Metaverse, VR, AR a AI ve vzdělávání
S neustálým technologickým vývojem vznikají nové možnosti jejich využití. S ohledem na nedávnou pandemii Covid-19 vzrostl zájem o využití těchto technologií. Virtuální realita, augmentovaná realita, umělá inteligence i myšlenka metaverse již nezní tak cize, a zejména v západních zemích se objevují první pokusy o jejich implementaci ve vzdělávání.
Využití těchto technologií bylo do nynějška vnímané jako obtížné, a to hned z několika důvodů. Jsou tyto důvody opodstatněné nebo se jedná pouze o výmluvy a neochotu vyvíjet se vzdělávacího systému? Jsou tyto technologie pro využití ve vzdělávání natolik přínosné, aby si zasloužily pozornost? [1]
Virtuální realita (VR)
Virtuální realita využívá zařízení jako jsou VR brýle, headsety a ovladače k simulaci různých zážitků. Pomocí těchto a dalších zařízení simuluje různá prostředí, které působí na smysly uživatele, což přináší požadovaný efekt. Díky tomu se uživatel cítí tak, že danou situaci ve virtuálním prostředí prožívá, jako by byl v reálném světě. Dalo by se říci, že když používáme VR zařízení, ocitáme se v jiném virtuálním světě. Myšlenka vytvoření zařízení, které by takových věcí bylo schopné pochází již z druhé poloviny dvacátého století. Nynější zařízení jsou mnohem pokročilejší a dostupnější. Právě díky faktu, že se uživatel VR cítí, jako by to, co prožívá byla realita, otevírá dveře pro využití VR při vzdělávání. Mnohdy se totiž může jednat o levnější a efektivnější variantu vzdělávání než v reálném životě.[2]
Příklady
VR je dnes již dostupná technologie a je využívána v různých oblastech. Za nejvýraznější bych označil její využití v medicíně a geografii, což však neznamená, že by VR neměla využití i v dalších oblastech.
Oblast medicíny
University of New England
Knihovna v této univerzitě využívá platformu Embodied Labs, která pomocí virtuální reality staví uživatele(studenty) do role svých pacientů, klientů, apod., zejména však starších lidí. Díky tomu studenti získají zkušenosti, které zvyšují jejich empatii a schopnost pracovat se staršími lidmi. Na platformu jsou přidávány další tréninkové kurzy, které reflektují potřebu studentů. Podle Elizabeth Dyer studenti velmi rádi využívají VR, neboť je to nejvěrohodnější způsob, jakým lze přiblížit realitu.[3]
University of Utah
Zdejší knihovna také využívá VR, zde ale zejména k učení studentů dentistiky. Studenti procvičují diagnostiku, rekonstrukci a využití protéz. Dr. Max Durham (vyučující) vyzdvihl zejména ušetření času, které mu využití VR technologie při vyučování tohoto kurzu přineslo.[3]
Oblast geografie
VR pro virtuální prohlídku Snowdonia National Park
Studenti posuzovali, jaký na tento park mají dopad zásahy lidí. Dále zkoumali terén a hledali potencionální problémové oblasti. Díky tomu si studenti mohli osvojit kritickou analýzu terénu pro budoucí použití.[4]
Povodně, modelování
V magisterském programu FRAME bylo VR využito jako nástroj pro vyučování hydrologických konceptů. Studenti tvořili modely, které měli zabránit povodním v různých demonstrativních scénářích.[4]
Další oblasti
Architektura
Skupina studentů měla za úkol vytvořit design domu v běžném 2D prostředí, načež stejný výtvor měla replikovat za použití VR. Jejich práce byly poté zhodnoceny a porovnány. Z výsledků bylo možné vyčíst, že design vytvořený ve VR byl mnohem detailnější. VR verze byly i lépe ohodnoceny než ty tvořené v 2D prostředí. Prostory byly označené za lépe využité než u 2D verzí. VR tak podpořilo kreativitu studentů.[5]
Výhody X problémy
Jak už vyplývá z předchozího textu, VR technologie přináší nové možnosti vzdělávání. Hlavní výhodou je zážitkový způsob učení a interaktivita. Způsob, jakým VR dokáže uživatele/studenta pohltit a předat mu své informace je převratný. Ze zmíněných příkladů využití lze vyčíst, že využitím VR vzrostla úroveň výuky a studenti byli schopní získat schopnosti, které by jinak nabývali obtížně. Při správném použití VR je možné vzdělávání zefektivnit, zkrátit dobu potřebnou k výuce a také je možné i jejím využitím ušetřit. Problém VR je v její vysoké komercializaci, firmy zabývající se tvorbou software pro VR jsou povětšinou vysoce komerční a nedochází k dostatečné komunikaci mezi jednotlivými firmami. Tato roztříštěnost se neobjevuje pouze u softwarových záležitostí, ale také u hardwaru. Bohužel se tak stává jedním z aspektů, které omezují možnosti využití VR. Dále je nutné zohlednit dostupnost zařízení, potřebných k funkci VR. Pořizovací cena zařízení je poměrně vysoká, a tak stále není možné plošné nasazení VR do vzdělávání. Faktem je, že se technologie ještě stále dosti rychle vyvíjí. Lze tak očekávat zlevňování zařízení a zvýšení dostupnosti technologie do budoucna. Dalším aspektem je náročnost ovládnutí technologie vyučujícími. Je nutné brát zřetel na schopnosti vyučujících. Vyučující jako takový sám pravděpodobně bez znalostí programování a 3D grafiky nebude sám schopný vytvořit výukový materiál — většina aplikací bude vytvořena komerčním sektorem, což přináší potřebu zvýšit komunikaci mezi ním a vzdělávacími institucemi.[4][5][6]
Augmentovaná realita (AR)
Augmentovanou realitu lze definovat jako smíchání reálného (fyzického) a virtuálního světa. Její hlavní funkcí je tudíž propojení fyzického a virtuálního světa pomocí různé technologie. Všechny interakce mezi těmito světy zároveň probíhají v reálném čase. Oproti VR je AR však technologicky méně náročná — ke své funkci nepotřebuje mnoho a drahých zařízení. K běžnému využití AR je potřeba přenosného zařízení k zobrazení virtuálního světa (běžně mobilního telefonu schopného číst QR kódy) a připojení k internetu. Využití však předchází tvorba AR. K tomu jsou používány různé nástroje, které jsou většinou komerční. Stejně jako u VR je i síla AR ve vzdělávání zejména v možnostech tvorby interaktivního prostředí, které uživatele dokáže více zaujmout, názorně studentům učivo předvést, které tak nabývá téměř zážitkového charakteru. Obecně má AR využití v mnoha oborech — strojírenství, medicíně, vojenství a zábavním sektoru. Nejrozvinutější je dnes stejně jako u VR zábavní sektor. Hry jako Pokemon GO, Monster Slayer (The Witcher) ukazují, že právě spojením reálného a virtuálního světa dokáže pro uživatele vytvořit natolik zajímavý zážitek, že je uživatel ochotný splnění různých cílů her přizpůsobit svůj režim.[7][8]
Příklady
Vojenství
TAR
Tactical AR je technologie vytvořená americkou armádní organizací CERDEC. Jedná se o rozšíření, které vojákům umožní skrze brýle přidat do reality virtuální vrstvu. Ať už se jedná o mapu, určení strategického bodu či dalších hodnotných informací. Vojáci tak mají zvýšenou orientaci v neznámém terénu což zvyšuje jejich šanci na přežití.[9]
Medicína
Ať už se jedná o využití ve výuce, simulaci scénářů či vizualizaci anatomie při operacích, AR je ve všech těchto možnostech využitelná. Konkrétně může být AR využito pro zobrazení rentgenových či ultrazvukových snímků pacientova těla v reálném čase při operaci apod. Dále nejmenovaná farmaceutická společnost využívá AR k 3D modelování srdce. V anestesiologii došlo ke zjištění, že za využití AR řízeného ultrazvukem, je možné provádět přesnější vpichy, které tak zvýší úspěšnost a sníží čas potřebný k úkonu.[10]
Vzdělávání
Učitelé mohou využít AR k přípravě exkurzí — na požadované místo předem vytvoří značku, skrze kterou poté studenti získají o daném místě rozšiřující informace skrze své zařízení. Dále je možné podnikat virtuální exkurze. K tomu slouží například Google Expedition. Hlavní výhodou je však možnost tvorby AR projektů samotnými studenty. Existují totiž platformy (Metaverse AR Platform, …), které nevyžadují žádné znalosti programování, takže je student k tvorbě AR projektů nepotřebuje.[11][12]
Výhody X problémy
Hlavními výhodami AR ve vzdělávání je stejně jako u VR vyšší interaktivita a začlenění studentů do výuky. Rozdílem mezi těmito technologiemi je fakt, že AR nepřenáší uživatele/studenta do virtuální světa, ale právě propojení světa reálného a virtuálního. Uživatel/student se tak nachází stále v reálném světě, který je však doplněn o detaily, které by jinak nebyli přístupné. Dochází tak k tvorbě zážitků, díky kterým si student lépe zapamatuje požadované informace. AR zároveň podporuje možnost gamifikace učení, která zvyšuje zájem studentů o učivo. Bohužel se AR potýká s podobnými problémy jako VR. Předpokladem k využití AR ve vzdělávání je vlastnění alespoň mobilního telefonu studentem, další možností je využití tabletových učeben apod. Je nutno zmínit, že oproti VR jsou požadavky na zařízení potřebné k využití této technologie mnohem nižší. Nižší jsou i nároky na technickou zdatnost vyučujícího. Díky existenci mnoha platforem je možné vytvářet aplikace bez znalosti programování. Tyto platformy jsou většinou zpoplatněny, ale některé lze využívat i zdarma (CoSpaces Edu, …). Samotné aplikace dokonce mohou tvořit sami studenti, což rozvíjí jejich kreativitu. Finanční náročnost implementace této technologie do vzdělávání se tak nejeví jako vysoká překážka.[9][11][12]
Artificial Intelligence (AI)
Umělá inteligence (artificial intelligence) je odvětví počítačové vědy, která kombinuje strojové učení, vývoj algoritmů a zpracování přirozeného jazyka. Pomocí této kombinace je strojům umožněno napodobovat lidské vnímání a rozhodování k dosažení požadovaného cíle. AI je dnes běžně využívána v mnoha odvětvích, skoro každé moderní zařízení jí do určité míry disponuje. Ve vzdělávání jsou relevantní dva typy AI. První založená na pevně stanovených pravidlech určená k pomoci rozhodování učitelů, která však musí být pozorně sledována. (Jedná se o Rule-Based Expert System.) A druhá založená na strojovém učení. (Využívá deep learning.) Ze strojového učení byly vytvořeny dvě AI vhodné k využití ve vzdělávání. Jedná se o Automated Essay Scoring, kde za pomoci strojového učení AI dokáže ohodnotit psaný text a ušetřit tak vyučujícím čas. Tuto AI adoptovalo několik MOOC kurzů. Druhá AI — Early Warning Systems, slouží k posuzování průběhu studia studentů. V případě, že student klesne pod určitou hranici, systém studenta označí a upozorní vyučujícího, který na základě tohoto upozornění interaguje se studentem (upozorní ho, individuální plán, …).[13][14]
Příklady
Rule-Based Expert Systémy
Tyto systémy jsou používané různými platformami, jako je ALEKS, MATHia, Dreambox Learning, STMath, apod. Jedná se o online adaptivní platformy, které každá využívají stejný základ této AI, ale částečně se liší v provedení.
Machine learning
Jako příklady využití AI metodou strojového učení slouží střední školy ve Spojených státech amerických, které využívají Early Warning Systémy (EWS) v různých úpravách. Automated Essay Scoring (AES) využívají kurzy EdX, Coursera, Udacity. AES byly dále upravovány a mohou poskytovat i zpětnou vazbu, využívají je služby jako Grammarly.[14]
Výhody X problémy
U případu využití Rule-Based Expert Systémů bylo zjištěno, že poskytují lepší řízení výuky a pomoc studentům pro orientaci v tématech, než poskytuje řízení výuky samotnými učiteli. Dále výsledky po využití výuky za použití těchto systémů odpovídali výsledkům, kterých lze dosáhnout při individuální výuce nebo výuce v malých skupinách. Úskalí využití těchto systémů je v nutnosti nadefinování si cílové oblasti, která musí být pevně zakotvená v architektuře AI (matematika, gramotnost, fyzika, počítačová věda). Pokud se však jedná o výuku složitějším dovednostem (kritické myšlení, komunikace, argumentace, spolupráce, sebeřízení, sociální povědomí, etika, …), zde jsou Rule-Based Expert Systémy špatně uchopitelné. Dále systém vyžaduje pečlivou pozornost vyučujícího ve sledování studentů při postupu výukou.
Při využití strojového učení se ukázalo, že je mnohem přesnější než Rule-Based Expert Systémy. AI v podobě EWS a AES se na základě algoritmů a vstupních dat učí rozeznat případné problémy. Bohužel je strojové učení doprovázeno hned několika problémy spojených s tímto faktem. AI mnohdy nedostane dostatečné množství dat, aby se na jejich základě naučila rozeznávat — školy jim ho neposkytnou, protože je nemají uložené (různé důvody jako GDPR, …). Dále AI nemusí rozhodovat objektivně — etické aspekty, zejména EWS je náchylný k tvorbě těchto chyb. Dalším problémem může být nedostatečná transparentnost rozhodnutí AI (znovu zejména u EWS). Pokud se zkušenost vyučujícího se studentem a názor AI liší, vyučující přestane EWS důvěřovat.[14]
Metaverse
S myšlenkou metaverse přišel poprvé autor Neal Stephenson v roce 1992 ve své sci-fi novele Snow Crash. Slovo složil ze slov „meta“ a „universe“. Dnes je metaverse definovaný jako prostor, který se skládá z reálného a virtuálního prostoru. V určitých mezích lze metaverse chápat jako nástupce internetu, od něhož se liší zejména tím, že podporuje augmentovanou a virtuální realitu, případně další možné technologie (AI, …). Tudíž je možné dosáhnout tvorby virtuálního trojdimenzionálního prostoru. Tento prostor exceluje v propojování lidí skrze virtuální svět na dlouhé vzdálenosti a umožňuje nové způsoby interakce díky využití nových technologií. Myšlenku metaverse ještě více zpopularizoval zakladatel Facebooku (Meta) Mark Zuckenberg, který očekává, že do pár let v budoucnosti bude metaverse běžně využíván. V dnešní době je metaverse tvořen zejména digitálními hrami a sociálními sítěmi, přichází tedy otázka, zdali a jak je možné ho efektivně využít ve vzdělávání.[16][17][18]
Právě koncept online 3D prostoru dostupného všem, nezáležíc na místě jejich momentálního výskytu v reálném čase je důvod, proč je nutné se zamyslet na možnosti využití metaverse ve vzdělávání. S rostoucí popularitou online vzdělávání by mohl být metaverse tím, co je potřebné k zvýšení zapojení studentů do výuky a zlepšení interaktivity.[19]
Příklady
Metaverse jako takový ve svém plném smyslu ještě nebyl plně implementován. Jako možný příklad jeho využití může sloužit oblast medicíny. V dokumentu „Overview: Technology Roadmap of the Future Trend of Metaverse based on IoT, Blockchain, AI Technique, and Medical Domain Metaverse Activity“ jsou popsány možnosti využití AR, Internet of Things a dalších nástrojů metaverse spojených s technologií používanou v lékařství, jako je rentgen, ultrazvuk a další. Podstatnou částí je i výuka a praktický trénink, které metaverse může oboru poskytnout.[14]
Výhody X problémy
Pandemie Covid-19 ukázala, že je možné se naučit využívat nové platformy a technologie, které nám umožní mnohdy i efektivnější metody výuky, než bylo možné klasickou výukou. Hlavním úskalím pro použití metaverse je jeho technologická náročnost a fakt, že stále ještě nebyl plně implementován ve své plné verzi. Metaverse kombinuje všechny zmíněné technologie, což přináší všechny jejich problémy, některé z nich ale zároveň ve spojení mizí. Problémem, který přetrvává, je finanční náročnost a komercializace těchto technologií a softwaru, který je pro ně tvořen.[16][17]
Závěr
Je jisté, že přechod od klasického vyučování do vyučování čistě ve virtuálním světě je náročný úkon a v současném stavu prakticky nepředstavitelný. Využití všech zmíněných technologií v kombinaci, která tvoří metaverse je nyní stále futuristická myšlenka. Avšak naučit se využívat jednotlivé zmíněné technologie v oblastech vzdělávání, každou tam, kde exceluje, je více než žádoucí. Z uvedených příkladů lze vidět, že zmíněné technologie mohou mít při správném využití velmi pozitivní dopad. Největší překážkou pro jejich implementaci technologií rozšířené reality se ukázaly být finanční důvody a jejich náročnost na technické vzdělání vyučujících. Klíčem úspěchu k využití těchto technologií by tak mohlo být zlepšení komunikace mezi vzdělávacími institucemi a přesun těchto technologií z primárně zábavního komerčního průmyslu do prostředí vzdělávacího.
Zdroje
[1] DARBINYAN, Rem. The Amazing Opportunities Of AI In The Future Of The Educational Metaverse. In: Forbes [online]. c2022, April 27, 2022 [cit. 2022–06–01]. Dostupné z: https://www.forbes.com/sites/forbestechcouncil/2022/04/27/the-amazing-opportunities-of-ai-in-the-future-of-the-educational-metaverse/?sh=4012323676db
[2] MYSTAKIDIS, Stylianos. Metaverse. Encyclopedia [online]. 2022, 2(1), 486–497. ISSN 2673–8392. Dostupné z: doi:10.3390/encyclopedia2010031
[3] BRANDON PATTERSON. Profiles of Use of Virtual Reality in Medical Education. 2020. ISBN 9781574406511.
[4] BOSS, Daniel, Servel MILLER a Eloise BULL. Using virtual reality (VR) for teaching and learning in geography: fieldwork, analytical skills, and employability. Journal of Geography in Higher Education [online]. [cit. 2022–06–01]. ISSN 1466–1845. Dostupné z: doi:10.1080/03098265.2021.1901867
[5] ERKAN, İlker. Investigation of the contribution of virtual reality to architectural education. Art, Design [online]. 2020, 19(2), 221–240 [cit. 2022–06–01]. ISSN 1474273X. Dostupné z: doi:10.1386/adch_00024_1
[6] COLLINS, Chris. Looking to the Future: Higher Education in the Metaverse. EDUCAUSE Review [online]. 2008, 43(5), 50–52 [cit. 2022–06–01]. ISSN 15276619.
[7] R., Karuppathal. Impact of Augmented Reality Education on Students Interactivity. International Journal of Pharmaceutical Research (09752366) [online]. 2021, 13(2), 690–698 [cit. 2022–06–01]. ISSN 09752366. Dostupné z: doi:10.31838/ijpr/2021.13.02.126
[8] JOSÉ MARÍA ARISO. Augmented Reality: Reflections on Its Contribution to Knowledge Formation [online]. 00011. Berlin: De Gruyter, 2017 [cit. 2022–06–01]. ISBN 9783110497007. Dostupné z: https://ezproxy.muni.cz/login?url=https://search.ebscohost.com/login.aspx?authtype=ip&custid=s8431878&lang=cs&profile=eds&direct=true&db=nlebk&AN=2944811
[9] Augmented Reality in Education: Interactive Classrooms. Marville University [online]. c2022 [cit. 2022–05–19]. Dostupné z: https://online.maryville.edu/blog/augmented-reality-in-education/
[10] PRIVOROTSKIY, A., V. A. GARCIA, L. E. BABBITT, J. E. CHOI a J. P. CATA. Augmented reality in anesthesia, pain medicine and critical care: a narrative review. Journal of clinical monitoring and computing [online]. 2022, 36(1), 33–39 [cit. 2022–06–01]. ISSN 15732614. Dostupné z: doi:10.1007/s10877–021–00705–0
[11] CREWS, Jeff. Five Ways Teachers Can Use — and Create — Augmented Reality Experiences. EdSurge [online]. International Society for Technology in Education, c2022, 2018 [cit. 2022–05–19]. Dostupné z: https://www.edsurge.com/news/2018-01-22-five-ways-teachers-can-use-and-create-augmented-reality-experiences
[12] FOURTANÉ, Sousan. Augmented Reality: The Future of Education. In: Interesting Engineering [online]. [cit. 2022–05–19]. Dostupné z: https://interestingengineering.com/augmented-reality-the-future-of-education
[13] AKGUN, S. a C. GREENHOW. Artificial intelligence in education: Addressing ethical challenges in K-12 settings. AI and ethics [online]. 2021, 1–10 [cit. 2022–06–01]. ISSN 27305961. Dostupné z: doi:10.1007/s43681–021–00096–7
[14] Artificial Intelligence Applications to Support K–12 Teachers and Teaching: A Review of Promising Applications, Challenges, and Risks. RAND Corporation [online]. 2019 [cit. 2022–06–01]. Dostupné z: doi: 10.7249/PE315
[15] MOZUMDER, Md Ariful Islam, Muhammad Mohsan SHEERAZ, Ali ATHAR, Satyabrata AICH a Hee-cheol KIM. Overview: Technology Roadmap of the Future Trend of Metaverse based on IoT, Blockchain, AI Technique, and Medical Domain Metaverse Activity. 2022 24th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), Advanced Communication Technology (ICACT, 2022 24th International Conference on [online]. 2022, 256–261 [cit. 2022–06–01]. ISBN 9791188428083. ISSN 17389445. Dostupné z: doi: 10.23919/ICACT53585.2022.9728808
[16] Metaverse or Simulacra? Roblox, Minecraft, Meta and the turn to virtual reality for education, socialisation and work. Interactive Learning Environments [online]. 11 Jan 2022, 30(1) [cit. 2022–06–01]. ISSN 1744–5191. Dostupné z: doi: 10.1080/10494820.2022.2022899
[17] KYE, Bokyung, Nara HAN, Eunji KIM, Yeonjeong PARK a Soyoung JO. Educational applications of metaverse: possibilities and limitations. Journal of Educational Evaluation for Health Professions [online]. 2021, 18 [cit. 2022–06–01]. ISSN 19755937. Dostupné z: doi:10.3352/jeehp.2021.18.32
[18] DÍAZ, Jairo Eduardo Márquez, Camilo Andrés Domínguez SALDAÑA a Camilo Alberto Rodríguez AVILA. Virtual World as a Resource for Hybrid Education. International Journal of Emerging Technologies in Learning [online]. 2020, (15), 94–109 [cit. 2022–06–01]. ISSN 18630383. Dostupné z: doi:10.3991/ijet.v15i15.13025
[19] RIBEIRO, Raquel. ‘Metaverse’ and the educational potential: Is it so far away?. In: Cambridge [online]. c2022, 15 November 2021 [cit. 2022–06–01]. Dostupné z: https://www.cambridge.org/elt/blog/2021/11/15/metaverse-educational-potential/
