ΠΑΠΠΑ ΕΥΑΓΓΕΛΗ Α.Μ 1018 ΚΑΤΣΑΜΑΓΚΟΥ ΑΡΕΤΗ ΜΑΡΙΑ Α.Μ 1038 ΗΥ-302 Διδακτική της Πληροφορικής Εκπαιδευτικές Εφαρμογές της Εικονικής Πραγματικότητας ΠΑΠΠΑ ΕΥΑΓΓΕΛΗ Α.Μ 1018 ΚΑΤΣΑΜΑΓΚΟΥ ΑΡΕΤΗ ΜΑΡΙΑ Α.Μ 1038

Εικονική Πραγματικότητα Εικονική Πραγματικότητα το ιδεατό περιβάλλον, το οποίο δημιουργεί υπολογιστής, και το οποίο περιβάλλει τους χρήστες με τρισδιάστατες εικόνες (κι όχι μόνο), δίνοντάς τους την εντύπωση πως βυθίζονται σ' έναν πραγματικό κόσμο.

Ειδικά Εργαλεία HMD, BOOM body suits γάντια haptic feedback force feedback

Bασικοί στόχοι το στήσιμο πρωτοποριακής υποδομής όπου θα μπορούν να εκτίθενται τα εκπαιδευτικά προγράμματα και οι τρισδιάστατες αναπαραστάσεις του IΜΕ. τη δημιουργία εκπαιδευτικού και εκθεσιακού υλικού. τη δημιουργία ενός ερευνητικού "κέντρου" για τους αρχαιολόγους, ιστορικούς, εκπαιδευτικούς, κι άλλους επιστήμονες.

Εικονική Πραγματικότητα και Εκπαίδευση Εικονική Πραγματικότητα και Εκπαίδευση Η ΕΠ είναι ένα σύστημα διεπαφής στο οποίο ο χρήστης βιώνει περισσότερο εμπειρικά παρά νοητικά την αλληλεπίδρασή του με το περιβάλλον. Για το λόγο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί επιτυχώς στην εκπαίδευση. Το τρισδιάστατο, πολυαισθητηριακό περιβάλλον και η αντιστοιχία ενεργειών και συμπεριφοράς του χρήστη με το απεικονιζόμενο αποτέλεσμα δημιουργούν την αίσθηση παρουσίας μέσα στο περιβάλλον αυτό. Η αίσθηση της παρουσίας θεωρείται ότι υποβοηθά την επικοινωνία της μαθησιακής εμπειρίας. Τα μαθησιακά εικονικά περιβάλλοντα υποστηρίζουν την αλληλεπίδραση μαθητή-υπολογιστή επιτρέποντας το χειρισμό και την εξέταση των συνθετικών αντικειμένων, σαν να ήταν αντικείμενα του πραγματικού κόσμου.

Εικονικά περιβάλλοντα στη διδασκαλία της Ιστορίας Ένας τομέας όπου ο υπολογιστής παρουσιάζει συγκριτικό πλεονέκτημα σε σχέση με άλλα μέσα εκπαιδευτικής τεχνολογίας είναι αυτός των οπτικών αναπαραστάσεων(οπτικοποίηση). Τούτο γιατί συνδυάζει όλα τα χαρακτηριστικά των οπτικοακουστικών μέσων μαζί με απεριόριστες δυνατότητες αλληλεπίδρασης. Η οπτικοποίηση είναι ένα αναγνωρισμένο μέσο για την αναπαράσταση δεδομένων και εννοιών που βοηθά στην κατανόηση και αφομοίωση του περιεχομένου της διδασκαλίας. Ειδικά στη διδασκαλία της ιστορίας όπου οι περισσότερες αναφορές είναι σε κόσμους του παρελθόντος, η χρήση των οπτικών αναπαραστάσεων επιβάλλεται για τη δημιουργία σταθερών νοητικών εικόνων και κοινών σημείων αναφοράς και συζήτησης. Από τη σκοπιά της διδασκαλίας της ιστορίας, το ΕΠ σχετίζεται με γραφική αναπαράσταση ενός «ιστορικού κόσμου».

Διαφορετικές τεχνολογίες εικονικής πραγματικότητας Μια αρχαία ελληνική αγροικία(αναπαράσταση τύπου VRML) Αρχαιολογικές αναπαραστάσεις στο διαδίκτυο για εκπαιδευτική χρήση Εκπαιδευτική προσομοίωση με θέμα την αρχαία Αίγυπτο Μια ιστορική πόλη Αναπαράσταση της αρχαίας Μιλήτου Αίγυπτος 1000 π.Χ

Το project 450 π.Χ Έχει ως αντικείμενο τη μελέτη, ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός ολοκληρωμένου εκπαιδευτικού περιβάλλοντος για τη διδασκαλία της ιστορίας στη μέση εκπαίδευση. Αναφέρεται στην αναπαράσταση της αγοράς των Αθηνών όπως αναδεικνύεται από τα αρχαιολογικά δεδομένα της κλασικής αρχαιότητας. Ως τεχνολογία παρουσίασης επιλέχθηκε εικονική πραγματικότητα η οποία έχει τη δυνατότητα να αποδώσει πανοραμικές εικόνες και περιβάλλοντα και περιστρεφόμενα περί τους άξονές του αντικείμενα. Τα δύο αυτά στοιχεία μπορούν να είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους δημιουργώντας ένα πλέγμα που παρέχει δυνατότητες πλοήγησης στο χώρο καθώς και εξέτασης αντικειμένων. Το ΕΠ ενσωματώθηκε σε μια εφαρμογή πολυμέσων/υπερμέσων με δύο βασικούς άξονες:

1. «ΞΕΝΑΓΗΣΗ» Μια οθόνη από το τμήμα λογισμικού «ΞΕΝΑΓΗΣΗ». Ο χρήστης ακολουθώντας βιντεοσκοπημένες(μικρή εικόνα πάνω αριστερά) διαδρομές οδηγείται σε κομβικά σημεία του ΕΠ. Στη μεγάλη εικόνα μπορεί να παρακολουθεί τις πληροφορίες για το χώρο και τα ιστορικά δρώμενα που παρέχονται με τη μορφή αφήγησης.

2. «ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ» Μια οθόνη από το τμήμα λογισμικού «ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ». Ο χρήστης μετακινείται στο ΕΠ (πανόραμα στο κάτω μέρος της εικόνας). Το σημείο θέασης σημειώνεται με την κόκκινη κουκίδα στο χάρτη. Το βέλος σημειώνει το σημείο προς το οποίο είναι στραμμένο το βλέμμα.Όταν αποκτήσει ολοκληρωμένη αντίληψη του χώρου, μπορεί να μεγενθύνει το πανόραμα ώστε να καταλαμβάνει όλη την οθόνη, πράγμα που δίνει μεγαλύτερη αίσθηση συμμετοχής στον εικονικό κόσμο.

Εμπειρική μελέτη Η εφαρμογή χρησιμοποιήθηκε ως εκπαιδευτικό εργαλείο για την υποστήριξη της διδασκαλίας της ιστορίας και ακολούθησε εμπειρική μελέτη. Σκοπός της έρευνας ήταν η χρήση του λογισμικού από τους μαθητές και η διεξαγωγή συμπερασμάτων που κατατάσσονται στους παρακάτω άξονες: Διερεύνηση του βαθμού αποδοχής από τους μαθητές. Αξιολόγηση του λογισμικού και καταγραφή των απαιτήσεων των μαθητών. Διερεύνηση της διδακτικής αποτελεσματικότητας όσον αφορά στο αντικείμενο του μαθήματος. Εκτίμηση της αίσθησης προσανατολισμού και αντίληψης χώρου στον εικονικό κόσμο. Καταγραφή των απόψεων των μαθητών για την προέλευση των νοητικών εικόνων που έχουν σχηματίσει για τον ιστορικό χώρο και εποχή.

Μεθοδολογία Η διαδικασία που ακολουθήθηκε κατά τη διεξαγωγή της έρευνας ήταν η εξής: 1η Διδακτική ώρα:Γενική παρουσίαση-Εξοικείωση με το λογισμικό. Εκτέλεση του τμήματος «ΞΕΝΑΓΗΣΗ» με κεντρική καθοδήγηση. 2η Διδακτική ώρα:Εξοικείωση με το εικονικό περιβάλλον. Οι μαθητές εργάστηκαν αυτόνομα στο τμήμα του προγράμματος «ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ» εξερευνώντας το περιβάλλον. 3η Διδακτική ώρα:Χορήγηση τελικού ερωτηματολογίου. Οι μαθητές εκτέλεσαν ένα τεστ στον υπολογιστή.

Οθόνη από το τεστ στον υπολογιστή Οθόνη από το τεστ στον υπολογιστή. Μόλις του ανατεθεί η αποστολή, ο μαθητής πρέπει να οδηγήσει τον Τιμόθεο στο κατάλληλο σημείο του εικονικού χώρου. Ο χρόνος αρχίζει να μετράει όταν ο μαθητής πιέσει το πλήκτρο «ΠΑΜΕ». Αν υπάρχει αμφιβολία για το σημείο στόχο μπορεί να αναζητήσει βοήθεια στα τμήματα «ΞΕΝΑΓΗΣΗ» και «ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ» του προγράμματος.

Χαρακτηριστικά δείγματος

Εκτιμήσεις για την διδακτική αποτελεσματικότητα

Συμπεράσματα Η στάση των μαθητών ως προς τη χρήση των εικονικών περιβαλλόντων είναι θετική ωστόσο θα πρέπει να αναβαθμιστεί και να επεκταθεί το υπάρχον υλικό για να αντιμετωπισθούν τυχόν δυσκολίες ως προς τη χρήση του Η/Υ. Απαίτηση των μαθητών για «πλούσια περιβάλλοντα» με εντυπωσιακά γραφικά και μεγάλες δυνατότητες αλληλεπίδρασης και πλοήγησης. Η επαφή με το εικονικό περιβάλλον αποτέλεσε κίνητρο για την προσέγγιση του γνωστικού αντικειμένου. Αισθητοποίηση της ιστορίας και βελτίωση των οπτικών αναπαραστάσεων που παρέχει το εκπαιδευτικό μας σύστημα δεδομένης της χρήσης εικονικών περιβαλλόντων.

Πείραμα και εφαρμογή ΕΠ για την υποστήριξη της διδασκαλίας μαθήματος Χημείας Β΄Γυμνασίου Χρησιμοποιείται ΕΠ με θέμα την ατομική και μοριακή δομή των στοιχείων. Τα άτομα και τα μόρια είναι τόσο μικρά που δεν είναι δυνατόν να εξεταστούν ούτε με γυμνό μάτι αλλά ούτε και με τα συνηθισμένα μικροσκόπια. Μια πολύ καλή μέθοδος για την εποπτική προσέγγιση του μικρόκοσμου των ατόμων και των μορίων είναι η χρήση των προσομοιωμάτων. Κάθε άτομο παριστάνεται με ένα σφαιρίδιο διαφορετικού χρώματος κάθε φορά. Συνδυάζοντας κατάλληλα τα προσομοιώματα των ατόμων, είναι δυνατή η αναπαράσταση των μορίων και των πλεγμάτων των χημικών ενώσεων και των χημικών στοιχείων.

Σχεδιασμός πειράματος και εφαρμογής Το πείραμα εξελίσσεται σε τρία στάδια: Θεωρητική διδασκαλία του γνωστικού αντικειμένου από τον εκπαιδευτικό σε είκοσι μαθητές. Εφαρμογή και εξάσκηση μέσω εκπαιδευτή Χημείας και οπτικού υλικού βιβλίου σε 10 μαθητές. Εφαρμογή προτεινόμενου τρισδιάστατου εικονικού περιβάλλοντος στους υπόλοιπους 10 μαθητές. Τελική αξιολόγηση εκπαιδευτικού αποτελέσματος. Στην εφαρμογή του τρισδιάστατου ΕΠ χημείας δεν υπάρχει βαρύτητα, ώστε να υπάρχει πλήρη ελευθερία κίνησης και οι μαθητές πλοηγούνται μέσα σε αυτό ώστε να μπορούν να παρατηρούν τη δομή των διαφόρων ατόμων και μορίων.

Άτομα στοιχείων Σ’ ένα τρισδιάστατο εικονικό περιβάλλον υπάρχουν τοποθετημένοι πάνω σε ένα τραπέζι κυλινδρικοί διάφανοι σωλήνες οι οποίοι περιέχουν σφαίρες του ίδιου χρώματος που αναπαριστούν τα άτομα. Οι μαθητές μπορούν με το ποντίκι να επιλέγουν έναν από τους σωλήνες και να επεξεργάζονται με πλήρη ελευθερία κινήσεων τη δομή του ατόμου. Θα μπορούν να παρατηρούν τα νετρόνια, τα πρωτόνια, τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στοιβάδας. Με αυτόν τον τρόπο οι μαθητές διδάσκονται τις έννοιες του ατομικού αριθμού, του μαζικού και του αριθμού οξείδωσης.

Μόρια στοιχείων και η δομή τους Οι μαθητές θα μπορούν να δημιουργούν κάποιο μόριο στοιχείου. Θα επιλέγουν κάποιο άτομο, κάνοντας κλικ πάνω σε αυτό και θα μπορούν να το μεταφέρουν σε ένα βοηθητικό χώρο που θα βρίσκεται πάνω στο τραπέζι(βήμα 1) και έπειτα το άλλο(βήμα 2) αν πρόκειται για διατομικό. Τέλος θα μπορούν να πλοηγηθούν μέσα στο χώρο και να ελέγξουν τη δομή του καθώς και τα συστατικά (p,n,e) από τα οποία αποτελείται.

Ιδιαίτερα σημαντική είναι η δυνατότητα που δίνεται σε ανθρώπους με ειδικές ανάγκες Η εικονική πραγματικότητα έχει χρησιμεύσει ως εργαλείο μάθησης για άτομα με ειδικές ανάγκες. Πρόκειται για έναν καινούριο τρόπο διδασκαλίας παιδιών που αντιμετωπίζουν δυσκολίες κίνησης και δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν το μολύβι και το χαρτί. Ένα μοντέλο για την αποκατάσταση της δυσλεξίας είναι το Left/Right Orientation (Ροπή) Model. Αυτό το μοντέλο αποτελείται από τρία κιβώτια με το κεντρικό το μεγαλύτερο. Δύο μικρότερα κιβώτια διαφορετικού χρώματος έχουν κατασκευαστεί ώστε να εφάπτονται σε κάθε πλευρά του κιβωτίου. Θα ήταν προτιμότερο εάν το κεντρικό κιβώτιο ήταν ουδέτερο χρώμα π.χ. γκρίζο έτσι ώστε να επικρατεί το χρώμα των πλαϊνών κιβωτίων και το κεντρικό κιβώτιο να μην αποσπά την προσοχή του μαθητή. Το μοντέλο αυτό χρησιμοποιείται επίσης στη στοιχειώδη εκπαίδευση μαθητών που έχουν προβλήματα κινητικού προσανατολισμού και όρασης. Ζητείται από το μαθητή μετακινώντας τον κέρσορα με το ποντίκι να πάει από τη μια πλευρά του κιβωτίου στην άλλη χρησιμοποιώντας τα χρώματα ως κώδικα.

Γιατί είναι χρήσιμη η εικονική πραγματικότητα στην εκπαίδευση;

Εικονική πραγματικότητα στηριζόμενη σε γραφικά Παρέχει κίνητρο. Μπορεί να εικονογραφήσει γνωρίσματα και διαδικασίες με περισσότερη ακρίβεια από άλλες μεθόδους διδασκαλίας. Επιτρέπει μία ακραία και σε πρώτο πλάνο εξέταση ενός αντικειμένου. Επιτρέπει την παρατήρηση από εξαιρετικά μεγάλη απόσταση. Επιτρέπει σε ανθρώπους με κινητικά προβλήματα να πάρουν μέρος σε πειράματα ή περιβάλλοντα μάθησης που δεν μπορούν με άλλο τρόπο. Δίνει στους μαθητές την ευκαιρία να ενεργήσουν με τη δική τους θέληση. Επιτρέπει στο μαθητή να ενεργήσει σε ανοιχτό χρόνο και όχι στα πλαίσια του κανονικοποιημένου προγράμματος της τάξης. Παρέχει την εμπειρία νέων τεχνολογιών μέσω ενεργητικής ενασχόλησης. Απαιτεί αλληλεπίδραση. Ενθαρρύνει ενεργητική συμμετοχή και όχι παθητική.

Εικονική πραγματικότητα σε κείμενο και στο Διαδίκτυο Ενθαρρύνει τη δημιουργικότητα. Παρέχει κίνητρο. Παρέχει υψηλή αλληλεπίδραση. Παρέχει κοινωνική ατμόσφαιρα. Βοηθά παθητικούς μαθητές να γίνουν ενεργητικοί. Επιτρέπει στους μαθητές να έρθουν σε επαφή με διαφορετικές προσωπικότητες. Επιτρέπει στους μαθητές να γίνουν κοινωνοί διαφορετικών πολιτισμών. Παρέχει ισοδύναμες ευκαιρίες επικοινωνίας με μαθητές από διαφορετικούς πολιτισμούς. Διδάσκει ικανότητες που αφορούν τον υπολογιστή. Διδάσκει ικανότητες δακτυλογράφησης.

Πλεονεκτήματα της χρήσης ΕΠ στην Εκπαίδευση Η χρήση της ΕΠ ενδείκνυται ιδιαίτερα στην περίπτωση προσομοίωσης κατά την οποία η εμπειρία της δημιουργίας ενός προσομοιωμένου περιβάλλοντος ή μοντέλου είναι πολύ σημαντική για τη γνώση του αντικειμένου. Ο μαθητής ενθαρρύνεται στη διαδικασία της μάθησης μέσα από την ενεργή και όχι την παθητική συμμετοχή του. Επιπλέον μέσα από την αλληλεπίδρασή με το εικονικό περιβάλλον παρέχεται καλύτερη δυνατότητα εξέτασης ενός αντικειμένου ή μιας διαδικασίας κατά τρόπο πολυαισθητηριακό ο οποίος συμπεριλαμβάνει δεξιότητες χειρισμού και φυσικής κίνησης. Κατ’ αυτόν τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα στο μαθητή για μια διαδικασία μάθησης πιο ενδιαφέρουσα και πιο διασκεδαστική. Επιτρέπεται στο μαθητευόμενο να προχωρά διαμέσου ενός πειράματος με το δικό του ρυθμό, με ανοιχτά χρονικά περιθώρια και όχι μέσα σε προκαθορισμένο χρόνο.

Η αίσθηση της παρουσίας και οι δραστηριότητες σε ΕΠ ενδυναμώνουν ιδιαίτερα το ενδιαφέρον του μαθητή και κάτω από ρεαλιστικές συνθήκες πραγματοποιείται η εκπαιδευτική διαδικασία για κόσμους (μικρόκοσμος-μακρόκοσμος) που δεν είναι ορατοί από τον άνθρωπο χωρίς την βοήθεια ειδικών οργάνων. Η χρήση της ΕΠ ενδείκνυται ακόμα περισσότερο όταν το γνωστικό αντικείμενο περιλαμβάνει διαδικασίες επικίνδυνες, αδύνατες ακατάλληλες ή και άβολες καθώς μέσα από τα εκπαιδευτικά ΕΠ δεν προκαλείται καταστροφή ή ανεπανόρθωτη ζημιά του αντικειμένου ή βλάβη και ρύπανση του περιβάλλοντος. Η ΕΠ θεωρείται ως ένα πολύ ισχυρό μέσο οπτικοποίησης που μπορεί να ενσωματωθεί αποδοτικά στη μαθησιακή διαδικασία. Τούτο γιατί συνδυάζει όλα τα χαρακτηριστικά των οπτικοακουστικών μέσων μαζί με απεριόριστες δυνατότητες αλληλεπίδρασης. Η οπτικοποίηση είναι ένα αναγνωρισμένο μέσο για την αναπαράσταση δεδομένων και εννοιών που βοηθά στην κατανόηση και αφομοίωση του περιεχομένου της διδασκαλίας.

Επιστημονικός προβληματισμός για τα ΕΠ Όταν τα τρισδιάστατα γραφικά θα έρθουν στο προσκήνιο το αναζωπυρωμένο ενδιαφέρον των μαθητών για γράψιμο και διάβασμα θα περάσει στο περιθώριο. Θα πρέπει να αφήσουμε να συμβεί; Η ΕΠ θα είναι σαν ευλογία ή σαν πατερίτσα για αμαθείς. Πόσος χρόνος και προσπάθεια θα αφιερώνεται από τους μαθητές για εργασίες στο σπίτι προκειμένου να καλύψουν την εκπαίδευση που γίνεται την ώρα του σχολείου. Μπορεί η εκπαίδευση του σχολείου να παραμείνει μακριά από τη συνήθεια να εργάζεται ο μαθητής μόνος του για να αποκτήσει τις γνώσεις που απαιτούνται; Συνήθεια που ξεπηδά από τις νέες τεχνολογίες και το Internet. Με ποια στρατηγική θα αντενεργήσουμε σ’ αυτή τη συνήθεια; Τι είδους ασκήσεις θα πρέπει να δίνονται στους μαθητές ώστε να αποκτήσουν τα περισσότερα οφέλη από τα ΕΠ εργαλεία; Ποιος θα μετεκπαιδεύσει τους δασκάλους και τους καθηγητές; Θα μπορούσε η άγνοια των υπολογιστών και των ΕΠ να κάνει τους μαθητές να φτάσουν στα άκρα και να αποφεύγουν τα ΕΠ; Πόσο νωρίς θα πρέπει οι μαθητές να ασχολούνται με ΕΠ και να υποβάλλονται στην επιρροή τους;

Γενικός επίλογος Εάν δεν ήταν η τεράστια και μοναδική σοβαρότητα της ΕΠ στη κοινωνία, πολλές από τις παραπάνω ερωτήσεις να μην χρειαζόταν να απαντηθούν. Όμως οδεύουμε προς καινούργιες και απρόσμενες μεταβολές και θα πρέπει το συντομότερο δυνατό να βασιστούμε στους κατάλληλους φάρους οι οποίοι να φωτίζουν το δρόμο μπροστά. Αυτό θα είναι το καλύτερο για όλους. Τα ΕΠ είναι σίγουρα από τους πιο σημαντικούς φάρους. Ωστόσο τα μαθησιακά ΕΠ θα πρέπει να είναι ενημερωμένα από τη σύγχρονη έρευνα των μαθησιακών επιστημών, τις σύγχρονες πρακτικές για την εκπαίδευση καθώς και από την υπαρκτή πραγματικότητα της σχολικής οργάνωσης.