В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция развития инновационных технологий. Среди наиболее релевантных можно выделить технологии дополненной (AR) и виртуальной (VR) реальности. Использование AR/VR-технологий затронуло все сферы жизни человека, в том числе и сферу образования [1]. Технологии позволяют обучающимся взаимодействовать с имитируемой реальностью и реальностью, которая «дополняется» виртуальными элементами, что дает возможность получить опыт симуляции. Таким образом, в связи со стремительным развитием информационных технологий формируется потребность в изучении базовых знаний и практических навыков в области виртуальной и дополненной реальности [2, 3].
Основные теоретические и практические аспекты использования технологии дополненной реальности в школьных дисциплинах, в том числе и в информатике, заложены в работах Д.А. Арсентьева, С.Г. Григорьева, В.В. Гриншкуна, А.В. Гриншкуна, М.А. Родионова и др. [4, 5, 6]. В учебниках, предназначенных для общеобразовательных школ по информатике, тема AR/VR-технологий не рассматривается. По ФГОС ООО освоение школьного курса информатики призвано обеспечить знакомство обучающихся с современными тенденциями развития ИКТ на теоретическом и практическом уровнях [7, 8].
Отличительной особенностью программы курса внеурочной деятельности по информатике «AR/VR-технологии», по сравнению с другими (например, центров «Точка роста», школьных Кванториумов, центров «IT-куб»), является то, что она предназначена для изучения в 8–9-х классах и ее прохождение является обязательным по выбору обучающихся. Все вышесказанное определяет актуальность статьи.
Цель – разработать программу и содержание курса внеурочной деятельности по информатике «AR/VR технологии» для учащихся 8–9-х классов.
Материал и методы исследования. Анализ методической литературы по методике обучения информатике в школе; изучение нормативной базы реализации внеурочной деятельности по информатике; обзор работ, рассматривающих образовательный потенциал AR/VR-технологий.
Результаты исследования и их обсуждение. Технологии виртуальной и дополненной реальности – это передовые технологии, позволяющие заменить реальный мир на восприятие виртуального мира [9]. Для того чтобы понять, в чем заключается различие между дополненной и виртуальной реальностью, необходимо сравнить данные понятия.
Под виртуальной реальностью понимается технология, позволяющая с помощью компьютерной техники создавать несуществующий – виртуальный мир, который воспринимается человеком с помощью органов чувств с целью выхода за границы реальности [10].
Дополненная реальность – это технология, осуществляющая наложение виртуальных объектов (графической и текстовой информации, видео- или аудиофайлов), созданных техническими средствами, на физический мир в режиме реального времени [10].
Отличительными чертами виртуальной реальности являются высокая степень реалистичности происходящего и эффект полного погружения (эффект иммерсивности). В отличие от «виртуальной реальности», дополненная реальность предоставляет дополнительную информацию об объектах реального мира и возможность адаптировать информацию в соответствии с внешними факторами, повышает эффективность взаимодействия человека с окружением.
Обновление школьных программ по информатике предполагает определенные изменения непосредственно содержания курса, в который необходимо включить темы, непосредственно связанные с изучением технологии дополненной и виртуальной реальности [5]. Это обусловливает возникновение проблемы разработки методики организации и проведения курса внеурочной деятельности, носящей теоретический и практический характер изучения инновационных AR/VR-технологий.
Предлагаемая разработанная программа «AR/VR-технологии» является современной программой внеурочной деятельности по информатике и рассчитана на обучающихся 8–9-х классов. Большее количество часов отводится на практические занятия в связи с тем, что программа ориентирована на формирование умений, навыков компетенций по работе с VR/AR-технологиями. Программа рассчитана на 1 год обучения с общим количеством часов на весь период обучения – 68 часов. Учебный план курса представлен в таблице.
Учебный план
|
№ |
Наименование разделов |
Колич. часов (всего) |
|
1. |
Введение в виртуальную и дополненную реальность |
19 |
|
2. |
Технология AR |
27 |
|
3. |
Основы проектной деятельности. Создание AR-проекта |
22 |
|
|
Итого часов: |
68 |
Рассмотрим содержание разработанного курса.
Раздел I. Введение в виртуальную и дополненную реальность.
Тема 1. Техника безопасности и правила работы на компьютере.
Правила техники безопасности при работе в компьютерном классе. Введение в современные информационные технологии.
Тема 2. Дополненная реальность: свойства, классификация.
Дополненная реальность: основные понятия и свойства. Классификация AR-систем. Знакомство с AR-приложениями.
Тема 3. Виртуальная реальность: свойства, классификация.
Виртуальная реальность и ее свойства. 3D-панорама: виды и этапы разработки. Понятие «виртуального тура»: преимущества и недостатки. Создание панорамы 360°.
Тема 4. Сравнение дополненной и виртуальной реальности.
Отличительные черты виртуальной и дополненной реальности. Знакомство с понятием «инфографика». Создание сравнительной инфографики AR/VR-технологий.
Тема 5. Принципы работы AR и VR.
Компоненты для работы с AR-технологией. Этапы разработки дополненной реальности. Создание инфографики на тему «Этапы создания AR».
Тема 6. История развития AR. История развития VR.
История появления и развития устройств виртуальной и дополненной реальности. Создание ленты времени на тему «История дополненной реальности».
Тема 7. Области применения AR и VR.
Сферы применения технологий AR и VR. Примеры AR/VR разработок и их возможностей в каждой области применения. Знакомство с понятием «ментальная карта (интеллект-карта)». Создание интеллект-карты областей применения AR и VR.
Тема 7. Обобщение и систематизация основных понятий раздела I.
Контрольный срез знаний по разделу.
Раздел II. Технология AR.
Тема 1. SDK (набор программ для разработки программного обеспечения) для разработки AR. Функциональные возможности, преимущества и недостатки платформ. Создание лицензионного ключа, базы данных меток и добавление маркеров в нее.
Тема 2. Знакомство с интерфейсом среды разработки Unity.
Преимущества, возможности кросс-платформенной среды Unity. Интерфейс. Создание нового проекта и сцены. Добавление в сцену примитивных объектов и работа с ними. Установка и тестирование приложения из библиотеки Asset Store.
Тема 3. Разработка в Unity приложения дополненной реальности.
Понятие «3D-графика». История трехмерной графики. Обзор сервисов для скачивания 3D-моделей. Материал, текстура, шейдер. Добавление AR-камеры и AR-маркера в проект. Скачивание и добавление 3D-модели к ImageTarget. Добавление видео в Unity.
Тема 4. Общие сведения о языке программирования C#. Создание скриптов.
Алфавит языка С#. Переменные. Типы данных. Логические и арифметические операторы. Оператор присваивания. Структура программы. Условный оператор. Создание скрипта на языке C#. Добавление звука к модели. Создание внутриигрового меню в Unity.
Тема 5. Создание анимации в Unity.
Создание простой анимации примитива. Создание анимационной модели в Unity.
Тема 6. Компиляция приложения под различные ОС. Тестирование.
Компиляция проекта под Android, IOS.
Тема 7. Обобщение и систематизация основных понятий раздела II.
Контрольный срез знаний по разделу.
Раздел III. Создание AR-проекта.
Тема 1. Что такое проект? Проектная деятельность как особый вид технологий.
Знакомство с понятием «проект», классификациями проектирования, основными этапами создания проекта.
Тема 2. Выбор проблемы и темы. Определение цели, задач.
Структура учебного проекта и описание компонентов введения: актуальность, цель, задачи. Требование к выбору темы проекта. Цели SMART: критерии. Формулировка темы проекта в процессе мозгового штурма.
Тема 3. Создание проекта, отладка и тестирование.
Разработка приложения с технологией дополненной реальности.
Тема 4. Требования к оформлению презентаций. Создание презентации.
Общие требования к презентации. Требование к оформлению слайдов: стиль, цветовая гамма, эффекты анимации. Создание презентации по проектной работе.
Тема 5. Требования к защите индивидуального проекта.
Общие рекомендации к успешному публичному выступлению. Планирование публичного выступления. Структура и пример речи на защиту проекта. Ошибки при подготовке доклада к защите проектной работе. Подготовка доклада проектной работы.
Тема 5. Презентация собственного проекта.
Презентация выполненных работ.
Тема 11. Заключительное занятие.
Подведение итогов года.
Программой предусмотрены определенные виды контроля.
Предварительный контроль проводится с целью определения уровня подготовки обучающихся по программе в первые дни обучения в форме собеседования или тестирования. Например, тест может включать 5 вопросов. Верный ответ оценивается в 3 балла. По общей сумме набранных баллов определяется уровень знаний обучающихся.
Критерии оценивания
3 балла ставится, если выбран правильный ответ и обучающийся может обосновать его, отвечает на все дополнительные вопросы.
2 балла ставится, если выбран правильный ответ, но обучающийся не может обосновать его, отвечает частично на дополнительные вопросы.
1 балл ставится, если выбран правильный ответ, но обучающийся не может обосновать его и не отвечает на дополнительные вопросы.
Уровень знаний обучающегося: низкий (меньше 8 баллов), средний (8–12 баллов), высокий (больше 12 баллов).
Примерные вопросы для предварительного контроля
1. Набор объектов, камеры, источников света, описание фона и других атрибутов, размещенных в виртуальном пространстве, в 3D-графике называется:
─ полигоном;
─ площадкой;
─ сценой.
2. Где применяется 3D-графика (изображение)?
- Наука и промышленность
- Компьютерные игры
- Кино
- Рекламные ролики
3. Что из нижеперечисленного можно делать в VR?
─ Находиться без движения в одном VR-пространстве.
- Брать предметы и с их помощью что-нибудь делать.
- Взаимодействовать с другими людьми.
- Телепортироваться из одной точки VR-мира в другую.
4. Для функционирования системы дополнительной реальности необходимы следующие компоненты:
– Bluetooth;
– программное обеспечение;
– камера, работающая в режиме онлайн;
– маркеры.
5. Дополненная реальность – это:
1) технология введения в поле восприятия обычной реальности объектов из виртуальной реальности с целью расширения и дополнения обычной реальности;
2) сочетание физического и цифрового миров, обеспечивающее взаимодействие между человеком, компьютером и средой;
3) моделируемый опыт, который может быть похож на реальный мир или полностью отличаться от него.
Текущий контроль успеваемости обучающихся осуществляется в следующих формах: выполнение практических и индивидуальных заданий; проведение викторин; тестирование; опрос и собеседование, контрольная работа.
Например, текущий контроль по теме «Виртуальная реальность: свойства, классификация» можно провести в форме интерактивных упражнений (пример упражнения доступен по ссылке: https://learningapps.org/watch?v=pg4nrzsf522). Разработанное интерактивное задание (хронологическая карта) по теме «Хронологическая карта история VR» доступно по ссылке: https://learningapps.org/watch?v=pwd5hxc9c2.
Рассмотрим примерное содержание самостоятельной работы на тему «Принципы работы AR и VR».
Задание 1. Вспомните обязательные компоненты для работы с дополненной реальностью. Рассмотрите изображение и запишите, что обозначено цифрами. Какие компоненты не изображены на рисунке 9 и для чего они необходимы?
Компоненты AR VR
Задание 2. Расставьте этапы создания дополненной реальности в правильной последовательности. В качестве ответа запишите последовательность цифр.
1) программное обеспечение (ПО) выбирает или вычисляет соответствующее изображению видимое дополнение, объединяет реальное изображение с его дополнением;
2) ПО устройства проводит идентификацию и анализ полученного изображения;
3) ПО выводит итоговое изображение на устройство визуализации;
4) оптический сканер устройства считывает изображение реального объекта.
Задание 3. За счет каких процессов достигается объемный эффект картинки? Какой эффект в совокупности образуют данные процессы? Именно на основе данного эффекта строится принцип работы VR технологий. Опишите, на чем основывается принцип работы очков виртуальной реальности?
Итоговый контроль проводится в форме защиты проекта или рефератов в виде представления заранее подготовленной работы. Итоговая диагностика определяет изменения уровня развития обучающихся, сформированности ключевых предметных и цифровых компетенций.
Анализ учебно-методического комплекса по информатике и педагогического опыта учителей показал, что использование AR/VR-технологий в учебном процессе обеспечивает визуализацию учебного материала, наглядность и интерактивность, усиливает обучающий и развивающий эффекты урока, способствует формированию информационной грамотности обучающихся, актуализирует учебный контент без дополнительного тиражирования меток. Также использование технологий при обучении способствует повышению уровня восприятия объектов за счет их проецирования на реальный мир. В заключение отметим, что AR/VR-технологии обладают внушительным образовательным потенциалом, позволяющим активно использовать компьютерные и цифровые средства в качестве инструмента обучения большинству школьных дисциплин.