Виртуальные миры в образовании

· релевантность - материалы отвечают потребностям учеников и при этом взаимосвязаны и базируются на уже имеющихся знаниях и умениях;

· согласованность - академическое содержание должно подаваться в связи и в соответствии с игровым сюжетом, стилем игрока;

· переносимость - опора на уже имеющиеся знания игрока в иных сферах и применимость полученных знаний в реальности;

· адаптация - вследствие переноса меняется поведение;

· погружение - интеллектуальная вовлеченность в игровой контекст;

· осуществление - подученная в игре информация естественна и спонтанно применяется в реальности.

В 2004 году была предложена 4-мерная модель (Sara de Freitas, Martin Oliver), включающая структуру взаимосвязанных элементов, которая описывает процесс верного выбора содержания и программной реализации с учетом обучающего контекста.

Эти 4 аспекта включают:

· контекст, где происходит обучение, начиная с глобальных политических и экономических факторов и заканчивая квалификацией преподавателя и стоимостью лицензии;

· особенности учеников, индивидуальные и групповые, их стиль обучения, уже имеющиеся знания - все это определяет выбор методов обучения в соответствии с конкретными потребностями;

· способ представления, уровень интерактивности, частота, уровень погружения, рефлексия игрового процесса;

· педагогические принципы, используемые модели обучения для составления учебных планов.

Как взаимосвязаны все эти аспекты, показано на рисунке 7.



Рисунок 7 - Модель процесса выбора содержания и программной реализации серьезной игры

Также важен вопрос соотношения педагогических, игровых и реалистичных компонентов в серьезных играх. Так, Каспер Хартвельд (Casper Harteveld) приводит следующие атрибуты серьезной игры, которые показаны в таблице 1.

Таблица 1 - Атрибуты серьезных игр

Область	Педагогика	Игровые элементы	Реальность
Атрибуты	Атрибуты	Гармоничность	Цели обучения
	Опыт	Неопределенность	Целевые группы
	Низкая ресурсонасыщенность	Интерактивность	Вызов
	Исследование	Вовлеченность	Клиенты
	Пошаговость	Поток	Организация

В аспекте педагогики провозглашается необходимость рефлексии, к которой, в идеале, побуждает сама игра. Необходимо обучение в действии, то есть ученики должны переживать обучение, а не просто читать текст. Низкая ресурсонасыщенность - подразумевает, что ученик должен получать ровно столько информации, сколько нужно для самостоятельного умозаключения. И наконец, обучение должно быть последовательным, пошаговым.

Что касается структуры игры, игровой мир должен быть согласованным, цельным, гармоничным. Необходим элемент неопределенности, случайности, это делает игру захватывающей и увлекательной. Игра должна быть интерактивной, решения в ней должны иметь последствия. Все действия должны иметь обратную связь и удерживать внимание игрока. И наконец, игровой процесс должен быть связным и непрерывным, при этом все задачи должны быть принципиально выполнимы.

Что касается элементов реальности - они гораздо более специфичны и зависят от контекста. Суть в как можно более точном определении целей обучения, которые должны быть понятны игроку. Игровой вызов подразумевает, что задания должны быть изучены, иначе игровой процесс остановится. Предполагается, что игрок заинтересован в этом, а организация игры в должной мере отражает его реальные условия жизни [8].

2.6 Модель применения симуляций и "серьезных игр" в электронном обучении

Модель применения симуляций и «серьезных игр» в электронном обучении - это концепция, которая наглядно представляет какими возможностями с точки зрения технологии, организации обучения, геймплея и самого процесса обучения обладают компьютерные симуляции и «серьезные игры» (рисунок 8).



Рисунок 8 - Модель применения симуляций и «серьезных игр» в электронном обучении

2.6.1 Уровень 1 - технологии

Информационные технологии, в основе которых лежат объединенные в сети компьютеры, представляют собой основу для разворачивания вовлекающего и интерактивного обучения. Основными элементами этого уровня являются:

· возможности для ввода и хранения информации;

· возможность онлайн взаимодействия в сети с удаленными пользователями;

· возможность взаимодействия с виртуальными объектами.

Возможности для ввода и хранения информации. Сегодня компьютеризация всех сфер общественной жизни дает практически неограниченные возможности для ввода и хранения информации. Именно существующие технические возможности по вводу, хранению и передачи информации определяют и основное свойство информации, а именно тот факт, что в современном обществе информация в большинстве случаев не содержательна («знание») и не предметна («продукт»), а прежде всего - операциональна. Информация сегодня - это операция трансляции символов, коммуникация, побуждающая человека к действиям. Иначе говоря, именно информация служит обоснованием/оправданием действий современного человека. Именно операциональный характер информации в современных условиях является базисом, ключом, «открывающим» уровни более высокой иерархии - организации обучения, геймплея и самого процесса обучения.

Возможность онлайн взаимодействия в сети с удаленными пользователями. Сетевое взаимодействие - это способ деятельности по совместному использованию ресурсов. При этом если раньше под ресурсами чаще всего понимали ресурсы материальные: свободное дисковое пространство, принтер, сканер, модем, файлы с данными, программы, то в настоящее время это в большей степени ресурсы информационные, причем эти ресурсы могут меняться в ходе взаимодействия. Сетевое взаимодействие в современном понимании - это способ совместной информационной деятельности, то есть деятельности по получению, хранению, обработке информации.

Возможность взаимодействия с виртуальными объектами. В результате наращивания оперативной памяти и быстродействия компьютеров, а также создания нового программного обеспечения возникают не только качественно новые формы передачи и обработки данных, но в первую очередь достигается все большее сходство между работой на компьютере и управлением реальными объектами, а также сходство коммуникаций в режиме онлайн с общением в реальном пространстве-времени.

2.6.2 Уровень 2 - организация обучения

Базовые возможности, предоставляемые информационными технологиями, определяют формат организации обучения. К этому уровню - уровню организации обучения - относятся, прежде всего:

· возможности для получения знаний и навыков;

· возможности для осуществления коммуникаций между участниками (играющими), одновременно проходящими обучение;

· возможности для большой ситуационной емкости.

Возможности для получения знаний и навыков. Подобно Wiki или электронным курсам, симуляции и «серьезные игры» являются «носителями контента», то есть определенных знаний и навыков, которыми должен овладеть участник. Но в данном случае контент «поставляется» не в скучно лекционно-текстовом формате, «разбавленном» иллюстрациями, а в формате яркого и вовлекающего геймплея.

Возможности для осуществления коммуникаций между участниками (играющими), одновременно проходящими обучение. Подобно виртуальным мирам, командные симуляции и «серьезные игры» дают участникам обучения возможность осуществлять коммуникации и межличностное взаимодействие. Однако основное отличие коммуникаций, осуществляемых в игре или симуляции, от коммуникаций в виртуальном мире, что это межличностное взаимодействие происходит с четко определенной целью - решением конкретных задач, стоящих перед участниками.

Возможности для большой ситуационной емкости. Компьютерные симуляции и «серьезные игры» позволяют участникам получать и применять необходимые навыки в обстановке, которая может быть очень похожей на ту, что из дня в день существует их на рабочих местах, а может быть и более сложной, или даже совершенно необычной - фантастической, приключенческой или детективной. Различные сценарные решения, «закладываемые» в симуляцию или игру, позволяют создавать самые неожиданные и нестандартные ситуации для использования полученных знаний и навыков.

2.6.3 Уровень 3 - игровой процесс

Уровень организации обучения предоставляет возможность выстраивания вовлекающего геймплея. Геймплей обычно переводят как игровой процесс. Создание геймплея другими словами может быть обозначено как проектирование игрового процесса или процесса получения игрового опыта, связанного с теми знаниями и навыками, которые необходимо передать обучающемуся. Сценарное проектирование геймплея позволяет создавать механизмы и ситуации, в которые впоследствии будет «встраиваться» уже непосредственно сам процесс обучения. На уровне проектирования и разработки геймплея, реализуются следующие возможности:

· возможности для применения полученных новых знаний и навыков;

· возможности для организации работы в команде и достижение совместных целей, развитие межличностных коммуникаций;

· интерактивность, то есть возможность обучающегося (игрока) вмешиваться и изменять ситуацию, в которой он оказался, изменять «ход событий».

Возможности для применения полученных новых знаний и навыков. Как уже говорилось, компьютерные симуляции и «серьезные игры» предоставляют возможность для динамичного, яркого, мультимедийного и драматического представления информации. Однако их возможности этим не ограничиваются. На уровне проектирования геймплея разработчики имеют возможность создать ситуации, в которых участники должны будут непосредственно использовать полученные новые знания и навыки. Это, безусловно, сильно отличается от традиционного тестирования, дополняющего обычные электронные курсы.

Возможности для организации работы в команде и достижение совместных целей, развитие межличностных коммуникаций. Межличностное взаимодействие в игре не ограничивается «просто разговорами», иначе говоря - коммуникациями ради коммуникаций. В данном случае эти коммуникации осуществляются с целью решения задач, стоящих перед командой. Выиграть в игре может только команда, в одиночку победителем стать невозможно. Необходимость объединить усилия в достижении общих целей и определяет ценность «виртуального сотрудничества». А если при этом у участников возникают личные симпатии и антипатии к остальным членам команды, так это только еще больше делает похожим то, что происходит в игре, на то, что происходит в жизни.

Интерактивность, то есть возможность обучающегося (игрока) вмешиваться и изменять ситуацию, в которой он оказался, изменять «ход событий». Все знают, что компьютерные игры стали столь популярны потому, что они представляют возможность игроку влиять на события, происходящие в игре, и использовать различные объекты, события и процессы, присутствующие в игре, для своей пользы. Обучающие симуляции и «серьезные игры» делают игрока активным участником происходящих событий, происходящих в игре, и вовлекают его процесс преодоления всех препятствий, стоящих на пути к цели. Все, что делает или не делает в ходе прохождения игры игрок, имеет определенные последствия, что делает процесс игры подлинно экспериментальным действием.

2.6.4 Уровень 4 - процесс обучения

Последовательное использование возможностей, представляемых на уровне информационных технологий, уровне организации обучения и уровне проектирования геймплея, реализует процесс обучения, обязательно включающий в себя:

· получение непосредственного опыта, как следствие реализация возможностей применения полученных новых знаний и опыта и возможностей вмешиваться и изменять ситуацию в игре для достижения поставленных целей;

· получение подробной обратной связи, как следствие реализации возможностей командного взаимодействия, а также и возможностей получения и применения полученных знаний и навыков;

· эмоциональное вовлечение, как следствие командной работы и возможностей «заложенной» разработчиками интерактивности;

Получение непосредственного опыта, как следствие реализация возможностей применения полученных новых знаний и опыта и возможностей вмешиваться и изменять ситуацию в игре для достижения поставленных целей. Компьютерные симуляции и «серьезные игры» дают возможность участникам получить использовать полученные знаний и навыки для решения конкретных задач. Этот этап является ключевым в обучении взрослых и вооружает их умением адаптировать навыки применительно к каждой конкретной ситуации, а не тренировать умение исключительного применения конкретного навыка в конкретной ситуации. Именно переживаемый опыт представляет собой основу в обучении взрослых людей. Соответственно, в «виртуальной реальности» «серьезной игры» игры или симуляции участник получает опыт, который может быть легко транслирован в ситуации, происходящие с ним в его реальной жизни. Иначе говоря, игры показывают, к каким результатам приводят те или иные действия участника.

Получение подробной обратной связи, как следствие реализации возможностей командного взаимодействия, а также и возможностей получения и применения полученных знаний и навыков. Обратная связь и оценка от других членов команды или учитель по поводу предпринятых действий участников призвана помочь обдумать предпринятые ими действия. Неважно, принимает ли учитель непосредственное участие в командной работе вместе с группой, или является «внешним» наблюдателем происходящих событий, - в любом случае именно этап «критического обдумывания и обсуждения» превращает наблюдения и размышления в абстрактные концепции или выводы. А практическое применение полученных теоретических выводов, в свою очередь, запускает новые обучающие циклы.

Эмоциональное вовлечение, как следствие командной работы и возможностей «заложенной» разработчиками интерактивности. Эмоциональный компонент обучения особенно важен в электронном обучении. Возможность работы в команде и совместного решения поставленных задач, достижение желанной цели и зависимость от оценок других членов команды, переживания и преодоление неожиданных ситуаций, заложенных в геймплее, максимально вовлекают участников в происходящее, заставляя их забывать о том, что они находятся в виртуальной реальности. В игре или симуляции участники получают незабываемый эмоциональный опыт, который как ничто иное способен служить основой для процесса познания и мотивации к обучению. Ведь именно игры дают возможность почувствовать себя победителем [9].

3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛЬНЫХ МИРОВ В «СЕРЬЕЗНЫХ ИГРАХ»

3.1 Эффективность

Эффективность обучения в 3D окружении состоит в том, что оно позволяет полностью погрузиться в обучение, и гораздо более приближено к реальности, чем традиционные электронные курсы. Более того, 3D более реалистично даже, чем обучение в классе, который просто представляет собой место, где должны происходить некоторые действия. Погрузившись в 3D реальность, человек вовлекается на уровне поведения, и познает через все органы чувств. Эмоционально вовлеченный обучаемый ведет себя в 3D окружении так, как он вел бы себя в действительной ситуации. Это позволяет обучаемому получать более эффективные ассоциации с тем, чтобы затем вспомнить и применить изученное в 3D окружении в реальной ситуации. Такой процесс называется обучение действием.

Все это подтверждают и эксперименты, изучающие влияние на людей обычных компьютерных игр. Так, британские ученые экспериментально доказали, что опыт, приобретенный человеком в компьютерной игре, неосознанно применяется им и в реальном мире. Фактически, это внушение, которое можно использовать как во благо, так и во вред, предупреждают специалисты.

Невролог из Кембриджского университета Пол Флетчер [10] поставил несложный эксперимент, показавший, что виртуальная реальность действительно оказывает влияние на поведение человека в реальном мире. Он приучил добровольцев, игравших на компьютерном симуляторе в велосипедные гонки, поддерживать игроков в майках цвета своей команды и избегать цвета команды противника. Через несколько дней большинство участников опыта и в реальном мире продолжали подсознательно сторониться того цвета, который должны были избегать в игре.

Другие исследования показывают, что видеоигры и виртуальная реальность могут вызвать у человека эмоциональный отклик, помочь преодолеть посттравматический синдром и даже включить те же психологические механизмы, что пища или наркотики. Теперь Флетчеру впервые удалось доказать, что видеоигры еще и формируют условные рефлексы, лежащие в основе поведения человека. Его команда использовала для этого вкусовые ощущения, однако все более совершенные графика и звуки, используемые в видеоиграх, вполне могут выполнить ту же самую роль.

Цель изготовителей игр состоит в том, чтобы погрузить игроков настолько глубоко, насколько возможно в пределах игры. Конечно, это может быть использовано как в хороших целях, так и в плохих. Например, игры с применением насилия могут повысить вероятность того, что игрок набросится на определенных людей уже в реальной жизни. С другой стороны, ассоциации, полученные в видеоиграх, могут использоваться в обучении и образовании.

Вот некоторые преимущества от использования в образовательном процессе «серьезных игр» с технологией виртуальных миров:

· сокращение времени получения новых навыков;

· масштабируемость - «серьезные игры» в отличие от виртуальных классов (которые требуют, чтобы некоторое количество студентов оказались онлайн одновременно) могут использоваться учениками самостоятельно вследствие их интерактивности и визуального ряда;

· модульность - игры можно создавать постепенно и «связывать» их между собой;

· встроенные измерения и отслеживания - «серьезные игры» требуют от обучающихся демонстрации рабочих знаний и применения новых полученных навыков.

· высокий уровень оценки пользователями - обучающиеся высоко оценивают опыт обучения с помощью «серьезных игр», из-за их увлекательного характера и того, что они могут сами выбирать свое обучение.

3.2 Средства разработки

Для разработки серьезных обучающих игр в трехмерном пространстве лучше всего подходят всевозможные движки.

Движок - это центральный программный компонент компьютерных и видео игр или других интерактивных приложений с графикой, обрабатываемой в реальном времени. Он обеспечивает основные технологии, упрощает разработку и часто даёт игре возможность запускаться на нескольких платформах, таких как игровые консоли и настольные операционные системы, например, Linux, Mac OS X и Microsoft Windows. Основную функциональность обычно обеспечивает игровой движок, включающий движок рендеринга ("визуализатор") для 2D или 3D графики, физический движок или обнаружение столкновений (и реакцию на столкновение), звук, анимацию, искусственный интеллект, сетевой код, управление памятью. Часто на процессе разработки можно сэкономить за счет повторного использования одного игрового движка для создания множества различных игр.

Движки для создания серьезных игр можно разделить на несколько категорий:

· движки для разработки однопользовательских приложений (Unreal, Gamebryo, Unity 3D, XNA, Torque, Director);

· «браузерные» движки (Flash, Silverlight, Java, Java FX, Wild Pockets 3D);

· виртуальные миры и многопользовательские игры (Second Life, Multiverse, OpenSimulator (OpenSim)/Ogre 3D, Panda 3D);

· движки для разработки приложений для мобильных устройств (iPhone SDK, Flash Lite, Java ME, EdgeLib);

· специальные движки для обучающих приложений (Thinking Worlds, Shiva 3D, Storytron).

Далее будут рассмотрены подробнее: «браузерный» движок Alternativa3D, и два специальных движка для обучающих приложений Shiva 3D и Thinking Worlds. Цель изучения этих инструментов состоит в том, чтобы понять какой из них является наиболее подходящим при создании «серьезных игр» в трехмерном пространстве. При этом нужно учитывать, что инструмент должен быть максимально прост в использовании, экономичен, а также иметь достаточно хороший графический движок. Необходимо, чтобы он мог использоваться преподавателями в целях создания обучающего контента.

3.2.1 Alternativa3D

Графический движок Alternativa3D имеет поддержку 3D API Molehill в Flash-плеере. Molehill - это набор низкоуровневых API, использующих ресурсы центрального процессора для вывода 3D изображения на экраны с помощью Adobe Flash Player и Adobe AIR. Визуализация происходит через DirectX, OpenGL, что означает возможность работать на всех популярных операционных системах и устройствах, включая персональные компьютеры, ноутбуки, нетбуки и мобильные платформы, в том числе Android.

Благодаря использованию центрального процессора Alternativa3D может выводить на экран свыше 3 000 000 полигонов с приемлемой производительностью. Этот движок позволит создавать во Flash-среде такие современные спецэффекты, как тени, освещение, система частиц и многие другие.

Графический движок Alternativa3D 8 разработан компанией AlternativaPlatform для использования в собственных проектах. Другие разработчики могут использовать движок в своих целях бесплатно.

Основные особенности Alternativa3D:

· создание 3D сцен во Flash: визуализация объектов, механизмов, зданий и сооружений;

· импорт объектов из 3D форматов;

· загрузка текстур, в том числе анимированных;

· трехмерность в браузерных проектах и играх;

· базовая физическая симуляция (скольжение, столкновение);

· высокая производительность;

· емкий формат данных.

Alternativa 3D может использоваться и для создания проектов «серьезных игр» и симуляций и в корпоративном обучении, так как инструмент позволяет создавать яркие игры, работающие непосредственно в браузере (нужен последний Flash Player) и дает возможность для мультиплеера без сервера [11].

3.2.2 Shiva 3D

ShiVa3D - трехмерный игровой движок с графическим редактором, предназначенным для создания приложений и игр для веб, консолей и мобильных устройств.

С помощью Шивы можно делать программ и игры для Windows, Linux, Mac OS, iOS, Android. Так же имеется плагин для просмотра 3D прямо в браузере.

ShiVa3D состоит из четырёх частей: редактор, игровой движок, инструмент разработчика (программа для сборки проектов) и сервер.

Игровой движок Шивы базируется на OpenGL или DirectX графике. Движок умеет рисовать ландшафт, океан и различные трехмерные модели. Имеется статическое и динамическое освещение и тени, динамические частицы, различные эффекты, анимации, элементы пользовательского интерфейса, возможность создания многопользовательских игр и воспроизведение звуков. Движок расширяется при помощи плагинов.

Встроенный WYSIYWG редактор позволяет создавать игры и приложения с использованием всех возможностей движка. Для программирования в основном используется Lua, но можно писать оптимизировать скрипты на C++. Редактор имеет 4 редакции: PLE (free), Basic (€169), Advanced (€1499), Educational (free) [12].

3.2.3 Thinking Worlds

Thinking Worlds - это легкий в использовании визуальный 3D инструмент авторской разработки (authoring tool) и 3D движок, которые позволяют быстро создавать, редактировать, просматривать и публиковать свои собственные 3D симуляции и серьезные игры. В Thinking Worlds можно создать игру с нуля, и при этом необязательно иметь навыки программирования. Этот инструмент состоит из следующих частей: непосредственно сам инструмент разработки симуляций и игр, проигрыватель для воспроизведения только что созданной симуляции и плееры для просмотра в браузере (Shockwave, Java) [13].

В Thinking Worlds есть готовые библиотеки 3D сред, всевозможных объектов и персонажей, также существует возможность загрузки собственных 3D объектов. Программа поддерживает популярный формат SCORM, поэтому внедрение созданной симуляции или серьезной игры в систему дистанционного обучения LMS не составляет труда. Основной особенностью Thinking Worlds является создание сценариев симуляций с помощью блок-схем. В программе предусмотрено большое количество элементов этих блок-схем для управления объектами или персонажами на сцене, для проигрывания видео (формат swf) и звука (формат ogg).

Еще некоторые возможности Thinking Worlds:

· создание тестов;

· создание диалогов между персонажами;

· использование переменных;

· управление перемещением камеры в симуляции;

· импорт файлов doc, ppt, pdf для последующего их просмотра;

· импорт изображений (формат dds).

Thinking Worlds ориентирован на создание обучающего контента, а имея при этом понятный пользовательский интерфейс, доступен для использования преподавателям.

3.3 Сравнительный анализ

Сравнение ранее рассмотренных программных средств для создания «серьезных игр» с использованием технологии виртуальных миров проведено по ряду параметров, которые были выбраны исходя из цели исследования - найти программный продукт эффективный при создании обучающих игр и подходящий для людей, не имеющих большого опыта в программировании. Критерии для сравнения выбраны следующие: создание сценариев, простой пользовательский интерфейс, качественная 3D графика, воспроизведение симуляций в браузере (без плагинов), возможность импортировать готовые 3D объекты, отсутствие необходимости программирования, ориентация на образование, доступная цена. Сравнение характеристик Alternativa3D, Shiva 3D и Thinking Worlds по описанным ранее критериям приведено в диаграмме на рисунке 9.

Рисунок 9 - Сравнение программных продуктов для создания обучающих «серьезных игр»

Из диаграммы на рисунке 9 можно сделать вывод, что наиболее подходящими программными продуктами являются Shiva 3D и Thinking Worlds.

Выбранные средства разработки можно отнести к классу авторских систем. Авторская система (авторское средство разработки) представляет собой программу, которая имеет предварительно подготовленные элементы для разработки интерактивного программного обеспечения - заготовки, шаблоны. В основе классификации авторских средств разработки мультимедийных приложений лежит так называемая авторская метафора - методология, в соответствии с которой эти системы выполняют свои задачи. Некоторые авторские системы имеют черты нескольких метафор. Согласно такой классификации можно определить тип авторской системы в зависимости от используемых метафор [14]. Shiva 3D использует метафору «язык сценариев», а Thinking Worlds «изобразительное управление потоком данных».

Авторский метод «язык сценариев» наиболее близок по форме к традиционному программированию. В его основе лежит мощный объектно-ориентированный язык программирования, который с помощью специальных операторов позволяет определять взаимодействие элементов мультимедиа, расположение активных зон, назначение кнопок, синхронизацию и т.д.

Основой авторского метода «изобразительного управления потоком данных» является палитра пиктограмм, содержащая всевозможные функции взаимодействия элементов программы, и направляющие линии, которые показывают фактические связи между пиктограммами [14].

Языком сценариев в Shiva 3D является интерпретируемый язык программирования Lua, который используется между игровым «движком» и данными для написания сценариев поведения или взаимодействия объектов. Применение такого подхода при создании обучающих симуляций или «серьезных игр» увеличивает период разработки проекта, хотя в тоже время позволяет достичь нестандартного решения.

В Thinking Worlds метод «изобразительного управления потоком данных» реализуется с помощью нескольких групп функциональных блоков (рисунок 10). Каждый блок выполняет определенную операцию (управление камерой, управление объектом, задание переменных и т.д.), для их соединения используются линии, показывающие направление и тип связи. Применение такого метода обеспечивает минимальное время разработки обучающей симуляции.

Рисунок 10 - Группы функциональных блоков в Thinking Worlds

Сравнивая Thinking Worlds и Shiva 3D можно сделать вывод, что для удовлетворения поставленной цели, а именно - найти программный продукт эффективный при создании обучающих игр и подходящий для людей, не имеющих большого опыта в программировании, больше подходит Thinking Worlds. Единственным его минусом по сравнению с Shiva 3D является не достаточно качественная графика, но это легко компенсируется отсутствием необходимости программирования (метод «изобразительного управления потоком данных» у Thinking Worlds против метода «языка сценариев» на Lua у Shiva 3D) и воспроизведение готовой игры в браузере без установки дополнительных плагинов.

4. РАЗРАБОТКА «СЕРЬЕЗНОЙ ИГРЫ» В THINKING WORLDS

4.1 Выбор теоретического материала

В основу созданной «серьезной игры» был положен теоретический материал по организации данных в файловой системе FAT из курса лекций «Операционные системы». Причина выбора этой темы состоит в том, что информация об организации данных в FAT представлена в виде схемы с некоторыми комментариями (рисунок 11). Поэтому, чтобы лучше понять устройство этой файловой системы, обучающийся может наглядно прямо в компьютерной 3D симуляции изучить структуру FAT, которая была изображена на схеме в лекции.

Рисунок 11 - Схема работы и организации FAT

Также в симуляции дается на изучение некоторое количество теории по FAT в виде перелистываемых слайдов, с последующей ее отработкой на практике.

4.2 Сценарий

Сюжет. В созданной симуляции определен словарь терминов, которых поясняет соотношение между объектом в игре и его теоретической основой:

· ключ - номер кластера;

· комната - ячейка таблицы размещения файлов;

· коробка - кластер с данными файла;

· карта сокровищ - файл.

Сюжет игры состоит из двух сценариев развития событий с различными уровнями сложности (от 1 - очень простая игра, до 5 - очень сложная). Наставником обучающегося является вымышленный персонаж - преподаватель Иван Майкрософтович, который будет выдавать игроку задания и помогать на протяжении всей игры.

Игра №1 - «Чтение фрагментированного файла в файловой системе FAT» (уровень сложности 2).

Дано: номер первого кластера (в форме ключа) файла карты сокровищ.

Задание:

1) Собрать последовательность номеров кластеров, соответствующих файлу карты сокровищ - каждый номер кластера представлен в форме ключа, ключи следующих кластеров находятся в комнатах с соответствующими номерами (рисунок 12).

Рисунок 12 - Комната с ключом

2) По номерам кластеров (в форме ключей) прочитать данные файла и составить карту сокровищ - каждому ключу соответствует своя коробка (кластер) с номером (рисунок 13).

Рисунок 13 - Комната с коробками

Выполнение:

1) По первому ключу обучающийся обращается в ячейку FAT (комнату) с соответствующим номером, в ней берет ключ к следующей комнате и так далее. В последней комнате находится символ конца файла (EOF), который будет символизировать для обучающегося окончание выполнения задания 1.

2) С использованием собранных ключей (номеров кластеров) пользователю необходимо прочитать данные файла.

Игра №2 - «Дефрагментация файла в файловой системе FAT» (уровень сложности 4 из 5).

Дано: последовательность номеров кластеров (в форме ключей) фрагментированного файла, в данном случае карты сокровищ.

Задание: переупорядочить элементы FAT (ключи в комнатах), так чтобы описание карты сокровищ (файла) стало нефрагментированным (рисунок 14).



Рисунок 14 - Выполнение задания на дефрагментацию файла

Описание сюжета Игры №2 приведено с целью иллюстрации того, каким образом можно добиться усложнения заданий предлагаемых обучаемому.

Действие «серьезной игры» происходит в трех локациях, каждая из которых выполняет определенную функцию:

1. «Учебный класс» - это начало симуляции. Данная локация выполняет вспомогательную информативную функцию, в ней находится наставник игрока, который выдает ему задания, проверяет правильность их выполнения и является помощником на протяжении всей игры.

2. «Комнаты с ключами» - это локация, в которой игрок ищет ключи, необходимые для нахождения карты сокровищ. Другими словами, в ней происходит самое главное - отработка принципа организации изучаемой файловой системы FAT. Локация «комнаты с ключами» выполняет практическую функцию.

3. «Демонстрационная комната» - в ней пользователь изучает на перелистываемых слайдах теоретическую информацию касающуюся FAT. Эта локация выполняет информативную функцию.

Переход между всеми тремя локациями осуществляется с помощью телепортации персонажа, которая сопровождается соответствующим спецэффектом и звуком.

Цель. Главной целью для игрока является нахождение всех кусочков файла и прохождение без ошибок финальных тестов. А главной целью симуляции является усвоение обучающимся работы и организации FAT, что происходит с помощью соотнесения выполняемых в игре действий, с теми которые происходят при работе самой файловой системы в реальности.

Контролируемые показатели. В созданной игре такой показатель один - это количество попыток игрока на прохождение поставленной задачи (нахождение ключей). В начале симуляции количество попыток равно 3.

Ожидаемый результат. После выполнения всех заданий обучающийся проходит тест, в ходе которого определяется степень усвоения полученных в ходе симуляции знаний. Этот тест состоит из трех вопросов, два из которых имеют тип - одиночный выбор, и один - множественный выбор. Ниже приведен пример вопроса с множественным выбором, в котором правильные ответы отмечены жирным шрифтом:

Укажите, какие значения могут хранить ячейки таблицы FAT.

· свободный кластер;

· номер последнего кластера в файле;

· номер первого кластера в файле;

· загрузочный кластер;

· сбойный кластер;

· номер следующего кластера в файле.

Если обучающийся отвечает правильно на все вопросы в финальном тесте, то игра считается успешно завершенной, если нет, ему предлагается пройти симуляцию с начала.

Ожидаемым результатом в созданной «серьезной игре» является усвоение всех принципов работы FAT. Этот результат достигается за счет того, что пользователь на собственном опыте при выполнении поставленных перед ним заданий, осваивает схему организации данных в изучаемой файловой системе.

4.3 Технология создания

Для создания «серьезной игры» в Thinking Worlds необходимо подготовить 3D объекты, которые будут использоваться в сценах. В создаваемой симуляции одна часть объектов была взята из стандартной библиотеки программы, а вторая найдена в интернет магазинах, распространяющих бесплатные модели объектов. Следующий шаг - это дизайн пользовательского интерфейса (рисунок 15, 16), и т.к. формат изображения, поддерживаемый в Thinking Worlds это только dds, необходимо произвести конвертацию изображений.

Рисунок 15 - Пользовательский интерфейс (пример 1)

Рисунок 16 - Пользовательский интерфейс (пример 2)

Далее создается сценарий игры по принципу блок-схемы. Каждый ее элемент обозначает определенное действие или условие. Соединяя между собой все эти операции и устанавливая характер связи между ними, можно создать в симуляции практически любое развитие сюжета. Ограничение состоит лишь в количестве предусмотренных программой действий и условий. Как пример, часть созданной блок-схемы из первой сцены приведена на рисунке 17.

Рисунок 17 - Пример сценария симуляции в Thinking Worlds

После того, как все файлы для импорта подготовлены, сценарий создан, необходимо протестировать получившуюся симуляцию. Необходимо проверить:

· правильность расположения всех объектов на сценах;

· отображение пользовательского интерфейса;

· логику прохождения игры;

· и прочие видимые недочеты.

После тестирования и исправления всех недочетов необходимо экспортировать игру. Существует три варианта публикации:

· локально на компьютере;

· для воспроизведения в браузере с помощью плагина Shockwave;

· для воспроизведения в браузере с помощью технологии Java.

4.4 Оценка эффективности и трудоемкости

Практическая направленность. Все знания, полученные в результате прохождения игры, могут быть применены на практике. Возможность изучать симуляцию поэтапно поддерживает постоянный интерес и живую заинтересованность обучаемого в прохождении симуляции до конца.

Большая ситуационная емкость. Обучаясь с помощью компьютерной симуляции, обучаемый все время должен делать «хоть что-то», пусть даже это «что-то» будет абсолютно неправильным. Он не может просто сидеть и «рассеянно смотреть на экран компьютера, погрузившись в свои мысли» - в худшем случае формат симуляции «заставляет» его действовать, а в лучшем - всецело вовлекает в происходящее.

Разнообразные формы. Созданная «серьезная игра» принимает форму многоуровневого сценария со сложной интригой, т.е. имеет приключенческий характер, а значит, может заинтересовать любого человека.

Новизна. Такой формат доставки знаний как «серьезная игра» эффективен еще и с той стороны, что у обучающегося появляется интерес нему по причине новизны.

Именно «серьезная игра» содержат в себе все необходимое, чтобы, с одной стороны, стать увлекательным опытом для обучающихся студентов, а с другой - мотивировать их на получение новых знаний. Эти симуляции, подобно большинству компьютерных игр, предлагают одновременно выраженный элемент соревновательности, и совершенно новые, нелинейные варианты развития событий, в то же время оставляя у обучающегося чувство, что он уверенно держит ситуацию под контролем.

Время прохождения игры от начала до конца с выполнением всех предусмотренных действий составляет около 25 минут. Время, потраченное на проектирование, разработку и отладку такой симуляции, у опытного специалиста составляет около 40 часов. С учетом того, что разработанная игра может применяться в обучении студентов многократно, можно сделать вывод о том, что польза от применения такой симуляции оправдывает затрачиваемые ресурсы времени и денег.

4.5 Методика создания «серьезной игры» в Thinking Worlds

Разработка «серьезной игры» в Thinking Worlds состоит из следующих этапов:

1. Выбор теоретического материала.

2. Разработка сценария.

3. Адаптация сценария к возможностям Thinking Worlds.

4. Разработка интерфейса.

5. Непосредственное создание игры.

6. Тестирование созданного проекта.

Теперь рассмотрим подробнее каждый из этих шести этапов.

Выбор теоретического материала. На первом этапе необходимо определить навыки и знания, которые обучающийся будет приобретать в рамках созданной «серьезной игры». Всю несущественную информацию необходимо исключить, оставляя только ту, которая нужна для прохождения игры. Если от некоторой информации не удается избавиться, то существует вариант спрятать ее, например, в кнопку «справка» пользовательского интерфейса. Все это делается с тем, чтобы не перегрузить игру тестовой информацией, которая может утомлять пользователя в процессе прохождения симуляции.

Необходимо помнить, что чем сложнее и больше теоретический материал, тем сложнее игра, создаваемая на его основе. Именно поэтому для реализации необходимо выбрать только ключевые моменты, которые студент должен усвоить в рамках изучаемой темы.

Разработка сценария. Определившись с изучаемым материалом, необходимо понять в каком виде и последовательности студент будет его изучать. Поэтому следующий этап в разработке «серьезной игры» - это написание сценария. Здесь необходимо проявить творческие навыки и придумать захватывающую историю развития событий.

Если изучаемая тема, ложащаяся в основу игры, носит теоретический, абстрактный или научный характер, и ее трудно представить с помощь 3D объектов, возникает необходимость ассоциировать придуманные объекты и действия, с теми которые необходимо изучить в реальности (например, файл - карта сокровищ, номер кластера - ключ, умножение - увеличение числа объектов на сцене, деление - уменьшение числа объектов на сцене).

На этапе разработки сценария следует определиться с количеством уровней и сложностью самой игры. Чем легче и проще будет игра, тем быстрее обучающийся пройдет ее и усвоит необходимую информацию. Поэтому лучше создавать игру, в которой не более трех уровней, каждый из которых будет сложнее предыдущего.

В самом тексте сценария обязательно должны быть прописаны диалоги персонажей и определены все варианты развития сюжета. Также, по желанию, можно проверить, насколько хорошо студент усвоил полученные знания, для этого необходимо составить тестовые вопросы (Thinking Worlds имеет встроенные конструкции для их реализации).

Адаптация сценария к возможностям Thinking Worlds. Программный продукт Thinking Worlds относиться к классу авторских средств разработки и в нем реализуется принцип «изобразительного управления потоком данных». Т.е в Thinking Worlds существуют некоторые заранее созданные шаблоны, для выполнения тех или иных действий в симуляции (далее такие шаблоны будут называться блоками). Весь сценарий игры строится с помощью соединения между собой этих блоков определенным типом направленной связи.

Чтобы понять, каким образом необходимо адаптировать созданный сценарий под возможности Thinking Worlds, далее приведены восемь типов функциональных блоков, которые в нем существуют:

· CutScene (управление положением камеры в симуляции);

· EntityControl (управление объектами на сцене, например, задание траектории перемещения, задание свойств объекта (видимый/невидимый, можно положить в инвенторию/нельзя положить в инвенторию), замена одного объекта другим и т.д.);

· EntityWatch (действия относящиеся к проверки состояний объектов, например, объект можно положить в инвенторию, объект уже в инвентории, все эти блоки имеют тип слушателей, т.е. срабатывают, только тогда, когда действие, заданное в них, выполняется);

· InputOutput (здесь собраны блоки отвечающие за управление внешних загружаемых ресурсов: пользовательского интерфейса, звука, видео, анимации, данных формата SCORM и т.д.);

· InteractionControl (управление диалогами между персонажами и объектами);

· LogicWatch (включает в себя таймер и блок для определения операторов «и»/«или»);

· PureLogic (блоки, с помощью которых можно производить различные действия с переменными);

· SceneLimits (здесь собраны блоки, отвечающие за начало и конец группы, сцены или всей симуляции, а также за перемещение между сценами в самой симуляции);

Теперь, зная основные действия (блоки) присутствующие в Thinking Worlds, можно понять, каким образом необходимо адаптировать написанный ранее сценарий «серьезной игры». И поэтому следующим шагом является соотношение действий описанных в сценарии с действиями, которые выполняют блоки из определенных групп (CutScene, EntityControl, EntityWatch и др.).

Существуют несколько основных типов конструкций, которые можно построить с помощью функциональных блоков находящихся в программе (рисунок 18, 19, 20).

Рисунок 18 - Конструкция, реализующая цикл и выполнение случайного события

Рисунок 19 - Конструкция, реализующая выполнение нескольких действий одновременно



Рисунок 20 - Конструкция, реализующая два варианта развития событий в зависимости от значения переменной

Так же очень удобным приемом является объединение нескольких блоков в группу (элемент Logic group). Такой принцип носит название иерархичности. Например, несколько блоков, в совокупности отвечающих за какую-то отдельную часть сценария, можно выделить в группу, и далее осуществлять все действия в сценарии только над ней, а не над сложной структурой, состоящей из нескольких десятков блоков (рисунок 21).



Рисунок 21 - Принцип иерархичности объектов в сценарии

Конечно, были показаны не все конструкции, которое разработчик может смоделировать в сценарии программы. Все зависит от поставленной задачи, которую с помощью средств Thinking Worlds практически всегда можно решить, построив необходимую конструкцию функциональных блоков.

Разработка интерфейса. Под этим этапом понимается разработка шаблона пользовательского интерфейса, который можно применить на всех уровнях создаваемой «серьезной игры». В Thinking Worlds существуют стандартные шаблоны для интерфейсов, но целесообразно было бы заменить их на те, которые больше подходят по стилистике к разрабатываемой игре. Важно не забыть про кнопки помощи, возврата в начало игры и перезагрузки уровня. Расположение и цветовая гамма всевозможных кнопок на экране симуляции подчиняется общим правилам создания пользовательских интерфейсов (удобство, простота и т.д.), которые в описываемой методологии рассматриваться не будут.

Непосредственное создание игры. На этом этапе создаются локации, на сцену добавляются 3D объекты, персонажи, камеры, конструируется сценарий игры из функциональных блоков, по правилам, описанным в этапе №3.

Главным правилом, которым стоит руководствоваться при создании локаций в игре, это то, что у каждой из них должна быть своя функция. Нет необходимости создавать множество комнат, чтобы пользователь, бродя по ним, потерялся. Для одного уровня достаточно 3-4 локаций, чтобы максимально погрузить студента в игровой обучающий процесс. Необходимо тщательно выбирать обстановку в таких локациях, нежелательно, чтобы в них присутствовали лишние предметы, все должно напоминать обучающемуся о том, какую цель он преследует в игре.

Важным моментом при создании «серьезной игры» является выбор внешнего вида аватара пользователя. Игрок должен ассоциировать с ним себя, чтобы наилучшим образом погрузиться в виртуальный мир, поэтому аватар, во-первых, должен быть подростком, т.к. симуляция создается для студентов, а, во-вторых, пользователь должен его видеть, т.е. камера в игре имеет угол обзора от третьего лица. Правда, в некоторых моментах симуляции вид камеры может переключаться, такой прием существует, чтобы, например, ближе и подробнее рассмотреть важный объект.

В симуляции у игрока всегда должен быть хотя бы один помощник. Такой персонаж выполняет функцию своеобразного наставника, к которому обучающийся всегда может обратиться за помощью. Выглядеть наставник должен соответствующе, т.е. вызывать доверие у игрока.

И последнее это использование дополнительных возможностей программы Thinking Worlds. К ним относится: анимация объектов и персонажей, воспроизведение звука и видео. Без них игра будет скучной, поэтому чтобы добавить еще некоторую долю интерактивности, стоит включить анимацию для персонажей, например, реакция на определенное действие. Но не стоит увлекаться, оглушать обучающегося всевозможными звуками, давать большое количество видео или показывать персонажей, которые постоянно что-то делают, все должно быть в меру.

Тестирование созданного проекта. После того, как все работы по созданию самой игры завершены, приходит время исправлять недочеты. На этом этапе необходимо будет проверить правильность выполнения спроектированного сценария, а именно: положение и поведение объектов на сцене, и порядок выполнения заложенных в сценарии действий. Самым легким способом тестирования созданной «серьезной игры», является прохождение ее самостоятельно с самого начала, нахождение ошибки, исправление ее, и так далее по кругу.

Описанная методика состоит не только из принципов, использующихся только в программе Thinking Worlds, но и из общих правил, применимых при создании «серьезных игр».

Далее приведены еще несколько общих правил создания эффективной «серьезной игры»:

1. Игрок должен "чувствовать" интерактивность.

2. Игрок может пройти симуляцию быстро (менее чем за 15 минут).

3. Направление и цели игры должны быть недвусмысленны, с немедленной обратной связью и ясным определением успеха или поражения. Цели должны доводиться до игрока в коротких сценах и понятных, ярких формах обратной связи.

4. Должна быть кнопка перезагрузки (для того чтобы поощрить "освоение" симуляции и снять страх поражения).

5. После первого уровня должна быть надежда, на то, что второй уровень будет не менее интересным. Первый уровень должен быть простым, интуитивно понятным, но также должен давать возможность чему-то научиться.

Целью описанной методики является помощь в выборе оптимального и эффективного способа реализации «серьезной игры» или симуляции в Thinking Worlds.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За последние десятилетий отчетливо прослеживается тенденция увеличение доли информационно-коммуникативных технологий в образовательном процессе, именно поэтому вопрос об эффективном применении таких технологий сейчас особенно актуален.

В ходе выполнения дипломной работы был проведен сравнительный анализ средств разработки симуляций с использованием технологии виртуальных миров, а так же создана «серьезная игра» в выбранном программном продукте Thinking Worlds. Основываясь на полученном опыте, разработана оригинальная методика по созданию эффективных симуляций с использованием виртуальных миров.

Дальнейшее внедрение технологии виртуальных миров в образовательный процесс может развиваться по двум направлениям. Первое направление подразумевает использование в учебном процессе все большее количество инновационных технологий связанных с виртуальной реальностью. При таком развитии традиционные формы обучения станут отходить на второй план. Второе направление подразумевает лишь частичное внедрение технологий виртуальных миров в учебный процесс, целью которых будет преподнесение информации студенту в альтернативном виде, для закрепления материала изученного на лекциях или семинарах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федянин Я. "Серьезные игры", симуляции и виртуальные миры: как соотносятся эти понятия? (Исследование Futurelab), http://premiumconsult.blogspot.com/2011/04/futurelab.html // Premium consulting. - 11.04.11.

2. Серьезные игры в обучении, http://www.smart-edu.com/index.php/stati-e-learning/sereznye-igry-v-obuchenii.html // Smart education. - 2010.

3. Karl M. Kapp, Tony O'Driscoll Learning in 3D: adding a new dimension to enterprise learning and collaboration. - CA: Pfeiffer, 2010. - 419 с.

4. Рыжков В.А. Виртуальная реальность http://vladimir.socio.msu.ru/1_KM/theme_311.htm // Управление знаниями: Работа с информацией - от источников, поиска, сбора и анализа к представлению знаний. - 2003.

5. Науменко Д. История развития технологий виртуальной реальности, http://www.psychologov.net/view_post.php?id=1425 // Интересная психология. - 17.05.10.