教育シミュレーション

教育シミュレーションとも呼ばれる指導シミュレーションは、ある種の現実（システムまたは環境）のシミュレーションですが、学習者がそのシステムまたは環境について、単に実験するだけでは得られないような詳細な情報を探索、ナビゲート、または取得するのに役立つ指導要素も含まれています。指導シミュレーションは通常、目標指向であり、学習者をシステムまたは環境の特定の事実、概念、またはアプリケーションに集中させます。今日、ほとんどの大学は、仮想学習環境（VLE）を提供することで生涯学習を可能にしています。ユーザーは人生のさまざまな時期に学習にアクセスできるだけでなく、学習施設に物理的に移動することなく学習に没頭したり、インストラクターとリアルタイムで対面で対話したりすることもできます。このような VLE は、対話性と範囲が大きく異なります。たとえば、仮想クラス、仮想ラボ、仮想プログラム、仮想ライブラリ、仮想トレーニングなどがあります。研究者は VLE を 4 つのタイプに分類しています。

• 第 1 世代の VLE: 1992 年に始まり、初のオンライン コースの機会を提供しました。学習教材、ディスカッション フォーラム、テスト、電子メール システムなど、すべてオンラインでアクセスできるコレクションで構成されていました。このタイプの仮想環境は静的であり、システムのさまざまなコンポーネント間のやり取りは許可されていませんでした。
• 第 2 世代 VLE: 1996 年に登場したこれらの VLE は、データベース統合と機能 (計画と管理、教材の作成とサポート、結果のテストと分析) の両方においてより強力です。Learning Space、WebCT、Top Class、COSE、Blackboard など、 80 を超えるフォームが存在します。
• 第 3 世代 VLE: 第 3 世代 VLE の目新しい点は、インターネット経由の音声およびビデオ会議 (1 対 1 および 1 対多)、グループ、セミナー、ラボ、フォーラムでの作業のためのコラボレーション機能、そしてもちろん学習、開発、計画、ライブラリ、管理機能など​​、リアルタイムおよび非リアルタイム (同期および同期通信) でアクセスできる最新のテクノロジが組み込まれていることです。Stanford On-line、InterLabs、Classroom 2000、およびシステム「Virtual University」(VU) は、この VLE の例です。
• 第 4 世代 VLE: これらは未来の環境であり、教師と「ローカル リソース」ではなく、ユーザーと「グローバル リソース」を中心とする新しい学習パラダイムを表しています。主な利点は、学習教材を各ユーザーの特定のニーズと機能に合わせて作成、調整、カスタマイズできることです。第 4 世代 VLE は少数しか存在せず、そのほとんどはまだ計画と開発の段階にあります。サポート技術の 1 つの例は「マルチエージェント技術」と呼ばれ、異なるシステム間でのデータのインターフェイスを可能にします。^[1]

1900 年代初頭から、何らかの形のシミュレーションが訓練やトレーニングの方法として使用されてきました。米国国防モデリングおよびシミュレーション調整局^[2]は、シミュレーションをライブ、バーチャル、コンストラクティブの 3 つの主なタイプに分類しています。ライブ (実写) およびバーチャル シミュレーションは主にトレーニング目的で使用され、コンストラクティブ シミュレーションはウォーゲームや株式市場の動きなどの結果を表示または予測するために使用されます。これらの各タイプは何らかの現実に基づいており、現実の危険、費用、複雑さなしに疑似体験をユーザーに提供することを目的としています。

シミュレーションは学習や訓練の目的で使用されますが、Clark Aldrich ^[3]やAndy Gibbons ^[4]（Model-Centered Instruction）などの著名な著者は、シミュレーション自体は教育的ではないと示唆しています。むしろ、シミュレーションは、学習者がシステムまたは環境の重要な部分や概念を理解するのに役立つ教育要素が含まれている場合にのみ教育的になります。たとえば、F-16シミュレータは、主にF-16のコックピットの動作と航空機が動作する環境を再現することを目的としているため、本質的に教育的ではありません。シミュレータは訓練目的で使用される場合がありますが、システムの重要な学習側面を学習者に特定するには、インストラクターまたはその他の外部要素が必要です。

教育において、シミュレーションはさまざまな名前で使用されてきました。ケン・ジョーンズ^[5]は1980年代に、シミュレーションをロールプレイングなどの人々の相互作用と定義しました。チームトレーニングやロープコースで見られるような体験学習活動も、非常に異なる環境であっても、グループが示す可能性のある人間の意思決定プロセスを再現するため、シミュレーションであると主張する人もいます。これらのシミュレーションタイプの効果的な使用には、学習者が主要な行動、概念、または原則に集中できるようにするための指導要素の使用が含まれるため、これらは指導シミュレーションと見なすことができます。

コンピューティング ツールのコストが下がり続けているため、仮想シミュレーションや構成シミュレーションがますます多く使用されるようになっています。Web オーサリング ツールの改良とパフォーマンス ベースのトレーニングの需要増加により、e ラーニング環境でのシミュレーションの使用がますます増えています。その結果、エンジニアやコンピューター サイエンティストが中心の分野であるシミュレーションの設計に、技術者以外の人材が関与するようになっています。

従来の教育設計モデルのほとんどは、少なくとも4つの要素から構成されています。^[6]

• 分析 - 通常含まれるコンポーネントは、目標分析、パフォーマンス分析、対象集団分析、タスク分析、メディア選択、およびコスト分析です。
• デザイン – インターフェース設計、シーケンス、レッスン設計、学習者のコントロールを含む
• 開発 – プログラマー、グラフィックアーティスト、ライター、主題専門家などが協力して、教育製品が完全に開発されます。
• 実装と評価 – 最終製品を学習者に提供し、目標が達成されたかどうかを評価します。

ADDIE は、指導システム設計(ISD) モデルの例です。

VLE を設計する場合、従来の学習様式を設計する場合よりも多くの機能を考慮する必要があります。仮想学習のプロセスは、組織、品質管理、修正、予測可能な手順で構成されます。たとえば、学生の自己学習の組織化の有効性 (VLE では「教育的および教訓的機能」と呼ばれます) は、次の要素に依存します。

1. 科目基準の要件を満たすと同時に、学習プロセスへの学生の興味を引き付けるオンライン コンテンツ。たとえば、学習に対するオープンエンドの探究型アプローチでは、学生が個人的な興味を追求する余地が与えられます。
2. 学習環境のインタラクティブ性のレベル。学習者のモチベーションと実践的な機会を高めます。シミュレーションとアニメーションにより、優れた多感覚学習環境が実現します。
3. 新しい資料を効率的に吸収するための時間管理ツール。たとえば、タイムテーブルの利用可能性、同期相談のスケジュール、情報にすぐにアクセスするための埋め込みハイパーリンクなど。
4. 情報の取得、処理、統合など、21 世紀に必要な学生の批判的思考力と情報リテラシー スキルに焦点を当てた活動を最大限に活用します。
5. 教師と生徒、ピアツーピア、学習者と専門家の間のコミュニケーション様式。講師の役割はオーガナイザーであり、生徒は学習プロセスのイニシエーターです。

オンライン学習環境の設計に広く使用されている形式はWebQuestです。ただし、現在市場には Project Page、MiniQuest、CuriculumQuest、DecisionQuest など、よりインタラクティブで統合された新しい指導モデルがあります。参考文献: Jakes, D. (2003)。「仮想ワークスペースの作成: オンラインカリキュラム開発のための新しいモデル」。teachForum: 21 世紀の学校のための画期的なテクノロジー、イリノイ州シカゴ。2003 年 4 月 29 日。2009 年 6 月 28 日に取得: http://www.biopoint.com/ibr/techforum.htm

1990 年代以降、パフォーマンス テクノロジー運動、構成主義、電子パフォーマンス サポート システム、ラピッド プロトタイピング、遠隔教育/遠隔学習におけるインターネットの利用増加、知識管理の取り組みなどのトレンドが、教育設計の実践に影響を与えてきました。これらの変化は、既存の設計モデルに対する課題を生み出しています。Reigeluth (1996) によると、教育とトレーニングの分野は、産業革命から情報化時代へのパラダイム シフトの真っ只中にあり、それに応じて、教育設計も標準化からカスタマイズへと移行する必要があります。さらに、Gros ら (1997) は、従来の線形設計プロセスの柔軟性のなさを主張し、より反復的なプロセスを求めています。一方、Winn (1997) と Jonassen らは、学習状況は閉鎖系であり、知識の伝達はインストラクターの責任であり、人間の行動は予測可能であるという実証主義の仮定を批判しています。^[7]

新しい情報化時代のパラダイムにもっと適しているとして提案されている代替モデルは数多くあり、その中には教育ゲームやシミュレーションなどの新しい教育方法、IDの基礎としてヨナセンが推進した解釈学、ファジー論理、カオス理論、ホフマンによるライゲロイスの精緻化理論とハイパーメディアの利用、アキリとカギルタイのFIDGEモデルなどがあります。^[8]

解釈学は、テキストを作成し解読する個人の意味を媒介する上での社会歴史的文脈の重要性を強調しています。たとえば、大規模マルチプレイヤーオンライン学習環境では、社会構成主義、解釈哲学、方法論とよく合う新しい社会的プロセスが必要です。カオス理論は、フラクタルなどの繰り返しパターンを探して、カオスシステム内の秩序を探します。これは、非線形で動的な状況や、初期条件の小さな変化が後で大きな変化をもたらす可能性がある状況に役立ちます。最後に、ファジー論理は、現実が二価であることはめったになく、むしろ多価であるという考えに基づいています。言い換えれば、設計する必要がある「中間」の値が多数あります。したがって、教育モデルは決定論的なアプローチから離れ、より確率的な考え方に合わせて設計する必要があります。^[9]

ET の主な側面は次のとおりです。

• コースの主な焦点を反映する単一の編成構造。
• 単純なものから複雑なものまで順序付ける
• レッスン内の順序: --概念的に構成された指導では、「最も簡単で、最も馴染みのある構成概念を最初に提示します」(p. 251)。
  • 手順については、「実行順に手順を提示する」
  • 理論的に体系化された指導のために、単純なものから複雑なものへと進めます。
  • 関連する整理コンテンツの直後に補助コンテンツを配置します。
  • コンテンツ内の学習の前提条件となる関係を遵守します。
  • 座標概念を順番にではなく同時に提示します。
  • 関連する手順を説明する前に、その基礎となる原則を教えましょう。^[10]

ホフマンは「ハイパーメディアの特徴であるウェブのようなリンクは、多くの教育プログラミングに見られる従来の線形構造よりも、人間の認知機能に似ている」と述べ、さらに「この種のモデルはモジュール性と可塑性の可能性をもたらし、製品の全体的な構造を変えずに学習者のニーズに応じて変更を加えることが容易になり、開発が迅速になる」と主張している。^[11]

このモデルは、曖昧な境界を持つ動的なフェーズで構成されており、教育設計者は非線形に移動します。^[12]主な特徴は次のとおりです。

• 参加者には、積極的に参加する学習者と専門家が含まれます。
• チームは多分野にわたる、多技能のゲームプレイヤーで構成されています
• 環境は社会組織的かつ文化的なものである
• このプロセスは動的、曖昧、非線形、そして創造的である。
• 評価に基づいて、変化は継続する
• 評価は継続的、反復的、形成的、総括的であり、各段階に組み込まれている。
• 時間管理とスケジュール管理は、優れたリーダーの管理と同様に成功に不可欠です。
• このモデルは、初心者から専門家レベルの教育設計者や学習者向けの、ゲームのような学習環境や教育ゲームに適しています。

仮想世界とは、ユーザーがその環境に没入できるインタラクティブな 3D 環境です。ユーザーは環境を操作し、他のユーザーと対話することができます。没入の度合いに応じて、ユーザーはゲームを始めたり、他のユーザーと対話したり、セミナーに参加したり、オンラインクラスのコースワークを完了したりできます。MyspaceやFacebookなどのオンライン ディスカッション グループやソーシャル ネットワークは、コースワーク内での対話を補完するためにすでに使用されています (Baker 2009)。

Second Life は、ユーザーがアバターを作成する仮想世界です。アバターは、他のユーザーに対するユーザーの仮想表現です。これらのアバターは、Second Life の世界内の他のユーザーと対話します。アバターは、仮想の土地を購入したり、建物を所有したり、旅行したり、対話したり、ビジネスを行ったり、教授の講義に出席したりすることができます。Second Life は 24 時間稼働しており、インターネットに接続されているため、対話できる他のアバターが常に存在します。

World of WarcraftやStar Wars GalaxiesなどのMMORPG は、ビデオ ゲーム ベースの仮想環境です。これらのゲーム エンジンは、教育シミュレーションの可能性を秘めています。Second Life とは異なり、これらは事前に設計されたゲームであり、進行を通じて完了する必要がある独自の目標セットがあります。

教育において、仮想学習環境とは、新しい概念を教えるために指導モデルとロールプレイングの教育戦略を利用するシミュレートされた体験です。体験が提示される環境は仮想環境であり、多くの場合、コンピューターまたはその他のビデオ投影インターフェイスを介してアクセスされます。没入型仮想環境ヘッドセットは、年少の子供や特別なニーズを持つ学生に使用されています。VLE を介して指導シミュレータを使用する利点には、コンピューターやその他のテクノロジーを使用できると学生がやる気を起こす、VLE を使用すると、VLE がなければ利用できない場所、オブジェクト、環境との対話、探索、実験が可能になる、インストラクターは個々の学習者のニーズに合わせて仮想学習体験のプログラムとパラメーターを調整できる、マルチユーザー仮想環境を使用すると、共同学習と協同学習が促進される、VLE は、概念とスキルをシミュレートされた環境での応用にまで拡張することで、学生に学習の現実世界との関連性を関連付ける、学習は有害な結果を招くことなく、感情的および身体的に安全な環境で行うことができる、などがあります。

特別なニーズを持つ個人に対する教育シミュレーションの使用は、ますます注目を集めています。Mitchell、Parsons、Leonard (2007) は、自閉症スペクトラム障害(ASD) を持つ青少年に社会的交流スキルを教えるために設計された「仮想カフェ」プログラムを作成しました。このプログラムは、ユーザーが適切な社会的行動決定を行えるようにガイドまたは足場を提供するフィードバックを提供します。仮想学習環境は、道路を横断したり、火災が発生した建物から避難したりするなど、潜在的に危険な状況での対応方法を ASD を持つ子供に教えるためにも使用され始めています (Strickland、McAllister、Coles、Osborne 2007)。教育シミュレーションは、適切な対応スキルを練習するための安全な環境を提供します。

遠隔学習が増えています。遠隔学習の技術が発達するにつれて、物理的な教室の重要性は低下しています (Sanders、2006)。Sanders (2006) は、学生は遠隔学習環境でうまくやれるかもしれないが、コース内で魅力的な瞬間を持つ必要があるという警告を提示しています。また、新しい技術を学習ツールとして採用する前に批判的に評価するように学生に警告しています。仮想学習環境では、目標と目的を使用して学習者の達成度を測定し、学習プロセスをシミュレートする必要があります。Sanders (2006) は、ターミネーター 2、マトリックス、アイ、ロボットなどの映画を、技術に頼りすぎることで起こり得る事故の寓話的な警告へのコールバックとして使用しています。彼は、遠隔コースが効果的に学習環境を シミュレートできるようにバランスをとる可能性のある方法を提示しています。

Barney、Bishop、Adlong、Bedgood (2009) は、遠隔学習の 化学の学生が実際の化学実験室に慣れるためのツールとして 3D 仮想実験室の使用について研究しました。最初の研究では取り入れられませんでしたが、研究者は、数学と化学の概念を実際の実験室の環境で適用することに対する学生の不安を軽減するために、指導の足場となる体験を含めることを提案しています (Barney、Bishop、Adlong、Bedgood 2009)。仮想実験室は現実世界の体験に取って代わるものではなく、むしろ学生の化学実験室のスキーマを強化し、実際の環境でのパフォーマンス期待に備えるのに役立ちます。Web ベースの仮想科学実験室は、小学生にも使用されています。Sun、Lin、Yu (2008) の研究では、Web ベースの仮想科学実験室を従来の教授法と組み合わせて使用​​した学生は、学習体験がより楽しいと感じただけでなく、学業成績も向上し、成績も高かったことがわかりました。

Baker (2009) は、マルチユーザー仮想環境 ( MUVE)には学生の関心を引く可能性があると示唆しています。Second Life は、インタラクションにおいてより多くの目的を持っています (Baker、2009)。講師は講義を行うことができ、学生は Second Life でのチャットを通じて共同作業を行うことができます。ディスカッション ボードと比較すると、Second Life は遠隔学習の学生がグループ作業スキルを習得するための実行可能な代替手段です。メリーランド州ボルチモア郡の Chesapeake 高校では、学生が3D仮想学習環境を介してセント ヘレンズ山周辺の生態学的環境を探索しています (Curriculum Review 2009)。学生は仮想無人車両で環境内を移動し、教育目的でプログラムに組み込まれている生態学的および環境的問題を共同で解決します。VLE に参加することで、アプリケーション、データ収集、および問題解決の多くの機会が得られます。

Sokolowski は、医療シミュレーションを 3 つのカテゴリに分類しています。1. 物理モデルに基づくシミュレーター。通常は Human Patient Simulator (HPS) と呼ばれ、さまざまな目的のプロトタイプがいくつか存在します (CentraLine Man、Noelle、Pediasim マネキン)。2.コンピューターに基づく仮想現実トレーニング シミュレーター。LapVR Surgical Simulator、Suture Tutor など。3. 最初の 2 種類のハイブリッド モデル。臓器系のリアルな 3D コンピューター表現と、触覚デバイスを介して臓器系とインターフェイスする機能を組み合わせたものです。

医療分野でのシミュレーションベースの学習の使用には、患者の安全、診断および治療手順の迅速化、医療従事者に対する満たされていない需要、医療費の削減、生命の損失や関連コストにつながる医療ミスの低減など、多くの利点があります。現在のテクノロジーの使用により、非常に忠実度の高いシミュレーションが可能になります。これらには、シリアスゲームとして知られるコンピューターベースの 3D 環境である没入型仮想環境 (IVE ) や、センサーを備えたゴーグルと手袋をはめて映写室に座る Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) などの非常に没入度の高い仮想環境が含まれます。この触覚テクノロジーは触覚を活性化し、研修生がシミュレートされた患者と対話できるだけでなく、視覚的および聴覚的なフィードバックを受け取ることができるため、シミュレートされた学習体験が非常にリアルになります。

研究によると^[13] 、医療用であろうとなかろうと、最高の教育シミュレーターには以下の要素が含まれています。

• フィードバックを提供する
• 反復練習を伴う
• カリキュラムに統合する
• さまざまな難易度のレベルがある
• 複数の学習戦略を伴う
• 臨床的変化を捉える
• 制御環境で発生する
• 個別学習を活用する
• 期待される成果を定義する
• 有効性を持つ

医療教育における没入型仮想環境 (IVE) は、単純なスキル (患者の採​​血) の指導から複雑なスキル (内科手術) の指導まで多岐にわたります。さまざまな医療提供者が、さまざまな目的でシミュレーションを使用します。救急救命士、戦闘環境に携わる医療従事者、看護師、医師、外科医、救急医療隊員などです。IVEは人体をシミュレートして、学生や研修生に現実的な練習の機会を提供し、指導する特定の技術に習熟できるようにします。IVE は、患者の検査、外科手術、評価 (個別および共同) を指導する際によく使用されます。学生は、これらのシミュレーションが練習であると知って安心し、後でなく今間違いを犯す機会をありがたく思います。IVE を使用すると、学生が学習するための管理された安全な環境が提供されるため、不安要素が軽減されます。学生は、実際の患者と話す場合よりも、症状についてよりオープンに話し合うことができます。ただし、同時に、学生は実際の患者と話す場合と同じすべてのプロトコルを使用します。つまり、自己紹介をし、患者の名前を呼び、プライバシーを尊重します。

シミュレーションを使用すると、医療ミス、トレーニング時間、手術室での滞在時間、高価な機器の交換の必要性が減り、人命と費用を節約できます。シミュレーション ユーザーは、さまざまな患者を練習できます。患者はそれぞれ異なる病歴を持ち、独自の症状を示し、ユーザーの操作に適切な生理学的反応で反応します。現実と同じように、患者の解剖学的構造は心臓の鼓動や肺の呼吸に合わせて動き、組織は変形、打撲、出血します。システムは各セッション後に詳細な評価を生成するため、ユーザーと管理者はシミュレーションされた手順の成功を測定できます。

医療におけるシミュレーションは、16 世紀にはすでに使用されていました。当時は、トレーニング用マネキンの使用が、高い妊産婦死亡率と乳児死亡率の低減に役立っていました。今日では、シミュレーションは進化し​​、IVE、CAVE、ロボット手術などが含まれるようになりましたが、医療業界での使用は依然として比較的限られています。医療は、非常に高度な技術、高リスク、および行動スキルを使用する専門職です。しかし、同様の要件を持つ他の分野 (航空など) とは異なり、医療では、必要な医療トレーニングを支援するためのシミュレーションの使用を完全には受け入れていません。医療分野でのトレーニングでのシミュレーションの使用が限られているのは、コスト管理、人体のモデリングが比較的限られていること、有効性の科学的証拠がないこと、および分野の専門家による変化への抵抗など、いくつかの要因によって説明できます (Ziv ら、2003 年)。その後、Amalberti ら (2005 年) が実施した調査では、医療トレーニングを進歩させるためにシミュレータを使用する上での 5 つの体系的構造的障壁が指摘されています。これらは次のとおりです。

1. 個々の医療スタッフの無制限の意思決定の自主性。代わりに、チームワークと規制により、部門間の問題とプロセスを予測する必要があります。
2. 個人とシステムのパフォーマンスを制限せず、代わりに労働時間を制限し、スタッフ不足に対処する必要があります。なぜなら、能力ではなく生産性の過剰が医療ミスにつながるからです。
3. 個人の地位に焦点を当てるのではなく、同等の行為者の卓越性の基準を目標とすべきです。
4. 個人の責任に対する過剰な保護。代わりに、「予期しない結果」と、安全戦略を最適化するためのシステムレベルの仲裁について、より多くの考慮を払う必要があります。
5. 医療における過剰な規制と技術的な複雑さ。むしろ規制の簡素化が必要である。^[14]

これらの障壁の存在は患者の安全性の低下につながり、民間航空業界や原子力産業がすでに達成している「超安全性能」という目標に医療業界が近づくことを妨げている^[15]

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