Simulace té či oné formy se používají od počátku 20. století jako metoda pro výcvik nebo výcvik. United States Defense Modeling and Simulation Coordination Office identifikuje tři hlavní typy simulací: živé, virtuální a konstruktivní. Živé (živé akce) a virtuální simulace se používají především pro výcvikové účely, zatímco konstruktivní simulace se používá pro zobrazení nebo předpovídání výsledků, jako je wargaming nebo stockmarket chování. Každý z těchto typů je založen na nějaké realitě a má uživateli poskytnout pseudozážitek bez nebezpečí, výdajů nebo složitosti reálného života.
Zatímco simulace se používají pro účely učení a výcviku, známí autoři, jako Clark Aldrich a Andy Gibbons (Model-Centered Instruction) naznačují, že simulace samy o sobě nejsou instruktážní. Spíše se simulace stává instruktážní pouze tehdy, když jsou zahrnuty instruktážní prvky, které pomáhají vystavit učícího se klíčovým částem nebo konceptům systému nebo prostředí. Například simulátor F-16 není ve své podstatě instruktážní, protože je primárně určen k replikaci chování kokpitu F-16 a prostředí, ve kterém letadlo pracuje. Simulátor může být použit pro účely výcviku, ale vyžaduje instruktora nebo nějaký jiný externí prvek k identifikaci klíčových aspektů učení systému pro učícího se.
Ve vzdělávání se simulace používaly pod mnoha různými názvy. Ken Jones v 80. letech definoval simulace jako interakce mezi lidmi, jako je hraní rolí. Jiní naznačují, že zážitkové vzdělávací aktivity, jako jsou ty, které se vyskytují v týmovém tréninku nebo kurzech lana, jsou také simulacemi, protože kopírují lidské rozhodovací procesy, které mohou skupiny zobrazovat, i když ve velmi odlišném prostředí. Ty lze považovat za instruktážní simulace, protože efektivní využití těchto typů simulací zahrnuje použití instruktážních prvků, které pomáhají studujícím soustředit se na klíčové chování, koncepty nebo principy.
S neustále se snižujícími náklady na výpočetní nástroje je stále více využívána virtuální a konstruktivní simulace. Simulace je stále více využívána v e-learningových prostředích díky vylepšeným nástrojům pro tvorbu webových stránek a rostoucí poptávce po školení založeném na výkonnosti. Výsledkem je, že se na návrhu simulace podílí více netechnických pracovníků, což je obor, kterému dominují inženýři a informatici.
Instruktážní konstrukční modely pro simulace
Většina tradičních instruktážních designových modelů má nejméně čtyři komponenty:
ADDIE je příkladem modelu ISD (Instructional Systems Design).
Při navrhování VLEs je třeba zvážit více funkcí než při navrhování tradičních způsobů učení. Proces virtuálního učení se skládá z organizačních, kontrolních, korekčních a předvídatelných postupů. Například účinnost organizace studentského samostudia – v rámci VLEs nazývaného „pedagogická a didaktická funkce“ – bude záviset na následujícím:
Od devadesátých let trendy, jako je pohyb výkonnostních technologií, konstruktivismus, elektronické systémy na podporu výkonnosti, rychlé prototypování, rostoucí využívání internetu pro dálkové vzdělávání/distanční vzdělávání a snahy o správu znalostí, ovlivnily postupy v oblasti návrhu výuky Tyto změny přinášejí výzvy pro stávající modely návrhu. Podle Reigelutha (1996) se oblast vzdělávání a školení nachází uprostřed paradigmatového posunu od průmyslové revoluce k informačnímu věku, což vyžaduje odpovídající posun od standardizace k přizpůsobení výukového designu. Navíc Gros a kol. (1997) předpokládají nepružnost tradičních lineárních procesů návrhu a volají po iterativnějším procesu, zatímco Winn (1997) a Jonassen a kol. kritizují pozitivistické předpoklady, že výukové situace jsou uzavřené systémy, předávání znalostí je odpovědností instruktora a že lidské chování je předvídatelné.
Hermeneutika, fuzzy logika a teorie chaosu
Teorie elarace (ET) a hypermédia
Hoffman uvádí, že „Web-like propojení, které charakterizuje hypermédia, je podobnější fungování lidského poznávání, než je tradiční lineární struktura nalezená v mnoha vzdělávacích programech“, dále tvrdí, že „tento druh modelu by mohl vést k možnosti modularity a plasticity, což by přineslo snadnost provádět změny v reakci na potřeby studujících bez změny celkové struktury produktu a rychlého vývoje“.
FIDGE (Fuzzified Instructional Design Development of Game-Like Environments) model
Tento model se skládá z dynamických fází s rozmazanými hranicemi, kterými se konstruktéři výuky nelineárně pohybují. Hlavní rysy jsou:
Virtuální světy v instruktážní simulaci
Virtuální svět je interaktivní 3D prostředí, kde jsou uživatelé ponořeni do prostředí. Uživatelé mohou manipulovat s prostředím a komunikovat s ostatními uživateli. V závislosti na stupni ponoření mohou uživatelé začít hrát hru, komunikovat s ostatními uživateli, navštěvovat semináře nebo absolvovat kurz práce pro on-line třídu. On-line diskusní skupiny a sociální sítě jako Myspace a Facebook se již používají k doplnění interakce v rámci kurzu (Baker 2009).
Sparkle má nakročeno stát se prvním virtuálním světem pro iPhone. A co víc, je vyvíjen kompletně od nuly, výhradně jako MMO pro iPhone/iPod Touch. To přinese větší mobilitu pro učící se. Už nebudou muset být u desktopu.
Second Life je virtuální svět, kde uživatelé vytvářejí avatary. Avatar je virtuální reprezentace uživatele pro ostatní uživatele. Tito avataři pak komunikují s jakýmkoli jiným uživatelem v rámci světa Second Life. Avataři mohou nakupovat virtuální půdu, vlastnit budovy a cestovat, komunikovat, podnikat a dokonce navštěvovat přednášky profesorů. Second Life běží 24 hodin denně a je napojen na internet, takže vždy existují další avataři, se kterými lze komunikovat.
MMORPG jako World of Warcraft a Star Wars Galaxies jsou virtuální prostředí založená na videohrách. Tyto herní enginy mají potenciál pro instruktážní simulaci. Na rozdíl od Second Life se jedná o předem navržené hry s vlastní sadou cílů, které je třeba splnit postupem.
Větší pozornost si získává využití instruktážní simulace s jedinci se speciálními potřebami. Mitchell, Parsons a Leonard (2007) vytvořili program „Virtual Café“ určený k výuce dovedností sociální interakce dospívajících s poruchou autistického spektra (ASD). Program poskytuje zpětnou vazbu k navádění nebo lešení uživatele směrem k rozhodování o vhodném sociálním chování. Virtuální učební prostředí se také začíná používat k výuce dětí s ASD, jak reagovat v potenciálně nebezpečných situacích, jako je přecházení ulice a evakuace hořící budovy (Strickland, McAllister, Coles a Osborne 2007). Instruktážní simulace poskytuje bezpečné prostředí, ve kterém lze procvičovat vhodné dovednosti reakce.
Vzdálenostní studium roste. Význam fyzické učebny se snižuje s rozvojem technologie dálkového studia (Sanders, 2006). Sanders (2006) představuje varování, že studenti si mohou vést dobře v prostředí dálkového studia, nicméně potřebují mít v rámci kurzu poutavé momenty. Varuje také studenty, aby kriticky zhodnotili novou technologii, než ji přijmou jako učební nástroj. Virtuální učební prostředí musí simulovat učební proces, používat cíle a cíle k měření úspěšnosti studentů. Sanders (2006) používá filmy jako Terminátor 2, Matrix a Já, robot jako zpětné volání k alegorickým varováním před možnými nehodami, kdy se příliš spoléhá na technologii. Představuje možné způsoby, jak vyvážit dálkový kurz, aby mohl efektivně simulovat učební prostředí.
Barney, Bishop, Adlong a Bedgood (2009) studovali využití 3D virtuální laboratoře jako nástroje pro seznámení studentů chemie dálkového studia se skutečnou chemickou laboratoří. I když nebyla začleněna do původní studie, výzkumníci navrhují zahrnout výukové zkušenosti s lešením, které by pomohly zmírnit úzkost studentů s aplikací matematiky a chemických konceptů ve skutečném laboratorním prostředí (Barney, Bishop, Adlong a Bedgood 2009). Virtuální laboratoř nenahrazuje zkušenosti z reálného světa, spíše pomáhá vylepšit studentovo schéma chemické laboratoře a připravit je na očekávání výkonu ve skutečném prostředí.
Webové virtuální vědecké laboratoře se používají také se studenty základních škol. Sun, Lin a Yu (2008) ve své studii zjistili, že studenti, kteří používali webovou virtuální vědeckou laboratoř ve spojení s tradičními metodami výuky, nejenže shledali zážitek z učení příjemnějším, ale také si vedli lépe akademicky a získali vyšší známky.
Baker (2009) naznačuje, že víceuživatelská virtuální prostředí nebo MUVE mají potenciál zapojit studenty. Second Life má větší smysl v interakci (Baker, 2009). Instruktoři mohou pořádat přednášky, studenti mohou spolupracovat prostřednictvím chatu v Second Life. Ve srovnání s diskusním fórem je Second Life životaschopnou alternativou pro studenty dálkového studia k rozvoji skupinových pracovních dovedností. Na Chesapeake High School v Baltimore County, Maryland, studenti zkoumají ekologické prostředí v okolí Mt. St. Helens prostřednictvím 3D virtuálního učebního prostředí (Curriculum Review 2009). Studenti procházejí prostředím pomocí virtuálního bezpilotního vozidla a spolupracují na řešení ekologických a ekologických problémů, které jsou zabudovány do programu pro výukové účely. Zapojení do VLE poskytuje mnoho příležitostí pro uplatnění, sběr dat a řešení problémů.
Využití simulačního učení v lékařské oblasti má mnoho výhod, včetně bezpečnosti pacientů, zrychlení diagnostických a terapeutických postupů, nenaplněné poptávky po zdravotnickém personálu, snížení nákladů na lékařskou péči a snížení lékařských chyb, které se rovnají ztrátám na životech a souvisejícím nákladům. Využití současných technologií umožňuje simulace velmi vysoké věrnosti. Patří mezi ně Immersive Virtual Environments (IVEs) – počítačová 3D prostředí známá jako seriózní hry a další velmi pohlcující virtuální prostředí, jako je Cave Automatic Virtual Environment (CAVE),ve kterém student sedí v projekční místnosti s brýlemi a rukavicemi vybavenými senzory. Tato haptická technologie aktivuje hmat, umožňuje účastníkovi kurzu komunikovat se simulovaným pacientem, stejně jako přijímat vizuální a sluchovou odezvu, takže simulovaný zážitek z učení je velmi realistický.
Podle výzkumů, nejlepší instruktážní simulátory, lékařské nebo jiné, obsahují tyto prvky:
Použití simulace šetří životy a peníze tím, že snižuje výskyt lékařských chyb, dobu tréninku, čas na operačním sále a potřebu výměny drahého vybavení. Uživatelé simulace mohou cvičit na různých pacientech, z nichž každý má jiný případ v anamnéze, vykazuje jedinečné příznaky a reaguje na uživatelské akce odpovídajícími fyziologickými reakcemi. Stejně jako v reálném životě se anatomie pacienta pohybuje s tlukotem srdce a dýcháním plic, zatímco tkáně se deformují, modřiny a krvácejí. Systém po každém sezení generuje podrobné vyhodnocení, které umožňuje uživatelům a dohlížitelům měřit úspěšnost simulovaných postupů.
Překážky instruktážní simulace v medicíně
Simulace v medicíně se používaly již v 16. století, kdy používání tréninkových figurín pomohlo snížit vysokou úmrtnost matek a kojenců. Dnes se vyvinuly tak, že zahrnují IVEs, CAVE, robotickou chirurgii, atd., ale stále jsou relativně omezené ve svém používání ve zdravotnickém průmyslu.
Medicína je profese, která využívá velmi pokročilé technické, vysoce rizikové, stejně jako behaviorální dovednosti. Nicméně, na rozdíl od jiných oblastí s podobnými požadavky (jako je letectví), medicína ještě úplně nepřijala používání simulací, které by pomáhaly s potřebným lékařským tréninkem. Omezené používání simulací pro trénink v lékařské oblasti lze vysvětlit několika faktory, včetně kontroly nákladů, relativně omezeného modelování lidského těla, nedostatku vědeckých důkazů účinnosti a odolnosti vůči změnám ze strany profesionála v oboru. (Ziv, et al. 2003). Pozdější studie, provedená Amalbertim et al. (2005), poukazuje na 5 systémových strukturálních překážek pro využití simulátorů pro pokrok v lékařské přípravě. Jedná se o:
Existence těchto bariér vede k nižší míře bezpečnosti pacientů a brání zdravotnickému průmyslu přiblížit se cíli „ultrabezpečného výkonu“, kterého již dosáhlo civilní letectví a jaderná energetika