Использование технологий дополненной реальности для организации лабораторных работ по физике в 8 классе

ВВЕДЕНИЕ


Формулировка проблемы в целом и ее связь с важными научными и практическими задачами. Возможность визуализации информации, имеющей сложный абстрактный характер, делает компьютерные технологии эффективным и мощным инструментом для изучения многих понятий физики путем создания и построения динамических образов и моделей дополненной реальности. Это облегчает усвоение понятий, вызывает у учащихся стремление к формулированию оригинальных гипотез, способствует развитию когнитивных компонентов мышления.
Образы физических явлений часто формируются с помощью сложных и не всегда доступных средств. Средства дополненной реальности делают эти задачи все более разрешимыми. С помощью современных технических средств возможна визуализация невидимых объектов и явлений, частиц, звука, а также формирование абстрактных теоретических понятий, то есть создание определенного дидактического образа-модели, которая всегда имеет три функции: изоморфно-рефлективную, чувственно-зрительную и интегративно-абстрактную. Признаками качественной образовательной наглядности являются доступность восприятия, достоверность формируемых образов, наглядность основных физических понятий, явлений и процессов. Дополненная реальность обладает этими особенностями, поэтому разработка и использование в учебном процессе по физике приложений дополненной реальности, отвечающих психолого-педагогическим и методическим требованиям, является важной практической задачей.
Анализ последних исследований и публикаций, в которых рассматривались аспекты данной проблемы и на которые опирается автор; выделение ранее не решенных частей общей проблемы. Следует отметить, что проблеме использования приложений дополненной реальности в учебном процессе посвящено достаточно много работ. Секерин В.Д., Горохова А.Е., Щербаков А.А., Юркевич Е.В. доказали, что использование технологии дополненной реальности поможет повысить эффективность образовательных процессов уже в начальной школе [1]. Отмечено, что ключевой задачей использования технологии дополненной реальности является расширение взаимодействия пользователя с окружающей средой [2-10], а новизна технологии дополненной реальности вызывает большую вовлеченность и интерес студенческой аудитории [11]. Указывается, что дополненная реальность имеет широкие возможности для демонстрации сложных и труднообъяснимых тем в астрономии [12], информатике [13], физики [14] и физике – тепловых и электрических явлений, ядерных реакций, волновой оптики [15, 16]. Корниенко Т.В., Потапов А.А. приложения дополненной реальности (QR Coder, Aurasma, Quiver) используются в школьном печатном издании с целью повышения наглядности и увеличения объема изучаемого материала [18].
Кравченко Ю.А., Лежебоков А.А. считают, что технология дополненной реальности открывает новые горизонты в сфере образования, создавая возможности для дополнения реальных объектов контекстной информацией и эффективной визуализации учебного материала [18]. По мнению Шелевера Л.В., использование дополненной реальности в образовании позволяет развивать у учащихся образное мышление и пространственное воображение [19].
Жигалова О.П., Толстопятов А.В. справедливо указывают на проблему исследования опыта использования технологии дополненной реальности: процесс проектирования и внедрения технологии несоизмерим по времени с процессом организации научно-педагогических исследований. Это означает, что анализ опыта использования технологии, в большинстве случаев, нецелесообразен и не актуален [20]. Возможности и методы использования дополненной реальности особенно интересны в аспекте геймификации образовательного процесса [21]. Приложения дополненной реальности эффективно используются в высшей школе [22, 23, 24] и выступают в качестве инструмента интеграции образовательного контента [25].
Наиболее доступной технологией является мобильная дополненная реальность - Mobile Augmented Reality (mAR). Ее основными особенностями являются использование смартфона или планшета, человеко-машинный интерфейс, широкий набор встроенных датчиков (гироскоп, акселерометр, GPS, датчик давления, влажности, температуры), ввод и обратная связь в реальном времени в интерактивном режиме с помощью сенсорного экрана, дополнительная возможность реагирования на условия окружающей среды, низкая стоимость. В то же время мобильная дополненная реальность имеет ограниченную вычислительную мощность для распознавания изображений.
Целью исследования является теоретическое подтверждение и практическая проверка эффективности использования технологий дополненной реальности на лабораторных занятиях по физике.
Объект исследования – процесс развития формирования интереса к лабораторным занятиям по физике.
Предмет исследования – технологии дополненной реальности на лабораторных занятиях по физике.
Гипотеза исследования – предполагает, что применение технологий дополненной реальности на лабораторных занятиях по физике может повысить эффективность обучения за счет оптимизации работы учителя, создания креативной учебной среды, которая способствует развитию познавательных способностей учащихся.
В соответствии с целью, объектом, предметом и гипотезой были определены задачи исследования:
1. Изучить психолого-педагогическую литературу по проблеме исследования.
2. Раскрыть роль и место технологий дополненной реальности в образовании;
3. Рассмотреть применение дополненной реальности в процессе обучения физике.
4. Изучить использование платформы web-ar.studio;
5. Разработать приложения на основе технологий дополненной реальности для проведения лабораторных работ по физике в 8 классе;
6. Провести анализ результатов экспериментальной работы по использованию приложений дополненной реальности на лабораторных работах по физике в 8 классе.
Для решения поставленных задач использовались методы исследований: анализ научных источников по проблеме исследования, наблюдение, экспериментальный метод, статистическая обработка полученных результатов.
Методологической основой стали труды Карлова И.А., Ковалева В.О., Кожевникова Н.А., Аксеновой М.Ю., Мифтяковой Э.Ф. и т.д.
Теоретической основой послужили работы Жауленовой Д.А., Бордовского Г. А., Готской И. Б., Ильиной С. П., Снегуровой В. И. и т.д.
Научная новизна заключается в комплексном подходе к применению технологий дополненной реальности на лабораторных занятиях по физике, включающем разработку методик, анализ эффективности, интеграцию технологий, индивидуализацию обучения и практическое применение полученных результатов.
Практическая значимость исследования заключается в улучшении образовательного процесса, повышении качества и эффективности обучения, мотивации учащихся, а также в подготовке их к требованиям современного информационного общества.
Этапы исследования:
1. Первый (изучение и подбор литературы по проблеме исследования)
2. Второй (разработка программы опытно-экспериментальной работы по исследуемой теме; анализ педагогической, психологической и методической литературы и других источников научной информации по проблеме исследования)
3. Третий (проведение опытно-экспериментальной работы по проверке гипотезы исследования, анализ и обобщение результатов обучающего эксперимента, а также оформление исследования.
Структура выпускной квалификационной работы: работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения.












































ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ШКОЛЕ
1.1. Основные понятия дополненной реальности


Дополненная реальность представляет собой влияние технологий на окружающую нас среду, позволяя добавлять цифровые компоненты к реальности или модифицировать восприятие пользователя через специализированные устройства. Интерактивные технологии обеспечивают наложение виртуальной информации на объекты реального мира в режиме реального времени. Виртуальные элементы могут включать текстовые данные, графику, звуковые эффекты, а также тактильные отклики.
В отличие от виртуальной реальности (VR) и смешанной реальности (MR), дополненная реальность (AR) способствует проецированию виртуальных объектов на реальные вещи. VR создает полностью искусственный мир, в который пользователь может погружаться, а AR сосредоточена на добавлении виртуальных компонентов в уже существующую реальность. Это взаимодействие позволяет пользователю приобретать доступ к более богатой информации о реальном мире, в которой виртуальные элементы служат полезными инструментами для улучшения повседневной жизни.
Что касается истории дополненной реальности, ее истоки можно проследить в ранних разработках, связанных с виртуальной реальностью. В 50-60-х годах XX века Мортон Хейлиг запатентовал устройство Sensorama, использовавшее виртуальные изображения вместе с эффектами движения воздуха и вибрациями. Первое приложение AR появилось в 1968 году, когда профессор Гарварда Айвен Сизерленд и его студент Боб Спроулл создали систему на основе головного дисплея, которая передавала изображения с компьютера, меняя перспективу в зависимости от движения головы пользователя.
Первое значительное применение AR нашло свое место в космических технологиях, когда в 1982 году Ден Рейтон запатентовал систему для мониторинга атмосферных явлений и отображения данных на экранах телевизоров. В 1990 году Том Кодел, исследователь Boeing, ввел понятие «дополненная реальность», описывая использование цифровых дисплеев для помощи в сборке самолетов. Методология, предложенная Коделом, дала новый толчок к развитию AR. В 1994 году Пол Милгром и Фумио Кисино обозначили пространство между реальностью и виртуальностью как «виртуальность — реальность», что дало основу для концепции дополненной реальности.
В 1998 году Рональд Азума выпустил обширный обзор AR, а в 2001 году обновил его на фоне стремительного прогресса технологий компьютерного зрения, представив AR как систему с такими ключевыми характеристиками, как интеграция реального и виртуального миров, работа в 3D и взаимодействие в реальном времени.
Некоторые исследователи считают, что дополненная реальность представляет собой пространство, расположенное между реальным и виртуальным мирами. Она является результатом добавления к реальной среде дополнительных элементов, чаще всего представленных в виде вспомогательной информации [2].
Р. Азума дал такое определение дополненной реальности: это система, которая:
- объединяет виртуальные и реальные элементы;
- функционирует в реальном времени;
- обеспечивает трехмерное отображение объектов [2].
Таким образом, можно определить главную цель дополненной реальности как подачу контекстуальной информации и смыслового наполнения для конкретного объекта или места в реальном мире. В отличие от виртуальной реальности, эта технология не создает симуляций реальности. Вместо этого она использует реальный объект или место в качестве базы и накладывает сверху технологию, позволяющую добавлять контекстные данные для расширения восприятия и знаний пользователя о реальном объекте.
Основные устройства для работы с дополненной реальностью показаны на рисунке 1.
Дополненная реальность требует наличия источников данных и инструментов для их обработки и управления. Поэтому необходимо использовать клиент-серверное взаимодействие [4]. Комплексные платформы дополненной реальности могут быть применены для создания клиент-серверных систем, где клиентское приложение осуществляет интерфейс, а сервер предоставляет соответствующие данные для его отображения.

Рисунок 1 – Устройства дополненной реальности

Есть возможность создания сложных структур, когда клиентское приложение получает информацию для дополненной реальности от разных серверов. Это оправдано в ситуации разработки систем с большой нагрузкой и требующих быстрого отклика от пользователей. Пока что, несмотря на свой значительный потенциал в области образовательного программного обеспечения, платформы дополненной реальности не получили широкого распространения. Тем не менее, они могут быть привлекательны благодаря своей новизне и способности усилить интерес учащихся к образовательным материалам. Важно отметить, что интерфейс дополненной реальности не только встраивается в образовательный процесс как игровой элемент, но и выступает как вспомогательный инструмент.
Например, в качестве тренажера для улучшения пространственного мышления. Низкий уровень этого типа мышления проявляется в сложности корректного восприятия плоских чертежей объемных объектов [5]. Основное назначение подобного тренажера - помощь обучающимся в понимании структуры объемных объектов.
Можно привести такой пример: многие среды для моделирования (математического и визуального 3D-моделирования) позволяют изучать объемную фигуру и ее форму путем вращения вокруг выбранной оси с помощью специального манипулятора. Обычно манипулятором служит перемещение мыши, движение по сенсорной панели или сочетание клавиш на клавиатуре. Пользовательский интерфейс с использованием данной технологии обеспечивает взаимодействие с объектом на интуитивном уровне, а также позволяет легко изменять цвета и текстуры объекта [6].
Таким образом, можно проецировать заданную фигуру на экран устройства (например, смартфон или планшет), накладывая её на изображение, полученное с камеры. Анализ формы возможен за счет изменения положения камеры в пространстве. Этот тренажер имеет две основные роли: пользователь и контент-менеджер (наполнитель содержания).
В контексте тренажера - это обучаемый или преподаватель. Предполагается, что пользователь может взаимодействовать с программой удаленно, расширяя возможности дистанционного обучения. Подчеркнем, что данный тренажер служит лишь дополнительным инструментом и не заменяет педагога, чертежные инструменты или традиционные методы решения геометрических задач [7].
Возможны различные сценарии взаимодействия пользователя с данной технологией в зависимости от его роли. Например, преподаватель может загрузить материалы на сервер, а обучаемый — скачать и изучить их на своем устройстве. Главной целью интерактивности в дополненной реальности является разработка удобных и интуитивно понятных инструментов для взаимодействия с виртуальной средой в приложениях этой технологии.
Можно выделить четыре ключевых способа взаимодействия в приложениях дополненной реальности: использование осязаемых, совместных, мультимодальных и гибридных интерфейсов [8], которые представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 -Способы взаимодействия пользователя с дополненной реальностью

В настоящее время дополненная реальность стремительно набирает популярность, она совершенствуется и все больше компаний обращает внимание на данную технологию и пытается внедрить ее в свой рабочий процесс. Рассмотренная технология может как дополнять окружающий мир объектами виртуального мира, так и устранять из него объекты. Тем самым возможности дополненной реальности ограничиваются лишь возможностями соответствующих устройств и программ.
Дополненная реальность находит применение в различных сферах человеческой деятельности, наиболее активно она используется в игровой индустрии, где пользователи могут взаимодействовать с окружающим миром. Игры, такие как ARQuake, заложили основы применения AR в игровом процессе, поскольку они позволили в реальном времени накладывать виртуальные элементы на видеосигнал от камеры.
Сегодня технологии дополненной реальности широко внедряются в мобильные устройства и игровые консоли. Игровая сфера активно способствует исследованию AR, использующему большой объем данных, поступающих от пользователей в компании-разработчики, что также содействует развитию AR и машинного обучения в других сферах.
В области медицины приложения дополненной реальности активно применяются для обучения медицинского персонала. Специальные программы, моделирующие сложные хирургические процедуры, прекрасно служат тренировочными инструментами для врачей, обеспечивая практическое освоение навыков, необходимых для работы с реальными пациентами.
Программы, использующие технологии дополненной реальности (AR), способны воспроизводить анатомические модели органов. С помощью виртуальных очков 3D может как проводить, так и контролировать операции, при этом имея возможность переключаться между различными виртуальными слоями изображений органов. Этот метод предоставляет более глубокое понимание состояния органов и их реакций на медицинские манипуляции. Современные датчики и камеры с аудиосопровождением фиксируют тонкости процедуры, что повышает уверенность студентов в медицинских операциях.
Внедрение AR в образовательный процесс способствует визуализации данных, истории и предметов, что в свою очередь усиливает вовлеченность студентов. Эта технология позволяет образовательным учреждениям существенно экономить средства, сокращая необходимость в живых образцах и моделях для демонстраций в таких областях, как биология, химия, анатомия, архитектура и инженерия.
AR также находит широкое применение в сфере туризма и самостоятельных экскурсий. Туристы могут использовать специальные приложения, направляя камеры на здания или территории, и получая необходимую информацию на экране. В гостиницах можно подключаться к приложениям для получения сведений о предлагаемых услугах и ценах. Один из отелей создал интерактивную карту, позволяющую клиентам находить достопримечательности и экскурсии рядом, что заменяет распространенные листовки и буклеты. Кроме того, некоторые журналы в отелях предлагают возможность просмотра презентаций о продуктах и услугах при сканировании рекламы.
Технологии AR также активно используются в ресторанном бизнесе, где вместо обычного меню гости могут увидеть блюда на экране перед собой. В 2010 году многие компании начали использовать дополненную реальность в рекламных кампаниях. Например, Benetton внедрила AR-технологию, которая связывает рекламу в печатных изданиях с приложениями дополненной реальности. Небольшая иконка сигнализирует пользователю о возможности запустить приложение, которое увеличивает видео на основе маркера из каталога. Использование программного обеспечения, такого как Adobe Flash Player, делает эту технологию доступной для большинства пользователей. Главное преимущество рекламы с AR заключается в возможности не только показать товар, но и вовлечь клиента в процесс его использования.
Прогнозируется, что с 2021 по 2026 год наибольшую долю рынка дополненной реальности займет сегмент потребительских приложений. Эти технологии открывают новые способы взаимодействия с клиентами, вовлекая их в цифровую среду и предлагая уникальные впечатления. AR способствует созданию долгосрочных отношений с клиентами, ведь цифровой контент можно обновлять и дополнять, поддерживая интерес. Для бизнеса такой подход приводит к росту спроса, увеличению продаж и повышению лояльности клиентов.
В настоящее время технологии дополненной реальности активно используются розничными компаниями: приложения помогают потребителям «примерять» одежду и обувь, а также встраивать мебель в домашний интерьер. Также они находят применение в военно-промышленном комплексе, портативные AR-приложения упрощают планирование военных операций — от анализа задач с помощью виртуальных моделей до детальной проработки боевых действий. Обучение, дистанционное управление техникой, дополнительная защита и анализ информации являются основными направлениями использования технологий AR в оборонной сфере.
Теория компьютерного зрения играет ключевую роль в разработке технологий дополненной реальности. Это направление включает в себя анализ и обработку изображений, а алгоритмы компьютерного зрения используются для обнаружения маркеров в видеопотоке. Эти алгоритмы позволяют выделять ключевые особенности на изображениях, искать объекты в реальном времени и выполнять 3D-реконструкцию. После определения местоположения маркера становится возможным наложение виртуальных объектов на видеопоток, создавая эффект присутствия. За последние десять лет значительный прогресс был достигнут в области обработки изображений и обнаружения объектов на них.
В первую очередь, основными методами являются контурный анализ, сопоставление с шаблоном, обнаружение признаков и генетические алгоритмы. Технология дополненной реальности (AR) в своей основе предполагает использование оптической системы отслеживания. Существует два ключевых подхода к реализации AR:
- использование маркеров;
- определение координат местоположения пользователя.
Безмаркерные технологии активно применяются в мобильных устройствах, опираясь на такие специальные сенсоры, как гироскопы, акселерометры, магнитометры и GPS. Маркер представляет собой объект в окружающем мире, который распознается и анализируется с помощью специального программного обеспечения для последующего отображения виртуальных объектов. Программа может точно проецировать виртуальный объект на маркер, создавая иллюзию его физического существования в реальности. Дополнительные графические фильтры и высококачественные 3D модели позволяют виртуальным объектам стать практически неотличимыми от элементов настоящего мира.
Часто в роли маркеров используются листы бумаги с уникальными изображениями, которые могут значительно различаться в зависимости от алгоритмов распознавания. Существует широкий спектр маркеров, включая простые геометрические фигуры, объекты в форме параллелепипеда, а также человеческие лица и глаза.
Что касается перспектив развития технологии дополненной реальности, то с увеличением внедрения компьютерных технологий в повседневную жизнь, появляются новые методы взаимодействия человека с виртуальной средой. AR тесно связана с реальным миром, и можно выделить несколько направлений, где ее применение наиболее очевидно и имеет большой потенциал. Это включает маркетинг, продажи, образование, техническое обслуживание, а также военные, медицинские и развлекательные проекты.
Кроме очевидных преимуществ применения AR в различных сферах, эта технология также предоставляет существенные экономические выгоды. К примеру, удается избежать необходимости создания печатной рекламы. Использование дополненной реальности в работе с виртуальными прототипами может значительно сократить затраты и ресурсы.
Крупные IT-компании активно занимаются интеграцией AR в повседневную жизнь, что свидетельствует о ее будущем широком распространении во всех аспектах человеческой деятельности и создании инновативных способов взаимодействия пользователей с помощью программного обеспечения и устройств.

Таким образом, технология дополненной реальности имеет большие перспективы для применения как в традиционных сферах (информационные технологии, торговля, развлечения), так и для решения специализированных задач. Популярность AR объясняется её многофункциональностью, легкостью разработки, низкими техническими требованиями и доступностью для различных устройств, особенно мобильных, а также их невысокой ценой.


1.2 Роль и место технологий дополненной реальности в образовании


Дополненная реальность – это среда, где физический мир дополняется цифровыми данными в реальном времени с использованием компьютерных устройств, таких как планшеты, смартфоны и другие инновационные гаджеты, а также соответствующего программного обеспечения.
Хотя первую технику виртуальной реальности начали разработать ещё в 60-х годах, сам термин «виртуальная реальность» ввел Джарон Ланье, гениальный изобретатель, который поступил в университет в 13 лет. В 80-х он основал компанию VPL Research и разработал более современное VR оборудование, включая очки EyePhone и перчатку DataGlove. Дополненная реальность развивалась параллельно с виртуальной до 1990 года, когда учёный Том Коделл предложил термин «дополненная реальность». AR приобрела популярность благодаря играм, и хотя возможности виртуальной реальности пока недоступны широкой аудитории, многие известные компании активно развивают эти технологии.
Как функционирует эта технология? Для ее базового использования необходим ряд компонентов: смартфон или планшет с задней камерой, соответствующее приложение для дополненной реальности и изображение-триггер. Для отображения информации в реальном времени требуется подключение к интернету. Триггеры могут быть как простыми QR-кодами, которые вызывают AR событие на устройстве, так и специальными изображениями или документами, которые анализируются через специализированное приложение.
В образовательной сфере технология начала использоваться относительно недавно и была внедрена, в основном, в странах с высокоразвитыми системами образования.

Дополненная реальность полностью изменит обстановку и время проведения урока и откроет дополнительные способы и методы. С помощью этой технологии можно накладывать реальность на контекстно-зависимый виртуальный мир, который дает множество возможностей для преподавателей для повышения уровня обучения. Технология ДР может помочь сосредоточить внимание студентов, сделав учебные материалы более интересными и привлекательными. Во многих случаях теоретических знаний недостаточно, чтобы стать истинным знатоком какой-либо области обучения. В таких ситуациях ДР технология может использоваться для создания симуляций и ситуационных ролевых игр, где учащиеся могут начать строить свои практические знания. Более того, повышая эффективность учебного процесса и предлагая возможность создания реалистичных симуляций по более низкой цене, технология ДР может помочь школам и университетам сэкономить деньги в долгосрочной перспективе. Наконец, возможности этой технологии смогут сделать учебный процесс более интересными и визуализированными, ведь всем известно, что современные стандарты обучения требуют не только чтения и изучения материала, но и творческого подхода.
На сегодняшний день 81% людей от 16-24 лет используют смартфон. Большинство из них используют гаджеты для игр, просмотра новостей и входа в социальные сети. [3;26] Таким образом, применив технологию дополненной реальности, можно сделать процесс изучения дисциплин легким для восприятия, тем самым завлекая студентов и учеников к использованию смартфонов в образовании. Педагоги пытаются начать использовать дополненную реальность на уроках в классе, в первую очередь, как вспомогательное средство для максимизации наглядности и интерактивности изучаемого предмета, более глубокого погружения в него, проведения виртуальных лабораторных работ. Это может привлечь внимание студентов, а также побудить их учиться. Добавление дополнительной информации, такой как краткая биография человека, некоторые факты о различных вещах, геолокации исторических событий или визуальной модели математической концепции, даст студенту более широкое понимание этой темы.
В высшем образовании Construct3D, система Studierstube позволяет учащимся изучать концепции машиностроения, математику или геометрию. Приложения для химии ДР позволяют обучающимся визуализировать и взаимодействовать с пространственной структурой молекулы, используя объект-маркер, удерживаемый в руке. [2] Обучающиеся анатомии могут визуализировать различные системы человеческого тела в трех измерениях. Давайте ниже приведем примеры использования это йтехнологии в реальной жизни.
В мире на сегодняшний день существует множество платформ электронного обучения-изучения, но все они используют виртуальную среду, на пример «Moodle», «Atutor», «Claroline», «ILIAS», «Docebo suite», «Loncapa», «Dokuos», «DotLRN», «Freestyle Learning and AEL Educational Assistant for High Schools». Технология дополненной реальности самая «молодая», а в области образования делаются только первые шаги. Один из таких шагов – международный проект «Augmented Reality in School Environments» (ARiSE), основная цель которого была разработать учебную платформу, основанную на технологии дополненной реальности и проверить возможность эффективного применения ее в процессе общего образования в начальной и основной школе.
Проект SCARLET (Special Collections using Augmented Reality to Enhance Learning and Teaching) является специальным собранием, в котором с помощью ДР технологии можно получить доступ к редким книгам и рукописям. SCARLET активно используют в Манчестерском университете: с его помощью сканируют метки смартфоном, соединяя с браузером дополненной реальности Junaio.
Колледж Южного Стаффордшира овладел технологией и использовал ее в своей учебной программе. Команда каменщиков в колледже выпустила свои собственные видеоролики, которые в первый раз улучшили число стажеров, сокращающих кирпичи, с 40% до ошеломляющих 90%.
Как и у любой новой технологии у дополненной реальности есть свои преимущества и недостатки. На данным момент нет какой-либо системы единой методологии применения технологии в образовании нет и большинство приложений демонстративны и не предполагают обратной связи с учеником. С одной стороны, она позволяет значительно расширить возможности образовательного процесса. 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).
Сложность внедрения данной технологии также состоит в том, что ее компоненты и устройства довольно дорогостоящие. Более того, 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.
Основываясь на предыдущих детальных определениях, можно провести некоторые сопоставления: виртуальная реальность функционирует в инновационных средах, полностью созданных компьютерами. Всё, с чем может взаимодействовать пользователь, включая объекты, которые он может трогать или воспринимать, является виртуальным. Дополненная реальность, напротив, добавляет виртуальные элементы для улучшения восприятия реального мира и личного опыта пользователя. Виртуальная реальность заменяет физическую реальность, в то время как дополненная реальность этого не делает. Уровень погружения в виртуальную реальность достигает 100%, полностью отделяя пользователей от традиционного физического мира. В дополненной реальности пользователи остаются в тесном контакте с окружающим миром. Они осознают свою среду и могут видеть, осязать и взаимодействовать с реальными объектами, использующими все цифровые данные, предоставляемые приложением.
Для работы виртуальной реальности требуется мощный процессор. Хотя современные приложения могут запускаться на мобильных процессорах, их возможности ограничены. В свою очередь, дополненная реальность может предоставлять увлекательные возможности через планшеты и смартфоны. Стоит отметить, что дополненная реальность – это не только устройства вроде Microsoft HoloLens или Meta 2, которые обладают высокими требованиями, но и другие приложения, функционирующие на полных мобильных телефонах. Если говорить о процентном соотношении, виртуальная реальность состоит на 10% из реальности и на 90% из виртуального контента, тогда как дополненная реальность состоит на 75% из реального и на 25% из виртуального. Эти проценты могут варьироваться в зависимости от конкретного приложения и являются общими оценками на основе существующих рыночных решений.
Дополненная реальность, находясь на стадии меньшего развития по сравнению с виртуальной реальностью, с самого начала активно используется в образовательной сфере. В контексте учебного процесса она предоставляет обучающимся возможность работать, развивать творческие способности, не рискуя серьезными затратами и производственными рисками. Риски, связанные с недостатком опыта, когда проект становится сложным и непредсказуемым, могут быть значительно снижены. Благодаря этой технологии обучающиеся могут визуализировать конечный результат прямо в реальном пространстве без необходимости проходить полный производственный цикл. Аналогично, в областях медицины и инженерии учителя могут делиться знаниями с учениками, используя визуальные элементы, которые накладываются на реальные детали их учебных классов.
Используя цифровые модели AR, отображаемые в пространстве в 3D, педагог может получать доступ к любой информации о его элементах, отделять каждую часть для демонстрации деталей или даже позволять обучающимся взаимодействовать с моделью, что способствует развитию различных видов деятельности. В инженерии преподаватели получили бы возможность показать цифровую модель двигателя, схемы или даже архитектурные проекты. Все эти модели способствуют взаимодействию со обучающимсяи и учитывают социальные аспекты обмена опытом в реальном времени с сокурсниками. Следует представить, какие возможности это открывает для студентов-дизайнеров.
Еще одним интересным примером дополненной реальности является AR (www.iso-form.com/apps/ARLiver/), 3D-инструмент для медицинского обучения и общения с пациентами в реальном времени, который обладает впечатляюще детализированными анатомическими моделями. 4D Анатомия (www.4danatomy.com/) тоже предлагает замечательное решение, использующее дополненную реальность в медицинской сфере. Еще множество примеров можно встретить в других образовательных областях, таких как авиационная инженерия.
Голофайт (http://www.valorem.com/) позволяет пользователям визуализировать реальные полетные данные в виде 3D-голограмм. Кроме того, проект голостудия (www.holo.study/) предлагает серию уроков по геологии, физике, химии и биологии. Безусловно, эти приложения могут революционизировать образовательный процесс. Перспективы огромны. На данный момент задача заключается в определении наиболее подходящих технологий для каждой учебной дисциплины. Этот процесс все еще находится в стадии развития и не может считаться окончательным. Можно с уверенностью утверждать, что наличие таких приложений на рынке будет способствовать оптимизации образовательного процесса, но крайне важно собрать эмпирические данные для подтверждения различных предложений разработчиков.