מחקר: למידה בסביבות מציאות מדומה Virtual Reality

מסע חזותי במערכת השמש: חקר אינטראקציות למידה בסביבות מציאות מדומה תלת-מימד | ד"ר חנן גזית 

מערכת השמש מהווה מקרה פרטי של מושג מדעי מופשט שלא ניתן לתפיסה ישירה, בשל המרחקים העצומים בין מרכיביה וחוקי הפיזיקה הסמויים מהעין. לא מפליא איפוא, שתלמידים בגילאים שונים מחזיקים בתפיסות שגויות לגבי מבנה מערכת השמש והתופעות האסטרונומיות הבסיסיות (יום ולילה, מופעי הירח, עונות השנה).

תוכנת "המסע המופלא אל החלל", שפותחה להוראת נושא האסטרונומיה על ידי המרכז לטכנולוגיה חינוכית בשיתוף המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי באוניברסיטת תל-אביב, כוללת בתוכה סביבת מציאות מדומה תלת מימד שמאפשרת למשתמש לשלוט במסעו במערכת השמש מבעד למסך המחשב. סביבה זו מזמנת אינטראקציות למידה חווייתית חזותית וישירה מנקודות מבט (point of view) ומסגרות התייחסות שונות (frame of reference) של תופעה מדעית מורכבת שלא הייתה אפשרית קודם לכן.

מטרת המחקר הייתה לבחון באיזה אופנים מתרחשת הלמידה בזמן אמת ואילו תפיסות וידע מדעי תפתחים אצל הלומד. מסקנות המחקר מתבססות על למעלה מעשרת אלפים ( 10,000 ) נתונים של אינטראקציות למידה שקודדו ונותחו באמצעות תוכנת אובזרבר לניתוח וידאו ממוחשב (Observer) וכלי מחקר איכותני שפותחו לצורך כך.

 


שאלות המחקר:

  • מהם מאפייני אינטראקציות הלמידה של תלמידי תיכון בסביבת מציאת מדומה תלת ממד ה- VSS במשימת חקר חופשיות ובמשימות מתוכננות?
  • באיזה אופנים מתפתחת ההבנה המדעית של תלמידי התיכון לגבי התופעות האסטרונומיות הבסיסיות ?
  • מהם השינויים שחלו בהבנה המדעית של תלמידי התיכון לגבי תפיסת מערכת השמש כמערכת מורכבת ובהבנת התופעות האסטרונומיים הבסיסיות בעקבות ההתנסות בסביבת ה- VSS ?

לצורך המחקר פותחה מתודולוגיה ייחודית לניתוח אינטראקציות למידה באמצעות כלים ממוחשבים שכללה שני רבדים: רובד פעולות האינטראקציה הנצפות ורובד שיח המשתתפים. מערכת זו אפשרהלבצע ניתוח רב-ממדי של אינטראקציות מורכבות, לבצע חקר תהליכים ברמת המיקרו וברמת המקרו ולאתר דפוסים שעשויים לסייע בהבנת הקשרים בין שתי הרמות, לחקור תהליכים המתרחשים ב"זמן אמת" ולייצגם באופן חזותי-גרפי (Gazit & Chen, 2003; Gazit, Chen & Yair, 2005).

ממצאי המחקר:
החקירה חופשית של סביבת ה-VSS אופיינה ברמת אינטראקציה גבוהה. זוהו שני דפוסי אינטראקציה בסיסיים משותפים: יצירת "עוגנים" וביצוע "עצירות" במרחב הוירטואלי.
הלמידה היא תהליך דינאמי וצומח (emergent) שבו הלומד מתווה לעצמו נתיב ייחודי במרחב למידה שכולל לפחות חמשה מימדים:

(1) מימד שליטה בממשק התוכנה, (2) מימד התמצאות וניווט, (3) מימד קוגניטיבי (לוקלי, גלובלי) (4) מימד רגשי ו- (5) מימד תיווך. התפתחות ההבנה המדעית לגבי מערכת השמש כמערכת מורכבת מתרחשת באופן לא-ליניארי שכולל מעברים בין חמשת הממדים שהוזכרו לעיל ובתוכם.

זוהו שלושה דפוסי למידה שונים: דפוס "הפרפר", דפוס "הדבורה" ודפוס "הנשר". מכאן שהשונות הבין-אישית מועצמת כתוצאה מהשימוש בסביבת ה-VSS.

VSS Bee VR exploration pattern - Gazit Study
דפוס "הדבורה" ממוקד בחקר אוביקטים של סביבת מציאות מדומה תלת ממדית VSS. (תרשים: ד"ר חנן גזית, מקור: עבודת דוקטורט "מסע וירטואלי במערכת השמש, 2005)
VSS Eagle VR exploration pattern - Gazit Study
דפוס "העיט" או טוב מזה, "הדולפין – היונק הימי המופלא שיכול לקפוץ מעל המים וגם לצלול לעומק, של חקר סביבת מציאת מדומה תלת מימדית VSS. דפוס שמשלב את דפוס ה"דבורה" שבו הלומד בוחר להתמקד בזום-אין על האובייקטים בסביבת המציאות המדומה ולאתר את כל הנתונים והמידע שמופיע עליהם, ודפוס "הנשר" שכולל מעברים בין התמקדות באובייקטים לבין בחירה במסגרת ראיה מערכתית כוללת יותר. דפוס "הדולפין" מתבטא ביצירת ידע קונספוטואלי מערכתי חדש ברמה גבוהה יותר מאשר שני הדפוסים אחרים, דפוס הפרפר ודפוס הדבורה (תרשים: ד"ר חנן גזית, מקור: עבודת דוקטורט "מסע וירטואלי במערכת השמש", 2005).

בביצוע משימות מתוכננות מראש נמצא, שכל המשתתפים השתמשו בסביבת ה-VSS ככלי מחשבתי חזותי באמצעות ציור תנועת הגופים הפלנטאריים וכוח המשיכה על מסך המחשב. המשתתפים פיתחו תפיסות שגויות לגבי התופעות האסטרונומיות הבסיסיות. ממצאים אלה מצביעים על טיבעה הפרשני של הלמידה בסביבות מציאות מדומה.

מעבר לקושי שגלום בתחום התוכן המדעי הספציפי, שילוב המאפיינים הייחודיים של סביבת ה-VSS והמאפיינים הבסיסיים של הקוגניציה האנושית, עשוי להסביר את התפתחות תפיסות אלו  (Gazit, Yair & Chen, 2006).

VSS Misconcept 02

3. ההתנסות בסביבת ה- VSS תרמה להפיכת מערכת השמש ממרחב זר למקום מוכר.  שינוי תפיסתי זה התבטא במעבר:  (1) ממודל חלקיקי למודל מערכתי, (2) ממודל סטטי למודל דינאמי, ו- (3) ממודל דו ממדי פשוט למודל תלת-ממדי מורכב. השינוי השתקף גם בציורי מערכת השמש של המשתתפים. יחד עם זאת, נמצאו טעויות שיטתיות בתפיסת גודלן היחסי ומרחקן היחסי של הפלנטות.

(גזית, 2005.) תרשים מסלולי התפתחות הבנה מדעית של תופעות אסטרונומיות בסיסיות בסביבת מציאות מדומה תלת-מימד
מסלולי התפתחות הבנה מדעית של תופעות מדעיות מורכבות בסביבת מציאות מדומה תלת ממדית גדולת ממדים Virtual Solar System. (תרשים: ד"ר חנן גזית)

המחקר מציע עקרונות משופרים לתיכון סביבות מציאות מדומה עתידיות ומצביע על כיווני מחקר נוספים, שעשויים לסייע בבחינת הפוטנציאל החינוכי שטמון בסביבות מציאות מדומה לצרכי הוראה, למידה והדרכה בכלל ולצרכי הוראת ולמידת מדעים בפרט.

אחת המסקנות המרכזיות מהמחקר היא שטכנולוגיות למידה וירטואליות / משחקיות הכי מתקדמות הן לא פתרון קסם. מורים מנטורים מוכשרים ותיווך מתאים הם הנוסחה המנצחת ללמידה והוראה אפקטיביים.

ומשהו בנימה אישית: זוכר שדמיינתי איך אני מציג את המחקר לסא"ל אילן רמון ז"ל עם חזרתו ממשימתו בחלל. לצערי זה לא קרה. מחקר זה מוקדש לזכרו והנצחת מורשתו של סא"ל אילן רמון ז"ל, האסטרונאוט הישראלי הראשון ולחבריו בצוות מעבורת החלל קלומביה שלא צלחו לשוב בשלום ממסעם בחלל לכדור הארץ ב-1 בפברואר 2003. יהי זכרו ומורשתו ברוכים לעד.

המחבר מבקש להביע תודתו לד"ר דוד חן וצוות האקדמי והמנהלי של בית הספר לחינוך של אוניברסיטת תל-אביב על התמיכה והסיוע לביצוע המחקר והצגתו בכנסים בינלאומיים ובמסגרת אוניברסיטת הארוורד ומכון M.I.T בוסטון, ארה"ב, לקרן סקט"א רש"י על מתן מלגת הצטיינות ללימודי דוקטורט.  תודה מיוחדת לפרופ' מנוחה בירנבוים, פרופ' יובל פורטוגלי ופרופ' יואב יאיר. שנת סיום: תשס"ה 2005, אוניברסיטת תלאביב.


אודות הכותב

Dr. Hanan Gazit Ph.Dד"ר חנן גזית הינו חוקר משחקים דיגיטליים ומשחקולוג מומחה שעוזר לארגונים, חברות היי-טק, ויזמים סטארטאפים לשלב מִשְׂחוּק gamification ומיינדסט משחקי לשיפור תוצאות, למידה, והעצמה אישית. חנן הוא מרצה מבוקש בארץ ובעולם על עולם הגיימינג, משחוק העתיד וגישת המיינדסט משחקי (Gameful mindset) שפיתח. מרצה ומנחה פרוייקטי פיתוח ועיצוב אפליקציות משחקים באקדמיה; מנטור עסקי לסטארטאפים ויועץ גיימיפיקציה לחברות הזנק בינלאומיות בתחום הגיימינג והבלוקצ'יין. חנן מראשוני חוקרי משחקי הוידאו בישראל, עומד משנת 2007 בראש המרכז הישראלי של איגוד חוקרי משחקים דיגיטליים העולמי. בזמנו הפנוי חנן הוא גיימר וכותב את ספרו מִשְׂחוּק העתיד (שם זמני), וגם עורך ומגיש פודקאסט בנושא.

יש לך שאלות, בקשות, הצעות? אפשר להוסיף פה תגובה, או בפייסבוק או לשלוח מסר בוואצ'אפ או בטלגרם ללמספר 058-4777800


מקורות:

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)

Gazit, E. & Chen, D. (2003). Using the observer to explore learning within virtual worlds. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers, 35 (3), 400-407.

Awards:

The Sakta-Rashi National Scholarship for outstanding Science Education PhD Candidates, 2003-2005.

The Dean's PhD Excellence Scholarship, Tel-Aviv University, 2002.

 

התגובה שלך

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת גוגל

אתה מגיב באמצעות חשבון Google שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

מתחבר ל-%s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.