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. |
|
2. |
4. |
|
5. |
6. |
|
|
7. |
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: https://science-education.ru/ru/article/view?id=30104 (дата обращения: 03.04.2025).
DOI: https://doi.org/10.17513/spno.30104