Simulace (e-learning)

Simulace jsou jedním z nejefektivnějších e-learningových nástrojů. Umožňují průběžné interaktivní ověřování výkladů a výuky pomocí simulátorů v mnoha oborech lidské činnosti. Hry a simulace umožňují lidem, aby se mohli učit a vzdělávat prostřednictvím hraní. Učební simulace mohou být zábavné, ale důležité je, že vždy vedou k určitému cíli, jsou smysluplné a účelné. Na prvním místě je naučit a až na druhém pobavit.

Co je to simulace

Simulaci můžeme definovat jako "numerickou metodu, která spočívá v experimentování se speciálním matematickým modelem reálných systémů na počítači. Simulace se v tomto pojetí chápe jako postup, s jehož pomocí se zkoumaný proces, resp. jeho kroky v čase generují na základě vlastností parametrů zobrazovaného systému."

Učební simulace vs. Simulační hra

Dá se říct, že simulace mají dvojí využití, ve výuce a v zábavě. Simulační hra není nic jiného než počítačová hra, která slouží k tomu, abychom se zabavili ve svém volném čase. I když i ona může přinést dílčí vzdělávací efekty např. při rozvoji jazykových dovedností apod, jejím primárním cílem je bavit. Opakem jsou pak učební simulace. Ty jsou vytvářeny samozřejmě tak, aby pobavili, nicméně jejich hlavním cílem je vzdělávat, a jsou navrženy tak, aby dosahovaly vzdělávacích cílů. Nicméně i přesto, že cíl učebních simulací a simulačních her je jiný, můžeme mezi nimi najít celou řadu podobností, které nám pomohou charakterizovat simulaci obecně:

Výzva: snaží se donutit studenta/hráče dělat rozhodnutí, kterým směřuje k vytyčenému cíli

Angažovanost: Snaží se vyvíjet na studenta/hráče tlak, aby činil rozhodnutí neustále bez klesání pozornosti.

Nárůst obtížnosti: Míra obtížnosti se neustále zvyšuje a následkem toho se zvyšuje míra výzvy pro osobu.

Jsou tematicky vyhraněné (theme-based): Oba mají základní téma, příběh, nebo situaci ve které osoba operuje v herní nebo elearningové simulaci.

Jsou cílově vyhraněné (goal-base): Oba definují cíle a podcíle, kterých musí osoba dosáhnout.

Využívají odměn a trestů: Oba pracují s modelem odměn a trestů v podobě bodů, odezvy, nebo postupu v úrovních.

Zvyšují zvědavost: Oba tyto modely zvyšují zvědavost. Osobu zajímá co bude dál, jak by se situace vyvíjela kdyby…

Mají silný účinek: Oba mají silný účinek na osobu. Obě zajišťují aktivní zapojení lidí. Pozitivní a záporná zpětná vazba v obou jsou velice intenzivní a to vede k posílení pozornosti.

Vyžadují rozsáhlý vývoj: Vytvoření obou požaduje vysokou míru vývoje a spolupráce. Návrháři zajistí, že téma je celistvé bez otevřených konců.

Mezi učební simulací a simulací ve hrách jsou však také rozdíly, které vyplývají z podstaty toho, za jakým účelem vznikly. Elearningové simulace jsou navrženy s důrazem na vzdělávací výsledky. Učební simulace jsou navrženy s cílem vzdělávat, zatímco hry jsou určené pro zábavu. Schopnosti získané v učebních simulacích jsou přímo spojené s učebními cíli. Naproti tomu schopnosti získané ve hrách jsou spojené s cílem danou hru dohrát.

Učební simulace

"Učební simulace pomáhá studentovi vybudovat model části světa a poskytuje mu příležitost k tomu, aby ho testoval bezpečně a efektivně."

Hlavním důvodem pro používání simulací je snaha postavit učení na zkušenostech. Člověk prochází procesem vzdělávání pomocí tzv. zkušenostního učení. Elearningové simulace zprostředkovávají člověku situace velmi podobné těm reálným. Člověk dostává příležitost k tomu, aby zkusil různé postupy vedoucí k různým výsledkům, přičemž působení záporné a kladné zpětné vazby v simulaci je velmi silné. A to z toho důvodu, že člověk může vidět výsledky svého jednání okamžitě. Jestliže člověk udělá špatné rozhodnutí, pak se může vrátit a vidět co by se stalo, kdyby udělal správné rozhodnutí.

Učební simulace je charakteristická tím, že:

1. Zasazuje učení do kontextu skutečného života

2. Poskytuje bezpečné prostředí, kde studenti mají příležitost k tomu, aby praktikovali své schopnosti beze strachu z důsledků ve skutečném životě.

3. Využívá odezvy k vysvětlení důsledků chyb.

4. Zjednodušuje realitu odstraněním komplexních systémů které existují v skutečném životě, vede tak k tomu, že se žák může zaměřit se na konkrétní znalosti.

Výhody používání simulací

Výhody užívání simulací plynou z výhod e-learningu jako celku. Předností simulací v e-learningu (stejně jako u jiných forem distančního vzdělávání) je fakt, že si student sám určuje čas, dobu i místo výuky. Může si opakovaně procvičovat jednotlivá témata a díky okamžité zpětné vazbě v simulacích se rychle dozví, jak danou problematiku zvládá. Z hlediska tutora je výhodou možnost kontroly průběhu studia pomocí statistik, které výuková prostředí standardně poskytují. Z těchto přehledů je zřejmé, kolik času jednotliví studenti učení věnovali, kde měli se studiem problémy, jaké udělali pokroky apod. Nespornou výhodou je i snížení nákladů spojených se studiem (ubytování, stravné, cestovné atd.) a např. při firemním vzdělávání omezení doby nepřítomnosti zaměstnance na pracovišti. Simulace v E-learningu jsou skvělé pro okamžitý přístup k ověření znalostí a jako pomůcka při klasické výuce.

Simulace nabízejí možnost učit se zkušeností. Učební simulace je efektivní právě z toho důvodu, že jde o konkrétní nácvik dovedností. Když srovnáme, co si pamatujeme z toho, co jsme se naučili činností a co nás někdo učil slovy, zjistíme, že v mnohých situacích je lepší učit se činností. Nikdo nezapomene jezdit na kole, řídit auto, apod., ale procento věcí, které jsme se naučili ve škole a zapomeneme jej, je vysoké. Intuitivně všichni vědí, že se učíme činností. Jako batolata jsme se učili praxí skrze chyby a jejich opravování. Neměli jsme učitele, který nám sděloval znalosti a přísně nás testoval. Nacvičili jsme naše schopnosti na základě přijímání odezvy, jako byly pády, popálení se apod. Učební simulace tak pracují s touto nám ryze vlastní formou učení. Memorování poznatků jde často jen do naší krátkodobé paměti odkud po čase zmizí, ale nacvičené dovednosti se ukládají do dlouhodobé paměti, tudíž jsou pro nás využitelné po celý život. Toto se tedy dá považovat za největší výhodu učebních simulací. Je to jakási přirozená cesta, kterou se učíme. Nevýhodou této přirozené učební metody nicméně je možnost selhání, které sebou nese určité důsledky. Učební simulace nabízí zřetelnou výhodu oproti realitě, právě ve vztahu k selhání. A tato výhoda je v tom, že selhání je vždy řízené:

1. Selhání může být ihned vysvětleno - studenti kteří udělali chyby se mohou okamžitě podívat se na pravou odpověď a nebo získat vysvětlení.

2. Selhání je privátní – Negativní pocity jsou zmírněné tím, že u selhání nikdo není.

3. Selhání je bez záporných důsledků – simulace zajistí, aby chyba neměla skutečný následek, který by mohl třeba ohrozit život. Toto dovoluje studentovi, aby dělal chyby, které ho nebudou bolet, poučil se z nich a potom zkusil činnost znovu.

Další základní oblasti, ve kterých e-learningové simulace vynikají:

Zvyšování praktických znalostí a uvědomění si jich

Posilování znalostí, kterými žák již disponuje; umožňuje mu je využít z více úhlů

Vytváření nových dovedností

Zvyšování motivace k učení

Nácvik tvůrčího řešení problémů

Trénink rozhodování za podmínek rizika a v omezeném čase.

Přijmutí odpovědnosti za rozhodnutí.

Časová a prostorová flexibilita studia

Vlastní studijní tempo

Rychlé vyhodnocování dosažených výsledků

Úspora času a nákladů

Nevýhody používání simulací

Ne vše je možné a účelné učit pomocí e-learningu a simulací. Je docela problematické osvojovat si pomocí nich osobnostní rysy. Velmi důležitou otázkou jsou i morálně volní vlastnosti studujících. Pokud člověk postrádá motivaci usednout k počítači a vzdělávat se, pak se jednoduše vzdělávat nebude.

Mezi největší nevýhody simulací můžeme zařadit: :

1) Simulace nemůže dát přesné výsledky jestliže vstupní údaje jsou nepřesné

Bez ohledu na to jak dobře je model vyvinut, jestli model nemá přesné vstupní údaje, nemůžeme očekávat, že získáme přesná výstupní data. Sběr dat je považovaný za nejobtížnější část procesu simulace. Navzdory tomu, že tato věc je všeobecně známá, je jí většinou věnováno jen velmi málo času. Tento problém tkví ve skutečností, že uživatelé simulací dávají přednost samotnému simulačnímu modelu spíše než sběru dat. Mnoho uživatelů simulací používá zastaralá data pochybné kvality k tomu, aby ušetřili čas.

2) Simulace nedokáže sama řešit problémy

Někteří uživatelé věří, že model simulace jim pomůže vyřešit problém. Simulace však sama o sobě ve skutečnosti neřeší problém. Poskytuje jen potenciální řešení a nikdy by neměla nést břemeno zodpovědnosti.

3) Vývoj a vytvoření simulačního modelu jsou relativně drahou záležitostí

Zatímco náklady spojené se studiem klesají a jsou brány jako výhoda simulace, náklady na vytvoření simulací jsou jednoznačnou nevýhodou, mnohdy mohou dosahovat až astronomických částek

4) Simulace není realita

To, že simulace není realita, je jak výhodou tak nevýhodou. Výhody se vztahují především k selhání v simulacích, nevýhodou může být to, že lidé zbavení důsledků svého jednání v simulacích mohou přenášet riskantní chování i do reality.

5) Učební simulace nemůže reagovat na neočekávaný problém, který studenta může zastihnout během proces učení

Tyto problémy jsou lépe vysvětleny během interakce učitel – student, ale zůstávají nevysvětleny během simulace

Typy učebních simulací

Obecně můžeme simulace rozdělit do 4 základních kategorií:

1. Fyzické simulace replikují fyzický předmět. Například student může experimentovat s nastaveními na digitálním fotoaparátu

2. Procesní simulace jsou užívány, aby informovali studenty o procesu nebo konceptu, který je sám o sobě neviditelný. Například, jak pracují zákony nabídky a poptávky.

3. Procedurální simulace učí studenty posloupnosti různých akcí

4. Situační simulace jednají s postoji a chováními lidí v situacích. Například jak uklidnit rozhněvaného zákazníka.

Dělení simulací podle Hortona:

Quiz show

Chcete – li udělat testy méně zastrašující a poutavější, předělejte je do interaktivní podoby jako je tomu v televizi..

Slovní puzzle

Slovní hry, jako například různé křížovky dělají z učení terminologie zábavu. Slouží k rozšiřování slovní zásoby.

Jigsaw puzzle

Jedná se o skládačky, na kterých si žáci ukazují a vysvětlují vztahy mezi věcmi. Např. rozdělení oddělení v určité organizaci.

Dobrodružné hry

Dobrodružné hry nechávají hráče postupovat směrem k cíli tím, že hráč musí dělat rozhodnutí, která mu pomáhají v překonávání překážek a pohybu kupředu. Tyto hry se podobají prvotním dobrodružným počítačovým hrám, který byly založeny na hledání a používání objektů a pečlivém vybírání trasy. Takové hry jsou často nazývány sociálně interakční-simulátory, pokud jsou používány k simulaci interakce mezi lidmi.

Softwarové simulace

Softwarové simulace se v poslední době často stávají standardním způsobem, jak se naučit pracovat s určitým softwarem. Formou e-learningu je prakticky i help v jakémkoliv programu.

Simulace zařízení

Tyto simulace se používají k naučení toho, jak zacházet se strojem nebo zařízením. Může s jednat např. o mobilní telefon, kopírku. Prakticky jde o multimediální manuál.

Personal-response simulations (simulátory osobní odezvy)

Jedná se o řadu složitých rozhodnutí. Studenti mohou dělat změny týkající se různých samostatných faktorů a okamžitě vidí výsledky svého rozhodování. Poté mohou ladit a vylepšovat své odpovědi a zlepšovat výsledky.

Matematické simulace

Matematické simulace nechávají žáka provádět matematické operace zábavným, vizuálním a intuitivním způsobem. Jedná se např. o simulace zisku firmy.

Simulace životního prostředí

Nechávají studující experimentovat s komplexním propojením přírodního prostředí jako systému. Např. simulátory zemědělské činnosti.

Využití simulací v praxi

Simulace se v dnešní době používají v řadě odvětví, oborů, pro nejrůznější věkové kategorie. Jednotlivé simulace se od sebe mohou lišit jak svou složitostí tak cenou, od dětských výukových simulátorů za pár set korun po vojenské simulátory za miliony či miliardy. Ať už se ovšem jedná o simulaci pro žáky mateřských škol týkající se bezpečné cesty domů, kde se setkávají a osvojují si základní návyky jak bezpečně zvládnout cestu přes křižovatky, simulace využitelné v autoškolách, při kterých se člověk naučí správně používat spojku, řadit, citlivě přibrzďovat a při nácviku nezničí převodovku, ekonomické simulace využitelné při chodu podniku nebo nejsofistikovanější lékařské, letecké či vojenské simulátory, účel je vždy stejný – na nečisto si vyzkoušet a osvojit si, jak se v dané situaci zachovat v simulovaném prostředí bez možných rizik, následků v bezpečí, Obecně lze počítačovou simulaci označit jako vysoce účinný nástroj optimalizace procesů a dějů s využitím vysoce výkonných počítačů. V následující části je uvedeno několik příkladů, ve kterých se dají simulace využít.

Školství

Jak je již popsáno výše, jedná se o typy simulací, které pomáhají učitelům různými způsoby zatraktivnit samotný učební proces. Žáci si prostřednictvím nich dokáží osvojit návyky a dovednosti zábavnou formou. Tato forma je bezpochyby mnohem efektivnější než typické memorování.

Logistika a výrobní strategie a procesy podniku o obchodu :

Počítačovou simulaci lze využívat pro řešení řady obchodních, logistických, projekčních a personálních úloh. Její hlavní využití je však v předvýrobních etapách pro prověření různých variant řešení s cílem minimalizovat rizika chybných rozhodnutí. Jedná se např. o:

•Optimalizace obchodních procesů - stanovení optimální výrobní strategie; předpovídání skutečných nákladů na zakázku),

•Plánování a řízení výroby - plánování celopodnikových zdrojů, přidělování zakázek jednotlivým výrobním celkům),

•Zlepšení logistických koncepcí - minimalizace skladů a zásob, redukce rozpracované výroby a průběžných dob, určování výrobních a transportních dávek, sladění dodávek surovin a polotovarů s výrobou, zabezpečení expedice),

•Projektování výrobních systémů - projektování inovačních změn stávajících výrobních systémů, optimalizace" uspořádání jednotlivých prvků celku, zkušební provoz),

•Analýzy výrobních systémů - odhalování rezerv důkladným rozborem nejrůznějších činností, co když" analýzy, identifikování a odstranění úzkých míst

•Školení pracovníků v oblasti - stanovování výrobní strategie, projektování a plánování výroby, analýz a zlepšování výrobních systémů, zaškolování nových pracovníků)

Zemědělství

Tyto simulace pomáhají např. rolníkům, zemědělcům apod. spočítat, jaké plodiny zasadit, v jakém množství, při nejmenších nákladech a největším zisku. Pracují se složitými mechanismy týkajícími se životního prostředí, počasí, cenami plodin na trhu apod. Pomáhají v zefektivnění pěstitelského procesu.

Vojenství

Vojenství je již od svých raných počátků provázeno vytvářením a využíváním různých forem modelů a simulací jednotlivých stránek přípravy a vedení ozbrojeného zápasu. V zásadě je to vynuceno především charakterem samotného ozbrojeného zápasu, jeho složitostí a mimořádnou obtížností až nemožností s ním experimentovat v reálné podobě. Zvláště v poslední době, kdy bojové prostředky dosahují extrémní ničivé síly, jejich další vývoj a výroba jsou stále nákladnější a efektivní bojové využití stále složitější, význam modelování a simulace ve vojenství výrazně narůstá. Modelování a simulace zahrnují širokou škálu různých typů modelů a simulací, virtuálních a laserových simulátorů, trenažérů, modifikovaných klasických válečných her a cvičení s různou mírou počítačové podpory a rozdílného určení. Při vytváření nejnovějších modelů se využívají moderní výpočetní a informační technologie, přičemž požadavky a potřeby rozvoje metod a prostředků modelování a simulace ve vojenství se nezřídka stávají hlavním motivem rychlého rozvoje těchto technologií ve světě. :^[zdroj?]

Letectví

Velice složité letecké simulátory se využívají jak k tréninku pilotů v letecké či nákladní dopravě, tak k tréninku stíhacích pilotů. Mohou mít podobu buďto počítačové hry nebo přímo vysoce realistickému kokpitu letadla, jehož vlastnosti musí být totožné s vlastnosti reálného stroje. Prostřednictvím takovýchto simulátorů je možné nasimulovat jak základní věci jako vzlet, let a přistání, tak rovněž krizové, rizikové věci jako je let a přistání bez motorů, s poruchou hydraulických systémů apod.

Lékařství

Tyto simulátory pomáhají jak při výuce budoucích mediků, tak i např. zkušeným chirurgům vyzkoušet si prakticky na nečisto nejrůznější operaci i drobné zákroky, ať už se jedná o nácvik odběru krve nebo operaci páteře. Využití simulace ve zdravotnické službě přináší řadu pozitivních efektů, mezi které můžeme řadit vyšší bezpečnost, nižší časovou náročnost, názornost při výuce, snížení celkových nákladu, snadnější nalezení optimálního řešení problému, ale i možnost vzniku omylu v přípravě bez fatálních následku.^[zdroj?]

Meteorologie

U předpovídání počasí se jedná o využití poznatků z přírodních věd a sestavení modelu (meteorologické mapy), který spočítá na základě hustoty vzduchu, směru a síly větru a spousty dalších veličin pravděpodobný vývoj. Na základě těchto atributů a informací se vytvoří simulace, která nám ukáže, kdy a kde bude jaké počasí.

Přírodní vědy

Bez simulací by prakticky nebylo možné učinit jakýkoliv výzkum týkající se biologie, chemie, fyziky. Genetické inženýrství, farmaceutický, automobilový průmysl, zkoumání reakcí chemických látek apod. to vše se přímo opírá o předem nasimulované modely.

Doprava

Stejně jako je tomu u letecké dopravy, tak i u pozemní ať osobní či nákladní, existují trenažéry jak automobilové, vlakové, městské hromadné dopravy, na kterých si člověk osvojuje základní věci potřebné k tomu, aby dostal řidičské oprávnění nebo se zdokonalil. Zajímavý je např. simulátor jízdy kamionem, ve kterém vy, coby řidič plně naloženého kamionu se snažíte dojet z bodu A o bodu B tak, abyste poškodil co nejmenší množství převáženého materiálu.

Další literatura

Aldrich, C.(2004) Simulations and the Future of Learning. Pfeiffer.

Aldrich, C. (2005) Learning by Doing: A Comprehensive Guide to Simulations, Computer Games, and Pedagogy in e-Learning and Other Educational Experiences.Pfeiffer.

Bernthal, P.(2006) The State of E-Learning: Developing Soft Skills. Development Dimensions International

Blignaut, S. (1999) Modalities of computer-based teaching and learning.

Kindley, R. (2002) Scenario-Based E-Learning: A Step Beyond Traditional E-Learning. Learning circuits.

Kruse, K.(2006) The Benefits and Drawbacks of e-Learning. eLearningGuru. odkaz

Prensky, M. (2004) Digital Game-Based Learning. McGraw Hill.

Schank, R.C. (2002) Designing World-Class e-Learning. McGraw Hill.