отличное мультисенсорное обучение среды.
Инструменты тайм-менеджмента для эффективного усвоения новых материалов. Например, наличие расписания, расписания синхронных консультаций, встроенных гиперссылок для быстрого доступа к информации и т. Д.
Максимизация деятельности, направленной на развитие критического мышления учащихся и навыков информационной грамотности, необходимых в 21 веке, таких как сбор, обработка и синтез информации.
Модальности общения между учителем и учеником, между сверстниками и учеником с экспертами. Роль инструктора - организатор, а ученик - инициатор учебного процесса.

Широко используемый формат для разработки среды онлайн-обучения - WebQuest. Однако сегодня на рынке есть более новые модели обучения, которые более интерактивны и интегрированы, такие как Project Page, MiniQuest, CuriculumQuest, DecisionQuest. Ссылка: Jakes, D. (2003). «Создание виртуальных рабочих мест: новые модели для разработки онлайн-учебных программ». TeachForum: Прорывные технологии для школ 21 века, Чикаго, Иллинойс. 29 апреля 2003 г. Проверено 28.06.09: http://www.biopoint.com/ibr/techforum.htm

С 1990-х годов такие тенденции, как движение технологий производительности, конструктивизм, Электронные системы поддержки выступления, быстрое прототипирование, увеличивая использование Интернета для дистанционное образование / дистанционное обучение, и управление знаниями усилия повлияли на учебные методы проектирования. Эти изменения создают проблемы для существующих моделей проектирования. Согласно Рейгелуту (1996), сфера образования и обучения находится в процессе смены парадигмы от промышленной революции к веку информации, что требует соответствующего перехода от стандартизации к настройке учебного дизайна. Более того, Gros et al. (1997) постулируют негибкость традиционных процессов линейного проектирования, требуя более итеративного процесса, в то время как Винн (1997) и Джонассен и др. критиковать позитивистские предположения о том, что учебные ситуации представляют собой закрытые системы, что передача знаний является обязанностью инструктора и что человеческое поведение предсказуемо.^[7]

Есть много альтернативных моделей, которые были предложены как более подходящие для новой парадигмы информационного века, включая новые методы обучения, такие как обучающие игры и симуляции - продвижение Йонассеном герменевтики, нечеткой логики и теории хаоса в качестве основы для идентификации, использование Хоффманом теории Рейгелейта. Теория разработки и гипермедиа, модель FIDGE от Akilli & Cagiltay и другие.^[8]

Герменевтика, нечеткая логика и теория хаоса

Герменевтика подчеркивает важность социально-исторического контекста в передаче значений людей, создающих и декодирующих тексты. Например, многопользовательская среда онлайн-обучения требует новых социальных процессов, которые хорошо сочетаются с социальным конструктивизмом, герменевтической философией и методами. Теория хаоса ищет порядок в хаотических системах, ища повторяющиеся модели, такие как фракталы. Это полезно для нелинейных, динамических ситуаций или для ситуаций, когда небольшое изменение начальных условий может привести к большим изменениям позже. Наконец, нечеткая логика основана на идее о том, что реальность редко бывает двухвалентной, а скорее многозначной - другими словами, существует множество «промежуточных» ценностей, для которых необходимо разработать. Поэтому в учебных моделях следует отойти от детерминированных подходов и разработать более вероятностные способы мышления.^[9]

Теория проработки (ET) и гипермедиа

Ключевые аспекты ET:

Единая организационная структура, отражающая главную направленность курса.
Последовательность от простого к сложному
Последовательность в рамках урока: - Для концептуально организованного обучения «сначала представьте самые простые, наиболее знакомые организационные концепции» (стр. 251).
- Для процедур «представляйте шаги в порядке их выполнения».
- Для теоретически организованного обучения переходите от простого к сложному.
- Размещайте вспомогательный контент сразу после соответствующего упорядочивающего контента.
- Придерживайтесь обязательных условий обучения в содержании.
- Представляйте концепции координат одновременно, а не последовательно.
- Изучите основополагающий принцип перед соответствующей процедурой.^[10]

Хоффман заявляет, что «сетевые связи, которые характеризуют гипермедиа, больше похожи на функционирование человеческого познания, чем традиционная линейная структура, встречающаяся в большинстве образовательных программ», и далее утверждая, что «такая модель может привести к возможности модульности и пластичность, которая принесет с собой легкость внесения изменений в ответ на потребности учащихся без изменения общей структуры продукта и быстрого развития ".^[11]

Модель FIDGE (Fuzzified Instructional Design Development of Game-Like Environments)

Эта модель состоит из динамических фаз с нечеткими границами, через которые конструкторы обучающих движутся нелинейно.^[12] Основные особенности:

В число участников входят все активно участвующие учащиеся и эксперты.
Команды состоят из мультидисциплинарных игроков с разной квалификацией.
Среда социально-организационная и культурная.
Процесс динамичный, нечеткий, нелинейный и творческий.
По оценке, изменения продолжаются
Оценка также является непрерывной, итеративной, формирующей и суммативной, встроенной в каждый этап.
Тайм-менеджмент и планирование жизненно важны для успеха, как и управление хорошим лидером.
Модель подходит для игровой среды обучения и образовательных игр, от новичков до опытных разработчиков учебных программ и учащихся.

Виртуальные миры в учебном моделировании

А виртуальный мир представляет собой интерактивную трехмерную среду, в которой пользователи погружаются в окружающую среду. Пользователи могут управлять средой и взаимодействовать с другими пользователями. В зависимости от степени погружение, пользователи могут начать играть в игру, взаимодействовать с другими пользователями, посещать семинары или выполнять курсовую работу для онлайн-класса. Группы обсуждения в Интернете и социальные сети, такие как Мое пространство и Facebook уже используются для дополнения взаимодействия в рамках курсовой работы (Baker 2009).

Искриться готово стать первым виртуальным миром для iPhone. Более того, он разрабатывается полностью с нуля, исключительно как MMO для iPhone / iPod Touch. Это повысит мобильность учащегося. Им больше не нужно будет рабочий стол.

Вторая жизнь это виртуальный мир, в котором пользователи создают аватары. Аватар - это виртуальное представление пользователя другим пользователям. Затем эти аватары взаимодействуют с любым другим пользователем в мире Second Life. Аватары могут покупать виртуальную землю, владеть зданиями и путешествовать, взаимодействовать, вести дела и даже посещать лекции профессоров. Second Life работает 24 часа в сутки и привязана к Интернет, поэтому всегда есть другие аватары, с которыми можно взаимодействовать.

MMORPG Такие как Мир Warcraft и Звездные войны Галактики виртуальные среды, основанные на видеоиграх. Эти игровые движки обладают потенциалом для обучающего моделирования. В отличие от Second Life, это заранее разработанные игры с собственным набором целей, которые необходимо выполнять по мере прохождения.

Использование в образовании

В образовании виртуальная учебная среда - это моделирование опыта, в котором используется педагогический стратегии учебное моделирование и ролевая игра для обучения новым концепциям. Среда, в которой представлен опыт, является виртуальной, часто доступ к которой осуществляется через компьютер или другой интерфейс видеопроекции. Гарнитуры с иммерсивной виртуальной средой используются с детьми младшего возраста и учащимися с особыми потребностями. Преимущества использования учебных симуляторов через VLE включают: учащиеся мотивированы, когда они могут использовать компьютеры и другие технологии; VLE позволяют взаимодействовать, исследовать и экспериментировать с местами, объектами и средами, которые в противном случае были бы недоступны в отсутствие VLE; преподаватели могут адаптировать программы и параметры виртуального обучения для удовлетворения индивидуальных потребностей учащихся; когда используются многопользовательские виртуальные среды, поощряется совместное обучение и совместное обучение; VLE показывают студентам актуальность их обучения в реальном мире, расширяя концепции и навыки до применения в смоделированной среде; и обучение может происходить в эмоционально и физически безопасной среде без каких-либо пагубных последствий.

Все больше внимания привлекает использование обучающих симуляторов для людей с особыми потребностями. Митчелл, Парсонс и Леонард (2007) создали программу «Виртуальное кафе», предназначенную для обучения навыкам социального взаимодействия подростков с расстройство аутистического спектра (ASD). Программа предоставляет обратную связь для руководства, или строительные леса, пользователя к принятию соответствующих решений в отношении социального поведения. Виртуальные учебные среды также начинают использоваться для обучения детей с РАС, как реагировать в потенциально опасных ситуациях, таких как переход улицы и эвакуация из горящего здания (Strickland, McAllister, Coles, and Osborne, 2007). Учебное моделирование обеспечивает безопасную среду, в которой можно практиковать соответствующие навыки реагирования.

Дистанционное обучение растет. Важность физического класса снижается по мере развития технологии дистанционного обучения (Sanders, 2006). Сандерс (2006) представляет предупреждение о том, что студенты могут преуспеть в условиях дистанционного обучения, однако в ходе курса у них должны быть интересные моменты. Он также призывает студентов критически оценивать новую технологию, прежде чем применять ее в качестве инструмента обучения. В виртуальная среда обучения необходимо моделировать процесс обучения, используя цели и задачи для измерения достижений учащихся. Сандерс (2006) использует такие фильмы, как Терминатор 2: Судный день, Матрица, и Я робот как обратный вызов аллегорическим предупреждениям о возможных неудачах из-за чрезмерной зависимости от технологий. Он представляет возможные способы сбалансировать дистанционный курс, чтобы он мог эффективно моделировать учебная среда.

Барни, Бишоп, Адлонг и Бедгуд (2009) изучали использование трехмерной виртуальной лаборатории в качестве инструмента для ознакомления. дистанционное обучение химия студенты с действующей химической лабораторией. Хотя это не было включено в первоначальное исследование, исследователи предлагают включить учебные леса опыт, помогающий облегчить беспокойство учащихся при применении концепций математики и химии в реальных лабораторных условиях (Barney, Bishop, Adlong, and Bedgood 2009). Виртуальная лаборатория не заменяет реальный опыт, скорее, она помогает студенту улучшить схема лаборатории химии и подготовить их к ожидаемым результатам в реальной среде. Веб-виртуальные научные лаборатории также используются с учащимися начальной школы. В своем исследовании Sun, Lin и Yu (2008) обнаружили, что студенты, которые использовали виртуальную научную лабораторию в Интернете в сочетании с традиционными методами обучения, не только находили учебу более приятным, но и успевали лучше в учебе и получали более высокие оценки.

Бейкер (2009) предлагает многопользовательские виртуальные среды или MUVE имеют потенциал для привлечения студентов. Вторая жизнь имеет больше цели во взаимодействии (Baker, 2009). Преподаватели могут проводить лекции; студенты могут сотрудничать в чате в Second Life. По сравнению с дискуссионной доской, Second Life - жизнеспособная альтернатива для студентов, обучающихся на дистанционном обучении, для развития навыков групповой работы. В средней школе Чесапик в округе Балтимор, штат Мэриленд, учащиеся исследуют экологическую среду вокруг Mount St. Helens через 3D виртуальная учебная среда (Curriculum Review 2009). Студенты перемещаются по окружающей среде с помощью виртуального беспилотный автомобиль и работать совместно над решением экологических и экологических проблем, которые включены в программу в учебных целях. Участие в VLE предоставляет множество возможностей для приложений, сбора данных и решения проблем.

Использование в медицине

Соколовски классифицирует медицинские симуляторы на 3 категории: 1. Симуляторы, основанные на физических моделях, обычно называемые Симулятор человеческого пациента (HPS), из которых существует несколько прототипов для различных целей (манекены CentraLine Man, Noelle и Pediasim); 2. Виртуальная реальность тренажеры на базе компьютеров - LapVR Surgical Simulator и Suture Tutor; 3. гибридная модель первых двух типов сочетает в себе реалистичное трехмерное компьютерное представление системы органов, например, с возможностью взаимодействия с ней через тактильный устройств.

Использование обучения на основе моделирования в области медицины имеет множество преимуществ, включая безопасность пациентов, ускорение диагностических и терапевтических процедур, неудовлетворенный спрос на медицинский персонал, снижение медицинских затрат и снижение медицинских ошибок, которые приводят к потере жизни и связанным с этим расходам. Использование современных технологий позволяет моделировать с очень высокой точностью. К ним относятся иммерсивные Виртуальные среды (IVE) - компьютерная трехмерная среда, известная как серьезные игры, и другие виртуальные среды с очень высокой степенью погружения, такие как Cave Automatic Virtual Environment (ПЕЩЕРА), в которой ученик сидит в проекционной комнате в очках и перчатках, оснащенных датчиками. Этот тактильный Технология активирует осязание, позволяя обучаемому взаимодействовать с моделируемым пациентом, а также получать визуальную и слуховую обратную связь, что делает моделирование обучения очень реалистичным.

Согласно исследованию,^[13] лучшие учебные тренажеры, медицинские или другие, содержат следующие элементы:

обеспечить обратную связь
включать повторяющуюся практику
интегрировать в учебные планы
обладать диапазоном уровней сложности
задействовать несколько стратегий обучения
фиксировать клинические варианты
происходят в контрольной среде
использовать индивидуальное обучение
определить ожидаемые результаты
обладают правомерностью.

Иммерсивные виртуальные среды (IVE) в медицинском образовании варьируются от обучения простым навыкам (взятие крови пациента) до сложных навыков (внутренняя хирургия). Различные поставщики медицинских услуг используют симуляции для разных целей: техники скорой медицинской помощи, медики, участвующие в боевых действиях, медсестры, врачи, хирурги и медицинские службы быстрого реагирования в. IVE имитировать человеческое тело, чтобы дать студенту или стажеру возможность реалистично практиковаться и, таким образом, овладеть конкретной техникой, которую нужно преподавать.IVE обычно используются при обучении пациентов осмотру, хирургическим процедурам и оценке (индивидуальной и совместной). Студенты с облегчением узнают, что эти симуляции являются практикой, и ценят возможность делать ошибки сейчас, а не позже. Использование IVE обеспечивает контролируемую и безопасную среду для обучения учащихся и, таким образом, снижает фактор беспокойства. Студенты могут обсуждать симптомы более открыто, чем с реальным пациентом. Однако в то же время студенты используют весь протокол, который они использовали бы с реальным пациентом. Это означает, что они представляются, обращаются к пациентам по имени и уважают их конфиденциальность.

Использование симуляции спасает жизни и деньги за счет сокращения медицинских ошибок, времени обучения, времени в операционной и необходимости замены дорогостоящего оборудования. Пользователи симуляции могут практиковаться на множестве пациентов, каждый из которых имеет свою историю болезни, проявляет уникальные симптомы и реагирует на действия пользователя соответствующими физиологическими реакциями. Как и в реальной жизни, анатомия пациента меняется вместе с биением сердца и дыханием легких, в то время как ткани деформируются, образуются синяки и кровоточат. Система генерирует подробную оценку после каждого сеанса, позволяя пользователям и супервизорам измерить успешность смоделированных процедур.

Препятствия на пути моделирования обучения в медицине

Моделирование в медицине использовалось еще в 16 веке, когда использование учебных манекенов помогло снизить высокие показатели материнской и младенческой смертности. Сегодня они эволюционировали, включая IVE, CAVE, роботизированную хирургию и т. Д., Но они все еще относительно ограничены в их использовании в отрасли здравоохранения. Медицина - это профессия, в которой используются очень передовые технические навыки, высокий риск, а также поведенческие навыки. Однако, в отличие от других областей с аналогичными требованиями (таких как авиация), медицина не полностью охватила использование симуляций, чтобы помочь с необходимой медицинской подготовкой. Ограниченное использование симуляторов для обучения в области медицины можно объяснить несколькими факторами, включая контроль над расходами, относительно ограниченное моделирование человеческого тела, отсутствие научных доказательств эффективности и сопротивление изменениям со стороны профессионалов в этой области. (Зив и др., 2003). Более позднее исследование, проведенное Амальберти и др. (2005), указывает на 5 системных структурных барьеров на пути использования тренажеров для повышения уровня медицинской подготовки. Это:

Неограниченная самостоятельность принятия решений отдельным медицинским персоналом; вместо этого командная работа и правила должны предвидеть проблемы и процессы в разных отделах.
Неограниченная производительность отдельных лиц и системы; вместо этого следует ограничить часы работы и решить проблему нехватки персонала, поскольку чрезмерная производительность, а не компетентность, приводит к медицинским ошибкам.
Сосредоточьтесь на статусе человека; вместо этого целью должны быть стандарты качества эквивалентных участников.
Чрезмерная защита от личной ответственности; вместо этого следует уделять больше внимания «непредвиденным последствиям» и арбитражу на уровне системы для оптимизации стратегий безопасности.
Чрезмерное регулирование и технические сложности в медицине; вместо этого необходимо упрощение правил.^[14]

Существование этих барьеров снижает уровень безопасности пациентов и не позволяет отрасли здравоохранения приблизиться к цели «сверхбезопасной работы», уже достигнутой гражданской авиацией и атомной энергетикой. ^[15]