Spoiler
Серьёзные игры как инструмент познания на примере
«The UVa Bay Game»
Оглавление
Введение1.1. Чесапикский залив1.2. Мёртвая зона1.3. Чесапикский залив как комплексная система2.1. The UVa Bay Game2.2. Цели2.3. Создание и первые тесты2.4. Дидактическая составляющая игры2.5. ПланыЗаключениеИспользуемая литератураВведение
Что такое игра? Из психологии мы знаем, что это вид деятельности. В то же время это обязательно что-то увлекательное. Цель игры явная – это удовольствие, но часто (особенно, если речь о дидактических играх) есть и неявная – усвоение знаний и умений, познание мира и общества. В игре снимается та серьёзность, которая обычно мешает человеку решать задачи творчески, принимать новые и неожиданные решения. Ведь в жизни каждое решение связано с риском что-то потерять. В игре мы ничего не теряем и можем без страха пробовать самые разные варианты.Но есть такая разновидность игры, когда перед человеком изначально ставятся серьёзные познавательные цели, достижение которых важно для практического применения, а развлекательные цели отодвигаются на второй план. Эта разновидность известна как «серьёзные игры» (англ. «serious games»).Тематика большинства серьёзных игр связана с экономикой, и бизнесом и основная задача их – именно обучение экономистов и предпринимателей. Но сфера их возможного применения гораздо шире. Так, например, в игре Foldit игроки занимаются сборкой белков, соревнуясь друг с другом. Но основная цель игры – научная, выяснение наиболее энергетически выгодной конфигурации белков, т.е. определение их вторичной, третичной и четвертичной структуры.Другой пример – бронзовый призер конкурса серьёзных игр – немецкая игр «Мир океана». Игра при всей ей простоте, минимализме и нетребовательности к ресурсам компьютера (идёт прямо в браузере – в 3D) довольно интересна сама по себе, даже если не знать немецкий. Можно побыть черепахой и поесть водоросли ламинарии, избегая быть съеденным акулой, а можно побыть акулой и съесть пару-тройку черепах. К тому же в игре есть энциклопедия об океане, с небольшими статьями о жизни океана, некоторые с иллюстрациями. Правда, опять же, всё на немецком.Но бывают и другие серьёзные игры. Это различные реалистичные симуляторы, которые подготавливают людей к различным опасным и ответственным профессиям и ситуациям, как например, авиасимуляторы, использующиеся при подготовке будущих пилотов самолётов. Такие игры часто имеют не только привычный нам компьютерный интерфейс, но снабжены более широкими возможностями создания виртуальной реальности, благодаря чему человек может чувствовать себя практически также как в реальной ситуации. Один из вариантов таких устройств виртуальной реальности можно часто встретить в парках аттракционов – это разные подвижные кабины, которые при подъёме и опускании создают ускорение, симулирующее падения и подъёмы, движение в разные стороны. Другие аттракционы, по сути, повторяют элементы подготовки космонавтов к различным состояниям в полёте: перегузки и невесомость. Сюда можно отнести и автосимуляторы, некоторые из которых обучают правилам дорожного движения.Дальше речь пойдёт об игре «The UVa Bay Game», посвящённой сохранению и восстановлению водной экосистемы Чесапикского залива и результаты которой легли в основу широкомасштабного проекта Computing for Sustainable Water, о котором будет сказано в заключении.Ключевые понятия: серьёзные игры, комплексные системы, агентное моделирование, социально-природные системы, компьютерное моделирование, Чесапикский залив, мёртвые зоны, распределённые вычисления, устойчивость водных систем.Чесапикский залив
Но прежде, несколько слов о Чесапикском заливе. Чесапикский залив – это эстуарий реки Саскуэзанна, крупнейший в США, и один изаниболее известных ландшафтов Северной Америки. Является де-факто частью Атлантического океана, вдающейся в материк и расположенной между штатами Виргиния и Мэриленд.
Чесапикский залив пересекает шесть американских штатов и округ Колумбия. Здесь развит промысел двустворчатых моллюсков и особенно голубых крабов (Callinectes sapidus, класс Malacostraca, отряд Decapoda, подотряд Brachyura).Чесапикскому заливу посвящено несколько литературных произведений, которые также затрагивают тему местного промысла голубых крабов. Некоторые из них удостоены престижных литературных премий. Кроме того, певец Том Уиснер записал несколько альбомов о Чесапикском заливе, прославившись как «бард Чезапикского залива».Мёртвая зона
В 1970-х годах здесь была обнаружена одна из первых на планете мёртвых зон с крайне низким содержанием кислорода, что приводило к массовой гибели рыб. По современным оценком эта мёртвая зона убивет до 75 000 тон двустворок и червей каждый год, что риводит к нарушению пищевой цепочки эстуария и обедняя кормовую базу голубого краба. Иногда, спасаясь от «мёртвой» бескислородной воды, крабы образуют скопления на берегу. Такое поведение известно как «праздник крабов». Низкий уровень кислорода частично объясняется общирным разрастанием вдорослей, которых «подкармливают» сбросы бытовых, фермерских и индустриальных сточных вод, в которых присутствует много фосфора и азота. Обычно цветению водорослей препятствует именно недостаток фосфора в воде.Комплексные системы и агентное моделирование
Залив с прилегающими к нему хозяйствами и домовладениями представляет собой комплексную социально-природную систему. Чтобы понять, что это значит, нужно разобраться с понятием комплексной системы. Комплексная система, в отличие от просто сложной системы, состоит из внутренне-активных элементов. Эти элементы имеют свои собственные законы взаимодействия с окружающим миром, действуют независимо друг от друга и часто непредсказуемо. В рассматриваемой системе роль таких элементов, в основном, играют люди. Результат взаимодействия элементов комплексной системы непредсказуем и его нельзя объяснить через поведение отдельных элементов, т.е. поведение комплексной системы обладает свойством эмергентности. Это уподобляет Чесапикский залив, как и любую другую экосистему, живому организмуНеудивительно, что все попытки улучшить экологическую ситуацию залива со стороны правительства не привели ни к какому улучшению. Ведь ни один человек неспособен представить себе поведение такой системы. Но, понаблюдав за тем, как те же самые люди, которые работают на берегах залива и занимают места в местной администрации, принимают решения и к каким последствиям это приводит, можно найти эффективный подход к регулированию такой сложной системы. Для этого и была создана игра The UVa Bay Game, или Залив университета Вирджинии.The UVa Bay Game
Цели
Цели игры:просветительская, дать наглядное понимание студентам, производителям, политикам о том, в каком состоянии находится Чесапикский залив, и о том, что их решения могут иметь непрвиденные эмергентные последствия, связанные с комплексным характером этой системы;энвироментальная (природоохранная) – поиск баланса природоохранной и экономической политики в регионе, которая позволит без ущерба для экономики восстановить экосистему залива; достижение устойчивости водных ресурсов;научная – изучение поведения агентов и возникающих эмергентных следствий их решений в комплексной социоально-экологической системе, поиск общих основ регуляции подобных систем.Дидактическая составляющая игры
К сожалению, в публикациях сами авторы неохотно распространяются о том, чему конкретно должны научиться играющие. Поиграть в эту игру удалённо нельзя, да и нет смысла, поскольку мы с вами живём в другой стране, и наше поведение внесёт только путаницу в общую картину. Как уже было сказано, игроки учатся взаимодействовать с комплексной системой, учитывать непредвиденные последствия своих действий и находить взаимосвязь между своими решениями, решениями других игроков и поведением системы в целом. Таким образом, они получают представление о поведении комплексной системы.К этому можно добавить, что в процессе игры игроки могут опробовать различные варианты экологических и экономических задач и выяснить их последствия с некоторой степенью точности. А также игроки развивают навыки кооперации, поскольку, осознавая сложные взаимосвязи в системе, они понимают, что, принимая решения в одиночку, они увеличивают неопределённость её поведения.В целом, можно сказать, что процесс игры развивает системное мышление и в меньшей степени даёт конкретные знания. Нельзя сказать, чтобы большинство игроков не знали о том, что нутриенты (питательные вещества – азот и фосфор) способствуют развитию водорослей и что главным источником нутриентов является сельское хозяйство. Однако, это знание до сих пор не дало желаемых результатов. Людям, от которых зависит судьба Чесапикского залива, до сих пор не хватает целостного понимания того, как связаны здесь экономика и экология. Но основная задача игры – развитие модели Чесапикского залива, которое невозможно без участия этих людей.Модель
Давайте, взглянем на этот рисунок. На нём изображены этапы создания бумажного самолётика – модели настоящего самолёта. Все мы делали его в детстве и знаем, для чего нужны детали его конструкции. А также знаем, что если загнуть уголки крыльев, самолёт полетит по закрученной траектории. И знаем, почему это происходит: с одной стороны воздух сталкивается с загнутым уголком, а с другой образуется область пониженного давления. В результате, воздух заставляет самолёт поворачиваться при движении в одну или в другую сторону, в зависимости от того, куда загнуты уголки. Таким образом, простая модель даёт нам представления о взаимодействии поверхностей с потоками воздуха, т.е. об основах аеродинамики.При создании серьёзной игры, которая бы могла служить и средством обучения, и средством познания, необходимо максимально точно и реалистично смоделировать изучаемый объект. Для этого необходимо, во-первых, определить, какого рода систему представляет собой этот объект, из каких элементов он состоит и как они между собой взаимодействуют.Как уже сказано, Чесапикский залив – это социально-природная комплексная система. Её составляют люди и экосистема залива. Ясно, что люди используют залив, в основном, в промысловых целях и для сброса стоков сельского хозяйства и бытовых стоков. Люди представляют собой множество отдельных автономных элементов. В игре The UVa Bay люди рассматриваются как агенты, способные принимать независимые решения. Такой подход в компьютерном моделировании называется агентное, или мультиагентное, моделирование. При чём в качестве агентов в игре могут выступать и живые люди (иначе бы это была не игра).Во-вторых, модель нужно наполнить фактическими данными. Для этого использовались опубликованные данные с 2000 года. С помощью динамических моделей и агентов в игре представлены сельское хозяйство (64 000 ферм), водный промысел (5000 добытчиков голубых крабов (Callinectes sapidus)), застройщиков, инспекторов, а также граждан, проживающих на берегу залива, численностью почти 17 миллионов человек. Игроки взаимодействуют с моделью через игровую «доску объявлений», с помощью которой они вводят свои решения и налюдают за результатами сыгранных раундов. При чём каждый игрок в игре представляет сразу достаточно много фермеров или инспекторов.Давайте, сравним полученную модель с моделью самолёта. В игре в модель закладываются предприятия и их воздействие на географический объект. В случае с самолётиком в модель закладывается только его форма. И в том, и в другом случае присутствует изначально заданный элемент, с которым взаимодействует модель. Для самолётика – это воздушная среда. В игре же – это люди. В результате мы получаем знание о взаимодействиях, лежащих в основе интересующих нас процессов, а именно в основе полёта и в основе поведения комлпексной социально-природной системы, такой как Чесапикский залив. Изучив наблюдаемые взаимодействия, мы можем составить математические уравнения, которые позволят смоделировать всю систему на компьютере..Создание игры и первые тесты
В создании игры участвовали студенты различных дисциплин со всего университета Вирджинии. Сам процесс разработки игры стал для них полезным уроком, поскольку давал возможность для междисциплинарных исследований и обсуждений. Во время первого тестового запуска игры моделирование прошло до 2008 года без участия живых людей, и полуенные результаты моделирования, например, общее содержание азота и фосфора, и другие показатели, вполне соответствовали известным данным.Первый тест с участием студентов со всего университета показал, что стремление студентов поступать правильно привело к отказу от интенсивного использования удобрений. Это положительно сказалось на состоянии залива, но подоровало экономику фермерских хозяйств. Такие результаты должны подтолкнуть политиков к поиску эффективных способов стимулирования перехода к менее загрязняющим методам.Планы
Для улучшения игры проводятся структурированные интервью с настоящими фермерами, застройщиками, ловцами крабов, чиновниками, а также они приглашаются поиграть в неё. Это даст более объективное представление о том, какое влияние оказывают люди на залив, а также позволит самим местным жителям наглядно увидеть, как их решения связаны с загрязнениями воды.В дальнейшем планируется расширить игру для более широкой аудитории за пределами университат, включая сотрудничество с другими университетами и колледжами для разработки игры. Также планируется создать варианты игры для других регионов, влкючая находящиеся за пределами США, в которых также существует проблемы с сохранением, распреледением и кчеством воды, требующие решения. В частности, команда разработчиков игры работает с австралийскими чиновниками для адаптации игры к их уникальным проблемам, включая распределение воды и последствия изменения климата.Ставятся и иные задачи. В частности, это оценка факторов, влияющих на решения регулирующих органов, а также создание виртуального рынка загрязнений. Суть в том, что каждое предприятие имеет некую квоту, лимит загрязнений, и, если некая часть квоты не использована, эту квоту можно продать. Это стимулирует снижение выбросов: с одной стороны, снижение выбросов, позволяет получать выгоду с неиспользованных, а с другой стороны, повышение выбросов становится невыгодным – дополнительную квоту нужно пкоупать.Заключение
Подведём итоги. Что могут дать нам серьёзные игры? Во-первых, само их создание – это вызов для интеллектуальных способностей их создателей, требующий углубления знаний в различных областях. Во-вторых, они позволяют нам лучше понять многие явления, решать возникающие в играх задачи целенаправленно на получение знаний, навыков, опыта, т.е. осознанно. В-третьих, они могут являться не только средством обучения и просвещения, но и инструментом познания в силу глубокой проработанности и реалистичности применяемых моделей и серьёзного отношения со стороны игроков. Это даёт нам понимание не только окружающего нас мира, но и того, как ведут себя в нём люди и к чему приводят наши действия. Ведь обычно мы не можем проследить решение каждого человека и оценить их глобальные последствия. В игре же мы можем контролировать абсолютно всё. Благодаря этому, мы можем изменить наш мир к лучшему.Плюс к этому мы познакомились с такими понятиями как: комплексные системы и их отличие от просто сложных систем, агенты и агентное моделирование, распределённые вычисления, серьёзные игры.Я надеюсь, что эта информация послужит развитию интереса к использованию серьёзных игр и компьютерного моделирования в образовании и науке. На мой взгляд, в ВУЗах и школах не дают достаточных сведений по этим темам, особенно о моделировании. В основе этого, конечно, лежит то, что не даются и достаточные знания в сфере информационных технологий и программирования. С другой стороны, недостаток этих знаний у специалистов других областей можно было бы обеспечить через сотрудничество разных факультетов. Увы, этого, по крайней мере в нашем университете, тоже нет. Мне кажется, это объясняется не только отсутствием подходящей организации студенческой научной работы, но и пространственной разобщённостью различных факультетов нашего университета. Тем не менее, стоит подумать о том, чтобы каким-то образом всё же организовать проект в нашем университете, сопоставимый по своему масштабу и значимости с игрой Залив Университета Вирджинии (там ведь тоже студенты всех направлений участвовали). Это может иметь не только научный и обучающий смысл, но и вдохновит наших студентов к творческому поиску, подстегнёт их интерес к изучаемым дисциплинам и смежным, расширит их кругозор. И, в конце концов, это повысит престиж нашего университета, повысит «планку» для поступающих и учащихся.К сожалению, одного только иностранного примера мало для того, чтобы подобный проект мог быть реализован на достойном уровне. Тут уже понадобятся люди с организаторскими способностями, знаниями и интересом.В конце я хочу сказать о том, какое продолжение имеет эта игра. Это проект распределённых вычислений Computing for sustainable water под эгидой IBM, направленный на поиск решений, которые бы обеспечили устойчивость водных реурсов. Отличия от игры здесь состоят в следующем. Во-первых, в этом проекте уже не участвуют живые люди, все агенты полностью моделируются с помощью компьютера. Во-вторых, в отличие от игры каждый агент представляет не крупную группу фермеров или граждан, а каждого человека в отдельности, т.е. моделируются все 17 миллионов человек. В-третьих, здесь не используются компьютеры университета. Вместо этого будут привлечены персональные компьютеры обычных пользователей со всего света, пожелавших предоставить неиспользуемое процессорное время своего компьютера для нужд науки. Это позволило ускорить обработку проекта в 180 раз, с 90 лет, которые бы потребовались суперкомпьютеру университета Вирджинии, до полугода. Вычисления закончились 17 октября этого года. Сейчас полученные результаты обрабатываются и вскоре будут опубликованы. Хочу ещё добавить, что каждый может присоединиться к распределённым вычислениям, скачав программу и запустив её на своём компьютере. Достаточно зайти на сайт сообщества распределённых вычислений The World Community Grid или на русский сайт о распределённых вычислениях, там есть ссылки на программу и вся необходимая информация.Используемая литература:
- Простое против сложного против комплексного против хаотического http://www.noop.nl/2...vs-chaotic.html
- Теория сложности http://www.situation.../j_art_1052.htm
- Игра Foldit Beta http://fold.it/portal/info/science
- http://ru.wikipedia....агентных_систем
- ru.wikipedia.org/wiki/Агентное_моделирование
- Сайт об игре The UVa Bay Game http://www.virginia.edu/baygame/
- Практический подход к комплексной проблеме устойчивости окружающей среды: The UVa Bay Game. 2011 http://www.innovatio...ent_v16i1a4.pdf
- Всемирное сообщество распределённых вычислений (проект под эгидой IBM) http://www.worldcommunitygrid.org/
- http://www.worldcomm...o?articleId=208
- Русскоязычный ресурс о распределённых вычислениях. https://distributed.ru/
- U.Va.'s New 'Bay Game' Launches on Earth Day http://oscar.virgini...news/x15497.xml
- http://www.agent-bas...odels.com/blog/
- Десятка лучших серьёзных и обучающих игр. http://www.clarkaldr...ducational.html
- Конкурс серьёзных игр (ссылки на игры присутствуют, последняя играется из браузера – «Вселенная океана»). http://www.biu-onlin...ames-award.html
Сообщение отредактировал frim_ax: 14.11.2012 - 23:25