VR Study: מחקר למידה אימרסיבית – מסע וירטואלי במערכת השמש

מסע חזותי במערכת השמש: אינטראקציות למידה בסביבות מציאות מדומה | ד"ר אלחנן גזית 

מערכת השמש מהווה מקרה פרטי של תופעה מדעית מופשטת שאיננה ניתנת לתפיסה ישירה בחושינו בשל המרחקים העצומים בין מרכיביה וחוקי האסטרו-פיזיקה הסמויים מהעין. לא מפליא איפוא, שתלמידים בגילאים שונים מחזיקים בתפיסות שגויות לגבי מבנה מערכת השמש והתופעות האסטרונומיות הבסיסיות (יום ולילה, מופעי הירח, עונות השנה).

לצורך הוראת אסטרונומיה פותחה תוכנת "המסע המופלא אל החלל" במרכז לטכנולוגיה חינוכית בשיתוף המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי באוניברסיטת תל-אביב. התוכנה כוללת בתוכנה סביבת מציאות מדומה תלת מימדית שמאפשרת ללומדים לשלוט ולשחק במסעם במערכת השמש מבעד למסך המחשב כמו "מחלון טייס החללית".

מערכת השמש הוירטואלית הינה מודל דינמי של מערכת מורכבת שמבוסס על תמונות של נאס"א – סוכנות החלל של ארצות הברית. סביבה זו מזמנת למידה חווייתית חזותית וישירה מנקודות מבט (POV -Point of View) שונות וממסגרות ייחוס (Frame of Reference – FoR) חדשות של התופעות האסטרונמיות השונות, שלא הייתה אפשרית קודם לכן.

via GIPHY

מטרת המחקר המרכזית הייתה לבחון באיזה אופנים מתרחשת הלמידה בזמן אמת ואילו תפיסות וידע מדעי תפתחים אצל הלומדים. מסקנות המחקר מתבססות על למעלה מעשרת אלפים ( 10,000 ) נתונים של אינטראקציות למידה שקודדו ונותחו באמצעות תוכנת אובזרבר לניתוח וידאו ממוחשב (Observer) ומסגרת מחקר יישומי מבוסס תיאוריות למידה שפיתחתי במיוחד לצורך כך.

עוד בנושא:

הסיפור מאחורי מחקר למידה בסביבות VR

שאלות המחקר:

• מהם מאפייני אינטראקציות למידה של תלמידי תיכון בסביבת מציאת מדומה תלת-מימד שמדמה את מערכת השמש Virtual Solar System -VSS?
• 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 פיתחתי מתודולוגיה ייחודית לניתוח אינטראקציות למידה באמצעות כלים ממוחשבים שכללה שני רבדים: רובד פעולות האינטראקציה הנצפות ורובד שיח המשתתפים. מערכת זו אפשרה: לבצע 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).

עקרי הממצאים:

הלמידה היא תהליך דינאמי וצומח (emergent) ולא ליניארי שבו הלומד.ת מתווה לעצמו נתיב ייחודי במרחב התלת-ממדי.

תהליך הלמידה בסביבת מציאות מדומה כולל לפחות חמשה מימדים:

(1) ממד UX למידת שימוש במנשק התוכנה, (2) Navigation and Orientation ממד התמצאות וניווט בחלל, (3) Cognitive ממד הקוגניטיבי (דקלרטיבי/ פרוצדורלי/ מערכתי בחלוקה לידע לוקלי/ גלובלי) (4) Affective ממד אסטתיקה ורגש ו- (5) מימד התיווך – בקשת עזרה ותמיכה Scaffolding .

התפתחות ההבנה המדעית לגבי מערכת השמש כמערכת מורכבת מתרחשת באופן לא-ליניארי שכולל מעברים בין חמשת הממדים שהוזכרו לעיל ובתוכם.

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

חקירה חופשית של סביבת ה-VSS מתאפיינת ברמת אינטראקציה גבוהה, שבה הלומדים מבצעים שני דפוסי אינטראקציה בסיסיים: יוצרים "עוגנים" ומבצעים "הקפאה" של מרחב הוירטואליהדינמי.

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).

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.

אחת ממסקנות המחקר המרכזיות היא

שימוש בסביבות מציאות מדומה חדשניות הוא לא פתרון קסם. למידה והוראה אפקטיבית באמצעות טכנולוגיות למידה מעצימה את הצורך במורים מנטורים שיעניקו תיווך מתאים ומותאם ללומדים.

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

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, פרופ' יואב יאיר ופרופ' אילן גולני. שנת סיום: תשס"ה 2005, אוניברסיטת תל-אביב.

ציטוט הפוסט על פי כללי ה – APA:

גזית, א' (2019, 30 בינואר). ד"ר אלחנן גזית – מחקר "ממרחב זר למקום מוכר": למידה בסביבות מציאות מדומה Virtual Reality. [הודעה בבלוג גיימינג בראש]. אוחזר מתוך: https://www.gamefulheroes.co.il

להזמנת הרצאה (גם מקוונת בזום:) | לקביעת פגישת ייעוץ | הרשמו לערוץ יוטיוב | האזינו לפודקאסט גיימינג בראש בכל זמן ובכל אפליקציית הסכתים שתבחרו | גילוי נאות | פייסבוק | אהבתם את הפוסט? הרשמו לניוזלטר MetaYeda

---

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). A visual journey trough the Solar System. Learning interactions in 3D virtual reality environment. 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.