Дополнительная реальность в образовании

Аннотация. В статье рассматривается применение технологии дополненной реальности в современном образовании, раскрываются особенности использования рассматриваемой технологии в учебном процессе, приводятся примеры применения приложений AR в обучении и варианты использования различных типов технологии дополненной реальности для поддержки образовательных процессов.

Ключевые слова: дополненная реальность, образование, информационные технологии, искусственный интеллект.

Происходящее в настоящее время активное внедрение информационных технологий в систему образования не только оказывает положительное воздействие на результаты обучения и повышает эффективность учебного процесса, но и приводит к созданию инновационных методов, форм и технологий обучения.

Одной из технологий такого типа является технология дополненной реальности. Сам термин «дополненная реальность» (AR – Augmented Reality) был предложен в шестидесятых годах двадцатого века А. Сазерлендом, который определял ее как тип реальности в виде системы наложения компьютерной графики на изображения реального мира [11]. Первые прототипы устройств дополненной реальности появились еще в середине прошлого века, тогда же отмечается и первое использование термина AR. Но, несмотря на это, современная терминология была сформирована только в начале 90-х годов. Примерно в это же время технологии дополненной реальности начали рассматриваться как возможный элемент учебного процесса.

В настоящее время дополненная реальность является объектом внимания и на государственном уровне, в том числе и в Российской Федерации, входя в состав технологий, включаемых в федеральные проекты и документы.

Так, в рамках реализации приоритетного проекта «Цифровая образовательная среда» предполагается выполнить ряд мероприятий с целью развития возможностей смешанного обучения, по обмену лучшими практиками онлайн-обучения [9]. При этом к числу результативных образовательных практик относится и дополненная реальность. Интегрирование в процесс преподавания отдельных предметов современных технологий, в том числе виртуальной и дополненной реальности предполагается обеспечить также в рамках Федерального проекта «Цифровая школа» [8].

О сути понятия «дополненная реальность» говорит само название – это технологии, которые дополняют реальность виртуальными элементами. Дополненная реальность является новой интерактивной технологией, представляющей собой результат дополнения поля восприятия любыми сенсорными данными с целью расширения сведений об окружении и улучшения восприятия информации - на объекты реального мира накладывается текстовая, фото- , видео- и другая информация с целью их дополнения [4].

Дополненная реальность не изолирует пользователя от естественного окружения, а просто создает наложение на текущую реальность в поле восприятия, что позволяет черпать информацию одновременно в двух форматах [2]. Получаемое с помощью этой технологии 3D-изображение позволяет визуально проникнуть в иную, виртуальную реальность, что, безусловно, психологически привлекает человека и активизирует его внимание и восприимчивость к информационной составляющей [1].

Можно выделить два основных варианта построения дополненной реальности: на основе координат местоположения пользователя и на основе маркеров. Безмаркерные технологии зачастую применяется в мобильных устройствах, и строятся посредством специальных датчиков: акселерометра, гироскопа, магнетометра, GPS-приёмника. В настоящее время более распространенными являются маркерные технологии, в которых под маркером обычно понимается объект, расположенный в окружающем пространстве, который обнаруживается и анализируется специальным программным обеспечением для последующего создания виртуального объекта. На основе информации о положении маркера в пространстве, программа может достаточно точно спроецировать на него виртуальный объект, при этом будет достигнут эффект его физического присутствия в окружающем пространстве [7].

Еще одним вариантом объединения реальных и виртуальных объектов является использование проекционного дисплея, когда трехмерная модель компьютерного изображения создает реалистичный объект. Основными устройствами ввода, при этом используемыми в дополненной реальности, являются сенсорные перчатки, содержащие датчики на каждом кончике пальца и позволяющие управлять виртуальными объектами с помощью камеры [5].

В учебном процессе в том или ином виде используются все приведенные выше варианты. Так, безмаркерные технологии дополненной реальности на основе использования координат пользователя и технологии с использованием специальных перчаток позволяют выполнять опыты без реальных изменений действительности, представляя собой интерактивную среду, где реальная жизнь изменяется виртуальными вещами в реальном времени [10].

Маркерная технология используется в системе образования более часто. Так, в настоящее время проходят апробацию (в рамках отдельных экспериментальных исследований) учебники с использованием технологий дополненной реальности. Главное преимущество такого использования дополненной реальности состоит в том, что она позволяет практически мгновенно «оживлять» обычные печатные страницы учебника (за счет перехода от плоского рисунка к объемному изображению, фрагменту фильма, анимации явления или процесса). Этот процесс уже не носит развлекательный характер, а позволяет информационно обогатить содержимое книги, дать больше наглядных знаний, усилить образовательный эффект [2]. В России уже издаются учебники с дополненной реальностью, причем приоритетной предметной областью в этой связи оказалась физика [7].

С помощью этой технологии можно добавить в статичные страницы книги выразительную анимацию, превратить чтение в увлекательную игру и интересное приключение вместе с героями произведения, а также упростить воспроизведение аудио- и видео- контента, прилагающегося к бумажной книге [1].

Интеграция систем дополненной реальности в мобильные устройства привела к увеличению числа приложений, работающих благодаря этой технологии. Применение таких приложений на занятиях представляет собой новый инновационный метод реалистичного обучения. Достаточно популярным вариантом является использование в учебном процессе приложения «Plickers» при проведении фронтальных опросов и осуществлении рефлексии. Это приложение способно заменить применение дорогостоящей системы голосования, удобно в использовании и позволяет видеть результаты голосования аудитории в режиме реального времени [4].

Технологии дополненной реальности могут быть использованы во время изучения любых предметов - от математики до изобразительного искусства. Для создания собственных моделей дополненной реальности или использования готовых педагоги могут воспользоваться такими программами как Pocket Tutor, ARKit, ARCore, HP Reveal и др. С их помощью можно создать мини-уроки или задания, в которых при наведении камеры смартфона на метку в задании будет запускаться видеолекция или анимация, на основе которых педагог может объяснять теоретические аспекты или давать решение практических задач [6].

Технологии дополненной реальности могут быть включены и в состав интернет-сервисов. Например сервис walla.me (http://walla.me) позволяет на любой вертикальной/горизонтальной поверхности оставлять надписи, видимые только при сканировании ее приложением. Такой сервис можно использовать для организации игр по станциям и различных квестов.

При использовании дополненной реальности ученик имеет возможность управлять AR объектами (поворачивать, перемещать их, изменять масштаб, рассматривать с разных сторон, вызывать поясняющие надписи) – это в совокупности не только дает импульс к развитию пространственного мышления, но и позволяет воспринять изучаемый объект более полно и глубже, что сказывается на уровне его познания [2].

Несмотря на то, что в настоящее время еще отсутствуют результаты серьезных исследований использования технологий дополненной реальности в учебном процессе, эффективность использования AR уже подтверждается результатами исследований, проводимых различными корпорациями. Так, например, отмечается, что внедрение AR позволяет повысить производительность работы на 50%, на 80% сократить число совершаемых работниками ошибок, а время рабочего цикла уменьшить на 38%. Эти цифры демонстрируют потенциал эффективности AR и в других отраслях [6].

Из минусов использования данной технологии можно отметить, что на сегодняшний день ещё не сформирована единая методология применения технологии дополненной реальности, да и самих образовательных, а не развлекательных приложений дополненной реальности достаточно мало [3].

Вместе с тем, на наш взгляд, дополненная реальность является серьезным прорывом в способе подачи образовательного материала и в технологии работы с ним на любом уровне обучения. Вероятно, данная технология постепенно займет свое место в образовании, позволив повысить уровень вовлеченности обучающихся в учебный процесс.