XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ШКОЛА БУДУЩЕГО-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ОБРАЗОВАНИИ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Быстрое развитие наук и технологий позволяет человеку воспринимать альтернативный мир, который отличается от реальности. Термин «виртуальная реальность» обозначает технический мир, передаваемый человеку через его органы чувств: зрение, обоняние, осязание и т.д. Виртуальная реальность имитирует как действие, так и реакции на воздействие. Объекты виртуальной реальности обычно ведут себя одинаково по поведению аналогичных объектов материальной реальности. Пользователь может воздействовать на эти объекты в согласии с реальными законами физики.
Дополненная реальность (augmented reality) – это технологии позволяющие отображать окружение различными объектами компьютерной
графики, а также совмещать изображения, поступившие от разных источников. Дополненная реальность, в отличии от виртуальной, лишь увеличивает отдельные искусственные элементы в восприятие мира реального.
Особую роль технологий дополненной реальности стоит отметить в области образования. Используя данные технологии, становится возможным изготавливать качественно новые методические материалы, интерактивные учебные пособия, виртуальные лабораторные стенды. С использованием технологий дополненной реальности мы можем визуализировать любое понятие, посмотреть и, что самое существенное, исследовать любой объект реального мира.
1 Общая характеристика работы
Классические учебные пособия и учебники не всегда в полной мере отвечают притязаниям «цифровых учеников», стремящихся успеть везде и незамедлительно. О необходимости реформации существующей на данный момент системы образования, сегодня говорят все, даже те, чья сфера деятельности далека от образования.
Существующие электронные учебники и пособия не редко представляют собой или оцифрованные бумажные версии материалов с минимальным интерактивом, не несущие за собой большой образовательной ценности.
Одним из направлений развития технологий подготовки электронных образовательных ресурсов является технология дополненной реальности, использование которой возможно наряду с учебными демонстрациями, электронными учебниками (пособиями), учебным видео и анимацией, средствами автоматического контроля знаний. Не менее интересной задачей является внедрение объектов дополненной реальности в существующие электронные образовательные ресурсы и печатные издания.
Использование учебников с дополненной реальности позволяют нетолько визуализировать учебный материал, но и совмещать виртуальную реальность с физическим окружением, соприкоснуться с миром 3D, а значит сделать его более ярким, насыщенным, запоминающимся и даже более близким современным ученикам.
Несмотря на то, что технология дополненной реальности действительно является актуальной и обладает рядом преимуществ перед традиционным обучением, возникает ряд проблем ее внедрения в образование. Главными проблемами внедрения AR-технологии в образовании является недостаточное количество готовых разработанных русскоязычных мультимедийных пособий и учебников [4].
Цель работы - разработать живые иллюстрации учебника по окружающему миру с дополненной реальностью.
Объект исследования – технология дополненной реальности для создания живых изображений.
Предмет исследования – раздел учебника окружающего мира с дополненной реальностью.
Задачами работы являются:
изучить понятие дополненной реальности;
рассмотреть возможность применения дополненной реальности для обучения;
выбрать объекты для создания живых иллюстраций;
создать живые иллюстрации.
В ходе выполнения работы была выдвинута следующая гипотеза: обучение будет более интересным и будет лучшее понимание материла, если использовать в процессе обучения технологию дополненной реальности.
В ходе написания работы использовалась следующая методология: логический метод – анализ, обработка и сравнение различных данных и источников; моделирование и практический подход.
Практическая значимость работы заключается в том, что предложенную разработку можно использовать для создания живых иллюстраций на уроках по другим предметам для повышения интереса и мотивации учащихся к получению знаний.
2 понятие дополненной реальности и основные характеристики
Для однозначности понимания понятия дополненной реальности и технологии дополненной реальности приведем ряд определений этих терминов.
1. «Дополненная реальность» (augmented reality, AR) –термин, обозначающий системы, в которых окружающая действительность снабжается (дополняется) различными виртуальными объектами» [3]. Из данного определения можно сделать вывод о том, что дополненная реальность – это название некой новой системы, дополняющей (расширяющей) реальную действительность. Однако данное определение не позволяет понять физическую сущность данного образования.
2. «Дополненная реальность ‒это совмещение на экране двух изначально независимых пространств: мира реальных объектов вокруг человека и виртуального мира, созданного на компьютере» [5].
3. «Дополненная реальность ‒ это среда, в реальном времени дополняющая физический мир, каким мы его видим, цифровыми данными с помощью каких-либо устройств‒ планшетов, смартфонов и т.д., и программной части»[7].
Из данных определений можно сделать вывод, что дополненная реальность строиться из реального мира и цифровых данных, хранящихся на каком-то физическом устройстве.
Дополненная реальность очень эффективно влияет на образовательный процесс человека. Дело в том, что AR создает эффект присутствия, очень ясно отображает связь между реальным и виртуальным миром. 3D - изображение погружает человека в другую, виртуальную реальность, а движущиеся в нем объекты психологически и эмоционально привлекают человека, при этом активируя его внимание и восприимчивость к информационной составляющей. Вне зависимости от изучаемого предмета дополненная реальность привлекает к обучению учеников любого возраста своей простотой, наглядностью, красочностью и, самое главное, понятностью. AR-технологии создают привычную и удобную атмосферу для большинства школьников и повышают мотивацию к получению новых знаний [2].
Пользуясь приложениями с дополненной реальностью, ученики могут управлять объектами AR: перемещать их, поворачивать, изменять масштаб, рассматривать с разных сторон — другими словами, взаимодействовать с различными интерактивными элементами. Это дает большой импульс к развитию пространственного мышления, повышает качество получаемой информации и её усвоения, делает изучаемый предмет более привлекательным, способствует увеличению уровня познания. Благодаря синхронному объединению визуальной и аудильной информации, которая происходит в реальности, создается полное погружение в информационную среду и активизируется интерес к ее восприятию. Ученики могут с равной степенью достоверности восприятия увидеть во всех подробностях известные музейные экспонаты, увидеть опасные физические и химические явления, провести экпериментально-практические работы на виртуальном оборудовании, которые в реальных условиях проблематично осуществить [6].
Обучение с использованием дополненной реальности имеет также и материальные плюсы: исчезнет потребность в приобретении стендов, громоздких плакатов, досок и прочих наглядных пособий, сократятся расходы на печать бумажных учебников. Размещенный перед камерой двумерный маркер, с которого считывается и анализируется вся информация - вот и все, что необходимо для получения эффекта дополненной реальности.
Использование дополненной 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 несколько основных достоинств применения AR технологий в образовании:
1) Наглядность. Используя 3D-графику, можно подробно 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. Дополненной реальность способна не только дать сведения о самом явлении, но и продемонстрировать его с любой степенью детализации.
2) Безопасность. При изучении явлений, угрожающих жизни и здоровью обучающихся, на помощь приходят учебники с дополненной реальностью.
3) Вовлечение. Дополненная реальность позволяет менять сценарии, влиять на ход эксперимента или решать математическую задачу в игровой и доступной для понимания форме. Во время дополненного урока можноувидеть мир прошлого глазами исторического персонажа, отправиться в путешествие по человеческому организму и т.д.
4) Виртуальные уроки. Вид от первого лица и ощущение своего присутствия в нарисованном мире — одна из главных особенностей дополненной реальности.
Однако помимо всего, данная технология имеет ряд недостатков.
1) 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.
2) Функциональность. Дополненная 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 AR-приложений не используют все возможности виртуальной реальности и, как следствие, не выполняют своей функции [1].
Был проведен ряд экспериментов, при которых одной группе детей во время уроков демонстрировали наглядный материал с AR, а второй группе — обычные плакаты и схемы. Было выявлено, что в той группе, где использовалась дополненная реальность, процент усвоения информации детьми приблизился к 90 %, возрос уровень дисциплины и удавалось удержать внимание порядка 95 % аудитории, тогда как в группе с двумерными пособиями все показатели были вдвое и втрое меньше. Также было выявлено, что трехмерное изображение стимулирует мышление, развивает моторику, мимику, внимание и повышает степень усвоения, запоминания и, что самое главное, понимания информации.
Один из важных моментов заключается в том, что AR создает эффект присутствия, очень ясно отображает связь между реальным и виртуальным миром. 3D-изображение позволяет визуально проникнуть в иную, виртуальную реальность, что, безусловно, психологически привлекает человека и активизирует его внимание и восприимчивость к информационной составляющей. Вне зависимости от изучаемого предмета дополненная реальность помогает повысить его привлекательность для учеников любого возраста и увеличивает мотивацию к получению знаний.
Проанализировав текущую ситуацию в образовании, мы пришли к выводу, что на современном этапе наилучший вариант — это книги с дополненной реальностью (ARB, Augmented Reality Book). Они обладают следующими очень существенными преимуществами: Не требуется кардинальное изменение методики преподавания. Мы не ликвидируем бумажные учебники, к которым за много веков привыкли и педагоги, и обучаемые, а расширяем возможности учебника.
3 Разработка живой части учебника
Для примера, в качестве объектов для создания живых иллюстраций мы выбрали планеты нашей солнечной системы. Я это ещё не изучала на уроках окружающего мира, но мне это интересно.
Создание AR (augmented reality) приложения осуществляется на движке Unity с использованием плагина Vuforia Engine. На сайте https://developer.vuforia.com/ создается новый проект и соответствующая ему база меток.
В качестве меток могут служить практически любые изображения. Качество метки определяется количеством звездочек в столбце “Rating”, от 3 и больше метка считается рабочей и может использоваться в приложении (рисунок 1). Наибольшую трудность в выборе меток для планет составляет то, что большинство планет, соответственно их изображения плохо подходят для считывания, поэтому для планет с однородной текстурой используются QR метки.
Рисунок 1. Качество меток для проекта
После создания проекта в Unity и производится его настройка. Во вкладке «File – Build Settings…» производится выбор платформы, в данном случае Android. Затем во вкладке « Player Settings…» записывается название приложения, выбирается версия Android (Выше 4.4 ‘KitKat’), и включается плагин Vuforia. Затем база меток импортируется в Unity. В среде Unity производится расстановка меток и соответствующих им объектов.
Объекты создаются из готовой сферы и «натянутой» на неё текстуры планеты. Также добавлены C# скрипты для придания планете вращения и фокусировки камеры устройства.
Рисунок 2. Процесс создания и настройки объектов
После привязки объектов производится компиляция приложения и установка его на устройство.
В приложении А показаны созданные метки для всех 8 планет нашей солнечной системы, в приложении Б показаны созданные страницы для учебника окружающего мира.
Вывод: с помощью технологий дополненной реальности мы можем исследовать любой объект реального мира, при этом обучение будет более интересным и будет лучше понимание материала. Тем самым, подтверждается наша гипотеза. Считаю, что поставленная мною цель достигнута в полном объёме, и в качестве перспективы на будущее, имеется возможность развития данной идеи для оживления других разделов учебника по окружающему миру или других предметов..
заключение
В настоящее время всё больше возникает необходимость в создании «живых» учебников, так как это, несомненно, способствует более глубокому восприятию информации учениками. В ходе написания работы выявились, как положительные, так и отрицательные тенденции внедрения AR-технологии в образование. К положительным можно отнести наглядность, воспроизводимость, интегрированность, мультимедийность, а главным недостатком внедрения AR-технологий в образование является высокая стоимость, объем и функциональность.
Все выше сказанное, вызвало необходимость в создании живого учебника по окружающему миру, в частности изучения планет нашей солнечной системы. Выбор учебника был сделан не случайно, так как процесс обучения окружающему миру начинается с начальных классов, и для того чтобы активизировать познавательный интерес школьников было принято решение в создании живых иллюстраций.
Список использованных источников
1. Арсентьев Д.А. Внедрение элементов дополненной реальности в учебно-методическую литературу / Д.А.Арсентьев // В сборнике: Университетская книга: традиции современность материалы научно- практической конференции. – 2015 – С.18-22.
2. Зайцева А.О. Разработка мобильного приложения для захвата и визуализации стереоизображений [Текст]. — Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е.В.Арменского. Материалы конференции. - М.: МИЭМ НИУВШЭ, 2016.
3. Капустина Е.В., Гавриков И.В. Технология дополненной реальности в обучении и воспитании// Новые технологии в образовании. М.:Перо, 2015.С.77-80.
4. Кириллов Д.Ю., Ильина Л.А. Создание 3D-панорам // В сборнике: Информатика и вычислительная техника сборник научных трудов. Чебоксары, 2016. С. 96-97.
5. Кравченко Ю.А., Лежебоков А.А., Пащенко С.В. Особенности использования технологии дополненной реальности для поддержки образовательных процессов// Открытое образование, 2014. №3.С.49-54.
6. Лисовицкий А. Оживление искусства с дополненнойреальностью. [Электронный ресурс]. - Режим доступа:URL:http://arnext.ru/articles/ozhivlenie-iskusstva-s-dopolnennoy-realnostyu-3611. (дата обращения: 10.01.2020).
7. AR –Дополненная Реальность [Электронный ресурс]. - Режим доступа:URL: https://habr.com/ru/post/419437/ (дата обращения: 10.01.2020).
П
Джузеппе Арчимбольдо
«Голова и корзина с фруктами»
риложение А
|
Марс |
Меркурий |
|
Нептун |
Уран |
|
Венера |
Земля |
|
Сатурн |
Юпитер |
Приложение Б