Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОЙ И ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ОБРАЗОВАНИИ

Курзаева Л.В. 1 Масленникова О.Е. 1 Белобородов Е.И. 1 Копылова Н.А. 2
1 ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И.Носова»
2 ФГБОУ ВО "Рязанский государственный радиотехнический университет»
Настоящая статья посвящена представлению ключевых направлений исследования возможностей и особенностей применения технологий виртуальной и дополненной реальности для организации и осуществления образовательного процесса на различных его уровнях. Установлена востребованность как в специалистах, способных создавать VR и AR приложения, так и эффективно применять их в образовательном процессе. Приводится первое приближение к классификации средств обучения с использованием виртуальной и дополненной реальности по предметным областям. Определено, что направления исследования будут затрагивать вопросы: «как создать VR и AR приложения?», «как создавать средства обучения с VR и AR?», «как применять средства обучения с VR и AR в практике образовательного процесса?». Представлены некоторые результаты отдельных направлений исследования, а именно: программа курса дополнительного образования по основам создания приложений с дополненной реальностью, комплекс педагогических условий, направленных на эффективное проектирование средств обучения с дополненной и виртуальной реальностью.
виртуальная реальность
дополненная реальность
подготовка ит-специалиста
педагогическое проектирование
1. Бойченко И.В. Дополненная реальность: состояние, проблемы и пути решения / И.В. Бойченко, А.В. Лежанкин // Управление, вычислительная техника и информатика: Доклады ТУСУРа. – 2010. – № 1 (21), ч. 1. – С. 161-165.
2. Ватулин Я.С. Виртуальная реальность в технологиях дистанционного обучения / Я.С. Ватулин, Л.Ф. Полякова, А.С. Афанасенко, М.С. Коровина // Известия ПГУПС. – 2010. – №4. –С.301-309.
3. Елесин С.С. Виртуальная реальность в образовании: сомнения и надежды / С.С. Елесин, А.В. Фещенко // Гуманитарная информатика. – 2016. – Вып. 10. – С. 109–114. DOI: 10.17223/23046082/10/12.
4. Катыс Г.П. Виртуальная реальность в компьютерном обучении (Часть 1) [Электронный ресурс] / Г.П. Катыс. – Режим доступа: http://www.e-joe.ru/sod/99/2_99/st159.html (дата обращения: 24.11.2017).
5. 20 примеров дополненной реальности в образовании // Онлайн журнал ARNEXT [Электронный ресурс] – URL: http://arnext.ru/articles/20-ar-eksperimentov-v-obrazovanii-2353.
6. Рынок виртуальной реальности в России составил 1.5 млрд рублей // Онлайн журнал APPTRACTOR. [Электронный ресурс]. – URL: http://apptractor.ru/info/analytics/ryinok-virtualnoy-realnosti-v-rossii-sostavil-1-5-mlrd-rubley.html (дата обращения: 24.11.2017).
7. Официальный сайт конференции по технологиям дополненной и виртуальной реальности «AR Conference». – Режим доступа: http://ar-conf.ru (дата обращения: 24.11.2017).
8. Масленникова О.Е. Подготовка студентов университета к межличностному познанию средствами автодидактики: автореф. дис. ... канд. пед. наук. – Магнитогорск, 2005. – 24 с.
9. Масленникова О.Е. Новации в организации и осуществлении образовательного процесса при подготовке инженеров /О.Е. Масленникова // Новые информационные технологии в образовании: материалы IX Международной научно-практической конференции (Екатеринбург, 15-18 марта 2016 г.). – Екатеринбург: Российский государственный профессионально-педагогический университет, 2016. – С. 413-417.

Современный рынок виртуальной и дополненной реальности ещё относительно молод, однако эксперты прогнозируют высокие темпы его развития. Подтверждением этого является то, что по прогнозам экспертов с 2017 года объём производства и внедрения данных технологий возрастет в 5,7 раза по сравнению с 2020 годом. Эти технологии сегодня позиционируются как новации в различных сферах деятельности [1,2].

Рассмотрим отличия технологий дополненной и виртуальной реальности. Зачастую они отождествляются, что, в принципе, не верно. Технология дополненной реальности позволяет с помощью устройств захвата изображения в реальном времени распознавать специальные метки (маркеры), а также их положение в пространстве, с последующим внедрением мнимых объектов в реальное пространство. В качестве таких устройств могут использоваться камеры смартфонов, планшетов или специальные очки дополненной реальности. Технология виртуальной реальности воссоздает искусственный мир, воспроизводя свойства и поведение объектов реального мира. При этом пользователь может не только созерцать, но и контактировать с объектами виртуальной реальности. В качестве устройств воспроизведения используются шлемы или очки дополненной реальности. Обе технологии активно проникают во всё большие сферы человеческой деятельности, что обусловлено: простотой использования, наглядностью иллюстрируемых процессов и систем, возможностью виртуальной манипуляции ими и пр. В настоящее время развитием технологий дополненной и виртуальной реальности занимаются такие IT-гиганты, как Microsoft, OculusRift, Google и другие.

Основной идеей использования виртуальной и дополненной реальности является расширение возможностей взаимодействия человека с окружающей средой. Для системы образования виртуальная и дополненная реальность перспективны в плане применения этих технологий как инновационных средств обучения. Сегодня это преимущественно тренажеры и симуляторы, которые позволяют изучить систему и/или работу с ней виртуально, что в реальности было быдорого, долго, небезопасно или невозможно по каким-либо причинам. Например, погрузиться на дно океана, полететь в космос, изучить внутреннее строение человека или различные физические и химические явления. Такие средства обучения позволяют получать знания и навыки до некоторой степени независимо от места и времени, в комфортных, привычных условиях. Немаловажной является возможность организации обучения людей с особыми потребностями по здоровью. Для проведения подобного рода занятий достаточно иметь персональный компьютер и специальные очки с установленным необходимым программным обеспечением [3,4].

Рассмотрим примеры некоторых успешных разработок с использованием данных технологий (см. табл. 1). В таблице представлены наиболее популярные воплощения дополненной и виртуальной реальности в средствах обучения [5-7].

Таблица 1

Обзор некоторых средств обучения с использованием технологий виртуальной и дополненной реальности

Приложение

Разработчик

Предметная область

Physics Playground

Empirical Game

Физика

Описание: трёхмерная среда с глубоким погружением, в которой можно экспериментировать и лучше узнавать строение вселенной.

Meso VR

-

История

Описание: трехмерная графика позволит не только увидеть реально ведущиеся археологические раскопки, но и проследить по графику этапы в истории этой цивилизации.

Eligo Vision

Eligo Vision

Конструирование

Описание: трехмерный проект сделан по типу конструктора, учитель может загрузить любые материалы, необходимые для работы; ученики могут изменять уже существующие проекты: строить модели городов, визуализировать формулы.

Physics Playground

Hannes Kaufmann and Bernd Meyer

Физика, астрономия

Описание: трёхмерная среда с глубоким погружением, предназначена для знакомства со строением вселенной, законами физики и проведения физических опытов в реальном времени.

New Horizon

Tokyo Shoseki

Английский язык

Описание: воспроизводит анимацию при наведении на страницы учебника.

Occupational Safety Scaffolding

Ron Doston

Безопасность в строительстве

Описание: разработка для профессионального образования; на основе трёхмерных AR-моделей показывает, как правильно возводить строительные леса и подмостки.

Виртуальный механик «Гидравлические насосы»

SIKE

Механика

Описание: виртуальный тренажер на основе 3D моделей реального оборудования с высокой степенью детализации для эффективной подготовки квалифицированных слесарей-механиков.

3DАтлас «Доменная печь»

SIKE

Механика

Описание: виртуальное изучение устройств и принципов работы агрегатов и оборудования доменного производства.

 

Следует отметить, что вопросы применения данных технологий в образовании в рамках психолого-педагогических и технико-эргономических аспектов остаются дискуссионными. Это связано со следующими причинами:

1) неправильной оценкой и отсутствием понимания возможностей использования виртуальной реальности в образовании (многие изначально не воспринимают эту технологию всерьез и думают, что она предназначена исключительно для развлечения, что априори неверно);

2) неверным представлением об эргономических характеристиках современных аппаратных средств виртуальной и дополненной реальности (одно из наиболее частых заблуждений, что очки виртуальной реальности очень плохо влияют на зрение, когда как в настоящее время уже сделаны определенные успехи в производстве oled-экранов);

3) слабой проработанностью психолого-педагогической базы проектирования, реализации и применения средств обучения с использованием виртуальной и дополненной реальности (отсутствие методик и четко построенных программ обуславливает настороженность в использовании таких средств педагогическим сообществом или низкую эффективность их внедрения в образовательный процесс).

Дальнейшая работа над проблемой позволила обратить внимание на возможности технологии виртуальной и дополненной реальностей в организации образовательного процесса.

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 [8].

Понимая это, было принято решение о проведении педагогического исследования с целью выявления и экспериментальной проверки комплекса педагогических условий, обеспечивающих, с одной стороны, готовность обучающихся разрабатывать приложения с виртуальной и дополненной реальностью, а с другой – эффективно применять данные технологии для организации образовательного процесса на всех его уровнях.

На сегодняшний день определились следующие направления работы. Первое связано с изучением технологий виртуальной и дополненной реальности как нового направления индустрии информационных технологий, основ создания приложений виртуальной и дополненной реальности (VR, AR). Второе направление – педагогическое проектирование средств обучения на основе технологий виртуальной и дополненной реальности. Третье – определение и экспериментальная проверка организационно-педагогических условий эффективного использования таких средств обучения в образовательном процессе.

В рамках первого из указанных направлений, которое, на наш взгляд, должно быть реализовано на трёх уровнях (школа, вуз-бакалавриат, вуз-магистратура), сегодня активно ведется работа в сфере дополнительного образования ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова»: реализуется курс «Основы создания приложений с дополненной реальностью» по подготовке обучающихся созданию приложений с дополненной реальностью (AR-приложений).

Задачи курса: познакомить обучающихся с технологиями дополненной реальности; развить у обучающихся интерес и мотивацию к данному направлению; научить применять данные технологии на практике; обучить созданию приложений дополненной реальности.

После изучения курса обучающиеся будут знать: области применения дополненной реальности; виды дополненной реальности; технологию работы над созданием приложений с дополненной реальностью; различия дополненной реальности и виртуальной.

После изучения курса обучающиеся будут уметь: применять технологию дополненной реальности; создавать изображения (маркеры) для работы; создавать собственные 3D модели; пользоваться очками дополненной реальности; пользоваться AR-приложениями; разрабатывать AR-приложения; владеть: навыками использования средств разработки AR-приложений.

Общая трудоемкость курса 72 часа (36 ч. – самостоятельной работы, 36 ч. – аудиторной работы). В таблице 2 представлен рабочий план курса.

Таблица 2

Трудоемкость курса «Основы создания приложений с дополненной реальностью» в часах и по темам

Раздел/ тема

дисциплины

Виды учебной работы,
включая самостоятельную работу слушателей и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля и
промежуточной аттестации

лекции

практич. занятия

самост.

раб.

1. Дополненная реальность: обзор технологий и средств.

2

 

2

Участие в дискуссии «Возможности и сферы применения дополненной реальности»

2. Инструменты мага или что нужно знать разработчику AR-приложений

 

8

8

Отчет по практическим работам

3. Первые шаги в дополненную реальность

-

2

2

Отчет по практическим работам

4. Магическая открытка к 8 марта с помощью Aurasma

 

2

2

Защита проекта

5. Перемещение в прошлое с помощью Augmental

 

2

2

Защита проекта

6. «Превращения: магия первого уровня» с помощью Unity

 

4

4

Защита проекта

7. «Превращения: магия второго уровня» с помощью Unity

 

8

8

Защита проекта

8. Игры в дополненной реальности

 

8

8

Защита проекта

Итого по дисциплине

2

34

36

 

 

Курс ориентирован на обучающихся 9–11 классов, однако может быть адаптирован и для учителей школ. Сейчас рассматривается возможность организации спецкурсов для студентов направлений подготовки «Прикладная информатика» и «Педагогическое образование» с целью изучения основ создания AR и VR приложений, а также их использования в условиях образовательного процесса.

Второе направление нашего исследования также находит практические выходы. На сегодняшний день сформулированы цель и рабочая гипотеза. Цель работы в этом направлении состоит в определении и экспериментальной проверке комплекса педагогических условий, обеспечивающих эффективную подготовку студентов университета к организации образовательного процесса с применением средств обучения, созданных на основе технологий виртуальной и дополненной реальности. Рабочая гипотеза: эффективность подготовки студентов университета к организации образовательного процесса с применением средств обучения, созданных на основе технологий виртуальной и дополненной реальности, достигается реализацией комплекса следующих педагогических условий: 1) проектирование средств обучения на основе технологий виртуальной и дополненной реальности с учетом принципов модульного и компетентностного подходов; 2) применение средств обучения на основе технологий виртуальной и дополненной реальности на занятиях разработанного спецкурса «VR и AR приложения в образовательном процессе» для ускорения первоначальной диагностики и развития мотивации студентов в рассматриваемой области; 3) представление содержания и предметной направленности самообучения студентов в рамках модульной программы тремя уровнями сложности диагностических, обучающих, познавательно-поисковых и творческих заданий [9].

В соответствии с поставленной целью и выдвинутой рабочей гипотезой, предусматривается решение следующих задач: 1) проанализировать состояние исследуемой проблемы в педагогической теории и практике высшего образования, логически обосновав классификацию средств обучения, созданных с использованием технологий виртуальной и дополненной реальности, и уточнив их особенности; 2) теоретически обосновать и спроектировать средства обучения на основе технологий виртуальной и дополненной реальности с учетом принципов модульного и компетентностного подходов; 3) выявить и экспериментально проверить комплекс педагогических условий, обеспечивающих эффективную подготовку студентов организации образовательного процесса с применением средств обучения, созданных на основе технологий виртуальной и дополненной реальности; 4) разработать программу спецкурса «VR и AR приложения в образовательном процессе», модульную программу, средства обучения с применением технологий виртуальной и дополненной реальности и методические рекомендации по их применению для студентов и преподавателей вуза.

Отметим, что сформулированные задачи, по сути, дают отправную точку и для реализации третьего направления нашего исследования. Здесь планируется привлечение обучающихся магистратуры по направлению подготовки «Педагогическое образование» по профилю «Информационные технологии в образовании». К настоящему времени созданы и активно используются приложения с дополненной реальностью для организации и проведения профориентационной работы кафедры бизнес информатики и информационных технологий ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова».

Дальнейшая работа должна быть организована по указанным направлениям с акцентом на формирование необходимой и достаточной педагогической и технологической базы исследования.


Библиографическая ссылка

Курзаева Л.В., Масленникова О.Е., Белобородов Е.И., Копылова Н.А. К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОЙ И ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ОБРАЗОВАНИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=27285 (дата обращения: 28.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074