Исследование механизма улучшения восприятия экологической информации и экологического сознания в сайтовой экологической виртуальной лаборатории

Почему виртуальный кампус важен для реальной планеты

Изменение климата, экстремальные погодные явления и сокращение биоразнообразия для студентов нередко кажутся удалёнными новостями, а не частью повседневной реальности. В этом исследовании рассматривается новый подход к изменению такого восприятия: сайтовая экологическая виртуальная лаборатория (SEVL), созданная на основе реального университетского кампуса. Внутри этого цифрового двойника студенты могут перестраивать газоны, деревья и пруды, наблюдать за мгновенными изменениями экологических показателей и тем самым углублять как понимание природы, так и чувство ответственности за неё.

От фактов из учебника к жизненному опыту

Традиционное экологическое образование часто опирается на лекции и письменные материалы. Эти методы передают базовые концепции, но редко показывают, как множество факторов — вода, воздух, растения, здания и люди — взаимодействуют в одном месте. Авторы утверждают, что для экологического понимания студентам нужны три качества: широта (возможность видеть многие факторы одновременно), точность (опора на данные) и глубина (осознание причинно‑следственных связей). Без приборов, измерений и пространственного контекста многие учащиеся остаются на поверхностном уровне, что недостаточно для формирования прочной экологической этики или обоснованных действий.

Цифровой двойник кампуса

Чтобы восполнить этот пробел, команда создала сайтовую экологическую виртуальную лабораторию. Используя карты кампуса, аэрофотосъёмку и 3D‑моделирование, они построили реалистичный виртуальный ландшафт. Затем они измерили реальные характеристики — такие как растительность, поверхности и показатели комфорта — и применили алгоритм машинного обучения, чтобы оценить, как эти элементы влияют на экологические факторы: сток дождевой воды, температуру и местообитания. Студенты заходят в SEVL на компьютере, выбирают учебные цели — управление ливневыми стоками, сохранение биоразнообразия, контроль температуры, качество воздуха или снижение шума — и затем настраивают деревья, мощение и другие элементы. Система мгновенно показывает изменения экологических индикаторов, помогая студентам перейти от проб и ошибок к пониманию более глубоких экологических взаимосвязей.

Тестирование пути обучения

Чтобы выяснить, действительно ли SEVL улучшает обучение, исследователи опирались на модель обучения через игру. В этой модели виртуальная лаборатория выступает как «вход», запускающий внутренний «процесс» обучения, который затем приводит к «выходу» в виде улучшенных знаний и установок. Они сосредоточились на трёх психологических рычагах внутри процесса: мотивации к обучению (насколько студенты хотят участвовать), когнитивной нагрузке (насколько задача требует умственных усилий) и самоэффективности (вера студентов в собственную способность добиться успеха). После восьминедельной подготовки и обучения 146 студентов ландшафтной архитектуры провели двухчасовую сессию в SEVL и заполнили подробную анкету. С помощью статистического метода частичных наименьших квадратов (PLS‑SEM) команда проверила взаимосвязи между этими факторами.

Как виртуальная лаборатория меняет мышление

Результаты показывают, что SEVL оказывает ясный и положительный эффект на опыт обучения и результаты студентов. Во‑первых, использование виртуальной лаборатории повышает мотивацию студентов и настраивает их когнитивную нагрузку на управляемый уровень. Оба этих фактора, в свою очередь, повышают самоэффективность: студенты чувствуют себя более способными решать сложные задачи экологического проектирования. Более высокая мотивация, оптимальная умственная нагрузка и укреплённая вера в свои силы способствуют более глубокому пониманию экологической информации. Студенты отмечают, что они способны одновременно замечать больше факторов, интерпретировать количественные данные и объяснять, как изменения распространяются по системе. Это более глубокое понимание затем сильно прогнозирует повышение экологического сознания, включая восприятие природы как взаимосвязанного целого, признание порядка и процессов в ландшафтах и понимание реальных функций, таких как контроль наводнений или охлаждение.

Что это значит для будущего обучения

Для неспециалистов вывод прост: тщательно спроектированные виртуальные среды могут делать больше, чем развлекать или впечатлять — они могут перестроить то, как люди думают и чувствуют по отношению к окружающей среде. Позволяя студентам безопасно экспериментировать, видеть немедленную обратную связь и добиваться успеха в решении реалистичных задач, такие инструменты, как SEVL, упрощают усвоение трудных концепций и стимулируют заботу об их последствиях. В исследовании делается вывод, что когда виртуальные лаборатории основаны на реальных местах и поддержаны продуманной педагогикой, они способны вывести экологическое образование за рамки заучивания фактов и привести к подлинному пониманию и устойчивому экологическому сознанию.

Цитирование: Gao, W., Chen, P., Hu, S. et al. Research on the mechanism of improving environmental information cognition and environmental awareness in site ecological virtual laboratory. Sci Rep 16, 5289 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35279-x

Ключевые слова: виртуальная экологическая лаборатория, экологическое образование, обучение через игру, экологическое сознание, виртуальный кампус