Дополненная реальность в образовании

Дополненная реальность в образовании

На сегодняшний день происходит бурное развитие информационных и коммуникационных технологий. Технологии представления информации приобретают особое значение в связи с тем, что способствуют модернизации процесса обучения, созданию современных и уникальных уроков. 

Технология дополненной реальности находится на том этапе, когда она может быть адаптирована к операционной системе на современном мобильном телефоне. В результате технологические объекты и физический мир создают новые конфигурации дополненной реальности, расширяя стандартные возможности пользователей. 

В настоящее время трактовка термина «дополненная реальность» получила более широкие распространение, согласно которому дополненная реальность является особой коммуникативной средой, в которой созданы возможности для получения дополненной информации или дополнительного действия за счет размещения в реальной среде выходов к виртуальным возможностям. 

Главной задачей дополненной реальности является увеличение возможностей пользователей, т.е. обеспечения их взаимодействия с окружающим миром на совершенно ином уровне. 

Дополненная реальность, сокращенно AR, представляет собой совмещение реального мира и дополнительных данных, «вмонтированных» в поле восприятия. Усиление воздействия среды происходит через визуальные, слуховые, осязательные, соматосенсорные и обонятельные рецепторы. Например, мы находимся в историческом центре города, направляем камеру смартфона на достопримечательность, и на экране видим, как здание выглядело 100 лет назад, а через динамик слышим шум улицы прошлого. Так мы окунаемся в дополненную реальность.

Дополненная реальность позволяет добавлять виртуальные объекты в реальный мир и взаимодействовать с ними. Реализация технологии возможна на мощных смартфонах, планшетах и специальных очках дополненной реальности, при этом объем рынка оценивается сотнями миллионов пользователей.

Характеристики AR-системы: 

Совмещение реального и виртуального.  

Взаимодействие в реальном времени.  

Расположение в трехмерном пространстве. AR строится на основе координат пользователя или маркера. 

Маркер — это объект в пространстве, считываемый специальным программным обеспечением для отрисовки на его месте виртуального объекта. Часто в качестве маркера используется простая одноцветная картинка.

AR-система открывает широкие возможности в преподавании любых предметов. Представьте, как «оживают» иллюстрации на бумажных страницах учебника по истории или как превращается в виртуальную игру дидактический материал по анатомии. Сегодня существуют различные библиотеки AR с открытым API для мобильных разработчиков, системы и программы для трехмерного моделирования.

Несмотря на то, что дополненная реальность является весьма новой технологией, которая уже получила достаточно широкое применение в самых различных областях: медицине, автомобильной промышленности, игровой индустрии, образовании. 

В работе Н.В. Кудимовой и О.Г. Петровой описан опыт разработки и применения приложения дополненной реальности RealEye, созданного для визуализации учебного материала при изучении темы «Архитектура компьютера» в школьном курсе информатики и ИКТ. Такая демонстрация может быть использована как непосредственно самим учителем, таки индивидуально каждым учеником на своих рабочих местах. Анализ проводимых исследований позволяет сделать вывод о том, что интеграция технологий дополненной реальности в отечественную образовательную практику затрудняется следящими факторами: 

− большинство разрабатываемых приложений дополненной реальности носят игровой или развлекательный характер;

− разработка авторских приложений дополненной реальности требует высокого уровня владения языками программирования и опытом построения трёхмерных моделей; 

− разнообразие разрабатываемых приложений дополненной реальности затрудняет формирование универсального инструмента для считывания информации с разных маркеров; 

− успех распознавания маркеров и, следовательно, полнота использования приложения зависит от многих внешних факторов, а также от устройства, применяемого пользователем; 

− массовое использование дополненной реальности требует значительных ресурсов и специальной подготовки педагогов; 

− большинство приложений дополненной реальности визуализируют учебную информацию и не предполагают активного взаимодействия с обучающихся. 

Наиболее качественные приложения дополненной реальности, используемые в процессе обучения, могут стать рекламными и имиджевыми. С этой целью к существующим информационным технологиям и образовательным ресурсам присоединится и технология дополненной реальности, включающая: 

учебники с технологией дополненной реальности; 

развивающие игры; обучающие приложения; 

визуальное моделирование объектов; различные приложения для тренировки навыков и другие.

Исследователи подчеркивают положительное влияние опыта дополненной реальности на учащихся по сравнению с теми, кто не использует эту технологию:

Повышенное понимание контента;

Изучение пространственной структуры и функции;

Изучение языковых ассоциаций;

Долгосрочное сохранение памяти;

Повышение производительности физических задач;

Эффективная совместная работа;

Повышенная мотивация обучающихся.

Исследователи также говорят о нескольких недостатках обучения, связанных с дополненной реальностью, которые можно успешно избежать:

Отсутствие туннелирования, т.е. сохранения конфиденциальной информации;

Трудности использования сайта;

Неэффективная интеграция детей в классе;

Различия между индивидуальными способностями учеников.

Идеи для применения

Представлены некоторые идеи того, как могут быть использованы возможности технологий AR в сфере образования.

Визуализация алгебраических поверхностей, как второго, так и более высоких порядков. Обучаемый получит возможность качественно изучить поверхность как реальный объект перед собой, а не на экране компьютера и, тем более, книги, а также изменять параметры в реальном времени и видеть результат. Все это должно способствовать лучшему пониманию структуры уравнений и трехмерной формы поверхностей.

Интересным видится визуализация фазовых диаграмм, в частности pvt-диаграммы воды. На диаграмме возможно отображение физических процессов: изобарного, изохорного, изотермического, адиабатного и политропных процессов. Студент будет видеть полную картину процесса, а не проекции на определенные плоскости, интерактивно менять точки начала и окончания процесса, видеть дополнительную информацию о процессе.

В химии отображение атомных орбиталей поможет лучше понять и запомнить их строение. Визуализация строения молекул, позволяет увидеть различные химические связи в пространстве.

Актуальность применения рассматриваемых технологий в обучении связана с тем, что они позволяют повысить эффективность этого процесса, при этом обеспечив удобство и доступность практически для каждого. Кроме того, они позволяют легко организовать удаленный урок или проверку знаний. Еще один немаловажный факт состоит в том, что тенденцией последних десятилетий является постоянное усложнение различных технических систем и, как следствие, увеличение времени и повышение требований к уровню подготовки специалистов для работы с ними. При этом использование в обучении реальных производственных систем зачастую дорого и может нести высокую степень опасности для жизни. Одним из способов совершенствования технологий инженерного образования является применение систем виртуальной и дополненной реальности, 3D электронных обучающих систем. Это позволит существенно сократить время подготовки, повысить качество обучения и усилить практическую направленность учебного процесса. Однако такие обучающие средства обучения также являются сложными системами, разработчики которых должны иметь специальную подготовку и обладать компетенциями в различных технических и гуманитарных областях. 

Перспективность и темпы внедрения технологий виртуальной и дополненной реальности свидетельствуют о том, что средства обучения, разработанные на их основе, станут неотъемлемой частью обучения на всех уровнях образования, а их роль значительно возрастет как в рамках традиционной очной подготовки, так и в рамках электронного образования.

Однако на данный момент какой-либо единой методологии применения технологии дополненной реальности в образовательной среде нет. Нет пока и собственно приложений, несмотря на то, что дополненная реальность – это реальный путь продвижения вперед не только потому, что мы живем в век информационных технологий, а потому, что дополненная реальность, как для учащегося, так и для обычного человека – это наиболее результативный способ познания окружающей нас предметной среды и пространства.