با تغییر در طراحی آموزشی و حرکت به سمت طراحی یادگیری، کاربرد فناوری‌های نوین رقمی در فرایند آموزش و یادگیری تحول بزرگی ایجاد خواهد کرد. البته لازم به ذکر است، فناوری‌های نوین رقمی به علت قابلیت‌های متعدد، می‌توانند در موضوعات متفاوت با رویکردها و روش‌های آموزشی گوناگون به کار روند. در این شماره و شماره‌های بعد به ترتیب این فناوری‌ها را به صورت کاربردی، همراه با نمونه‌هایی از محتوای کتاب‌های درسی، شرح خواهیم داد.
واقعیت مجازی1: تصور کنید معلم جغرافی قصد دارد پراکندگی زیست‌بوم‌های جهان را تدریس کند. به‌طور معمول، امکان آموزش آن در محیط‌های واقعی وجود ندارد. اما به کمک فناوری واقعیت مجازی می‌توان واقعیت را به مجاز تبدیل کرد. این محیط واقعیت مجازی به گونه‌ای است که گویی دانش‌آموز در موقعیت واقعی قرار دارد. یعنی فرد یک زیست‌بوم واقعی مانند جنگل را به‌صورت مجازی کامل تجربه میکند و در آن حرکت میکند و با چرخاندن سر خود محیط پیرامونش را نگاه میکند. غوطه‌ورشدن کامل در دنیای مجازی به دانش‌آموزان امکان می‌دهد مثل دنیای واقعی با اشیای مجازی تعامل داشته باشند. در این فناوری، محیط مجازی در مقابل چشمان دانش‌آموز قرار می‌گیرد و او با به حرکت درآوردن اعضای بدن مثل سر و دست، با محیط مجازی تعامل برقرار میکند. برای استفاده از واقعیت مجازی دانش‌آموز دستگاه سرافزار (هدست) واقعیت مجازی را روی سر خود قرار دهد تا بتواند محیط مجازی را مشاهده کند و بر مبنای تغییرات موقعیت بدن، تغییرات مجازی نیز صورت بگیرد. در این هنگام، ذهن دانش‌آموز پس از مدتی احساس میکند در محیط واقعی قرار دارد. در صورتی که محتوای واقعیت مجازی استانداردهای گرافیکی، صوتی و متحرک‌سازی را رعایت کرده باشد، ذهن فرد به‌طور کامل در محیط مجازی شبیه‌سازی‌شده غرق خواهد شد. برای پیاده‌کردن واقعیت مجازی، نیاز به سرافزار (هدست) واقعیت مجازی و برنامههای اختصاصی، به‌ویژه محتواهای آموزشی، تولید شده است. تهیه عینک‌های واقعیت مجازی که با استفاده از گوشی هوشمند کار میکنند، اندکی ورود این فناوری را به کلاس درس تسهیل کرده است. وجود محتوا و سخت‌افزارهای لازم در محیط‌های کلاسی، آموزش را موقعیت‌محور میکند و بسیاری از ناممکن‌های آموزش عملی را ممکن خواهد کرد. استفاده از گرافیک رایانه‌ای سهبعدی، ویدئوها یا تصویرهای 360 درجه از محیط‌های مربوط به موضوع، بر غنی‌سازی محتوا خواهد افزود. در بسیاری از این موقعیت‌های مجازی، برای القای حس واقعی به دانش‌آموز، صدا نیز به کار برده می‌شود. محتوای آموزشی مبتنی بر بازی و موقعیت‌های واقعی زندگی نمونه‌های مناسب برای آموزش خواهند بود. در شکل 1 نمونه‌ای از کاربرد واقعیت مجازی را مشاهده می‌کنید که یک محیط واقعی به شکل مجازی با عینک مخصوص قابل مشاهده است.
واقعیت افزوده2: تصور کنید معلم ادبیات در درس عروض و قافیه می‌خواهد دانش‌آموزانش با گرفتن گوشی هوشمند روی اشعار کتاب درسی، وزن واژه‌های اشعار را ببینند. برای مثال، وقتی دوربین گوشی روی شعر «ای که می‌دانی ندارم غیر درگاهت پناهی» گرفته می‌شود، تقطیع و مصوت‌های آن به‌صورت «ای / ک / می / دا / نی / نَ / دا / رم / غی / رِ / در / گا / هت / پَ / نا / هی، - - U - / - U - - / - U - - / - U - -، فاعلاتن / فاعلاتن / فاعلاتن / فاعلاتن» به نمایش در می‌آید. یا معلم زیست‌شناسی قصد دارد دستگاه عصبی مرکزی و محیطی یا قلب را آموزش دهد و به‌طور دقیق رشته‌های عصبی یا قلب را به‌صورت انطباقی به حالت سهبعدی روی بدن یک دانش‌آموز یا حتی کتاب درسی به نمایش بگذارد. برای این کار، مناسب‌ترین فناوری واقعیت افزوده است که رشته‌های عصبی یا قلب را به‌صورت مجازی روی بدن واقعی دانش‌آموز به نمایش در بیاورد، به طوری‌که رشته‌های عصبی مجازی و بدن واقعی فرد به صورت یک کل واحد درک شوند. در یک تعریف جدید، واقعیت افزوده به درک سریع و یکپارچه از محیط واقعی که به‌وسیله محتوای مجازی در زمان واقعی غنی شده است، اشاره میکند. این محتوا از نظر ویژگی‌ها، ظاهر و رفتار تا حد ممکن شبیه واقعیت است، به‌طوری که برداشت حسی از واقعیت و مجاز ممکن است غیرقابل تشخیص باشد. فرایند کار فناوری واقعیت افزوده به این شکل است که اطلاعات در پایگاه داده خارجی، به‌صورت شبکه یا ابر یا به‌صورت نصبی، روی گوشی قرار می‌گیرد. دوربین تلفن همراه روی صفحه کتاب، نشانگرها، موقعیت‌ها یا مشخصه‌های طبیعی قرار داده می‌شود و بعد از شناسایی نشانگرها، اطلاعات مربوط به نشانگر که در واقع همان محتوای مجازی مربوط به درس است، در حافظه پردازش و بازخوانی می‌شود و اشیای مجازی روی محیط واقعی در نمایشگر گوشی به نمایش در می‌آیند. در شکل 2 نمونه‌ای از کاربرد واقعیت افزوده را مشاهده می‌کنید که قلب به روی کتاب درسی اضافه شده است.
واقعیت کاهیده3: واقعیت کاهیده به معنای کلی واقعیت کاهش‌یافته است. از این فناوری، بر خلاف واقعیت افزوده، برای حذف محتوای واقعی استفاده می‌شود. تصور کنید یک معلم برق (هنرآموز) قصد دارد یک تابلوی برق را که پیچیدگی خاصی دارد، به هنرجویان (دانش‌آموزان) آموزش دهد. همچنین، در مطالعه یک برگ پهن که معلم قصد دارد روزنه را آموزش دهد، می‌توان آوندها را برای جلوگیری از پیچیدگی محتوا به کمک واقعیت کاهیده حذف کرد. معلم برای اینکه از پیچیدگی موضوع جلوگیری کند، می‌تواند از واقعیت کاهیده استفاده کند. در این حالت، درک واقعیت به‌طور آگاهانه کاهش می‌یابد و محتویات واقعی محیط به‌طور عمدی از درک یادگیرنده در زمان واقعی حذف می‌شوند. به این فناوری واقعیت کاهیده گفته می‌شود. کاهش پیچیدگی از محتوای واقعی به‌طور متناوب انجام خواهد شد. این کار با استفاده از فنونی مانند ماسک‌زدن و «پالایه» (فیلتر) امکان‌پذیر خواهد بود. در آموزش‌های موقعیت‌محور، برای دانش‌آموزان کم‌سن و سال، به‌ویژه در دوره ابتدایی، که به دریافت جزئیات مفاهیم نیاز ندارند، برای کاهش پیچیدگی‌ها می‌توان از این فناوری استفاده کرد. در شکل 3 نمونه‌ای از کاربرد واقعیت کاهیده را مشاهده می‌کنید که مبلمان از صحنه نمایش حذف شده است.
هولوپورت4: هولوپورت‌کردن از برنامههای کاربردی در زمینه واقعیت افزوده است که شرکت مایکروسافت تولید و معرفی کرده و توسعه داده است. هولوپورت‌کردن به این معنی است که یک نسخه مجازی از یک شخص مثل معلم، در یک کلاس یا اتاق از راه دور، در داخل کلاس یا اتاق دیگری، به‌صورت تصویر سهبعدی، به‌وسیله عینک هوشمند بی‌سیم5، به صورت واقعیت افزوده (معلم مجازی افزوده‌شده به محیط) می‌توان دید. برای ایجاد یک تجربه متقاعد‌کننده و نزدیک به واقعیت در هولوپورت و رفع تناقضات، دو کلاس یا اتاق باید به‌طور کامل شبیه هم طراحی شوند. در کلاس یا اتاق مبدأ مجموعه‌ای از دوربین‌های ضبط سهبعدی برای ثبت رویدادهای آن مکان در زمان واقعی استفاده می‌شوند. بعد از ضبط تصویر، هم‌زمان داده‌ها پردازش می‌شوند و برای ایجاد تصویر سهبعدی برای بیننده در اتاق دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. دانش‌آموزان حاضر در اتاق مقصد، با پوشیدن هولولنز6 (سرافزار واقعیت افزوده مایکروسافت) می‌توانند تصویر سهبعدی معلم حاضر در مبدأ را ببینند. از آنجا که کلاس‌ها یا اتاق‌ها عین هم طراحی شده‌اند، به محیط مجازی نیاز نیست و افراد می‌توانند در محیط و زمینه واقعی با یکدیگر تعامل برقرار کنند. بنابراین، در این حالت، محیط واقعی است و افراد به‌صورت مجازی به آن افزوده می‌شوند. تفاوت مهم واقعیت افزوده معمولی با واقعیت افزوده هولوپورت این است که در واقعیت افزوده اشیای مجازی به‌صورت غیرهم‌زمان به محیط واقعی افزوده می‌شوند، اما در هولوپورت به‌صورت هم‌زمان فرد را به شکل سهبعدی و پویا، که قادر به مکالمه و تعامل است، به محیط واقعی دیگری اضافه میکنند. بنابراین، در هولوپورت‌کردن تصویرهای سهبعدی با واقعیت ترکیب و نمایش داده می‌شوند و بین کاربران راه دور برای ارتباطات در زمان واقعی به کار می‌روند. این نظام باید در زمان واقعی کار کند و تأخیر در آن نباید مانع از برقراری ارتباط شود. یعنی تأخیر در هنگام برقراری ارتباط در زمان واقعی توجیهی ندارد. از این فناوری می‌توان برای آموزش جانوران یا گیاهان خاص که تعداد آن‌ها معدود است یا شخصیت‌هایی که برای آموزش امکان مسافرت ندارند، استفاده کرد. در شکل 4 نمونه‌ای از کاربرد هولوپورت را مشاهده می‌کنید که فرد سمت راست به‌صورت مجازی به محیط اضافه شده است.
هولوپورت از نظر فناوری در آغاز راه است و بعد از تکمیل و بلوغ کامل فنی، می‌تواند به‌صورت عملیاتی در حوزه آموزش و یادگیری به کار رود. در زمانی که آموزش به کمک فناوری هولوپورت صورت گیرد، معلم با هولوپورت‌شدن در کلاس حاضر می‌شود و تدریس میکند. مکان‌ها، اشیا، حیوانات و گیاهان، همه در موقعیت آموزشی قابلیت هولوپورت‌شدن خواهند داشت.
چاپ سهبعدی7: چاپ سهبعدی یکی از فناوری‌های نوظهور است و قابلیت دارد هر گونه جسم سهبعدی را با هر نوع پیچیدگی تولید کند و این آرزوی دیرین بشر بود که در عصر رقمی به واقعیت پیوست. برای این کار تنها لازم است شکل مورد نظر در یکی از نرم‌افزارهای سه‌بعدی‌ساز مانند «تریدی مکس8 یا مایا»9 طراحی و سپس با مواد گوناگون چاپ شود.
اگر چاپگرهای سهبعدی گسترش یابند، تحولی بزرگ در طراحی و ساخت رسانه‌های آموزشی سهبعدی از قبیل نمونک‌ها (ماکت‌ها) و نمونه‌های قالب‌ریزی شده (مولاژها) و در یک کلام اشیای سه بعدی، رخ خواهد داد و دست معلم برای تولید رسانه‌های بومی بسیار باز خواهد بود و به‌طور یقین آموزش مؤثر اتفاق خواهد افتاد. حتی در چند سال آینده که این نوع چاپگرها در خانه هم استقرار می‌یابند، تولید وسایل پلاستیکی از قبیل لوازم آشپزخانه و اسباب‌بازی مطابق میل بانوان و کودکان خواهد بود.
در بین انواع چاپگرهای سهبعدی، جذاب‌تر از همه شاید چاپگرهای جواهرسازی باشند. به‌وسیله چاپگرهای سهبعدی حتی می‌توان از هر شیء یک رونوشت تهیه کرد. برای این کار نخست از جسم مورد نظربا پویشگر (اسکنر) تصویری تهیه میکنند و به کمک نرم‌افزار، نمونه رایانه‌ای آن را آماده میکنند و با فرستادن آن به چاپگرهای سهبعدی، آن را به مدل فیزیکی تبدیل میکنند. نمونه عینی آن مجسمه‌های سهبعدی افراد است که امروزه مرسوم شده است. در شکل 5 نمونه‌ای از کاربرد چاپ سهبعدی را مشاهده می‌کنید. نمونه قالب‌ریزی شده (مولاژ) قلب در حال چاپ است.
چاپ چهاربعدی10: تصور کنید معلم علوم قصد دارد به کمک مدل اتمی، ترکیب آهن با گوگرد در اثر حرارت را که به تشکیل آهن‌سولفید منجر می‌شود، آموزش دهد. در فرایند آموزش وی می‌خواهد دانش‌آموزان ساختار و آرایش اتمی مولکول‌ها را به حالت سهبعدی فیزیکی قبل و بعد از ترکیب ببینند. برای این کار او می‌تواند از فناوری چهاربعدی استفاده کند. بدین صورت که مدل‌های سهبعدی آهن و گوگرد در اثر حرارت به آهن‌سولفید تبدیل شوند. فناوری چهاربعدی بر فناوری سهبعدی پایه‌گذاری شده است. در این فناوری نیز اشیای سهبعدی تولید می‌شوند، با این تفاوت که به نحوی طراحی می‌شوند که بتوانند تغییر شکل دهند. بنابراین، اشیای چهار بعدی بعد از تولید نیز قابلیت تغییر شکل دارند. عوامل این تغییر ممکن است آب، دما، باد یا هر نوع انرژی دیگری باشد. برای مثال، چاپ یک جعبه به‌وسیله چاپگر سهبعدی کار سختی نیست، اما چاپ سهبعدی قادر است جعبه‌ای درست کند که وقتی جریان الکتریکی از آن می‌گذرد، به شکل دوبعدی و دوباره با تغییر جریان به حالت سهبعدی تبدیل شود. مواد به‌کاررفته در این فناوری از جنس «بسپار» (پلیمر)های حافظه‌دارند و تغییر شکل توسط محرک خارجی مثل گرما و نور صورت می‌گیرد. یعنی در اثر فعال‌شدن محرک آن، رمز ژنتیکی جسم سهبعدی نیز فعال می‌شود و تغییر شکل می‌دهد. در واقع، بُعد چهارم، تغییر اجسام درگذر زمان است. عامل تغییر شکل در چاپ سهبعدی مواد و روش به‌کاررفته در چاپ است. از این صنعت در آموزش‌های مربوط به رشته ساختمان می‌توان استفاده کرد. برای مثال، سازه‌های یک ساختمان به شکل سهبعدی تولید، برای انتقال به مقصد، به شکل دوبعدی و در مقصد به حالت سهبعدی تبدیل می‌شود. یا در صنایع پوشاک، کفش‌ها یکسان تولید می‌شوند، اما در اثر گرمای پا هنگام پوشیدن به اندازه پای فرد در می‌آیند. حتی از این فناوری در ترافیک هم می‌توان استفاده کرد. برای این کار سرعت‌گیر با ارتفاع کم تولید و نصب می‌شود. در هنگام فشار و وزن زیاد در اثر عبور خودروها، ارتفاع سرعت‌گیر برای کاهش سرعت، زیاد و در اثر کم‌شدن ترددها و متعاقب آن کاهش وزن و فشار ارتفاع آن کم می‌شود. در شکل 6 نمونه‌ای از کاربرد چاپ چهاربعدی را مشاهده می‌کنید که شش‌ضلعی‌های منتظم یک سهبعدی یا حجمی چندضلعی را تشکیل می‌دهند.
امید است با توسعه و راهیابی فناوری‌های نوین رقمی به کلاس‌های درس، شاهد بهبود کیفیت آموزش و یادگیری در مدرسه‌ها باشیم. در شماره‌های بعد سایر فناوری‌های نوین رقمی توضیح داده خواهند شد.
پی‌نوشت‌ها
1. Virtual Reality
2. Augmented reality (AR)
3. Diminished Reality (DR)
4. Holoportation
5. HoloLens
6. Hololense
7. 3D printing
8. 3DS Max
9. Maya
10. Four-dimensional printing (4D)
منابع
1. Sprenger, D. A., & Schwaninger, A. (2021). Technology acceptance of four digital learning technologies (classroom response system, classroom chat, e-lectures, and mobile virtual reality) after three months’ usage. International Journal of Educational Technology in Higher Education, 18(1), 1-17.
2. Kivarina, M. V. (2019). Transformation of science and education in the conditions of digitalization of economy. In The European Proceedings of Social & Behavioural Sciences EpSBS (pp. 225-232).
3. Doerner, R., Broll, W., Grimm, P., & Jung, B. (2022). Virtual and augmented reality (VR/AR) foundations and methods of extended realities (XR). Springer.
4. Sluis, J. V. (2017). Mixed Reality Application and Integration with HoloLens in a Manufacturing Environment. University of Twente: Benchmark.
5. Jakovljev, O. (2017). Holoportacija Modela Ljudi. Master of Science Thesis. Faculty of Electrical Engineering and Computing. University of Zagreb, Croatia.