ИСПОЛЬЗОВАНИЕ AR-ТЕХНОЛОГИЙ В СФЕРЕ ОБРАЗОВАНИЯ

УДК 004.584

Пинчук А.С., студент
Карабчевский В.В., заведующий кафедры КМД

ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк
Кафедра компьютерного моделирования и дизайна
sarosgend@gmail.com karabchevski@mail.ru

Аннотация

Пинчук А.С. Карабчевский В.В. Использование AR-технологий в сфере образования. В статье рассмотрены особенности AR-технологий и способы их применения в сфере образования, а также проанализированы преимущества и недостатки использования технологии в образовательном процессе.

Ключевые слова: дополненная реальность, образование, обучение, процесс, технология.

Введение

С развитием информационных технологий в современном мире, образование приобретает новое формы развития. Одним из самых перспективных направлений в образовании является применение технологии дополненной реальности (AR). AR трансформирует учебный процесс, позволяя взаимодействовать с реальным миром и дополнять его цифровой информацией и объектами.

AR технологии предоставляют уникальные возможности обогащения учебного процесса, сделав его более интересным и интерактивным. Современные ученики и студенты, живут в цифровой эпохе и поэтому требуют новых подходов к обучению. AR открывает перед образованием бескрайние перспективы. В данном контексте важно понимать, какие преимущества и вызовы сопутствуют внедрению AR в образование и какие перспективы развития данной технологии можно ожидать в будущем. В данной работе мы рассмотрим важность и потенциал использования AR-технологий в сфере образования.

Цель работы – исследование и рассмотрение особенностей применения технологии дополненной реальности (Augmented Reality (AR)) в сфере образования, а также выявление преимуществ и недостатков AR в учебном процессе.

Постановка задачи

Для достижения указанной цели доклада мы ставим перед собой следующие задачи:

Провести обзор и введение в понятие Augmented Reality (AR) и его основные особенности в контексте образования.
Рассмотреть преимущества и потенциал использования AR в учебных материалах, виртуальных лабораториях и практических занятиях.
Рассмотреть несколько популярных приложений для AR, которые используются в сфере образования.

Дополненная реальность (AR) — это технология, которая объединяет реальный мир и виртуальные объекты или информацию, дополняя окружающую среду пользователя цифровыми данными. В AR-технологии виртуальные элементы накладываются на реальное окружение, что позволяет пользователям взаимодействовать с обоими средами одновременно. AR меняет способ восприятия окружения, делая его более интерактивным и информативным.

Основные особенности дополненной реальности. Смешанная среда как сочетание виртуального и реального позволяет расширить представление о происходящих процессах в окружающей среде. Интерактивное взаимодействие человека со средой в режиме реального времени: обновленные сенсорные данные формируются не в новой, а вполне привычной среде. Размещение любых объектов в конкретной среде, в которой они изначально отсутствуют, позволяет смоделировать наиболее необычные практики для осуществления образовательных задач. Именно отрисовка дополнительных стрелок и знаков в различных обучающих материалах позволяет указать на определенные объекты, сделав их более наглядными для восприятия.[1]

Первые коммерческие продукты, использующие AR-технологии, начали появляться в 1990 годы. Компания Boeing использовала систему AR для облегчения сборки самолетов, а также для обучения техников. Такие системы позволили сократить время и улучшить точность рабочих процессов. С развитием мобильных устройств, таких как смартфоны и планшеты, AR стало доступным для массового потребителя. Первые мобильные приложения AR позволили пользователям взаимодействовать с дополненными объектами и информацией на своих устройствах. Развитие AR технологий ускорилось благодаря таким технологическим инновациям, как маркерное AR (использование физических маркеров для определения положения виртуальных объектов), безмаркерное AR (определение положения с помощью камеры и датчиков устройства) и разработке AR-очков. Компании, такие как Google (с их проектом Google Glass) и Microsoft (с HoloLens), внедрили AR-технологии в различные сферы повседневной жизни.

Сейчас с развитием мобильных приложений и устройств AR стало широко используемой технологией в различных сферах, включая образование, медицину, развлечения, рекламу и многое другое.[2]

Технология дополненной реальности (AR) стала значимым инструментом для образования в школах и Вузах, так как она способствует более интересному и эффективному обучению. Рассмотрим некоторые способы дополненной реальности в школах:

Интерактивные учебники и учебные материалы. Учебники и учебные материалы могут быть дополнены элементами AR. Студенты могут использовать мобильные устройства, чтобы сканировать страницы учебников и получать доступ к дополнительным интерактивным элементам, таким как 3D-модели, видеоуроки и аудиофайлы. Это делает учебный процесс более увлекательным и интересным.
Виртуальные лаборатории. В образовании важную роль играют практические занятия и эксперименты. AR позволяет создавать виртуальные лаборатории, где ученики могут проводить различные эксперименты в безопасной среде. Например, они могут изучать и рассматривать химические реакции или физические законы. Студенты могут проводить эксперименты и исследования в виртуальной среде, что сокращает затраты на материалы и оборудование и увеличивает безопасность. В медицинских вузах AR используется для обучения студентов медицинским процедурам и хирургическим навыкам. Студенты могут тренироваться на виртуальных операционных столах и моделях человеческого тела.
Интерактивные исторические и географические уроки. AR позволяет учителям создавать интерактивные уроки о истории и географии. Ученики могут использовать мобильные устройства, чтобы исследовать исторические места, архитектурные памятники и географические объекты. Благодаря этому уроки становятся более наглядными и запоминающимися.
Обучение иностранным языкам. AR-технологии могут быть использованы для обучения иностранным языкам. Студенты могут сканировать тексты на других языках и получать мгновенные переводы.
Мотивация и вовлечение. Использование AR технологий в учебных целях может сделать обучение не только более интересным, но и мотивирующим. Ученики часто более вовлечены, когда уроки становятся интерактивными и визуально привлекательными.
Дистанционное обучение и онлайн-курсы. AR позволяет создавать интерактивные сессии дистанционного обучения. Студенты могут взаимодействовать с преподавателем и другими студентами в виртуальных аудиториях, создавая ощущение присутствия.
Проекты и исследования. Студенты могут использовать AR для создания проектов и исследований. Например, они могут разрабатывать виртуальные модели и прототипы для своих проектов и представлять их в расширенной реальности.
Содействие исследовательской работе. AR может быть полезной в научных исследованиях. С помощью AR исследователи могут визуализировать сложные данные, создавать виртуальные модели объектов и анализировать результаты исследований. AR технологии приносят новые возможности в сферу образования, расширяя горизонты обучения и позволяя студентам более глубоко понимать учебный материал. Они стимулируют воображение и интерес к учению, делая обучение более доступным и захватывающим.[3]

Технология дополненной реальности особенно применима к коррекционному образованию: она позволяет воспитанникам с отклонениями в развитии более тесно взаимодействовать с окружающим миром в процессе обучения, концентрируя внимание ребенка на информации и вызывая интерес (что в обычных условиях сделать достаточно проблематично).

Кроме того, использование технологий дополненной реальности при соблюдении основных мер здоровья сбережения не вызывает зависимости у человека, так как оно имеет отношение именно к более наглядному представлению информации, ее раскрытию и визуализации, нежели к затягивающей игре.[4]

Однако несмотря на то, что дополненная реальность обеспечивает множество преимуществ в образовательных учреждениях, у неё также есть некоторые минусы и проблемы, связанные с использованием, проблемами педагогики и обучения. Будучи новой технологией, AR иногда становится очень сложным инструментом для тех, у кого нет технологических способностей. Это может привести к потере времени для студентов и может потребовать чрезмерного дополнительного времени для чтения лекций, что влияет на эффективность обучения. Кроме того, другая проблема связана с негибкостью контента в AR-системах. В этой ситуации учителя не могут вносить изменения для удовлетворения потребностей учащихся или для достижения учебных целей. Внедрение дополненной реальности в классах может быть затруднено из-за сопротивления среди учителей. Так как данный инновационный подход довольно сильно отличается от традиционных методов.

Кроме того, следует учитывать, что при организации инновационной учебной деятельности возникают трудности, связанные с необходимостью охватить определенный объем содержания за определенный промежуток времени. Учителя и преподаватели зачастую не имеют достаточной подготовки для решения технических проблем, возникающих при сбоях в работе дополненной реальности. Однако важно, чтобы они приобрели необходимые навыки, чтобы избежать ситуаций, когда учебный дизайн дополненной реальности разрабатывается специалистами по информационным и коммуникационным технологиям, имеющими ограниченное представление об эффективной педагогике.

Когнитивная перегрузка и путаница, связанные с использованием дополненной реальности, также должны рассматриваться в контексте обучения. Это может быть связано с чрезмерным объемом материала и сложностью заданий, которые представляют собой проблему для студентов и их образовательного процесса. Студентам приходится справляться с большими объемами информации и использовать несколько технологических устройств, что может привести к многозадачности. Кроме того, дополнительную проблему для студентов представляет отсутствие необходимых навыков, таких как совместная работа, технологические манипуляции и пространственная навигация, которые требуются в средах дополненной реальности. Смешение реальности с интерактивными элементами может вызвать у студентов замешательство, что не способствует эффективному обучению.

Использованию AR технологии в системе образования также препятствуют: достаточно высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения, позволяющего создавать качественные решения для системы образования; техническая и программная ограниченность при создании среды, сочетающей объекты «живой реальности» и «цифровой реальности». Также зафиксированные негативные последствия при длительном использовании технологии (рассеянность внимания и фокуса, потеря координации).[5]

Для внедрения дополненной реальности в образовательный процесс существует несколько известных приложений, которые активно используются учителями и преподавателями в образовании. Это Google Expeditions, Merge Cube и Anatomy 4D.

Google Expeditions: Google Expeditions позволяет учителям создавать виртуальные экскурсии и уроки с использованием AR и виртуальной реальности (VR). Ученики могут исследовать различные места и события в 3D-формате, что делает учебный материал более наглядным и интересным.

Merge Cube: Merge Cube — это физический куб, который становится виртуальным объектом при использовании приложения Merge Cube. Студенты могут сканировать Merge Cube и взаимодействовать с различными виртуальными объектами и сценами, что делает его отличным инструментом для обучения науке и геометрии.

Anatomy 4D: Anatomy 4D — это приложение, предназначенное для изучения человеческой анатомии. Студенты могут сканировать изображения анатомических моделей, чтобы увидеть трехмерные визуализации внутренних органов и систем. Это приложение полезно для медицинских и биологических исследований.

Эти приложения предоставляют студентам и учителям возможность взаимодействовать с дополненной реальностью, чтобы сделать обучение более интерактивным и наглядным.

Выполним сравнение приложений Google Expeditions, Merge Cube и Anatomy 4D по следующим критериям: Назначение и область применения, Доступность и совместимость, Визуальные и интерактивные возможности, Удобство использования, а также стоимость и занесём данные в таблицу.

Таблица 1. Сравнение популярных образовательных приложений дополненной реальности

Критерий	Google Expeditions	Merge Cube	Anatomy 4D
Назначение и область применения	Обширные возможности создания виртуальных экскурсий и уроков в разных областях	Идеально подходит для обучения науке и геометрии, создает физический объект для взаимодействия	Отлично подходит для изучения человеческой анатомии и медицинских наук
Доступность и совместимость	Доступно на различных платформах, включая смартфоны и планшеты	Доступно на многих мобильных устройствах и совместимо с физическим Merge Cube	Доступно на смартфонах и планшетах
Визуальные и интерактивные возможности	Обширные визуальные и интерактивные возможности	Предоставляет физический объект для взаимодействия и более крупные трехмерные модели	Позволяет просматривать трехмерные модели человеческой анатомии
Удобство использования	Относительно прост в использовании как для учителей, так и для студентов	Удобен в использовании и прост для понимания	Прост в использовании для студентов, интересен для изучения анатомии
Стоимость	Бесплатно для учителей и студентов	Относительно доступен в плане цены для учебных заведений	Бесплатно для скачивания

Таким образом видно, что каждое из этих приложений имеет свои преимущества и недостатки, и выбор зависит от конкретных образовательных целей и потребностей. Google Expeditions предоставляет широкий спектр возможностей, Merge Cube хорош для изучения науки и геометрии, а Anatomy 4D подходит для изучения анатомии.

Выводы

Таким образом, внедрение технологии дополненной реальности (AR) в сфере образования является актуальным и важным шагом в современном образовании. Эта технология предоставляет образовательным учреждениям, учителям и студентам множество преимуществ, которые делают обучение более интересным и эффективным. AR позволяет создавать интерактивные и наглядные уроки, которые делают обучение более доступным и запоминающимся. Студенты могут взаимодействовать с виртуальными объектами и получать непосредственный опыт. Использование AR в образовании стимулирует интерес и мотивацию студентов. Учебный процесс становится более увлекательным. Дополненная реальность расширяет горизонты обучения, позволяя создавать виртуальные лаборатории, экскурсии и интерактивные учебники. Это особенно важно в областях, где доступ к реальным ресурсам ограничен. С использованием технологий дополненной реальности можно усовершенствовать дистанционное обучение, создавая виртуальные аудитории и сессии, которые улучшают связь между преподавателем и студентами.

AR является частью технологической революции, и студенты, обучающиеся с использованием AR, получают опыт работы с современными технологиями, что подготавливает их к будущим вызовам и возможностям.

Развитие технологии AR продолжается, и она становится все более доступной и широко применяемой. Такие компании, как Google, Apple и Microsoft, инвестируют в AR и разрабатывают новые инструменты для образования.

Технология дополненной реальности актуальна и перспективна для сферы образования. Она обогащает обучение, повышает мотивацию студентов и предоставляет учителям новые инструменты для создания увлекательных и эффективных уроков. Развитие этой технологии будет продолжаться, и ее интеграция в образование продолжит улучшать качество обучения и подготовку студентов к будущим вызовам.

Литература

Роль и место AR-технологий в современном образовании [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lahmeneffaa.gitbook.io/nto.game.vr/ar/modul-6.-obrazovatelno-prosvetitelskie-meropriyatiya-s-ispolzovaniem-ar-tekhnologii/rol-i-mesto-ar-tekhnologii-v-sovremennom-obrazovanii . - Яз.русск.
Технологии AR и VR в образовании [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/companies/vk/articles/435996/
РБК Компании [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://companies.rbc.ru/news/X7kIsGtiCa/primenenie-dopolnennoj-realnosti-v-sfere-obrazovaniya/ . – Яз. русск.
Augmented Reality: Current and New Trends in Education [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.mdpi.com/2079-9292/12/16/3531 свободный. - Яз.англ.
Бижанов, Е. Г. Технологии дополненной реальности в образовательной сфере (обзор) / Е. Г. Бижанов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 31 (321). — С. 10-12. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://moluch.ru/archive/321/72914/