В статье рассматриваются идеи и уже существующие примеры использования технологий дополненной и виртуальной реальности (AR и VR) в образовании. В начале статьи дается краткий обзор технологий, даются основные определения, описывается техническая часть. Далее рассматривается существующий опыт применения этих технологий: приложения, организации, исследования. В последнем разделе предлагаются идеи для применения в образовании. В заключении указываются основные проблемы и трудности, которые могут возникнуть в процессе внедрения этих технологий.
Бутов Роман Александрович,
инженер ИБРАЭ РАН, аспирант
Григорьев Игорь Сергеевич,
методист Ресурсного центра ГБПОУ “Воробьевы горы”
Обзор технологий
Виртуальная и дополненная реальности (VR и AR) – это современные и быстро развивающиеся технологии. Их цель – расширение физического пространства жизни человека объектами, созданными с помощью цифровых устройств и программ, и имеющими характер изображения (Рис. 1).
На рисунке 1а показано изображение, которое видит пользователь через специальные очки виртуальной реальности (далее – VR). Изображение разделено на две отдельные картинки для каждого глаза и специально искажено, чтобы создать для глаз иллюзию трехмерного пространства. Если человек перемещается или просто поворачивает голову, то программа автоматически перестраивает изображение, что создает ощущение реального физического присутствия. С помощью контроллеров (джойстиков и т.п.) пользователь может взаимодействовать с окружающими предметами, например, он может поднять камень и бросить его с горы – встроенная в программу физическая модель просчитает полет этого камня, что еще больше создаст иллюзию реального пространства.
На рисунке 1б показано приложение, использующее технологии дополненной реальности (далее – AR). В этом приложении можно размещать изображения мебели на изображении с камеры телефона, но за счет их деформаций у пользователя создается впечатление, что он видит реальный предмет, располагающийся в комнате. Важно, то, что в этом случае реальность (комната) дополняется виртуальным креслом, и соответствующая технология будет называться дополненной реальностью. Создание дополненной реальности возможно не только с помощью смартфонов, но и других технических средств, например, посредством специальных очков. В этом случае, виртуальное изображение достраивается на поверхности линз очков.
Рисунок а
Рисунок б
Рисунок 1. Примеры технологии виртуальной (а) и дополненной реальности (б)
В качестве устройств на данный момент используются: очки виртуальной и дополненной реальности, контроллеры, наушники, смартфоны, планшеты. Эти устройства позволяют человеку видеть и слышать цифровые объекты (Рис. 2). В ближайшем будущем, ожидается появление перчаток с обратной связью, позволяющих человеку осязать цифровые объекты (Рис. 3).
Рисунок а
Рисунок б
Рисунок в
Рисунок 2. Устройства для VR и AR: очки с наушниками (а), контроллеры (б), смартфоны и планшеты (в)
Рисунок 3. Прототип перчаток с обратной связью
Программы создаются, как правило, на тех же платформах, на которых разрабатывают компьютерные игры (Unity , Unreal Engine , и т.д.), с помощью различных инструментов для разработки программ виртуальной и дополненной реальности (Steam VR , Google VR , Oculus , Windows Mixed Reality , Google ARCore , Apple ARkit , Google Tango , Vuforia и т.д.).
Прототипы устройств и первые использования терминов VR и AR существовали еще в середине 20 века, но современная терминология была сформирована в начале 90-х годов. Для VR в работе Джарона Ланье (Jaron Lanier) , для AR в работе авторов Коделла, Томаса и Мизелла (Caudell, Thomas P., and David W. Mizell) .
Вследствие бурного развития технологий, терминология постоянно изменяется. Однако, понятие реально-виртуального континуума (reality-virtuality continuum), предложенное в работе Милгрэма, Поула и др. (Milgram, Paul, et al.) остается актуальным и по сей день и является основополагающим для последующих. На рисунке 4 показана иллюстрация для определения понятия реально-виртуального континуума.
Рисунок 4. Реально-виртуальный континуум.
Все технологии, связанные с расширением реальности посредством цифровых объектов (возможно, что и не только цифровых), располагаются между двумя полярными вариантами возможных реальностей: реальностью (reality), в которой мы с вами живем, и виртуальной реальностью (virtual reality, VR). Реальность – это абсолютное отсутствие дополнительных объектов в физическом пространстве, т.е. само физическое пространство. Виртуальная реальность – это абсолютное отсутствие реальных объектов. Множество этих технологий называется смешанной реальностью (mixed reality, MR). На практике оно часто разбивается на подмножества. Двумя классическими подмножествами являются дополненная реальность (augmented reality, AR) и дополненная виртуальность (augmented virtuality, AV). В первом случае подразумеваются технологии, дополняющие реальность различными объектами, во втором, дополняющие виртуальную реальность реальными объектами.
В качестве примера можно привести технологию, которая погружает вас в Древний Рим. Если эта технология дополняет окружающее вас пространство различными объектами из той эпохи (мечи, доспехи, глиняные кувшины, храмы, арены), то это будет считаться AR технологией, если же вас переносят в древний город, с его архитектурой, людьми, погодой, событиями, и т.д., но, к примеру, лица этих людей будут транслироваться из окружающего мира, то это технология дополненной виртуальности (далее – AV). На сегодняшнем уровне развития, технология AV практически не используется, но в будущем она может стать гораздо более впечатляющей, чем AR и VR.
Говоря о прогнозах развития технологии, часто предполагается смещение существования человека в пространство смешанной реальности (MR), что уже наблюдается вследствие развития интернета и мобильных устройств. В рамках виртуально-реального континуума мобильные устройства можно считать технологией дополненной реальности AR, так как они дополняют окружающий мир дополнительной визуальной, звуковой и отчасти тактильной информацией. В короткометражном фильме антиутопии режиссер Кейши Матсуда (Keiichi Matsuda) , показывает результат такого движения, который автор называет чрезмерной или сверх-реальностью (hyper reality). Сможет ли человек в том виде, в котором он есть сейчас существовать в подобном мире? Это остается вопросом.
Имеющийся опыт применения в образовании
В последнее десятилетие, благодаря уменьшению стоимости устройств, технологии стали более доступны широкому кругу пользователей. Что, в свою очередь, привело к росту числа программ (приложений) по различным тематикам. Для VR это в основном игры от 1 лица в жанре шутер или записи камер 360 градусов (прыжки парашютистов, достопримечательности, дикая природа, подводный мир, динозавры и т.д.), для AR приложения для изменения лиц пользователей, измерения расстояний объектов реального мира, различные головоломки, а также обучающие программы (в основном, по анатомии и астрономии).
Если говорить о применении в образовании, то для виртуальной реальности это изучение природы , проведение лабораторных работ по физике , изучение динозавров , путешествие по планетам , астрономии и многое другое. Для AR это изучение анатомии , химии , астрономии .
Технологии VR и AR часто упоминаются в программах иммерсивного обучения (immersive education) . Такие программы включают в себя использование современных информационных технологий в процессе обучения, который проходит внутри различных виртуальных миров и симуляций, причем часто в игровой форме. Такой вид обучения способствует повышению вовлеченности, коммуникаций между обучаемыми и интереса к предмету.
В рамках академических исследований, на тему влияния технологий дополненной реальности на процесс обучения, было проведено десятки работ (наиболее полный обзор представлен в одной из указанных в списке источников работе – ). В обзоре отмечено улучшение успеваемости обучаемых, понимания материала, повышение уровня мотивации. Также растет степень вовлеченности в процесс обучения и интереса к изучению предмета, повышается уровень коммуникации между студентами.
Основные проблемы, с которыми сталкивались преподаватели – это дополнительное время, затраченное на скачивание приложений, обучение работе с ними обучаемых, плохая работа геолокации, иногда низкое качество отклика моделей, трудности у студентов с работой в формате AR. В целом, все проблемы связаны с недостатком опыта в работе с AR и пока еще несовершенством технологии. В дальнейшем, с развитием технологии, эти проблемы будут устранены.
Идеи для применения
В данном разделе представлены лишь некоторые идеи того, как могут быть использованы возможности технологий AR и VR в сфере образования.
a) виртуальная реальность (VR)
Возможность этой технологии погружать человека в виртуальный мир определяет основное направление для ее развития в образовании. Все то, что не может быть создано в реальном мире по техническим, экономическим или физическим причинам, может быть создано в мире виртуальном. Возможность побывать там, где в реальности побывать трудно или невозможно. Увидеть электрические и магнитные поля, доисторических животных, подводные миры, древние страны, планеты и астероиды. Также эта технология может открывать некоторые вещи по-новому, к примеру, живопись, есть приложение, которое погружает вас в картину Ван Гога «Ночное Кафе» . Такие приложения могут по-новому открыть живопись в веке кино и компьютерных игр.
В физике, эта технология может позволить проводить лабораторные работы в современных лабораториях. К примеру, почему бы не смоделировать наиболее известные исследовательские проекты последних лет: большой андронный коллайдер или детектор гравитационных волн и провести в них лабораторные работы? Это позволит заинтересовать обучаемых, показывая им современное состояние науки, а не то, при котором учились еще их деды и прадеды (что конечно, тоже имеет значение).
При изучении иностранных языков, большой прогресс в обучении достигается при живом общении с носителем. Но если такого человека найти трудно или трудно технически доставить его в аудиторию. Виртуальная реальность уже сейчас позволяет попадать в пространства, где можно не только общаться, но и взаимодействовать с другими пользователями . Например, можно перенести группу, изучающих японский язык в России, и группу, изучающих русский язык в Японии, в одно пространство, где они могли бы общаться, выполнять задания. А на следующее занятие, например, с группой из Испании. Такой интерактивный формат будет интересен обучаемым в любом возрасте. Проводить же такие встречи вживую или даже с использованием видеоконференций связи было бы не так эффективно, но более трудоемко и затратно.
В изучении истории, обучаемые могут ознакомиться с трехмерными экспонатами музеев мира. А также с воссозданными городами, битвами или другими историческими событиями. Например, можно не только воссоздать Бородинскую битву, но и позволить обучаемым в ней поучаствовать и принимать свои собственные, а также коллективные решения. Таким образом, это будет новым шагом развития после создания Бородинской панорамы в Москве.
В области географии современное развитие камер 360 градусов, позволяют пользователям снимать трехмерные панорамы и видео. Многие исследователи, путешественники и просто туристы снимают множество материала и выкладывают его в открытый доступ. Это видео про горы, океаны, полеты, вулканы, полюса. Использование такого материала на занятиях, позволит обучаемым увидеть далекие уголки нашей планеты и поддержать их интерес к путешествиям.
В биологии технология открывает возможность масштабироваться до размера органов, клетки или даже молекулы ДНК . Интерактивные возможности позволяют не только увидеть статическую картину, но и посмотреть, к примеру, процесс репликации ДНК.
В области химии приложения позволяют проводить опасные или дорогостоящие опыты . Изучать строения атомов и молекул. Наблюдать за химическими превращениями в динамике.
В области литературы можно, например, визуализировать наиболее яркие моменты художественных произведений. Интересным видится совмещение материала и события. Например, побывать на экзамене в Царскосельском лицее и увидеть, как Пушкин читает «Воспоминания в Царском Селе». Конечно, голоса поэта и главное той энергии уже не воссоздать, но такой формат позволит обучаемым почувствовать ту атмосферу, которая царила в то время.
b) дополненная реальность (AR)
Визуализация алгебраических поверхностей, как второго, так и более высоких порядков. На рис. 5 показаны алгебраические поверхности 2 порядка при их отображении с помощью технологии AR. 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 (интерактивное изменение параметров) и трехмерной формы поверхностей.
Рис. 4. Алгебраические поверхности 2 порядка
Аналогичные визуализации можно создавать для поверхностей более высокого порядка (рис. 5).
Рис. 5. Алгебраические поверхности порядка больше 2: (a) Диагональная кубическая поверхность Клебша, (б) Лента Мебиуса, (в) Бутылка Клейна
Основным направлением для применения в физике является визуализация уравнений математической физики. При этом показывается решение в виде физического процесса. Обучаемый сможет динамически изменять параметры уравнения и видеть влияние этого изменения на результат.
Интересным видится визуализация фазовых диаграмм, в частности pvt-диаграммы (фазовой диаграммы) воды (рис. 6). 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 (выделяемая/поглощаемая энергия, параметры в начале и конце).
Рис. 6. Фазовая диаграмма воды
В химии отображение атомных орбиталей (рис. 7) поможет лучше понять и запомнить их строение. Визуализация строения молекул (рис. 8), позволяет увидеть различные химические связи в пространстве.
Рис. 7. Фазовая диаграмма воды
Рис. 8. Молекула кофеина
В машиностроении визуализация моделей оборудования с возможностью воспроизведения анимации, показывающей принцип их работы. Для насосов и турбин можно размещать рядом фазовую диаграмму среды с нанесенным на ней физическим процессом. На рис. 9 показан снимок из AR приложения, где показана АЭС с реактором ВВЭР мощностью 1200 МВт. В приложении отображаются основные конструкции, оборудование и анимируется движение среды.
Рис. 9. AR приложение с АЭС ВВЭР 1200
Выводы
Сегодня в реальности массового общего образования представить себе использование технологий дополненной и виртуальной реальности достаточно тяжело. И дело не в финансовой составляющей – мы знаем успешный пример амбициозного проекта «Московская электронная школа», в рамках которого подобные технологии используются в некотором объеме. По нашему мнению, основные трудности связана с:
- Жесткостью программы, которую необходимо успешно усвоить ученикам в рамках общего образования. Несмотря на то, что технологии виртуальной и дополненной реальности имеют большой потенциал для повышения успеваемости обучаемых, они же могут существенно отвлекать. Примеры использования технологии говорят об увеличении вовлеченности и повышении интереса к процессу обучения. Некоторые исследователи делают вывод, что эти факторы ведут к повышению успеваемости обучаемых. Однако, в случае излишнего увлечения формой в ущерб содержанию эффект может быть обратным.
- Использование подобных технологий, вероятно, может давать большой эффект, но использование в рамках стандартного школьного урока в 45 минут будет приводить к существенному нарушению программы, так как временные затраты на работу с материалом с использованием данных технологий так или иначе будут изменять план учебных занятий.
- Внедрение подобных технологий связано с несколькими трудностями, которые носят финансовый характер: дороговизна оборудования, отсутствие большого числа качественных приложений и, соответственно, необходимость их разработки, небольшой опыт пользования данной технологией у преподавателей, которых необходимо дополнительно обучить.
- Скромное количество и разнообразие существующих приложений с использованием технологий AR и VR, особенно специально созданных для образования, является еще одним «тормозом». Для того, чтобы изменить ситуацию, безусловно, необходима государственная поддержка таких проектов, государственный заказ. Создание даже небольшого приложения виртуальной реальности, к примеру, в области истории, требует работы множества специалистов: историков, художников, программистов, культурологов и др. Подобные ресурсы возможно найти или при наличие серьезных ресурсов и запроса со стороны государства или крупного бизнеса, либо в случае, когда интересы различных сторон пересекаются.
Какие есть способы преодолеть эти трудности? Основной наш тезис заключается в том, что в настоящий момент использование технологий дополненной и виртуальной реальности наиболее адекватно в области дополнительного образования, которое может служить проводником новых идей, не столь жестко структурировано, как общее образование.
Проиллюстрируем как дополнительное образование может преодолевать трудности, пройдясь по указанным выше пунктам потенциальных проблем внедрения технологий.
Дополнительное образование имеет гораздо гибкую по сравнению с общим образованием систему устройства. Программы различных уровней, различная продолжительность занятий, привлечение педагогов из профильных организаций на частичную занятость. Возможности сотрудничества с профильными промышленными предприятиями, вузами позволяет привлечь компетентных специалистов, а также потенциально дает возможность найти способы решения вопросов по необходимому оборудованию. Особенно интересен вариант сотрудничества с другими организациями, например, музеями, которые могут быть заинтересованы в подобных технологиях. Уже сейчас существуют экскурсии и специально созданные экспозиции, где активно используются возможности AR и VR. Так почему не создавать и использовать высокотехнологичный продукт для совместного использования? Ведь они могут быть включены как элементы программ по многим направлениям дополнительного образования.
Подробности Опубликовано 28.01.2020Обновление тематических коллекций в ЭБС «Лань»
ЭБС «Лань» информирует о том, что за ноябрь и декабрь 2019 года обновлены доступные нашему университету тематические коллекции в ЭБС «Лань»:
Инженерно-технические науки - Издательство «Лань» - 29
Математика - Издательство «Лань» - 6
Физика - Издательство «Лань» - 5
Ознакомиться с полным списком новой литературы Вы можете .
Надеемся, что новая коллекция литературы будет полезна в учебном процессе.
Режим работы библиотеки в период сессии
Подробности Опубликовано 09.01.2020Уважаемые студенты и сотрудники университета! В период сессии (с 09.01.2020) библиотека работает:
- абонементы: пн.-пт. с 10:00 до 18:00
- читальные залы №1 и №2: пн.-пт. с 10:00 до 17:00
- фотографирование на читательские билеты: пн.-пт. с 11:00 до 16:00, пом. 11-30 (1 корпус, 1 этаж).
С новым, 2020 годом!
Подробности Опубликовано 27.12.2019Дорогие читатели! Коллектив библиотеки поздравляет вас с Новым годом и Рождеством! От всей души желаем счастья, любви, здоровья, успехов и радости вам и вашим семьям!
Пусть грядущий год подарит вам благополучие, взаимопонимание, гармонию и хорошее настроение.
Удачи, процветания и исполнения самых заветных желаний в новом году!
Одним из наиболее популярных направлений развития виртуальной и дополненной реальности является образование. Существует много различных вариантов применения современных технологий в этой области — от простых школьных туров по Древнему Египту на уроках географии до обучения специалистов для работы на сверхскоростном поезде или на космической станции. Своими замечаниями о том, какими возможности обладает виртуальная реальность в образовании, поделился Дмитрий Кириллов, руководитель VRAR lab и Cerevrum Inc .
Плюсы использования VR в образовании
Использование виртуальной реальности открывает много новых возможностей в обучении и образовании, которые слишком сложны, затратны по времени или дороги при традиционных подходах, если не всё одновременно. Можно выделить пять основных достоинств применения AR/VR технологий в образовании.
Наглядность. Используя 3D-графику, можно детализированно показать химические процессы вплоть до атомного уровня. Причем ничто не запрещает углубиться еще дальше и показать, как внутри самого атома происходит деление ядра перед ядерным взрывом. Виртуальная реальность способна не только дать сведения о самом явлении, но и продемонстрировать его с любой степенью детализации.
Безопасность. Операция на сердце, управление сверхскоростным поездом, космическим шатлом, техника безопасности при пожаре — можно погрузить зрителя в любое из этих обстоятельств без малейших угроз для жизни.
Вовлечение. Виртуальная реальность позволяет менять сценарии, влиять на ход эксперимента или решать математическую задачу в игровой и доступной для понимания форме. Во время виртуального урока можно увидеть мир прошлого глазами исторического персонажа, отправиться в путешествие по человеческому организму в микрокапсуле или выбрать верный курс на корабле Магелланна.
Фокусировка. Виртуальный мир, который окружит зрителя со всех сторон на все 360 градусов, позволит целиком сосредоточиться на материале и не отвлекаться на внешние раздражители.
Виртуальные уроки. Вид от первого лица и ощущение своего присутствия в нарисованном мире — одна из главных особенностей виртуальной реальности. Это позволяет проводить уроки целиком в виртуальной реальности.
Форматы VR в образовании
Использование новых технологий в образовании предполагает, что учебноый процесс должен быть перестроен соответствующим образом.
ОЧНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Виртуальные технологии предлагают интересные возможности для передачи эмпирического материала. В данном случае классический формат обучения не искажается, так как каждый урок дополняется 5–7-минутным погружением. Может быть использован сценарий, при котором виртуальный урок делится на несколько сцен, которые в включаются в нужные моменты занятия. Лекция остается, как и прежде, структурообразующим элементом урока. Такой формат позволяет модернизировать урок, вовлечь учеников в учебный процесс, наглядно иллюстрировать и закрепить материал.
ДИСТАНЦИОННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
При дистанционном обучении ученик может находиться в любой точке мира, равно как и преподаватель. Каждый из них будет иметь свой аватар и лично присутствовать в виртуальном классе: слушать лекции, взаимодействовать и даже выполнять групповые задания. Это позволит придать ощущение присутствия и устранить границы, которые существуют при обучении через видеоконференции. Также преподаватель сможет понять, когда ученик решит покинуть урок, так как шлемы Oculus Rift и HTC Vive оборудованы датчиком освещения, позволяющим распознать, используется шлем в данный момент или нет.
СМЕШАННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
При наличии обстоятельств, мешающих посещать занятия, ученик может делать это удаленно. Для этого класс должен быть оборудован камерой для съемки видео в формате 360-градусов с возможностью трансляции видео в режиме реального времени. Ученики, посещающие урок дистанционно, смогут наблюдать происходящее в классе от первого лица (например, прямо со своего места), видеть своих одноклассников, общаться с преподавателем и принимать участие в совместных уроках.
САМООБРАЗОВАНИЕ
Любой из разработанных образовательных курсов может быть адаптирован для самостоятельного изучения. Сами уроки могут размещаться в онлайн-магазинах (например, Steam, Oculus Store, App Store, Google Play Market), чтобы у всех была возможность осваивать или повторять материал самостоятельно.
Минусы использования VR в образовании
Однако пока использование технологий и сами устройства не будут максимально «отточены», будут существовать минусы и потенциальные проблемы использования виртуальной реальности в образовании.
Объем. Любая дисциплина довольно объемна, что требует больших ресурсов для создания контента на каждую тему урока — в виде полного курса или десятков и сотен небольших приложений. Компании, которые будут создавать такие материалы, должны быть готовы заниматься разработкой довольно продолжительное время без возможности ее окупить до выхода полноценных наборов уроков.
Стоимость. В случае с дистанционным обучением нагрузка по покупке устройства виртуальной реальности ложится на пользователя, или этим устройством может быть его телефон. Но образовательным учреждениям понадобится закупать комплекты оборудования для классов, в которых будут проходить занятия, что также требует существенных инвестиций.
Функциональность. Виртуальная реальность, как и любая технология, требует использования своего, специфического языка. Важно найти верные инструменты для того, чтобы сделать контент наглядным и вовлекающим. К сожалению, многие попытки создания обучающих VR-приложений не используют все возможности виртуальной реальности и, как следствие, не выполняют своей функции.
Пример: урок физики в VR
Для того, чтобы проверить эффективность и жизнеспособность использования виртуальной реальности в образовании, компания VRAr lab разработала экспериментальный урок по физике. В исследовании приняли участие 153 человека: подростки 6-17 лет, их родители и родственники. После просмотра участников попросили ответить на три вопроса: насколько хорошо усваивается учебный материал, поданный таким образом; каково отношение детей к обучению в виртуальной реальности; какие школьные предметы (по мнению школьников) предпочтительны для создания уроков в виртуальной реальности.
Урок был посвящен теме электрического тока в простейшей электрической цепи. Надев очки, пользователь оказывался в комнате перед столом, на котором была визуализирована простейшая электрическая цепь. Далее пользователь попадал внутрь проводника, где ему предстояло изучить его строение (визуализация строения атома, кристаллической решетки, условная визуализация течения электрического тока в связке с источником питания). Урок рассчитан на шесть учеников, сопровождается лекцией учителя и длится от 5 до 7 минут.
После лекции респонденты заполнили анкеты.
Усвоение материала и отношение к урокам в VR
Респондентам было предложено ответить на три закрытых вопроса анкеты: какая из перечисленных частиц не является частицей атома; из чего состоит ядро атома; какая частица отвечает за передачу электрического заряда. Результат оказался отличным – лишь 8,5% респондентов не усвоили материал.
Что касается отношения к подобным урокам, то по данным VRAR lab, 148 респондентов из 153 (97,4%) желали бы и дальнейшего применения технологий виртуальной реальности на школьных уроках, причем в качестве дисциплин большинство указало физику и химию.
В целом, эксперимент, проведенный VRAR lab, показал успешность применения VR в образовании. Современные технологии, несмотря на долгий путь развития, еще молоды, но всё же виртуальная реальность – это следующий большой рывок в развитии сферы образования. И в ближайшее время нам предстоит увидеть множество интересных открытий в этой области.
Какое будущее ждет обучение? Как будут выглядеть классы будущего? Новые технологии, вроде облачных вычислений, дополненной реальности и 3D-печати, прокладывают такое будущее для системы образования, которое мы можем только представить. Во всяком случае, нам есть от чего отталкиваться. Давайте представим.
Стоит отметить, что мы не можем быть уверены на все 100%.
Мы все еще ждем, что дополненная реальность штормом пройдется по нашему миру. На подходе Google Glass, Oculus Rift и другие любопытные вещи, которые привнесут в нашу реальность вкус дополненной и виртуальной реальностей.
Ожидается, что устройства, подобные тем, которые мы перечислили, будут удивлять публику своими возможностями, позволяя пользователям наслаивать информацию на то, что они видят, посредством контактных линз или очков. В настоящее время доступ к технологиям дополненной реальности в образовательных целях ограничен по большей части приложениями для смартфонов.
К примеру, приложение Sky Map позволяет изучать ночное небо в поисках созвездий, однако до интеграции таких приложений в школы пройдет еще много времени. Не хватает только цельной системы. Дополненная реальность должна затягивать и обладать подсказками для всех случаев обращения к реальным объектам.
С помощью Google Glass и других подобных устройств, которые вот-вот появятся в свободном доступе, студенты смогут исследовать мир без необходимости отвлекаться.
Новый способ обучения
Кроме того, открываются гигантские возможности для удаленного обучения. Посмотрите на на , например. Учитель физики, Эндрю Ванден Хьювел из Швейцарии, транслировал все происходящее внутри БАК через Google Glass для своих учеников за тысячи километров. Они видели все так, как видел он. Функция Hangout здесь особенно полезна для командного сотрудничества при выполнении проектов и заданий.
В других случаях студенты могут видеть дополнительную интерактивную информацию, например, об исторических артефактах, чтобы узнать больше об их истории. Также может преобразиться реклама, если очки будут распознавать изображения в реальном мире и взаимодействовать с ними.
2. 3D-принтер
Что может быть лучшим подарком для вашего 10-летнего сына, чем набор LEGO? Например, детский 3D-принтер. Такая вещица должна быть в каждом классе. Ученики будущего смогут распечатать любую нужную 3D-модель для самых разных задач.
Юные инженеры и их учителя - лучший пример людей, нуждающихся в 3D-печати при обучении. В Миннеаполисе одна из школ уже обзавелась принтером Dimension BST, с помощью которого ученики создают дизайнерские прототипы.
3D-принтер позволяет создать рабочую мини-модель (и совсем не обязательно выпиливать ее лобзиком из фанеры), чтобы проверить инженерную конструкцию, поэтому студенты могут отточить свои навыки до мелочей. Сегодня, обладая программами CAD, любой студент может сэкономить массу времени и денег, если дополнит свое оборудование 3D-принтером.
Не будем забывать и о том, что 3D-принтеры постоянно падают в цене, а значит совсем скоро они станут доступны всем и каждому. Кроме того, физические модели развивают абстрактное мышление (у всех в химическом классе были наглядные молекулы?), а значит, если распечатать физическую версию структуры, школьники смогут лучше понять, с чем имеют дело.
3. Облачные вычисления
Отмазка в стиле «мой пес съел мою домашнюю работу» не прокатит с учителями ближайшего будущего. Облачные технологии развиваются, и очень скоро все без исключения аспекты нашей жизни, в том числе и образование, будут подвержены изменениям. В классах будущего школьникам просто понадобится электронное устройство, которое предоставит доступ к домашней работе и другим учебным ресурсам в облаке. Никаких тяжелых учебников, никаких «забыл дневник», все материалы будут доступны до тех пор, пока есть соединение с Интернетом.
Такое удобство предоставит студентам определенную свободу, ведь можно работать над проектами как дома, так и в любом другом месте. «Домашняя» работа не будет такой домашней. Цифровая библиотека будет доступна даже в отсутствии настоящей библиотеки.
Облачные вычисления стремятся виртуализировать классную комнату. Школы могут использовать облачные технологии и создавать онлайн-платформы для обучения студентов. Достаточно просто войти в систему и посещать занятия в виртуальной среде.
Возьмем, к примеру, концепт облачной виртуальной среды обучения (VLE), которая позволяет студентам получить доступ к обучающему контенту и принимать участие в обсуждениях на форумах. Задания или тесты легко можно распространять по всему классу, сводя к минимуму необходимость физически присутствовать студентам, но поощряя взаимодействие и обсуждение; учителям будет отведен другой канал.
4. Социальные сети онлайн
Многочисленные университеты уже зарегистрировались в виртуальном мире Second Life, чтобы предоставить студентам онлайн-платформу для общения друг с другом. Будучи большой частью облачной платформы, такие социальные сети позволяют студентам сосредоточиться на учебе и свободно обсуждать идеи, в то время как учителя будут выступать в роли модераторов.
Важная роль во всем этом отводится учителям, преподавателям и профессорам, которые могут выступать в роли руководства, помогая с ответами и задавая вопросы, моментально загружая информацию в облачную среду. Еще одно преимущество в том, что она служит отличным инструментом обратной связи. Социально-ориентированный подход в обучении в будущем может стать основой.
5. Гибкие дисплеи
Ведение конспектов все еще работает, особенно во время лекций, однако смещается от бумаги к ноутбукам, нетбукам и планшетам. По мере того, как образование становится все более оцифровано, можно с уверенностью говорить, что в будущем бумага отойдет на второй план. Как же сохранить ее удобство?
Ответом могут быть гибкие OLED-дисплеи. Похожие на обычную бумагу, эти дисплеи будут легкие, гибкие и невероятно тонкие. Их можно будет свернуть в трубочку или хранить стопкой.
В отличие от обычной бумаги, эти пластиковые электронные документы не только долговечны (их просто нельзя порвать), но и интерактивны. Свайпы, тапы и щипки помогут раскрыть все удобства такой бумаги.
Вот, к примеру, цифровая бумага от Sony, которая весит всего 63 грамма. Ноутбуки и смартфоны даже в подметки не годятся такой мобильности.
6. Биометрия: отслеживание глаз
Еще одна технология, которая быстро завоевывает признание - это биометрия. Условно биометрию обычно связывают со сферой безопасности, поскольку она использует то, что уникально для каждого из нас: отпечатки пальцев, распознавание лиц, голоса, сетчатки глаза. С точки зрения образования, учреждение могло бы использовать отпечатки пальцев для предотвращения прогулов и при выдаче книг из школьной библиотеки.
Тем не менее, отслеживание глаз также может быть полезно, например, тем, что предоставляет бесценную информацию для учителей. Это же наглядное изображение того, как студент поглощают информацию и понимают содержание. В рекламе эти же исследования помогают определить, как пользователи реагируют на объявление и что конкретно завладевает их вниманием.
Аналогичным образом эта форма анализа может использоваться для выяснения эффективности курса или стиля обучения. Mirametrix, к примеру, использует свой S2 Eye Tracker, чтобы оценить качество обучения студентов за счет того, куда они смотрят во время занятий.
Недорогие альтернативы воплощаются в форме Eye Tribe для Windows и Android, поэтому остается только вопрос времени, прежде чем этими данными будут пользоваться педагоги.
Данные могут быть организованы таким образом, чтобы каждому из учащихся было удобно, то есть в соответствии с его стилем обучения. С другой стороны, модели движения глаз также могут определять поставку контента и выявлять проблемы до того, как они возникнут. Например, в неправильной подаче материала.
7. Мультитач-дисплеи
За последние несколько десятилетий многие увидели появление видеопроекторов в школах, а также переход от обычной меловой доски к белой доске. Вполне возможно, следующим шагом будет нечто, связанное со смартфонами и планшетами. Например, следующая «доска» вполне может стать гигантским сенсорным ЖК-экраном, позволяющим большую интерактивность. Основное различие между нашими нынешними сенсорными устройствами и такой доской будет в том, что она позволит ввод данных сразу от нескольких учеников.
И вместо традиционной доски в классе вполне может быть аналог Samsung SUR40 для Microsoft Surface, гигантский планшет в форме стола. Студенты или ученики могут сидеть вокруг такого стола-планшета, работать с содержимым и перетаскивать изображения так же просто, как делать заметки с помощью виртуальной клавиатуры.
8. Учимся играя
Сегодня дети, растущие в мире, подключенном к Интернету, страдают нехваткой концентрации внимания. Это неудивительно, поскольку уже с детства YouTube, ВКонтакте и смартфоны загружают их обновлениями 24/7, а также предоставляют все ответы по запросу в «гугле» или Википедии.
Чтобы удовлетворить быстроразвивающееся поколение, школам в конечном счете придется отказаться от традиционных методов зубрежки. Сейчас важно не знать массивы информации, а знать, где ее можно достать - и в этом есть свои плюсы и минусы. Тем не менее, есть один способ, позволяющий совместить приятное с полезным: видеоигры.
KinectEDucation, к примеру, представляет единое интернет-сообщество для заинтересованных педагогов и студентов, которые хотят использовать Kinect в учебных целях. Из лучших примеров - изучение языка жестов и игры на гитаре при помощи аппаратного обеспечения от Microsoft.
Другой пример. Профессор из Вашингтонского университета учит математике свой класс, используя Kinect, Wii Remote и PlayStation Move. Хороший уровень интерактивности увлекает студентов и учеников, а информация, тем самым, лучше усваивается.
Другой подход, используемый педагогами, направлен не на геймплей или интерактивность; он подчеркивает то, как студенты могут обучаться в процессе изучения создания игр. Основная идея в Gamestar Mechanic - обучить студентов базовым навыкам создания игр (без сложностей программирования), чтобы те могли создать собственные игры, и тем самым научить их языку, системному мышлению, решению проблем, написанию сценариев, искусству и прочему.
Школьники обучаются проектированию, играя в игру, где они же сами выступают в роли молодых начинающих дизайнеров, проходя квесты, миссии и т.д. ради определенных вознаграждений (зон, в которых можно создать собственные игры). Почти ничем не отличается от ролевых игр современности.
Это показывает, насколько педагоги могут отойти от традиционного преподавания, а студенты - получать удовольствие от обучения. Вполне возможно, что в недалеком будущем дети будут считать обучение увлекательным и захватывающим. Было бы неплохо.
Образование за пределами класса
В будущем образование, возможно, больше не будет ограничиваться формальными институтами, вроде школ и курсов. Дополненная реальность, облачные вычисления, социальные сети и адаптивные системы обучения, использующие технологию отслеживания глаз позволят проводить уроки за пределами стен школы.
Эксперименты и ошибки также будут поощряться, благодаря 3D-печати и игровому подходу, поскольку никаких реальных последствий или бюджетных расходов не будет. Школьники будут относиться к учебе как к отрадной части их жизни, которая требует активного участия, а не как к рутине, скучной и нудной. Впрочем, все мы были детьми.
Хохлова Татьяна Юрьевна
Магистрант
НГПУ ФТП
г. Новосибирск
Аннотация: в статье показана возможность использования AR технологии в образовательной среде с целью визуального моделирования учебного материала, дополнения его наглядной информацией; преимущества и недостатки данной технологии.
Ключевые слова: , образование.
ТЕХНОЛОГИЯ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ОБРАЗОВАНИИ
Технология дополненной реальности в образовательном пространстве стала использоваться относительно недавно. Дискуссия о термине «дополненная реальность» и возможности использования данной технологии в предметной области «информатика» неоднозначно и позволяет говорить о несформированности самого термина. Многие эксперты называют дополненную реальность «улучшенной», «расширенной» и даже «дополнительной». Более точным все же будет название «дополненная реальность», так как данная технология может как дополнять окружающий мир объектами мира виртуального, так и устранять из него объекты.
Так для нас было продуктивным обращение к электронному ресурсу, в котором д ополненная реальность рассматривалась как «ответ современных технологий на проблемные вопросы, которые возникают у нас каждый день. Она более понятна большинству людей, ее проще воплотить, чем виртуальные миры. Дополненная реальность позволяет нам сделать ежедневную реальность богаче. В сочетании с неисчерпаемостью Интернет-ресурсов, ее возможности безграничны.»
В продолжение уточнения можно привести определение дополненной реальности (augmented reality, AR) как «среда с прямым или косвенным дополнением физического мира цифровыми данными в режиме реального времени при помощи компьютерных устройств - планшетов, смартфонов и инновационных гаджетов, а также программного обеспечения к ним» .
На вопрос о возможности использования технологии дополненной реальности в образовании можно ответить утвердительно, ибо данная технология позволяет сделать уроки увлекательными, интересными, понятными.
С помощью дополненной реальности можно «оживить» статичные страницы книг и учебных пособий, совершить прогулку по джунглям, почувствовать себя участником исторического события.
Однако почти на всех направлениях обучения чаще всего используются электронно-информативные или интерактивные средства. Практически все школы оборудуют кабинеты компьютерной техникой, проекционной аппаратурой, ЭОР и другими современными средствами обучения. Чаще всего возможности этой техники не используются в полной мере. А технология дополненной реальности либо не используется совсем, либо применяется крайне редко. Дополненная реальность может использоваться в изучении любого предмета, будь то физика или история, биология или литература. Уже сейчас можно найти много программ для юных математиков (Pocket Tutor ), начинающих биологов (AR Flashcards ) и другие.
Как и у любой новой технологии у AR есть свои преимущества и недостатки. С одной стороны она позволяет значительно расширить возможности образовательного процесса. Мнение американского философа и педагога Джон Дьюи: « Если мы будем учить сегодня так, как учили вчера, мы украдем у детей завтра», произнесенное в начале 20 века актуально и сегодня. Школа должна идти в ногу со временем и демонстрировать детям то, с чем им придется работать в самое ближайшее время.
Недостатки этой технологии выходят за рамки образовательного процесса и связаны, в первую очередь, с социальными последствиями (применение контактных линз с дополненной реальностью, проблемы, связанные с конфиденциальностью информации ).
Каким образом можно использовать технологию дополненной реальности в образовательном процессе. В первую очередь как вспомогательное средство для максимизации наглядности и интерактивности изучаемого предмета, более глубокого погружения в него, проведения виртуальных лабораторных работ. Использование дополненной реальность и 3 D моделирования совместно мотивирует учащихся к изучению программирования и 3 D моделирования. Данная технология может быть использована при выполнении проектных заданий, для визуализации результатов работы обучающихся над проектом, сделав его максимально интерактивным.
Таким образом, технология дополненной реальности позволяют педагогу вовлечь учащихся в исследование, разрабатывая для этого учебные ситуации, использовать современные технологии, инструменты и способы деятельности для достижения качественного результата.
По мнению Катхановой И.Ф. и Бестыбаевой К. И. на данный момент нет возможности применения AR в образовательном процессе, так как нет какой-либо единой методологии применения технологии дополненной реальности в образовательной среде . Не так уж и много приложений, которые можно использовать в образовании, но, тем не менее, дополненная реальность – это наиболее результативный способ познания окружающего нас мира, и путь, по которому мы рано или поздно пойдем, потому что живем в стремительно развивающийся век информационных технологий.
Список литературы
Дополненная реальность=школа будущего [Электронный ресурс] http :// evtoolbox . ru / ev - toolbox / education (дата обращения 20.12.16)
Что такое дополненная реальность? [Электронный ресурс] (дата обращения 20.12.16)
Как технология дополненной реальности помогает в образовании детей. [Электронный ресурс] (дата обращения 20.12.16)
Социальные последствия дополненной реальности [Электронный ресурс]
Технология дополненной реальности в образовании. Интерактив плюс. [Электронный ресурс] (дата обращения 20.12.16)
