Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ КАК ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПО ИНФОРМАТИКЕ

Кочеткова О.А. 1 Пудовкина Ю.Н. 1 Варлашина С.Ю. 2 Наземнова Н.В. 3 Гусарова М.Н. 3
1 ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет»
2 ГАПОУ ПО «Пензенский колледж транспортных технологий»
3 ГАПОУ ПО «Пензенский колледж архитектуры и строительства»
В настоящее время дополненная реальность (AR) считается перспективной технологией организации образовательного процесса. В то время как данная технология действительно является значимой и обладает рядом преимуществ перед традиционными методами обучения, существует ряд проблем ее внедрения в образовательный процесс. В общем случае дополненная реальность представляет собой совмещение реальных и дополнительных объектов, помещенных в поле восприятия, с помощью каких-либо устройств и программной части. В статье рассматриваются возможности применения технологии дополненная реальность при обучении информатике. Дано определение данной технологии и выделены причины ее использования в системе школьного образования. К сожалению, несмотря на актуальность исследования, современная концепция обучения информатике не содержит в качестве средства и объекта изучения эту технологию. В качестве решения данной проблемы мы предлагаем включать в содержание обучения информатике темы, непосредственно связанные с изучением технологии дополненной реальности. В статье рассмотрена такая наиболее распространенная технология дополненной реальности, как QR-коды. Представлен практический опыт ее применения, а именно: изучение темы «Устройство компьютера» с демонстрацией дополненной реальности на маркерной основе, примеры применения QR-кодов на уроках информатики и во внеурочной деятельности.
обучение информатике в школе
урок
информационные технологии
мобильное обучение
дополненная реальность
qr-код
1. Кочеткова О.А., Пудовкина Ю.Н. Методические рекомендации по построению урока информатики с использованием интерактивных пособий // Актуальные проблемы современного образования: опыт и инновации: материалы научно-практической конференции (заочной) с международным участием. Тольятти: Издательство «Зебра», 2015. С. 139-141.
2. Кочеткова О.А. Содержательно-методические особенности использования web-сервисов в школьном курсе информатики // Научное обозрение. Педагогические науки. 2019. № 2-1. С. 7–11.
3. Родионов М.А., Кочеткова О.А. Содержательно-методические особенности изучения элективного курса «Архитектура компьютера» с использованием образовательных сервисов веб 2.0 // Информатика в школе. 2019. № 2. С. 23-31.
4. Арсентьев Д.А. Внедрение элементов дополненной реальности в учебно-методическую литературу // Университетская книга: традиции современность материалы научно-практической конференции. Абрау-Дюрсо: Издательство «Южный федеральный университет», 2015. С.18-22.
5. Гриншкун А.В. Возможности использования технологий дополненной реальности при обучении информатике школьников // Вестник московского городского педагогического университета. Серия: информатика и информатизация образования. 2014. № 3 (29). С. 87-93.
6. Чернышев Е.А. Виртуальная образовательная энциклопедия с использованием AR-очков // Международный школьный научный вестник. 2018. № 5-4. С. 560-566.
7. Шакиров И.Ш. «RealEye»: инновационная технология организации образовательного процесса // Фундаментальные проблемы науки и образования: сборник статей Международной конференции Ломоносовские чтения на Алтае. Барнаул: Издательство Алтайского государственного университета, 2015. С. 1042–1044.
8. Киргизова Е.В., Шакиров И.Ш., Захарова Т.В., Рубцов А.В. «Дополненная реальность»: инновационная технология организации образовательного процесса по информатике // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-2. [Электронный ресурс] URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=21827 (дата обращения: 25.08.2020).
9. Диков А.В. ресурсы интернета и обучение в социальных сетях // Народное образование. 2018. № 8-9. С. 135-143.
10. Бурлуцкая Н.А. QR-коды как средство повышения мотивации обучения // Наука и перспектива. 2016. № 1. С. 31-36.

В настоящее время в свете глобальной информатизации, компьютеризации, использования новых информационных технологий (ИТ) возникает объективная потребность в совершенствовании средств обучения школьным предметам, в том числе и по информатике [1]. В то время как технология дополненной реальности (AR) действительно является значимой и обладает рядом преимуществ перед традиционными методами обучения, существует ряд проблем ее внедрения в образовательный процесс [2-4]. Таким образом, можно выделить противоречие между потенциалом использования такой современной ИТ, как технология дополненной реальности, для повышения качества обучения информатике и отсутствием методики использования технологии дополненной реальности в школьном курсе информатики.

Цель – исследование возможностей применения технологии «дополненная реальность» как инновационной технологии организации образовательного процесса по информатике.

Материал и методы исследования. Анализ учебно-методической литературы по методике обучения информатике в школе; сравнение традиционных средств обучения с интерактивными средствами ИКТ; анализ возможностей использования средств технологии дополненной реальности в образовательном процессе, в том числе на уроках информатики и во внеурочной деятельности.

Результаты исследования и их обсуждение. В общем случае дополненная реальность представляет собой совмещение реальных и дополнительных объектов, помещенных в поле восприятия, с помощью каких-либо устройств (планшетов, веб-камер, смартфонов и др.) и программной части [5].

Типовая система дополненной реальности выглядит следующим образом [6; 7]:

1) распечатанные маркеры – рисунок (черно-белый или цветной) для определения 3D-моделей;

2) веб-камера;

3) программное обеспечение для определения дополненной реальности.

Веб-камера смартфона определяет маркер, затем специальная программа или приложение «считывает» его и выводит на экран объект дополненной реальности, после чего следит за всеми его перемещениями и поворотами.

Актуальность использования в системе образования технологии дополненной реальности может быть обоснована следующими причинами [8]:

1. Использование AR-технологии может повысить качество обучения информатике.

2. Технология предоставляет возможность усиления обучающего эффекта за счет интерактивности 3D-моделирования, делая изучение учебного материала более интересным и доступным для учеников.

3. AR-технологии постепенно входят в повседневную жизнь и профессиональную деятельность современного человека, следовательно, возникает необходимость обучать работе с этой технологией в рамках общеобразовательного курса информатики.

4. Основными достоинствами являются наглядность и интерактивность, усиление качества обучающего эффекта через визуализацию учебного материала.

Выделим основные направления включения дополненной реальности в школьный процесс обучения информатике:

1) методическая подготовка учителей к применению технологии при воспитании и обучении учащихся;

2) совершенствование содержания обучения школьным дисциплинам, в том числе и информатике, с целью овладения учащимися технологией дополненной реальности и способами её применения.

К сожалению, несмотря на актуальность использования технологии дополненной реальности в школьном образовании, современная концепция обучения информатике не содержит в качестве средства и объекта изучения эту технологию. Также большинство учителей испытывают затруднения при необходимости применения в своей профессиональной деятельности данной технологии и плохо представляют, как можно использовать ее возможности в образовательной практике для организации основных видов деятельности учащихся [9].

В содержание обучения информатике в школе мы предлагаем включать темы, непосредственно связанные с изучением технологии дополненной реальности, то есть по названию темы по УМК остаются без изменения, но при их изучении и выполнении соответствующих заданий отмечаются особенности применения для технологии дополненной реальности:

1. В разделе «Представление и кодирование информации», помимо традиционных вопросов, рассмотреть тему «Распознавание образов».

2. В раздел «Аппаратное обеспечение компьютера», помимо традиционных тем, включить темы «Распознавание образов через кодирование информации», «Аппаратное обеспечение устройств дополненной реальности», «Программы и приложения дополненной реальности», «Необходимые устройства для построения дополненной реальности», «Обучающие мобильные приложения AR».

3. В раздел «Программное обеспечение компьютера» можно включить изучение тем «Интерфейс программ и приложений дополненной реальности, их сравнительная характеристика», «Специальные программы для создания обучающей дополненной реальности».

4. В раздел «Алгоритмизация и программирование» включить темы «Программирование приложений дополненной реальности», «Программирование распознавания образов моделей», «Программирование взаимодействия объектов дополненной реальности».

5. В разделе «Формализация и моделирование» рассмотреть «Особенности моделирования объектов для использования в технологии дополненной реальности», «Создание 3D-моделей для программ дополненной реальности».

6. В разделе «Основы социальной информатики» рассмотреть применение технологии дополненной реальности как этап информатизации общества, историю появления и развития.

7. В раздел «Информационные технологии» включить темы «3D-моделирование для программ дополненной реальности», «Разработка собственных приложений дополненной реальности».

В процессе изучения темы «Устройство компьютера» (8 класс, автор учебника Н.Д. Угринович) демонстрация дополненной реальности на маркерной основе может быть использована как непосредственно самим учителем, так и индивидуально каждым учеником. Учащиеся могут изучать, а затем и создавать маркеры самостоятельно. В этом случае учитель может осуществлять проверку и оценку маркеров, созданных учащимися. Предлагаемые маркеры были разработаны в графическом редакторе Paint специально для программы EV ToolBox, представляющей собой набор программ (трехмерное моделирование и программирование) для создания и просмотра проектов с дополненной реальностью (рис. 1 а-в).

а)

б)

в)

Рис. 1. Маркеры по теме «Устройство компьютера»

Ученик наводит веб-камеру на распечатанный маркер, и у него на экране смартфона появляется 3D-модель реального объекта (системная плата, жесткий диск, кулер), которую можно посмотреть «изнутри» или в разрезе. Трехмерные объекты можно создать самим, например в программе Blender, или найти в сети Интернет.

В приведенных выше примерах использовалась программная реализация технологии дополненной реальности, в которой проявлялись различные проблемы (например, установка на компьютер). Достаточно простой альтернативой специализированным приложениям дополненной реальности является применение QR-кодов, в которых зашифрована дополнительная информация (числа, текст, мультимедийная информация и т.д.), подготовленная заранее учителем. Разработанные коды сохраняются в виде изображения (черно-белого или цветного) [10]. Каждый QR-код представляет собой правильный квадрат, по трём углам которого размещены черно-белые квадраты, называемые маяками. Благодаря им QR-код читается с любого угла наклона камеры, предоставляя возможность вращения или отражения. Данные, которые необходимо закодировать, разбиваются на части в зависимости от типа кодирования.

Распознавать зашифрованные коды можно следующим образом:

1) установить на смартфоне приложение по распознаванию QR-кодов;

2) навести камеру телефона на рисунок кода;

3) после прочтения кода увидите зашифрованную с помощью него информацию.

Рассмотрим использование QR-кода в процессе обучения информатике:

1) кодирование заданий для групповой или индивидуальной работы учащихся по одной или нескольким темам, при проведении интерактивных практических работ или организации самостоятельной работы;

2) кодирование ссылки на интернет-ресурсы, содержащие дополнительную информацию по изучаемому вопросу или полезные при разработке учебного проекта;

3) кодирование ссылки на электронные библиотеки и энциклопедии.

Рассмотрим несколько примеров применения QR-кодов на уроках информатики и во внеурочной деятельности.

Пример 1. Декодируйте сообщение 1011110101100101000 с помощью кода (рис. 2):

Рис. 2. QR-код примера 1

Пример 2. Разгадайте кроссворд (рис. 3) - и узнаете фамилию первой в истории женщины-программиста. Кроссворд предназначен для закрепления темы «История развития вычислительной техники» (9 класс). Вопросы зашифрованы в виде QR-кода.

 

По вертикали

По горизонтали

1.

3. http://qrcoder.ru/code/?%D3%F1%F2%F0%EE%E9%F1%F2%E2%EE+%E4%EB%FF+%EF%F0%EE%E1%E8%E2%E0%ED%E8%FF+%EE%F2%E2%E5%F0%F1%F2%E8%E9+%E2+%E1%F3%EC%E0%E3%E5+%F1+%F6%E5%EB%FC%FE+%E7%E0%EF%E8%F1%E8+%E8%ED%F4%EE%F0%EC%E0%F6%E8%E8&4&0

2. http://qrcoder.ru/code/?%CE%F1%ED%EE%E2%EE%EF%EE%EB%EE%E6%ED%E8%EA+%EE%F2%E5%F7%E5%F1%F2%E2%E5%ED%ED%EE%E9+%E2%FB%F7%E8%F1%EB%E8%F2%E5%EB%FC%ED%EE%E9+%F2%E5%F5%ED%E8%EA%E8.&4&0

4. http://qrcoder.ru/code/?%C2%F1%E5+%F2%E8%EF%FB+%E8+%EC%EE%E4%E5%EB%E8+%DD%C2%CC%2C+%EF%EE%F1%F2%F0%EE%E5%ED%ED%FB%E5+%ED%E0+%EE%E4%ED%E8%F5+%E8+%F2%E5%F5+%E6%E5+%ED%E0%F3%F7%ED%FB%F5+%E8+%F2%E5%F5%ED%E8%F7%E5%F1%EA%E8%F5+%EF%F0%E8%ED%F6%E8%EF%E0%F5&4&0

5. http://qrcoder.ru/code/?%C2%F1%E5+%F2%E8%EF%FB+%E8+%EC%EE%E4%E5%EB%E8+%DD%C2%CC%2C+%EF%EE%F1%F2%F0%EE%E5%ED%ED%FB%E5+%ED%E0+%EE%E4%ED%E8%F5+%E8+%F2%E5%F5+%E6%E5+%ED%E0%F3%F7%ED%FB%F5+%E8+%F2%E5%F5%ED%E8%F7%E5%F1%EA%E8%F5+%EF%F0%E8%ED%F6%E8%EF%E0%F5&4&0

6. http://qrcoder.ru/code/?%CE%ED+%EF%F0%E5%E4%EB%EE%E6%E8%EB+%EE%F1%ED%EE%E2%ED%FB%E5+%EF%F0%E8%ED%F6%E8%EF%FB+%EF%EE%F1%F2%F0%EE%E5%ED%E8%FF+%E8+%F4%F3%ED%EA%F6%E8%EE%ED%E8%F0%EE%E2%E0%ED%E8%FF+%DD%C2%CC.&4&0

 

7. http://qrcoder.ru/code/?%C8%E7%EE%E1%F0%E5%F2%E0%F2%E5%EB%FC+%EF%E5%F0%E2%EE%E3%EE+%EC%E5%F5%E0%ED%E8%F7%E5%F1%EA%EE%E3%EE+%F3%F1%F2%F0%EE%E9%F1%F2%E2%E0%2C+%EF%EE%E7%E2%EE%EB%FF%FE%F9%E5%E3%EE+%F1%EA%EB%E0%E4%FB%E2%E0%F2%FC+%F7%E8%F1%EB%E0.&4&0

 

Рис. 3. Кроссворд

Пример 3. Вы знаете, что в машинах первых поколений носителями информации в ЭВМ были так называемые перфокарты (или перфорированные карты), на которых информация представлялась в двоичном виде с помощью отверстий. Можно сказать, что программы представляли собой комплект (колоду) перфокарт. Что общего в технологии использования колоды перфокарт и в работе текстовых редакторов? Ответ на этот вопрос вы можете найти на сайте (рис. 4):

Рис. 4. QR-код примера 3

Заключение. В заключение отметим, что в современном мире тяжело обойтись без мобильных и компьютерных устройств. Телефоны на уроках часто мешают и отвлекают учащихся от его образовательной деятельности. Применение дополненной реальности в урочной и неурочной деятельности по информатике помогает вовлечь учащихся в учебно-познавательную деятельность, позволяет повысить качество образования за счет мотивации их к самообразованию и уровень интереса у учащихся к изучаемому материалу, формирует цифровые компетенции учащихся. Предложенное усовершенствованное содержание курса информатики позволяет определить общую методику изучения разделов с учётом отношения к системам дополненной реальности не только как к объекту изучения, но и как к средству обучения.


Библиографическая ссылка

Кочеткова О.А., Пудовкина Ю.Н., Варлашина С.Ю., Наземнова Н.В., Гусарова М.Н. ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ КАК ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПО ИНФОРМАТИКЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2020. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=30104 (дата обращения: 29.10.2020).

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