Внедрение современных технологий в образовательный процесс: использование технологий виртуальной и дополненной реальности

В статье анализируется использование новых информационных технологий   в обучении на примере VR и AR технологий, указывается, что главная цель внедрения информационных технологий в учебный процесс – повышение его качества и эффективности.

Гурова Т.И., к.э.н., доцент; Заболотникова В.С., к.т.н., доцент; Ярмухаметова И.В.

На протяжении всей жизни до сегодняшнего дня люди могли лишь мечтать о «волшебстве»: не выходя из дома оплачивать счета, из одной точки мира пообщаться с человеком из другого края земли, за минуту спланировать маршрут поездки и узнать сколько времени она займет. Теперь же в постиндустриальном обществе некоторое «волшебство» стало воплощаться в реальность не только в быту, но и в остальных сферах общественной жизни, в том числе и в образовании. Школьное образование уже претерпело множество изменений: в классах появились компьютеры, проекторы, меловые зеленые доски заменились электронными, вместо бумажного дневника появился электронный, стало возможным дистанционное обучение, система фиксации входа и выхода из школы школьников и учителей. И это лишь начало. Теперь же в век информационного общества появляется необходимость в постоянном внедрении новых технологий в образование для его модернизации. Без использования информационных технологий сегодня становится невозможным эффективно управлять образовательным процессом [2].

Очень важно все время обновлять методы и формы преподавания и «идти в ногу со временем», поэтому актуальным и новым подходом к обучению будет использование технологий виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальности.  

Что же такое виртуальная реальность?

Виртуальная реальность (с англ. Virtual Reality) – это смоделированная реальность, в которой создается иллюзия присутствия пользователя в искусственном мире, его взаимодействия с предметами и объектами этого мира с помощью органов чувств [4].

Дополненная реальность (с англ. Augmented Reality) –  это среда, в реальном времени дополняющая физический мир, каким мы его видим, цифровыми данными с помощью каких-либо устройств –  планшетов, смартфонов, очков [4]. Дополненная реальность создается с использованием «дополненных» с помощью компьютера элементов воспринимаемой реальности (когда реальные объекты монтируются в поле восприятия).

Каковы преимущества использования технологий VR/AR в образовательных учреждениях?

1. Известно, что человек запоминает информацию лучше, когда он воспринимает ее всеми органами чувств (видит, слышит и выполняет действия), а VR/AR технологии как раз позволяют задействовать все органы чувств.
2. Повышение уровня мотивации. Цифровые технологии повышают интерес к образовательному процессу, так как у современного поколения восприятие информации сформировано уже цифровой средой. Обучаемые привыкли воспринимать информацию через технику (компьютер, мобильный телефон, гаджеты и т.д.). В качестве широко испытуемого примера можно рассмотреть социальные сети, в которых школьники каждый день обмениваются информацией (общаются) и читают новостную ленту [2].
3. Изменение функциональных возможностей преподавателя. То, что он пытался объяснить «на руках», теперь сможет объяснить при помощи виртуальной реальности, всего лишь создав нужную анимацию.
4. Возможность удаленного образования. С помощью данных технологий появляется возможность повысить эффективность обучения «онлайн». Ребенок, пропустивший занятия по каким-либо причинам (семейные обстоятельства, карантин и прочее), сможет пройти этот урок дома с «виртуальным учителем», проделать опыты, сделать домашнее задание и сдать его учителю.
5. Все мы привыкли видеть «первоклашек» с ранцами, которые больше них. Но с новыми технологиями учебники заменятся маленькими карточками с QR-кодом, поэтому школьникам останется только принести тетрадки для записи уроков. Это в разы уменьшит нагрузку на спину ребенка, тем самым сохранится его здоровье.

         Несмотря на множество плюсов, следует отметить и проблемы внедрения VR/AR.

1. Продолжительность внедрения и высокая стоимость оснащения техническими средствами образовательных учреждений. И сами VR/AR гарнитуры, и обучающие приложения стоят не малых денег. Государство не сможет выделить сразу большое количество денег для всех школ, поэтому эти технологии будут вводиться постепенно.
2. Появляется вопрос о вредности для здоровья. Использование на протяжении долгого времени VRиAR очков негативно влияет на здоровье глаз. Поэтому этот вопрос нуждается в подробном обсуждении и изучении специалистов. Также у школьников возможны эпилептические припадки и психологические расстройства, из-за которых им будет запрещено использовать данные технологии.
3. Необходимо кардинально менять методы образования, ведь внедрение виртуальной реальности является революцией. А революционные способы представляют собой коренные изменения.

Методы использования VR/AR в обучении в школе.

При внедрении новых технологий, у учителя будет 2 способа проводить занятия:

1-ый способ: «Ученик – потребитель». Школьник просто надевает очки и начинает потреблять информацию, которую подготовил учитель.

2-ой способ: «Ученик – создатель». В этом случае ребенок начинает изучать программирование, моделирование и другие предметы, которые ему интересны, и уже на основе своих знаний он создает учебный проект в рамках урока «Индивидуальный проект». Начиная с младших классов и до окончания школы, он будет разрабатывать свой проект.

Естественно, что уровень подготовки у учителей, которые будут работать с виртуальной или дополненной реальностью, должен быть выше, поэтому им придется пройти соответствующие курсы повышению квалификации. После этого они смогут создавать мини-уроки в виртуальной реальности на специальных платформах.

Ученик – потребитель (1 способ).

Если вы до сих пор не верите в эффективность применения технологий виртуальной реальности, то приведу в пример исследование компании Mudum Lab и Центр по нейротехнологиям и VR/AR [3].  

Они сформулировали гипотезу: «Использование VR технологий в преподавании физики позволит достичь заметно большей эффективности учебного процесса по сравнению со стандартным методом», подготовили VR-курс по теме «Магнетизм» для школьников 9-ых классов из разных школ Москвы и Владивостока. Школьников поделили на две группы: основная, в которой обучение проходит с применением технологий, и контрольная группа, в которой обучение проходит стандартным образом. Для проверки эффективности в краткосрочной перспективе детям давали тесты. Исследование показало, что показатели основной группы повысились на 28,8% по сравнению с их первым тестом, а показатели контрольной группы остались неизменными. Также увеличилась эффективность в долгосрочной перспективе, а именно показатели ОГЭ. Средний балл по тестам в общей группе оказался выше на 2.5 балла и на 11% увеличился балл по ОГЭ, по сравнению с показателями в контрольной группе. Анализ показал, что различие показателей обусловлено именно VR обучением. Поэтому не должно остаться сомнений в эффективности данных технологий.

Появляется другой вопрос: «А не уйдет ли учитель за кадр?». По нашему мнению, что не уйдет, при грамотном распределении уроков с VR технологиями. Ведь какие-то темы проще и эффективней осветить учителю самому, применив реальные объекты. Например, на уроке биологии при изучении строения биологического организма под микроскопом. В этом случае детям будет интереснее самостоятельно работать с реальным микроскопом и с реальным объектом изучения, нежели увидеть это в виртуальной реальности. Или другой пример: учитель физики прекрасно объясняет физические явления, приводя жизненные ситуации, или ставя небольшие опыты, используя учеников, как подопытных. Такой подход тоже увеличивает мотивацию у учеников и эффективность преподавания. Поэтому в школьном образовании самое главное – это человеческий фактор. Учитель может иметь технологии, но не иметь желание объяснить, помочь детям понять материал. В таком случае эффективного результата не получится даже с применением VR. Поэтому новые технологии надо рассматривать не как самоцель, а как средство достижения цели: повышение эффективности преподавания. И учитель должен грамотно использовать это средство.

Так каким образом можно применять виртуальную и дополненную реальность на уроках? [1, 5, 6]

1. На уроках химии можно проводить опыты, которые интересны, но очень опасны. И в целях безопасности данные опыты не проводятся в школах. Поэтому с виртуальной реальностью это станет возможным и познавательным. Уже существуют специальные приложения для проведения таких опытов, например, «MEL Chemistry VR app». Также существует приложение «AR VR Molecules Editor», в котором можно конструировать связи молекул, а наводя телефон на листок бумаги с формулой химической связи, можно изучить 3D модель данной молекулы. Преимущество этой технологии в том, что можно посмотреть не только саму реакцию внешне, но и увидеть весь процесс до атома.
2. VR технологии облегчат преподавание на уроках биологии, ведь теперь учитель сможет наглядно показать детям будь то строение тромбоцита, будь то поведение вируса в человеке. Школьники смогут препарировать лягушек, червяков и прочих животных, как это делают в зарубежных странах. Возможно, это повысит интерес у школьников к медицине и количество медbwbycrb[ классов возрастет. Пример приложения: «The Body VR».
3. Множество физических явлений, которые тяжело объяснить на словах и на рисунках в учебниках, можно объяснить с помощью анимации и опытов, которые школьник выполняет сам. Существует продукт «Виртуальная физическая лаборатория», который представляет собой часть целостного курса по подготовке к ОГЭ по физике. Ученик сначала смотрит теорию после которой демонстрируют опыт, далее на следующем уроке он решает задачу уже без подсказок.
4. Существует множество продуктов для проведения уроков астрономии, такие как «Star Walk», в котором можно навести камеру смартфона на созвездие и узнать его название; «Apollo 11 VR» — в нем можно побыть первым астронавтом, полетевшим на Луну, и взять управление космического аппарата на себя, либо побыть зрителем; «Home – A VR Spacewalk» погрузит учеников в открытый космос, а также поделится опытом космонавтов NASA; «Universe Sandbox 2» позволит создавать, уничтожать различные объекты космоса и наблюдать за их реакцией при взаимодействии.
5. Уроки географии станут на много интереснее, если добавить VR технологии. Приложение «My Way VR» позволяет смотреть видеоролики в 360 градусов самых различных мест: достопримечательности, улицы городов, пляжи, крыши домов, деревни. «Google Earth VR» в нем можно разглядеть весь мир с высоты птичьего полета. Эти приложения помогут школьникам узнавать мир, с эффектом присутствия, будто они сами побывали там.
6. Уроки математики также могут быть облегчены. Школьники часто сталкиваются с проблемой пространственного мышления, то есть они не могут представить в голове трехмерные фигуры, а с VR/AR технологиями эту проблему можно решить. Справляться с геометрическими задачами станет легче, после изучения пространственных фигур в виртуальной реальности, нарисовать их на бумаге будет проще простого.
7. На уроках английского учителя часто дают задание на развитие разговорных навыков. «Представьте, что вы находитесь в кинотеатре и должны узнать у кассира о фильмах, сеансах и стоимости билетов», либо наоборот «Представьте, что вы кассир в магазине, и вы должны проинформировать покупателя про скидки, которые проходят у вас в магазине» — примерно такие задачи ставятся перед школьниками на уроках английского языка. Приложения виртуальной реальности позволяют не «представлять», а погрузиться в эту среду, и попрактиковать свои умения.
8. На уроках истории можно погрузиться в античные времена, побывать на месте первобытного человека, оказаться на Куликовской битве в теле война, либо от лица исторической личности издать указ или свод законов. В режиме видео 360 градусов ученик сможет погрузиться в документальный фильм и лучше усвоить материал.
9. Практическую часть по ОБЖ можно сделать эффективнее. Смоделировав различные ситуации (пожар, наводнение, техногенная катастрофа, терроризм и прочее), ученик должен будет выполнить все действия, которые он проходил на теории с учителем.
10. У сельских школ бывают проблемы с выездом в музеи с классом. Виртуальная реальность также может решить эту проблему и помочь окультуриться, посетить музеи не только нашей страны, но и зарубежные. Уже существуют приложения такие как «The VR Museum of Fine Art», «Google Arts & Culture VR» которые позволяют увидеть скульптуры, картины без стекла и охранников, также все в мельчайших деталях.
11. Внеклассная работа, например, школьные концертные мероприятия, может также выйти на новый уровень. С помощью приложений виртуальной реальности школьники смогут создавать тематические анимационные ролики, тем самым развивая навыки сторителлинга, дизайна и режиссуры. После чего все могут просмотреть работы школьников.

Ученик – создатель (2 способ).

С развитием VR&AR технологий количество вакансий на места разработчиков приложений виртуальной и дополненной реальности возрастет. Ведь за виртуальной реальностью будущее, ее можно применять во все сферы жизни, от развлечений до образования. Поэтому интерес родителей и их детей к данным технологиям также возрастет. Следствием данного явления является создание специальных классов, в которых детей дополнительно будут обучать созданию VR&AR игр, приложений, чертежей, проектов, цифровых картин, начиная с младших классов. Далее они выбирают тему/сферу, которая им интересна, и разрабатывают ее до окончания школы в рамках урока «Индивидуальный проект». Например, по окончании школы ученик представляет свою работу в виде приложения, в котором можно подробно рассмотреть и изучить строение лягушки. Или же это может быть игра, в которой человек, использующий VR очки, вселяется в тело Сталина, и от его лица проживает важные моменты жизни данной личности. Вариаций множество, этот метод дает широкое пространство для проявления творчества. Этот метод обучения позволит научить школьников использованию инструментов, а дальше они сами должны решить, в какой сфере эти инструменты им применить.

В заключении хочется сказать, что перед школьниками и учителями открываются большие перспективы в развитии. В ближайшее время станет возможным тесное взаимодействие обучающихся с дополненной и виртуальной реальностью, которое позволит развить творческий потенциал и улучшить качество образования. Но для того, чтобы этого достичь, нужно будет преодолеть ряд проблем.

Литература и электронные источники

1. Астраханцева З.Е. Виртуальная реальность в помощь современному педагогу. URL: http://platonsk.68edu.ru/wp-content/uploads/2017/07/Doklad-Virtualnaya-realnost-v-pomoshh-sovremennomu-pedagogu.pdf (Дата обращения: 16.02.2020 г.)
2. Гурова Т.И., Заболотникова В.С. Интеллектуальные информационные системы образования / Профессиональное развитие педагогических кадров в условиях обновления образования: Сборник материалов VIII Городской научно-практической конференции. М.: ООО «А-Приор»,  2017. С.  99.
3. Первые VR-уроки прошли в российских школах. Каковы результаты экспериментов? URL: http://www.tadviser.ru/index.php/Статья:Виртуальная_реальность_в_школьном_образовании:_пока_остается_много_вопросов  (Дата обращения: 16.02.2020 г.)
4. Супрунова В.Г. Виртуальная реальность – что это такое?  URL:  http6://tofar.ru/article/virtualnaya-realnost.php (Дата обращения: 16.02.2020 г.)
5. Хукаленко Ю. 15 VR- и AR-приложений для школ: обзор российского рынка.  URL: https://vc.ru/learn/107661-15-vr-i-ar-prilozheniy-dlya-shkol-obzor-rossiyskogo-rynka (Дата обращения: 16.02.2020 г.)
6. Ярмухаметова И.В. Использование VR и AR технологий в обучении / Сборник статей и тезисов студенческой открытой конференции. М, 2020.
7. AR — Дополненная Реальность / Хабр [сайт]. URL: https://habr.com/ru/post/419437/ (Дата обращения: 16.02.2020 г.)