Игру разработала студентка факультета программной инженерии и компьютерной техники (ПИиКТ) Университета ИТМО Анастасия Рычкова. До этого она не сталкивалась с химией, но погрузилась в область и смогла довести проект до потребителя. Итоги работы опубликованы в статье, которая вышла в Journal of Chemical Education.
Химия в VR
Есть такие темы, которые из года в год даются студентам тяжело, как бы преподаватель ни пытался их донести. Такие вопросы есть в каждом предмете и зачастую мало зависят от подготовки лектора. Именно для таких трудных пунктов учебного плана особенно необходимо придумывать новые методы подачи и закрепления материала.
Как отмечает декан факультета биотехнологий и ведущий научный сотрудник химико-биологического кластера Университета ИТМО Михаил Курушкин, по его опыту такой непростой темой является электронное строение атома. В 2016 году он даже придумал настольную игру по принципу морского боя для того, чтобы в игровой форме мотивировать студентов изучить эту тему.
Михаил Курушкин
В 2018 году вместе с коллегами по вузу Михаил решил создать проект по изучению роли виртуальной реальности в химическом вузовском обучении. Тогда он вспомнил о своей старой игре и решил перенести ее в новый формат.
«Мы решили перенести эту бумажную игру в виртуальную реальность. Возможность использовать VR-версию с автоматическим контролем грамотности освоения материала может снять с преподавателя часть нагрузки по изучению электронного строения атома с большим количеством студентов одновременно», ― отмечает он.
Лантаноиды против актиноидов
VR-игра для обучения химии. Иллюстрация из статьи. Источник: pubs.acs.org
Чтобы игра по-настоящему помогла в обучении, она должна впечатлить студента. Поэтому для изначальной задумки нужно было придумать яркую оболочку.
«Я предложил перенести морской бой в космические просторы, чтобы игрок был капитаном космического корабля одной из воюющих друг с другом инопланетных рас и, стоя на мостике, пытался победить противника. Я предложил Михаилу назвать расы ― лантаноиды и актиноиды, и ему это понравилось. Таким образом мы придумали не просто визуальный контент, но и добавили к нему определенный сторителлинг, чтобы повысить эффект сопричастности», ― вспоминает директор центра юзабилити и смешанной реальности, доцент факультета программной инженерии и компьютерной техники Университета ИТМО Артем Смолин.
Артем Смолин
Основная работа по программированию игры легла на студентку третьего курса бакалавриата образовательной программы «Компьютерные технологии в дизайне» Анастасию Рычкову. Ей предстояло решить, как именно перенести в мир виртуальной реальности идею космического боя на основе химических объектов и явлений.
«Мы начали с изучения движка, пришлось какое-то время разбираться, как это вообще можно сделать. Дело в том, что к тому времени гарнитура виртуальной реальности Oculus Go, которую мы использовали, была на рынке не так долго, информации было крайне мало, приходилось действовать методом “научного тыка”, ― рассказывает она. ― Затем подключился дизайнер Алексей Коротких, мы приступили к работе над самим проектом. Процесс напоминал игру "Сапер". Самый большой "подрыв" произошел в прошлом ноябре, когда игра была почти закончена. Однако движок в этот момент обновился, и определенный функционал исчез. Поэтому нам пришлось искать альтернативу».
Анастасия Рычкова. Фото из личного архива
Серьезные проблемы возникли с тем, чтобы создать игру в режиме игрок против игрока. Как отмечает Артем Смолин, одна из главных неожиданностей заключалась в том, что для VR нет как такового мультиплеера. Проблему удалось решить, написав выделенный сервер, рассказывает Анастасия Рычкова.
«Сначала у нас работало автономно две гарнитуры, нам пришлось писать отдельную программу. Однако, в результате мы даже выиграли ― все гарнитуры могли подключаться к одному устройству», ― отмечает автор игры.
Залп по квантовым числам
VR-игра для обучения химии. Иллюстрация из статьи. Источник: pubs.acs.org
В своей механике игра сохранила базовые принципы морского боя. Игрок должен уничтожить флот противника до того, как тот успеет сбить все его корабли. Только вместо численно-буквенных координат он должен атаковать контейнеры со стрелками, которыми в химии изображается состояние электронов в атоме.
«Перед тобой в космосе висит враждебный флот в виде контейнеров, и по нему необходимо стрелять с помощью лазера, ― объясняет Михаил Курушкин. ― В качестве координат выступают квантовые числа, которыми записывается состояние электрона в атоме. По сути, для удачной игры вам надо понимать, как электроны распределяются по орбитальным диаграммам».
Перед каждым раундом игроки загадывают химический элемент, а затем, используя диаграмму из контейнеров, начинают угадывать элемент противника.
«У тебя есть две стратегии поведения. Первая ― ты стреляешь до самого конца и называешь химический элемент, когда ты в этом абсолютно уверен, ― объясняет Артем Смолин. ― Вторая стратегия более рискованная. Ты примерно пристрелялся, увидел некий диапазон возможных элементов, и ты рискуешь, называешь элемент. Если ты неправ ― ты проиграл, если прав ― выиграл. Поскольку тут в дело вступает азарт, игра затягивает, что помогает в конечном счете запоминанию предмета».
VR-игра для обучения химии. Иллюстрация из статьи. Источник: pubs.acs.org
Несмотря на пандемию
Работы над игрой были почти закончены в начале этого года. В феврале первый прототип игры продемонстрировали на ITMO Open Science. Эта демонстрация выявила ряд неточностей, требовавших определенной доработки.
«Тогда мы смогли апробировать игру, посмотреть на пользователях, какие есть сложности, ― вспоминает Анастасия Рычкова. ― У людей часто встречались проблемы с точки зрения знания химии, и когда преподавателю необходимо был помочь, то приходилось снимать и надевать гарнитуры виртуальной реальности. Я поняла, что, чтобы этого избежать, надо создать своего рода средство мониторинга, чтобы преподаватель мог видеть, что происходит в гарнитурах виртуальной реальности учащихся. Тут началась пандемия, и у меня появилась возможность доработать игру и убрать оставшиеся “косяки”. А к июню мы смогли опробовать наше детище».
ITMO Open Science-2020
Чтобы продемонстрировать эффективность разработки, Надежда Максименко, одна из ключевых участниц проекта из лаборатории «Нейропедагогика химического образования», провела педагогический эксперимент, на который пригласили студентов Университета ИТМО.
По итогам работы была опубликована статья в Journal of Chemical Education с описанием игры и возможностью для скачивания. В следующем году создатели намерены сделать онлайн-версию орбитального морского боя.