Введение
Строительная отрасль России переживает период глубокой технологической перестройки, в основе которой лежит переход от традиционных методов проектирования и возведения объектов к цифровым моделям, объединяющим архитектурную, конструктивную и экономическую информацию об объекте на протяжении всего его жизненного цикла. С 1 января 2022 года формирование и ведение информационной модели объекта капитального строительства стало обязательным для заказчика, застройщика, технического заказчика и эксплуатирующей организации, если на объект выделяются средства бюджетной системы РФ [1]. Это решение затронуло не только строительные компании, но и систему подготовки кадров: инженеру-строителю теперь недостаточно уметь читать чертёж - ему нужно уверенно работать с трёхмерной информационной моделью здания, а значит, и вузовская подготовка вынуждена перестраиваться вслед за отраслью.
Эта перестройка происходит на фоне и без того острого кадрового голода. По оценке НОСТРОЙ, озвученной в июле 2026 года, российской строительной отрасли не хватает более 750 тысяч специалистов, причём речь идёт не только о рабочих специальностях, но и о главных инженерах, архитекторах и руководителях проектов; при этом набор требуемых от инженерных кадров компетенций меняется - отрасли нужны специалисты, способные работать с автоматизированным оборудованием и цифровыми технологиями [2]. Нехватка кадров такого масштаба означает, что от способа подготовки инженеров зависит не только качество отдельных выпускников, но и то, успеет ли отрасль в целом закрыть кадровый разрыв специалистами нужной квалификации.
На стыке цифровизации проектных и строительных технологий и нехватки кадров нужной квалификации оказываются иммерсивные технологии: виртуальная и дополненная реальность позволяют не просто ускорить усвоение материала, а поместить студента внутрь трёхмерной модели здания или виртуальной строительной площадки ещё до того, как он окажется на реальном объекте. Предметом настоящего исследования являются теоретические подходы и педагогические модели, объясняющие, как именно и за счёт каких механизмов иммерсивные технологии могут формировать профессиональные компетенции будущего инженера-строителя.
Цель работы - систематизировать теоретические основания применения иммерсивных технологий в подготовке инженерных кадров для строительной отрасли и построить обобщённую модель, связывающую конкретную технологию, лежащий в её основе педагогический механизм и формируемую профессиональную компетенцию.
Для достижения этой цели решались четыре задачи. Первая - классифицировать иммерсивные технологии, применяемые в инженерно-строительном образовании. Вторая - соотнести каждую группу технологий с педагогическими теориями, объясняющими механизм их обучающего воздействия. Третья задача заключалась не в простом перечислении, а в содержательном сопоставлении: показать, какая именно профессиональная компетенция инженера-строителя формируется через конкретную связку «технология - теория». Четвёртая задача - критически оценить, где предложенное обобщение работает уверенно, а где требует оговорок и дальнейшей проверки.
Рабочая гипотеза исследования состоит в том, что иммерсивные технологии способны формировать профессиональные компетенции инженера-строителя эффективнее ряда традиционных методов обучения - но не в силу самой по себе технической новизны, а благодаря тому, что каждая группа таких технологий опирается на определённый, хорошо изученный в педагогике механизм усвоения знания.
Теоретическим основанием этой гипотезы служат три взаимодополняющие концепции. Теория экспериментального обучения описывает усвоение знания как цикл конкретного опыта, рефлексии, осмысления и последующего эксперимента [3]. Теория когнитивной нагрузки объясняет, почему наглядная визуализация сложной информационной модели облегчает, а не перегружает восприятие обучающегося [4]. Теория ситуативного обучения утверждает, что знание усваивается прочнее всего тогда, когда обучающийся оказывается непосредственно включён в деятельность, приближенную по контексту к реальной профессиональной практике [5]. Если гипотеза верна, то за успехами применения VR и AR в строительном образовании должна стоять не мода на технологию, а объяснимая педагогическая логика - и именно проверке этого тезиса посвящена данная статья.
Зарубежная литература, посвящённая применению виртуальной реальности в инженерно-строительном образовании и обучении, довольно обширна и по большей части сосредоточена на разработке и описании конкретных технических решений - от настольных VR-систем до BIM-интегрированных сред. При этом авторы одного из системных обзоров по теме прямо указывают, что систематического исследования того, какая педагогическая парадигма лучше сочетается с той или иной иммерсивной технологией, до сих пор проведено не было [6].
Отечественные публикации по теме на данный момент представлены единичными работами и ориентированы на описание конкретного практического кейса - внедрения электронного образовательного ресурса на основе BIM в рамках отдельной дисциплины [7, 8] - и почти не поднимаются до уровня обобщённой теоретической модели, связывающей технологию с педагогическим механизмом и компетенцией. Именно этот разрыв между зарубежными техническими обзорами, отечественными практическими кейсами и отсутствием объединяющей теоретической рамки и определяет то, чем настоящая статья может дополнить уже существующие исследования.
Материалы и методы
Настоящее исследование носит теоретико-аналитический характер. В его основе - анализ и синтез научных публикаций об иммерсивных технологиях в инженерном образовании и сравнительный анализ отечественных и зарубежных подходов к использованию виртуальной, дополненной и смешанной реальности в подготовке инженеров-строителей.
Дополнительно применялись индукция - при переходе от частных примеров внедрения конкретных VR/AR-решений к обобщённым классификационным категориям; дедукция - при соотнесении общих педагогических теорий с частным случаем строительного образования; теоретическое моделирование - для построения обобщённой схемы интеграции иммерсивных технологий в учебный процесс.
Материалом исследования послужил корпус научных публикаций по теме иммерсивных технологий в инженерном и строительном образовании. Источники отбирались из отечественных (КиберЛенинка, elibrary.ru) и зарубежных (Scopus, MDPI, ResearchGate) баз по ключевым словам «иммерсивные технологии», «виртуальная реальность в строительном образовании», «virtual reality construction education», «augmented reality engineering training». Приоритет отдавался публикациям последних десяти лет; исключение сделано для работ, заложивших основы используемых в статье педагогических теорий и признанных классическими.
Аналогичный по логике принцип формирования корпуса - систематический поиск по ключевым словам с последующим ручным отбором релевантных публикаций - был реализован в зарубежном обзоре, где из 347 найденных статей после содержательной проверки для дальнейшего анализа отобрали 66 публикаций о применении технологий виртуальной реальности в инженерно-строительном образовании и подготовке кадров [6].
Логика теоретического анализа выстроена по принципу «от общего к частному». На первом этапе рассматривались фундаментальные педагогические концепции, объясняющие механизмы обучения через непосредственный опыт и деятельность, - теория экспериментального обучения, теория ситуативного обучения и теория когнитивной нагрузки. На втором этапе эти концепции соотносились с конкретными технологическими решениями (VR, AR, BIM-визуализация), применяемыми в подготовке инженеров-строителей. На третьем этапе проводилось сопоставление выявленных моделей с профессиональными компетенциями выпускника строительного направления подготовки.
Результаты
Теоретический анализ позволил систематизировать иммерсивные технологии, применяемые в инженерно-строительном образовании, по типу используемой визуализационной среды. Согласно принятой в проанализированном корпусе классификации, такие технологии делятся на пять групп: настольную (desktop-based) виртуальную реальность, иммерсивную VR с использованием шлемов и CAVE-систем, 3D-игровые обучающие среды, VR, интегрированную с технологией информационного моделирования зданий (BIM), и дополненную реальность (AR) [6]. Следует уточнить границы этой классификации: она построена на массиве академических публикаций и охватывает VR- и AR-решения. Смешанная реальность (MR) и цифровые двойники в проанализированном корпусе представлены единичными примерами и требуют отдельного, более позднего по времени систематического обзора; в рамках настоящей статьи они не рассматриваются.
Наиболее распространёнными в проанализированном массиве публикаций оказались решения на основе BIM-технологий (около 47% работ) и настольная виртуальная реальность (около 26% работ) [6]. По направлениям применения почти половина исследований была связана с визуализацией и архитектурным проектированием, а второй по величине областью (около 18% публикаций) оказалось обучение технике безопасности на строительной площадке [6]. Ниже эта классификация представлена в сводном виде (Таблица 1).
Таблица 1
Классификация иммерсивных технологий, применяемых в инженерно-строительном образовании
|
Технология |
Уровень погружения |
Типовое оборудование |
Основная область применения в строительном образовании |
|
Настольная VR |
Низкий |
Персональный компьютер, монитор, мышь/клавиатура |
Визуализация 3D-моделей объектов, ознакомительные учебные курсы |
|
Иммерсивная VR (шлем/CAVE) |
Высокий |
Шлем виртуальной реальности, системы трекинга, проекционные комнаты |
Отработка действий в опасных условиях, обучение технике безопасности |
|
3D игровая VR |
Средний-высокий |
Игровые контроллеры, персональный компьютер |
Интерактивные сценарии, отработка последовательности операций |
|
BIM-интегрированная VR |
Высокий |
BIM-платформа (Revit и аналоги) + VR-оборудование |
Изучение конструктивных решений, коллизии, реконструкция и экспертиза зданий |
|
Дополненная реальность (AR) |
Средний |
Мобильные устройства, AR-очки |
Наложение цифровой информации на реальный объект, обучение на площадке |
Вывод к Таблице 1: выбор конкретной иммерсивной технологии определяется дидактической задачей: там, где ключевым является формирование пространственного понимания конструкции здания, доминируют BIM-интегрированные решения, тогда как для отработки поведения в потенциально опасных ситуациях предпочтительны форматы с более высоким уровнем погружения.
Применение иммерсивных и игровых VR-решений для отработки практических навыков согласуется с теорией экспериментального обучения, согласно которой полноценное знание формируется через цикл конкретного опыта, рефлексивного наблюдения, абстрактной концептуализации и активного экспериментирования [3].
Использование BIM-интегрированных VR-сред, требующих одновременной работы с большим объёмом конструктивной, технологической и экономической информации, целесообразно рассматривать через призму теории когнитивной нагрузки, которая исходит из ограниченной ёмкости рабочей памяти обучающегося и требует такой организации учебного материала, при которой снижается посторонняя нагрузка и высвобождается ресурс для продуктивного усвоения знаний [4].
Обучение технике безопасности и отработка действий на виртуальной строительной площадке соотносятся с идеей ситуативного обучения, рассматривающей приобретение знаний как процесс включённого участия обучающегося в деятельности, максимально приближенной по контексту к реальной профессиональной практике [5]. Сопоставление технологических групп, теоретических оснований и профессиональных компетенций инженера-строителя обобщено в Таблице 2.
Таблица 2
Соотнесение профессиональных компетенций инженера-строителя, иммерсивных технологий и их теоретического обоснования
|
Профессиональная компетенция |
Иммерсивная технология |
Теоретическое обоснование |
|
Пространственное мышление и понимание конструктивных решений здания |
BIM-интегрированная VR |
Снижение когнитивной нагрузки за счёт наглядной визуализации сложной конструктивной информации |
|
Работа с технологией реконструкции и экспертизы зданий |
Электронный образовательный ресурс на основе BIM-моделирования |
Экспериментальное обучение через практическое взаимодействие студента с виртуальным объектом |
|
Соблюдение требований охраны труда и безопасности на объекте |
Иммерсивная/игровая VR |
Ситуативное обучение через отработку поведения в условиях, приближенных к реальным |
Вывод к Таблице 2: за каждой профессиональной компетенцией, формирование которой связывается с иммерсивными технологиями, стоит определённая педагогическая логика, а не только техническая возможность визуализации - то есть выбор технологии должен определяться прежде всего дидактической целью.
Практический пример такого подхода реализован в Институте строительства и архитектуры Уральского федерального университета: для дисциплины «Техническая экспертиза и технология реконструкции зданий» разработан электронный образовательный ресурс на основе BIM, позволяющий организовать неконтактное информационное взаимодействие студента с виртуальным объектом и визуализировать процесс подбора элементов усиления повреждённых конструкций [7]. Связанное с ним исследование той же авторской группы, посвящённое анализу нормативной базы информационного моделирования, было ориентировано на оценку возможностей VR/AR именно для формирования профессиональной компетентности в области технологии реконструкции зданий и сооружений [8].
Зарубежные исследования безопасности труда дают более нюансированную картину, чем принято упрощённо представлять. В эксперименте с 66 участниками, сравнивавшем классический инструктаж со слайдами и обучение на 3D-иммерсивной VR-»стене», значимое преимущество VR было зафиксировано для отдельных видов работ - облицовки природным камнем и монолитных бетонных работ, - тогда как по общим вопросам безопасности площадки статистически значимых различий обнаружено не было; при этом VR-формат лучше удерживал внимание и концентрацию обучающихся на протяжении обучения [9].
Собранные данные складываются в модель, которую условно можно обозначить как «технология - педагогический механизм - компетенция»: выбор конкретной иммерсивной технологии определяется не техническим удобством, а тем, какой педагогический механизм - экспериментальное обучение, снижение когнитивной нагрузки или включённое участие в ситуации - необходим для достижения конкретного образовательного результата.
Обсуждение
Результаты теоретического анализа в целом подтверждают гипотезу о том, что иммерсивные технологии способны формировать профессиональные компетенции инженера-строителя эффективнее ряда традиционных методов за счёт своей визуально-пространственной и интерактивной природы. Но, как показывает предложенная модель «технология - педагогический механизм - компетенция», эта эффективность не является автоматической: она реализуется только там, где технология опирается на подходящий педагогический механизм - снижение когнитивной нагрузки, включённое участие в ситуации или полный цикл экспериментального обучения.
Данные Sacks, Perlman и Barak [9] хорошо иллюстрируют эту оговорку: значимое преимущество VR было обнаружено не для всех видов обучения безопасности, а только для отдельных видов работ - облицовки природным камнем и монолитных бетонных работ [9], тогда как по общим вопросам безопасности площадки различий выявлено не было. Это говорит в пользу гипотезы избирательно - иммерсивные технологии эффективны там, где педагогическая задача соответствует их сильным сторонам, а не универсально.
Систематизация зарубежной литературы указывает и на определённую диспропорцию в самом поле исследований: подавляющее большинство проанализированных публикаций сосредоточено на разработке конкретных VR/AR-решений, тогда как вопрос о том, какая образовательная парадигма лучше сочетается с той или иной технологией, авторы обзора относят к перспективным, ещё не решённым направлениям - в частности, к интеграции VR с форматом перевёрнутого класса и к VR-поддержке дистанционного обучения [6].
Это обстоятельство напрямую связано с ограничением проведённого в настоящей статье анализа: построенная модель опирается на сопоставление уже опубликованных данных и педагогических теорий, но не проверена в рамках собственного эмпирического исследования с участием студентов строительных специальностей. Это не позволяет говорить о доказанной количественной эффективности предложенных сопоставлений - речь идёт только об их теоретической обоснованности.
Ограничением является также разнородность проанализированных источников. Зарубежные работы по безопасности труда и BIM-визуализации выполнены в образовательных системах, отличных от отечественной, что требует осторожности при переносе выводов на российские строительные вузы. Отечественные работы, напротив, представлены в анализируемом корпусе единственным практическим кейсом внедрения ресурса в рамках отдельной дисциплины [7, 8], что не позволяет судить о более широких тенденциях и затрудняет обобщение на уровень образовательной программы в целом. Различия в образовательных стандартах и в технической оснащённости вузов делают предложенную модель универсальной на уровне общей логики связи, но не на уровне конкретных методических рекомендаций.
То, что архитектурная визуализация и обучение технике безопасности остаются доминирующими направлениями использования VR/AR в строительном образовании [6], можно рассматривать как косвенное подтверждение гипотезы: именно эти задачи труднее всего решаются традиционными средствами - статичными чертежами и словесным описанием опасных ситуаций. Направления, которые сами авторы проанализированного обзора относят к недостаточно исследованным, - интеграция VR с дистанционным обучением, гибридные VR/AR-решения и использование технологий быстрого построения виртуальных сцен по данным лазерного сканирования, - можно считать перспективными и для эмпирической проверки применительно к отечественному строительному образованию [6].
Заключение
Проведённый теоретический анализ позволил решить все задачи, поставленные во «Введении». Иммерсивные технологии, применяемые в инженерно-строительном образовании, были систематизированы по типу визуализационной среды - от настольной виртуальной реальности до BIM-интегрированных VR-сред и дополненной реальности; каждая из этих групп была соотнесена с педагогической теорией, объясняющей механизм её обучающего воздействия, а затем - с конкретной профессиональной компетенцией инженера-строителя.
За рассмотренными технологиями стоит общая логика: BIM-интегрированные среды работают там, где нужно снизить когнитивную нагрузку при восприятии сложной информационной модели; иммерсивная и игровая VR - там, где важно погрузить обучающегося в ситуацию, максимально приближенную к реальной практике; а весь цикл экспериментального обучения - от действия в виртуальной среде до последующей рефлексии - оказывается общей рамкой, в которую укладываются оба случая. Иммерсивные технологии сами по себе не гарантируют повышения качества подготовки инженерных кадров - их эффективность определяется тем, насколько удачно конкретное техническое решение встроено в уже известный педагогике механизм усвоения знания.
Выдвинутая гипотеза находит в этом теоретическое подтверждение. Избирательное, а не универсальное преимущество иммерсивных технологий, зафиксированное, например, в исследованиях по обучению технике безопасности, где VR оказалась результативнее традиционного инструктажа для одних видов работ и не показала значимого отличия для других [9], само по себе служит аргументом в пользу гипотезы: дело не в технологии как таковой, а в соответствии между технологией и педагогической задачей. Ровно об этом и заявлена актуальность работы - при переходе строительной отрасли на обязательное информационное моделирование [1] и в условиях острого кадрового дефицита [2] недостаточно просто закупить VR-оборудование для вуза; выбирать технологию нужно осознанно, под конкретную образовательную задачу, а не по принципу технической моды.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что предложенная модель «технология - педагогический механизм - компетенция» даёт преподавателю строительных дисциплин критерий выбора конкретного VR- или AR-решения - не по принципу доступности оборудования, а по принципу соответствия дидактической задаче.
Практическое применение эта модель может найти при проектировании или обновлении рабочих программ дисциплин строительного профиля - в том числе при решении о том, в какой момент образовательной траектории и для какой темы имеет смысл вводить иммерсивный образовательный ресурс, как это уже сделано применительно к дисциплине «Техническая экспертиза и технология реконструкции зданий» [7].
Предложенная модель имеет естественные ограничения: она построена на сопоставлении уже опубликованных данных, а не на собственном эмпирическом исследовании с участием студентов строительных специальностей, и опирается на источники, выполненные в разных образовательных системах и с разной методологией. Кроме того, сама классификация технологий в этой работе ограничена VR- и AR-решениями, тогда как смешанная реальность и цифровые двойники были вынесены за рамки анализа как требующие отдельного, более позднего по времени систематического обзора.
Отсюда вытекают два направления для продолжения работы. Первое - эмпирическая проверка предложенной модели, прежде всего сравнительное исследование учебных результатов студентов, обучавшихся с использованием иммерсивных технологий и без них, применительно к конкретным дисциплинам строительного направления подготовки в российских вузах. Второе - расширение самой модели на смешанную реальность и технологии цифровых двойников, по мере накопления научной литературы, посвящённой именно их применению в подготовке инженерно-строительных кадров.
