למידה בסביבות מציאות מדומה תלת מימד: במושב הטייס במערכת השמש

תופעת Supermoon Lunar Eclipse היייחודית שהתרחשה החודש היא סיבה טובה לבחון באיזה אופנים טכנולוגיות מציאות מדומה תלת-מימד יכולות לקדם למידה של תופעות מדעיות מורכבות

total lunar eclipse

אם יצאתם הערב, בוודאי הבחנתם שהירח מואר באופן יוצא דופן. הלילה מתרחש צירוף נדיר של שלוש תופעות אסטרונומיות שונות. ראשית, הירח יהיה במיקום הקרוב ביותר לכדור הארץ ולכן ייראה גדול יותר (עד 14%) מכרגיל ובהיר במיוחד (עד 30% יותר). שנית, יהיה ירח מלא וגם יתרחש ליקוי ירח. למה התופעה הזו תתרחש בפעם הבאה רק בשנת 2033?  למה ליקוי ירח לא מתרחש כל חודש? 

הבנת מופעי הירח היא קשה יותר להבנה עבורינו מאשר הבנת תופעת היום והלילה ותופעת עונות השנה בגלל שמשתתפים בה שלושה גופים (ירח, כדור-הארץ, שמש) שלכל אחד מהם יש מיקום ותנועה יחסית ייחודיים בחלל (בר, 2000).

[פוסט זה מוקדש באהבה לכל המתעניינים בשבוע החלל הישראלי להנצחת האסטרונאוט הישראלי הראשון אילן רמון ז"ל]

החזון של חברת NEXT של סטיב ג'ובס אותה הקים בשנת 1985 לאחר הדחתו מראשות מחברת אפל, היה לשנות את חווית הלמידה במערכת ההשכלה הגבוהה באמצעות הכנסת טכנולוגיות וסימולציות תלת מימד מתקדמות, ברות השגה לכל סטודנט. ואכן בעשור האחרון, טכנולוגיות המיחשוב והעיבוד הגרפי הממוחשב התפתחו מאד ונמצאות בכל מחשב וסמארטפון.

ברוח חזונו של ג׳ובס, ניסיתי להבין איך סביבות מציאות מדומה תלת מימד יכולות לסייע לנו בתפיסת תופעות מדעיות מורכבות כמו ליקוי הירח?
בכך ובאיך עובדת הדינמיקה של אינטראקציות למידה בסביבות מציאות וירטואליות תלת ממדיות התמקדה עבודת המחקר שלי לקבלת תואר השלישי* במדעי הלמידה מאוניברסיטת תל-אביב.

קצת רקע

סביבות מציאות מדומה תלת ממדיות (3D Virtual Reality) דינמיות, שמייצגות תופעות מדעיות ומופשטות באופן חזותי, מאפשרות לנו לחוות את התופעה המדעית המורכבת בדרך ישירה, שלא הייתה אפשרית עד כה (Furness, Winn & Yu, 1997). אינטראקציה ישירה זו מאפשרת לנו להשתמש ביכולותינו החושיות המולדות כדי לפתח את הבנתינו לגבי אותן התופעות המדעיות (DiSessa, 1986; 2002).

מבחנים סטנדרטיים אינם מאפשרים מעצם הגדרתם, לקבל תמונה מקיפה על חוויות הלמידה בסביבות מציאות המדומה תלת ממדיות שכאלה. במחקר שערכתי, פיתחתי כלים ושיטות חדשים לניתוח ואפיון אינטראקציות ותהליכי למידה בזמן אמת של הלומדים עם סביבת מציאות מדומה תלת ממדית שמדמה את מערכת השמש. בנוסף בחנתי באיזה אופנים מתפתחת ההבנה המדעית בעקבות ההתנסויות החווייתיות עם הסביבה הוירטואלית.

באמצעות מערכת הקידוד שפיתחתי לצורך המחקר, יכולתי ליצור מעין "וידאו קליפים" של רצף התרחשויות שבאמצעותם ניתן לעמוד טוב יותר על תהליכי הלמידה שמתרחשים בזמן אמת, לעומת הסתמכות על מבחנים שהם "צילומים רגעיים" של מה שהמשתתפים לומדים בנקודות זמן שונות. למשל, יכולתי להבחין בין תהליכי הלמידה שמתרחשים ברמת האובייקט הבודד (רמה לוקלית) לבין תהליכי תפיסה והבנה מערכתית וקשרי הגומלין ביניהם. יכולתי למפות את סוגי המידע השונים ששימשו את הלומדים בעת הבנית הידע שלהם וגם לנתח את ממד הניווט והתמצאות בסביבה הוירטואלית.

ממצאי מחקרי* שופכים אור חדש על תהליכי הלמידה בסביבת מציאות מדומה דינמית וגדולת ממדים:

  1. כל משתתף לומד באופן שונה ומתווה לעצמו נתיב ייחודי ולא ליניארי במרחב הלמידה (גזית, 2005). מניתוח אלפי פריטי מידע שכללו את פעולות אינטראקציה בסביבת המציאות המדומה של המשתתפים וגם את ניתוח ההגדים שלהם במהלך ביצוע משימות, מצאתי שתהליך הלמידה הוא פרשני ולא ליניארי שבו הלומד פועל במספר ממדים במקביל (multi-tasking processes).  סביבת המציאות המדומה, בדומה לסביבות משחקים דיגיטליים ובניגוד לשיטת ההערכה הסטנדרטית, מאפשרת לכל לומד לפעול וללמוד על פי דפוסים המתאימים לו ובכך היא תומכת בשונות האנושית. 

2. התפתחות ההבנה המדעית בעת ביצוע משימות בסביבות מציאות מדומה תלת ממדית

המשתתפים התבקשו לתאר ולהסביר את התופעות האסטרונומיות הבסיסיות באמצעות חקירת מערכת השמש הוירטואלית התלת ממדית. מסך המחשב היווה עבורי כמו "חלון" שדרכו יכולתי לעקוב בזמן-אמת אחר דפוסי הפעולה של המשתתפים והתפתחות ההבנה המדעית שלהם במהלך ביצוע המשימות.

2.1 אחד הממצאים המרכזיים של מחקרי הוא שהמשתתפים שינו את תפיסתם לגבי מערכת השמש בעקבות ההתנסות בסביבת המציאות המדומה והפכו אותה בתהליך שניתן לסכמו במשפט: ממרחב זר למקום מוכר (from an unfamiliar space to a familiar place).
השינוי התבטא בכך שמערכת השמש הפכה ממודל חלקי וחסר שמורכב ממספר גרמי שמיים בודדים שמצויים במרחב דו-ממדי סביב השמש, למודל מערכתי מורכב שמכיל גרמי שמיים רבים וצבעוניים שמקובצים לתתי-מערכות, הנעים בתנועה מתמדת בחלל סביב השמש. הפיכת מערכת השמש ממרחב זר למקום מוכר התאפיינה בין השאר, בהכרת הירארכית היחסים המרחבים בין האובייקטים ובהבנת החוקיות שפועלת בבסיס מערכת השמש. בנוסף לכך נמצא, שמספר משתתפים תפסו ותיארו את מערכת השמש ואת התופעות האסטרונומיות הבסיסיות מפרספקטיבות שונות, כתוצאה מהתנסות עם סביבת המציאות המדומה.

2.2 יחד עם זאת מצאתי שרמת אינטראקציה גבוהה בסביבה מציאות מדומה תלת ממדית, לא תורמת בהכרח להתפתחות ההבנה המושגית לגבי התופעות האסטרונומיות הבסיסיות. במקרים אחדים, המשתתפים לא הצליחו לפתח הבנה מדעית עיקבית וחד-משמעית לגבי התופעה האסטרונומית הבסיסית, אלא נעו בין תפיסות השונות עד לגיבוש ההבנה המדעית הנכונה. מצאתי שלושה מסלולים:

במסלול לא-עקבי ראשון, המשתתף עובר לסירוגין בין ביטויי חוסר יכולת להבין את התופעה לבין הבנה שגויה של התופעה. במסלול לא-עקבי שני, המשתתף עובר לסירוגין בין תפיסה שגויה קודמת לבין תפיסה שגויה חדשה. במסלול לא-עקבי שלישי, המשתתף עובר לסירוגין בין תפיסה שגויה לבין תפיסה מדעית נכונה חלקית. דוגמאות לכך נמצאו בעת קביעת התנועה היחסית של הירח ובהתלבטות לגבי אפשרות קיומן של התופעות האסטרונומיות על פני הירח ותדירות הופעתן.

2.3 מצאתי שחוסר הבנת יחסיות נקודת המבט בסביבת מציאת מדומה דינמית, הוביל במקרים אחדים לפירוש שגוי של המידע החזותי ולהתפתחותן של תפיסות מדעיות שגויות. גם השימוש בסביבת המציאות המדומה ככלי מחשבתי, לא סייע למשתתפים לפתח הבנה מדעית נכונה של תנועת הירח בחלל התלת-ממדי ולגבי תופעת ליקויי המאורות.

מכאן שיש חשיבות רבה ליצירת תהליכי תיווך מתאימים שייסייעו ללמידה משמעותית ויעילה בסביבת המציאות המדומה. בניגוד לדעה הרווחת, אני סבור שתפקידו של המורה אינו מצטמצם בשל העברת האחריות ללמידה על הלומד בסביבות מציאות מדומה דינמיות. בשל טבעה הרב-ממדי של הלמידה החווייתית החזותית שניתנת לפרשנויות רבות, מקומו וחשיבותו היחסית של המורה כמנחה בתהליכי הוראה תומכי למידה בסביבות מציאות מדומה אלה, עולה שבעתיים.

עוד מצאתי, שתהליך התפתחות ההבנה המדעית לגבי התופעות האסטרונומיות הבסיסיות כתוצאה מההתנסות בסביבת המציאות המדומה הוא דינמי ומתפתח באופן ספונטני בדפוס emergent במסלולים שונים. זיהיתי ומיפיתי 7 מסלולי התפתחות הבנה מדעית (תפיסות) לגבי התופעות האסטרונומיות הבסיסיות של הלומדים:

(גזית, 2005.) תרשים מסלולי התפתחות הבנה מדעית של תופעות אסטרונומיות בסיסיות בסביבת מציאות מדומה תלת-מימד

(1) הלומד לא מצליח לגבש לעצמו תפיסה כלשהי לגבי התופעה המורכבת הנחקרת.
(2) מחוסר תפיסה או ידע הלומד מפתח תפיסה שגויה לגבי התופעה האסטרונומית הבסיסית
(3) תפיסה מדעית שגויה קודמת (מבוססת על אמונות ומודל קונספטואלי שגוי) מחוזקת בעקבות ההתנסות עם סביבת המציאות המדומה.
(4) התפיסה המדעית השגויה עוברת טרנספורמציה לתפיסה מדעית שגויה דינמית כתוצאה מפירוש שגוי של המידע בסביבת המציאות המדומה למשל, במקרה של הבנת תופעת מופעי הירח, תפיסות שגויות סטטיות הוחלפו בתפיסות שגויות שכללו מודלים דינמיים שגויים.
(5) התפיסה מדעית שגויה של הלומד משתנה לתפיסה מדעית נכונה ושלמה. למשל, במקרה שינוי התפיסה לגבי תופעת היום והלילה.
(6) תפיסה מדעית נכונה חלקית משתנה לתפיסה מדעית נכונה שלמה.
(7) תפיסה נכונה מדעית משתנה לתפיסה שגויה בעקבות האינטראקציה בסביבת המציאות המדומה התלת ממדית.

כמו כן מצאתי, שככל שהתופעה המדעית מכילה מספר רכיבים רב יותר שמקיימים בניהם יחסי גומלין מורכבים, כך קשה יותר לפתח הבנה מדעית נכונה לגביה.

7 המסלולים שמצאתי מראים לנו שסביבות מציאות מדומה שמייצגות תופעות מדעיות או תופעות מורכבות דינמיות אחרות, דוגמת סימולציות שדה קרב, אינן פיתרון קסם. עצם מתן האפשרות לחקור את סביבות אלה ולקבל החלטות בהן אינו מספיק. יש צורך בעיצוב תיווך וכלים תומכי תהליך הלמידה מתאימים כדי למקסם את הפוטנציאל של סביבות אלה.

בהיבט הפדגוגי יש לראות בתפיסות השגויות שהתפתחו הזדמנות ולא קושי, שיסייע לקידום למידה והוראה משמעותית של מושגים מדעים מופשטים. עימות תפיסותיו השגויות של הלומד שהתפתחו בעקבות הלמידה בסביבת המציאות המדומה, עם מידע מדעי נכון עשוי להוות הזדמנות ללמידה אפקטיבית ומשמעותית.

תודות לגוגל ופייסבוק טכנולוגיות מציאות מדומה הולכות והופכות לדבר שכיח ונגיש לכולם. על שלושה דפוסי תנועה וחקירת סביבת מציאות מדומה תלת ממדית שמצאתי, ומשמעותם לעיצוב ופיתוח סביבות מציאות מדומה וירטואליות עתידיות ארחיב בפוסט נפרד.

חג סוכות שמח ומש🎮קי!

אודות הכותב
דר' חנן גזיתד"ר חנן גזית מייסד ומנכ"ל juloot interactive, עוזר לארגונים, חברות ויזמים לשלב עקרונות ומנגנוני משחקים בפרסום, שיווק, מכירות, הדרכה, למידה ואימון בכדי להעצים יכולות ולשפר תוצאות. חנן מראשוני חוקרי משחקי הוידאו בישראל, עומד בראש המרכז הישראלי של איגוד חוקרי המשחקים הדיגיטליים העולמי DiGRA. מרצה באקדמיה ומעביר סדנאות בחברות וארגונים בארץ ובעולם. כותב את ספרו הראשון Gameful Heroes Generation גיבורי עידן המִשְׂחוּק (שם זמני).


*להרחבה: 

Gazit, E., Yair, Y., & Chen, D. (2006). The gain and pain in taking the pilot seat: Learning dynamics in a non immersive virtual solar system, Virtual Reality, 10 (3-4), 271-282.

Gazit, E., Yair, Y., & Chen, D. (2006). Emerging Conceptual Understanding of Complex Astronomical Phenomena by Using a Virtual Solar System, Journal of Science Education and Technology, 14 (5-6), 459 – 470.

Gazit, E. (2005). The gain and pain in taking the pilot seat: Learning interactions in virtual reality environments. An unpublished Dissertation for the Degree of “Doctor of Philosophy”. The School of Education, Tel-Aviv University, Israel. (Hebrew).


Cover Picture Credit: The National Guard/Flickr, CC BY

מאת: ד"ר חנן גזית

ד"ר חנן גזית עוזר לארגונים, חברות וסטארטאפים לשלב מִשְׂחוּק gamification וגישה מִשְׂחָקִית Gameful Mindset לשיפור תוצאות באפליקציות ואתרים, פרסום ושיווק, מערכי מכירות, למידה והדרכה. חנן מרצה באקדמיה ובחברות וארגונים על משחוק העתיד. חנן הוא גיימר, וחוקר משחקי וידאו למעלה מעשור. עומד בראש המרכז הישראלי של איגוד חוקרי המשחקים 'הדיגיטליים העולמי. כותב את ספרו 'משחוק העתיד. :: Hanan Gazit, PhD is a Gaming and Virtual Worlds Researcher, Gameful Experiences Designer, Academic lecturer and Games apps and Startups Mentor, Keynote Speaker and Book Writer 'The GamefulHeroes Future' (in preperation). Founder and CEO ✪ juloot interactive gamification. Hanan consult leading 500 fortune companies and start-ups on using Gameful design for branding, marketing, sales and training to empower abilities and boost results to success. Additionally, He serves as the Israeli Digital Games Research Association (DIGRA) Chapter.