Развитие методов игрового обучения

В статье рассмотрены образовательные платформы, которые применяют геймификацию для эффективного изучения программирования. Приведены критерии, соответствие которым определяет геймификацию учебного процесса: игровой дизайн, баллы и награды, соревнования и кооперация, отслеживание прогресса, интерактивные технологии. Было произведено описание платформ Codewars, CodeinGame, Scratch, CodeCombat и Tynker, их сравнение и анализ соответствия по представленным критериям. Были выявлены преимущества и недостатки рассматриваемых платформ, а также предложены рекомендации по улучшению образовательного процесса. Рекомендации предполагают внедрение интерактивных технологий, таких как искусственный интеллект, виртуальная и дополненная реальность. Была описана целесообразность внедрения данных технологий с помощью уже имеющихся результатов экспериментов и исследований, которые показывают положительное влияние геймификации на обучение программированию, а также значительное улучшение мотивации и интереса к предмету.

Ключевые слова: геймификация, игровая платформа, образование, программирование, игровое обучение.

Введение. Геймификация образовательного процесса представляет собой инновационный подход к организации учебных занятий, который использует элементы игрового дизайна и механики игр для мотивации учащихся и повышения их учебной активности. Данная предметная область включает в себя широкий спектр методов, технологий и стратегий, направленных на создание интерактивного и увлекательного учебного процесса. Классическое образование не может дать все необходимые навыки будущим программистам, поэтому использование концепции геймификации в изучении программирования является одним из способов подготовки высококвалифицированных специалистов.

Основная часть. Согласно когнитивно-аффективной теории Уолтера Мишела [1], люди принимают решения, учитывая не только логические аспекты, но и свои эмоции и желания. Также, согласно данной теории, каждый человек имеет свои собственные цели и ожидания, которые влияют на его решения и действия. Он может выбрать учебные стратегии, которые помогут ему лучше запомнить материал, или избегать отвлекающих факторов, чтобы сосредоточиться на учебе. Данная теория отражается в ключевых компонентах геймификации [2]:

1. Игровой дизайн: включает в себя создание интересных сценариев, задач, и вызовов, аналогичных тем, которые можно встретить в видеоиграх, например, выбор и разработка героев, уровни сложности и бонусы.
2. Баллы и награды: системы баллов и наград помогают мотивировать учащихся при помощи назначения очков за выполнение задач, получения значков, повышения уровня и других форм достижений.
3. Соревнования и кооперация: создание соревнований и возможностей для совместной работы позволяет студентам соревноваться друг с другом или сотрудничать для достижения общих целей.
4. Отслеживание прогресса: отслеживание и визуализация прогресса учащихся позволяют им видеть свои достижения и работать над улучшением.
5. Интерактивные технологии: использование современных технологий, таких как дополненная реальность, виртуальная реальность и искусственный интеллект способствуют улучшению образовательного процесса.

Был проведен сравнительный анализ популярных образовательных геймифицированных платформ по выявленным ключевым компонентам. Результат анализа представлен в таблице 1.

Codewars является онлайн-платформой для соревновательного решения задач по программированию, которую можно применять уже на ранних этапах изучения различных языков программирования: C#, Java, Python и др. Сложность задач повышается вместе с уровнем пользователя. Код, написанный учащимся, проходит автоматизированную проверку после отправки решения на сервер, что не требует вовлечения преподавателя в процесс. Немаловажным аспектом работы с данной платформой является возможность учиться у своих соперников, если их реализация задачи оказалась более удачной в сравнении с оптимальным решением. Среди решений выделяются, например, «лучшая практика» и «креативные» решения. К отличительным чертам данного ресурса также можно отнести возможность создавать «кланы», например, для учебных групп в университетах или для школьных классов. Тогда учащиеся смогут соревноваться в решении задач друг с другом в рамках образовательного процесса.

CodinGame также является платформой, где пользователи соревнуются в решении задач по программированию, однако уже более нетривиальных. Для использования доступны 27 языков программирования. Данный проект скорее можно отнести к сфере спортивного программирования — участие в ежедневных конкурсах поощряется различными призами, что может стать дополнительной мотивацией для учащихся. CodinGame подходит для более опытных студентов-программистов из-за повышенного уровня сложности предложенных задач — написание ботов для игр. На выполнения задания отводится 3 часа, то есть работа с данной платформой может осуществляться исключительно как внеучебная активность.

Scratch — это платформа для изучения блочного языка программирования, которая позволяет детям и начинающим программистам создавать интерактивные проекты и игры. Она использует графический интерфейс, в котором блоки кода собираются и соединяются для создания различных функций и действий. Процесс программирования напоминает сборку модели Lego из кубиков. Программирование на Scratch подходит для детей в возрасте от 8 до 12 лет. Платформа развивает базовые навыки программирования, логическое мышление и творческие способности. Преподаватели могут использовать Scratch для создания викторин, тестов и интерактивных учебных пособий для уроков по различным школьным предметам. Scratch позволяет работать в команде: функция «Рюкзак» помогает разработчику переносить скрипты, спрайты, сценарии из одного проекта в другой. Так каждый может в своём проекте реализовать какую-либо его часть, а затем объединить общие усилия в один проект, перетягивая необходимые компоненты с помощью рюкзака. Платформа имеет несколько существенных недостатков: во-первых, языковая среда Scratch предоставляет базовый набор функций и возможностей, что ограничивает его использование для более сложных и продвинутых проектов; во-вторых, при переходе на более сложные языки программирования в будущем пользователи могут столкнуться с трудностями в адаптации к текстовому программированию, так как блочное программирование отличается от традиционного синтаксиса текстовых языков.

CodeCombat — это игровая платформа для обучения языкам программирования в формате RPG-видеоигры с открытым исходным кодом. Чтобы продвигаться по уровням, игроки должны написать управляющий код для персонажей игры. CodeCombat открывает доступ к огромному количеству бесплатных ресурсов, которых достаточно для ознакомления с программированием даже без платной подписки. Разработка игр доступна на языках программирования Python и JavaScript. Платформа ориентирована на учащихся школьного возраста, которые изучают программирование с нуля. Так как платформа ориентирована на развитие интереса к разработке у юных программистов, то игровой процесс является сильно упрощенным и линейным. Поэтому данная платформа не подойдет для тех пользователей, которые уже ознакомлены с основами программирования на языках Python и JavaScript. Тем не менее, школы по всему миру активно используют CodeCombat, внедряя её в процесс обучения. Платформа предоставляет готовое решение «класс в коробке», которое дает возможность преподавать информатику на CodeCombat даже учителям без опыта в программировании, а также писать собственные игры опытным разработчикам.

Tynker — это образовательная платформа, предназначенная для обучения детей программированию и компьютерным наукам через блочное программирование, интерактивные курсы, игры и проекты. Обучающие курсы разделены на уровни сложности, что позволяет пользователям прогрессировать от начального до продвинутого уровня. Для более опытных юных разработчиков есть возможность участвовать в соревнованиях, делиться проектами и опытом с другими пользователями платформы. Tynker также предоставляет образовательные ресурсы и инструменты для учителей для интеграции курсов Tynker’a в учебный процесс. Бесплатная версия Tynker предоставляет ограниченный доступ к курсам и функциям, и для получения полноценного образования требуется оформление подписки. На данный момент Tynker доступна как веб-платформа, а также на мобильных устройствах: Tynker Junior, Tynker и Mod Creator. Однако, доступ к платформе ограничен к использованию на территории Российской Федерации.

Сравнительная таблица рассматриваемых платформ

Проведенное сравнение позволяет сделать вывод о том, что CodeCombat удовлетворяет всем критериям геймифицированной платформы. Для остальных платформ не соблюдены как минимум 2 критерия. Также, платформы не акцентируют внимание на использовании прогрессивных интерактивных технологий, таких как дополненная и виртуальная реальность, искусственный интеллект и т. д.

Применение интерактивных технологий в образовательном процессе .

В данном разделе рассмотрено влияние внедрения в образовательный процесс таких интерактивных технологий, как ИИ и AR/VR.

Искусственный интеллект. Для обеспечения персонализированного обучения и обратной связи в реальном времени для учащихся рекомендуется обратить внимание на потенциал искусственного интеллекта (ИИ). ИИ предоставляет множество инструментов и решений для выполнения таких задач, как анализ данных и поведения учащихся, стиль обучения, предпочтения, сильные и слабые стороны. Исследования показывают, что ИИ помогает составлять рекомендации для помощи студентам с 80 % точностью при сравнении с рекомендациями преподавателей [3].

Подход с использованием ИИ способствует повышению мотивации и вовлеченности студентов, что, в свою очередь, способствует повышению интереса к учебному процессу и эффективности усвоения материала. Исследование компании Knewton, занимающейся адаптивным обучением, показало, что учащиеся, использующие их программу адаптивного обучения на базе ИИ, улучшили свои результаты тестов на 62 % по сравнению со студентами, которые не использовали эту программу. Программа обеспечивала индивидуальную обратную связь и инструкции для студентов, адаптируя процесс обучения к их индивидуальным потребностям и способностям [4].

Однако следует помнить, что чрезмерная зависимость от платформ геймификации на основе искусственного интеллекта может привести к утрате человеческого взаимодействия и опыта, которые также играют важную роль в образовании [5].

Дополненная и виртуальная реальность. Внедрение VR-технологий в российские школы уже помогло достичь значимых результатов. Было проведено исследование в учебных заведениях Москвы и Владивостока среди учеников 9-х классов. Основная группа школьников изучала тему в VR-формате, а контрольная занималась по традиционной школьной программе. По итогам исследования были получены следующие результаты: показатели основной группы повысились на 28,8 % по сравнению с их первым тестом, а средний общий балл ОГЭ в основной группе в среднем оказался выше на 2,5 балла, чем в контрольной [6].

Данную статистику подтверждает и исследование китайских ученых «Влияние виртуальной реальности на академическую деятельность» [7]. По итогам преподавания дисциплины с применением VR-технологий было проведено тестирование. Оно выявило, что успешность сдачи теста в группе, где применялись VR-технологии, оказалась на 20 % выше, чем в группе, где использовались исключительно классические методы образования. Также было установлено, что студенты VR-группы показали более глубокое понимание материала.

С таким же успехом AR/VR может применяться в образовательном процессе при изучении разработки игр. Создание виртуальных сред для обучения, где студенты могут взаимодействовать с объектами и элементами игры в 3D-пространстве, способно помочь им лучше понимать и практиковать концепции разработки игр.

Выводы. Использование геймификации в образовательном процессе имеет неоспоримое преимущество перед классическим подходом к образованию, так как позволяет создать увлекательный опыт обучения, который мотивирует учащихся и повышает учебную активность. Растущий интерес к геймификации объясняется желанием найти средство повышения вовлеченности учащихся и привнести больше открытости в систему поощрений и вознаграждений. Таким образом, геймификация рассматривается как условие, благоприятствующее повышению интереса учащихся к процессу обучения программированию. Описанные в статье платформы удовлетворяют не всем современным требованиям к геймификации образовательного процесса, но предоставляют необходимые материалы и инструменты для получения навыков программирования доступными способами. VR/AR-технологии, а также искусственный интеллект способны повысить эффективность обучения на образовательных платформах. Взяв за основу имеющиеся на рынке готовые решения и дополнив их вышеперечисленными технологиями, можно получить мощный инструмент для внедрения в образовательный процесс. Он может способствовать повышению заинтересованности в изучении отдельных предметов и улучшению понимания освоенного материала, а также помочь учащимся добиться значительных академических успехов.

Литература:

1. Когнитивно-аффективная теория Уолтера Мишела // Психологос URL: https://psychologos.ru/articles/view/kognitivno-affektivnaya-teoriya-uoltera-mishela.
2. Коберник А. Н., Осадченко И. И. Геймификация учебного процесса в высшем учебном заведении: теория и методология // Научен вектор на Балканите. 2021. № T.5-№ 1(11).
3. Tong Mu, Andrea Jetten, Emma Brunskill Towards Suggesting Actionable Interventions for Wheel-Spinning Students // Anna N. Rafferty, Jacob Whitehill, Violetta Cavalli-Sforza, and Cristobal Romero, Proceedings of The 13th International Conference on Educational Data Mining (EDM 2020). 2020.
4. Knewton Personalizes Learning with the Power of AI // Harvard Business School URL: https://d3.harvard.edu/platform-digit/submission/knewton-personalizes-learning-with-the-power-of-ai/.
5. Почтин И. А., Марченко Ю. А. Использование искусственного интеллекта в геймификации образования: преимущества и проблемы // Проблемы и тенденции научных преобразований в условиях трансформации общества. Уфа: АЭТЕРНА, 2023.
6. Виртуальная реальность в школьном образовании // TADVISER URL: https://www.tadviser.ru/a/478389.
7. VR can improve academic performance — China's experience // Altairika URL: https://altairika.com/news/tpost/3y6gshtm9n-vr-can-improve-academic-performance-chin.
8. Цифровизация образования в России // TADVISER URL: https://www.tadviser.ru/a/144216.
9. Котенко В. В. Применение vr-инструментов в контексте геймификации и внедрения игровых механик в образовательной сфере // Ученые записки университета имени П. Ф. Лесгафта.. 2021. № № 4. С. 226–232.
10. Tobias S., Fletcher J. D., Wind A. P. Game-based learning //Handbook of research on educational communications and technology. — 2014. — С. 485–503.
11. Liu Z. Y., Shaikh Z., Gazizova F. Using the concept of game-based learning in education //International Journal of Emerging Technologies in Learning (iJET). — 2020. — Т. 15. — №. 14. — С. 53–64.
12. Plass J. L., Mayer R. E., Homer B. D. (ed.). Handbook of game-based learning. — Mit Press, 2020.
13. Hartt M., Hosseini H., Mostafapour M. Game on: Exploring the effectiveness of game-based learning //Planning Practice & Research. — 2020. — Т. 35. — №. 5. — С. 589–604.
14. Донгаузер Е. В. и др. Опыт использования технологии геймификации в процессе обучения персонала //Педагогическое образование в России. — 2022. — №. 2. — С. 162–173.
15. Макарова Н. В. Игровые технологии обучения на занятиях в высшей школе // Проблемы современного образования. — 2021. — №. 4. — С. 239–249.
16. Попова Е. Е., Петрищева Л. П. Активизация познавательной деятельности школьников средствами игрового обучения //Инновации в образовании. — 2021. — С. 150–155.
17. Зайцева О. В. Игровое инкрементное обучение // Славянский форум, 2016. -3(13). — с.98–104.
18. Господинов С. Г. Образовательные деловые игры // Славянский форум. -2019. — 2(24). — с.21–27.
19. Стоева Д. Р. Деловые игры как образовательные технологии // Славянский форум. 2022, 1(35). С.128–140.