Physiological and hygienic assessment of usage of virtual reality technologies in high school

Introduction. Digital transformation of education leads to the introduction of promising digital technologies into the educational process, one of which is virtual reality (VR ) technologies, which currently are not subject to hygienic regulations.
The purpose of the study is a physiological and hygienic assessment of the use of the electronic learning tools in the framework of specialized education in high school seniors.
Methods. The objects of the study were two hundred forty four 11th grade students. A survey was conducted on the use of various electronic learning tools (ELT). To assess the impact of VR technologies on the functional state of students there were conducted psychophysiological studies of response indicators to a moving object and of the critical frequency of merging flashes. Assessment of mental performance was realized with the method of proof-reading tests. Two groups of schoolchildren undergoing VR training were examined: with a continuous use time of less than 30 minutes and more than 30 minutes. The obtained results were statistically processed using descriptive statistics methods.
Results. 52.7% of schoolchildren use ELT for more than 2 hours a day in the classroom, 93.6% – outside school. The analysis of complaints suggested the development of computer vision syndrome in 39.7% of respondents. The obtained results of the assessment of the functional state of the central nervous system (CNS) showed the presence of changes in the processes of regulation of the CNS in 42.7% of schoolchildren engaged in using VR glasses. The analysis of the students’ mental performance indicators showed the presence of changes characterizing the development of high degrees of fatigue in 38.1% of students.
Limitations. The limitation of the study is its specificity in relation to the educational institution under study, the contingent of the examined persons, as well as the technical characteristics of the VR glasses model under study.
Conclusion. The conducted research shows the use of VR glasses in the learning process to cause no functional disorders on the part of the CNS, visual analyzer, and neuromuscular apparatus. However, the presence of schoolchildren who have observed changes in the processes of regulation of the CNS, as well as changes characterizing the development of high degrees of fatigue, predetermine the need to continue research.

health status, students, digital transformation of education, VR technologies

1. Кучма В.Р., Ткачук Е.А., Шишарина Н.В., Подлиняев О.Л. Гигиеническая оценка инновационных образовательных технологий в начальной школе. Гигиена и санитария. 2019; 98(3): 288–93. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-3-288-293 https://elibrary.ru/clijhv

2. Степанова М.И., Березина Н.О., Лашнева И.П., Шумкова Т.В. Гигиеническая оценка инновационной педагогической системы начального обучения. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2018; (8): 44–6. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2018-305-8-44-46 https://elibrary.ru/xxhlch

3. Кучма В.Р. Гигиеническая безопасность гиперинформатизации жизнедеятельности детей. Гигиена и санитария. 2017; 96(11): 1059–63. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-11-1059-1063 https://elibrary.ru/yobwvs

4. Кучма В.Р., Сухарева Л.М., Степанова М.И., Храмцов П.И., Александрова И.Э., Соколова С.Б. Научные основы и технологии обеспечения гигиенической безопасности детей в «цифровой школе». Гигиена и санитария. 2019; 98(12): 1385–91. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-12-1385-1391 https://elibrary.ru/spgzfl

5. Александрова И.Э. Гигиенические принципы и технология обеспечения безопасных для здоровья школьников условий обучения в цифровой образовательной среде. Вопросы школьной и университетской медицины и здоровья. 2018; (3): 23–33. https://elibrary.ru/zbuubf

6. Кучма В.Р., Саньков С.В., Барсукова Н.К. Гигиеническая оценка шрифтового оформления электронных текстов, предъявляемых на ноутбуке. Гигиена и санитария. 2019; 98(12): 1402–7. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-12-1402-1407 https://elibrary.ru/tkkuim

7. Нуртдинова Л.Р. Образовательная среда виртуальной реальности как средство развития коммуникативной компетенции студентов при обучении иностранному языку. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Психолого-педагогические науки. 2017; (1): 57–65. https://elibrary.ru/yorlhv

8. Лабзина П.Г., Гуреев М.В., Жабин М.Е., Новалов Е.И. Принципы обучения профессионально ориентированному иностранному языку в виртуальной реальности. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Психолого-педагогические науки. 2017; (4): 79–89. https://elibrary.ru/ynejej

9. Нуртдинова Л.Р., Гуреев М.В., Крутская С.В. Принципы проектирования виртуальных сред в образовательном пространстве и психологические особенности их восприятия обучающимися. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Психолого-педагогические науки. 2018; (1): 123–30. https://elibrary.ru/lazodb

10. Васичкина О.Н. Виртуальная реальность в преподавании: проблемы и их решение. Международный научно-исследовательский журнал. 2022; (4–3): 43–5. https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.118.4.039 https://elibrary.ru/xrnhiq

11. Иоселиани А.Д. Виртуальная реальность и инновационная среда образования. Манускрипт. 2021; 14(1): 122–5. https://doi.org/10.30853/mns200608 https://elibrary.ru/nrpufo

12. Уваров А.Ю. Технологии виртуальной реальности в образовании. Наука и школа. 2018; (4): 108–17. https://elibrary.ru/vadpba

13. Баюров А.Е., Петрова О.А. Виртуальная реальность в образовании. В кн.: Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Сборник материалов V Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики. Том 3. Красноярск; 2019: 633–5. https://elibrary.ru/tviikt

14. Rojas-Sánchez M.A., Palos-Sánchez P.R., Folgado-Fernández J.A. Systematic literature review and bibliometric analysis on virtual reality and education. Educ. Inf. Technol. (Dordr.). 2023; 28(1): 155–92. https://doi.org/10.1007/s10639-022-11167-5

15. Hamad A., Jia B. How virtual reality technology has changed our lives: an overview of the current and potential applications and limitations. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(18): 11278. https://doi.org/10.3390/ijerph191811278

16. Rong Q., Lian Q., Tang T. Research on the influence of AI and VR technology for students’ concentration and creativity. Front. Psychol. 2022; 13: 767689. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2022.767689

17. Wang N., Abdul Rahman M.N., Lim B.H. Teaching and curriculum of the preschool physical education major direction in colleges and universities under virtual reality technology. Comput. Intell. Neurosci. 2022; 2022: 3250986. https://doi.org/10.1155/2022/3250986

18. Bui I., Bhattacharya A., Wong S.H., Singh H.R., Agarwal A. Role of three-dimensional visualization modalities in medical education. Front. Pediatr. 2021; 9: 760363. https://doi.org/10.3389/fped.2021.760363

19. Zhao G., Fan M., Yuan Y., Zhao F., Huang H. The comparison of teaching efficiency between virtual reality and traditional education in medical education: a systematic review and meta-analysis. Ann. Transl. Med. 2021; 9(3): 252. https://doi.org/10.21037/atm-20-2785

20. Behmadi S., Asadi F., Okhovati M., Ershad Sarabi R. Virtual reality-based medical education versus lecture-based method in teaching start triage lessons in emergency medical students: Virtual reality in medical education. J. Adv. Med. Educ. Prof. 2022; 10(1): 48–53. https://doi.org/10.30476/JAMP.2021.89269.1370

21. Walter S., Speidel R., Hann A., Leitner J., Jerg-Bretzke L., Kropp P., et al. Skepticism towards advancing VR technology – student acceptance of VR as a teaching and assessment tool in medicine. GMS J. Med. Educ. 2021; 38(6): Doc100. https://doi.org/10.3205/zma001496

22. Sutherland J., Belec J., Sheikh A., Chepelev L., Althobaity W., Chow B.J.W., et al. Applying modern virtual and augmented reality technologies to medical images and models. J. Digit. Imaging. 2019; 32(1): 38–53. https://doi.org/10.1007/s10278-018-0122-7

23. Alharbi Y., Al-Mansour M., Al-Saffar R., Garman A., Alraddadi A. Three-dimensional virtual reality as an innovative teaching and learning tool for human anatomy courses in medical education: a mixed methods study. Cureus. 2020; 12(2): e7085. https://doi.org/10.7759/cureus.7085

24. Kolla S., Elgawly M., Gaughan J.P., Goldman E. Medical student perception of a virtual reality training module for anatomy education. Med. Sci. Educ. 2020; 30(3): 1201–10. https://doi.org/10.1007/s40670-020-00993-2

25. Wu Q., Wang Y., Lu L., Chen Y., Long H., Wang J. Virtual simulation in undergraduate medical education: a scoping review of recent practice. Front. Med. (Lausanne). 2022; 9: 855403. https://doi.org/10.3389/fmed.2022.855403

26. Bogomolova K., Hierck B.P., Looijen A.E.M., Pilon J.N.M., Putter H., Wainman B., et al. Stereoscopic three-dimensional visualisation technology in anatomy learning: A meta-analysis. Med. Educ. 2021; 55(3): 317–27. https://doi.org/10.1111/medu.14352

27. Jiang H., Vimalesvaran S., Wang J.K., Lim K.B., Mogali S.R., Car L.T. Virtual reality in medical students’ education: scoping review. JMIR Med. Educ. 2022; 8(1): e34860. https://doi.org/10.2196/34860

28. Baniasadi T., Ayyoubzadeh S.M., Mohammadzadeh N. Challenges and practical considerations in applying virtual reality in medical education and treatment. Oman Med. J. 2020; 35(3): e125. https://doi.org/10.5001/omj.2020.43

29. Захарова М.А., Оганезова Ж.Г. Современные подходы к терапии компьютерного зрительного синдрома. РМЖ. Клиническая офтальмология. 2018; 18(1): 50–4. https://elibrary.ru/ntjxov

30. Открытый набор данных «Перечень детских технопарков» Минпросвещения России. Доступно: https://opendata.edu.gov.ru/opendata/7710539135-DT

31. Кучма В.Р., Седова А.С., Соколова С.Б., Рапопорт И.К., Степанова М.И., Лапонова Е.Д. и др. Пандемия COVID-19 в России: медико-социальные проблемы цифровой образовательной среды. Национальное здравоохранение. 2021; 2(1): 21–31. https://doi.org/10.47093/2713-069X.2021.2.1.21-31 https://elibrary.ru/jjshvo