Тема дополненной реальности на сегодняшний день считается одной из самых перспективных, «insight» пришел в момент изучения цикла уроков в 10 классе, на тему «Влияния научно-технического прогресса на современное общество». Мы с одноклассниками затронули тему «четвертой промышленной революции», погрузившись в идеи таких ученых, как Элвин Тоффлер, Стивен Хокинг, Рей Курцвейл, Митиу Каку, Жак Фреско, Клаус Шваб. Обсуждая идеи футурологов, мы затронули темы профессии будущего, в том числе вопроса, какие изменения ждут образование в будущем. Обсуждая данную тему, мы не ограничивали друг друга в применении различных аргументов, используя идеи ученых, философов, писателей фантастов, например: вели дискуссию о работах: Айзека Азимова повесть «Профессия», Артура Кларка «Город и звезды», работ режиссеров и сценаристов фантастических фильмов о будущем Вайчовских, Джона Фавро, Джосса Уидона, Энтони и Джо Руссо. Мы с одноклассниками пришли к интересным выводам, в частности к тому, как будет проходить обучения в будущем, какие методы будут эффективными.
Обсуждая различные современные методы обучения, мы пытались спрогнозировать их актуальность с позиции научно-технического прогресса и парадигмы, которая возможна будет через 20–30 лет, сузив фокус до вопросов использования на уроках истории и географии тематических карт, как неотъемлемой составляющей знаний, которая крайне необходима для формирования развития пространственно-исторического мышления. Насколько современные атласы, настенные и контурные карты, различные тематические карты эффективны, будут ли они актуальны в будущем? Это привело нас к обсуждению вопроса использования технологии дополненной реальности «augmented reality».
Актуальность исследования
Использования технологии дополненной реальности «augmented reality» является весьма перспективным в системе образования (мы вступили в эпоху IV промышленной революции).
Цели исследования
1) Разработать программное приложение для уроков истории и географии с использованием технологии дополненной реальности «augmented reality», при работе с различного рода тематическими картами (в дальнейшем данную технологию можно использовать и в других дисциплинах география, физика, химия).
2) Показать, что навык пространственно-визуального мышления можно эффективно развивать с помощью этого приложения.
Задачи исследования
Показать и выявить возможность использования данной технологии на уроках истории. Исследовать и проанализировать перспективные возможности программ дополненной реальности в других научных сферах.
Методы исследования
Теоретический — анализ литературы, интернет ресурсов, анализ программного обеспечения разработчиков различных программ в области дополненной реальности.
Практический — создание программного обеспечения и приложения с работающей тематической картой с технологией дополненной реальности.
Несомненным фактом является то, что время, которое диктует нам изменения, затронет и данный вопрос. Мы являемся свидетелями глобальных вызовов, десять из которых озвучены в Стратегии-2050 «10 глобальных вызовов человечества», среди них первый вызов — ускорение исторического времени. Историческое время стремительно ускорилось. Мир интенсивно трансформируется, и скорость происходящих изменений поражает. [1]
Да действительно «мир не такой, каким был вчера» и бессмысленно говорит об изменениях в отдельно взятом секторе, в данном случае методов в обучении, не понимая глобальные тренды, это все равно что ходить с увеличительным стеклом, изучать одну травинку, не видя весь лес. Поток информации огромен, а времени на анализ информации попросту нет.
Известно, что поколение 70–80-х называют поколением X, сейчас уже поколение Z которому характерно клиповое мышление, идею которого выдвинул Элвин Тоффлер. В своей работе «Третья волна» Тоффлер характеризует поток информации — мозаичностью и фрагментарностью образов, его яркостью и кратковременностью, быстрой смены другими; отрывочностью информации, алогичностью, разрозненностью, и растворению её целостных моделей. Это поколение цифрового мира, люди которого всегда находятся в большом потоке информации, у детей меняется восприятие объективной реальности, нет сосредоточенности внимания. [3]
И с этим учителя и ученики уже сталкиваются в своей практике. У учителей возникает вопрос, а как же можно эффективно с этим справляться, бороться ли с этим или искать новые подходы для решения данной проблемы.
Рефлексируя почему, а главное как мы пришли к данной теме, мы поймали себя на мысли что жанр фантастической литературы и фантастических фильмов — это не «враг», который отвлекает от обучения, а наоборот кладезь интересных идей. В работе режиссера Джона Фавро есть замечательная идея о том, как искусственный интеллект «Джарвис» помогает решать множество рутинных проблем, помогает формировать объемные проекции главному герою. На данную идею мы посмотрели с позиции учителя, который пытается в этом уловить «ноу-хау» и «эвристику». А что если использовать существующие технологии, которые позволяют создать цифровые трехмерные исторические карты, ведь уже существуют виртуальные карты музеев, старинных городов, значимых исторических сражений, а также тематические документальные фильмы. Различные исторические карты объемной проекции, цифровые объёмные контурные карты с возможностью учеником и учителем манипулировать проекцией, которые позволят выйти на качественно новую ступень в методике формирования исторического и пространственного мышления.
Дополненная реальность в образовании будет новым трендом. Дополненная реальность (augmented reality) — это технологии, позволяющие дополнить изображение реальных объектов различными объектами компьютерной графики, а также совмещать изображения, полученные от разных источников. В отличие от «виртуальной реальности», которая предполагает полностью искусственный синтезированный мир (видеоряд), дополненная реальность предполагает внедрение синтезированных объектов в естественные видео сцены [5].
Автором идеи дополненной реальности «augmented reality» является исследователь корпорации «Боинг» Том Кодел, создавший ее в далеком 1990 году. Том Кодел употребил термин «augmented reality», описывая цифровые дисплеи, которые использовались при постройке самолетов. Сборщики носили с собой портативные компьютеры, где могли видеть чертежи и инструкции с помощью шлемов, имеющих полупрозрачные дисплейные панели. Дополненная реальность как феномен уже широко распространена в многих сферах человеческой жизни. [2]
Военные пилоты боевых самолетов и вертолетов в своих шлемах уже имеют индикацию на визоре. Операторы боевых машин и танков также имеют тактические системы дополненной реальности, что позволяет им успешно выполнять боевые задачи. Дополненная реальность используется в проектировании, в геоинформационных технологиях «ГИС», врачи проводят эндоскопические операции. Создаются реалистичные тренажеры, которые позволяют врачам практиковаться в проведении различного рода хирургических операций и только потом начинают работать с пациентами. При этом интерактивность и реалистичность тренажеров гарантируют правильность действий врача при проведении реальной операции. В проектировании дополненная реальность может использоваться для совмещения реальных объектов и инструкций по сборке. [3]
Существует несколько определений дополненной реальности: исследователь Рональд Азум в 1997 году определил её как систему, которая 1) совмещает виртуальный и реальный мир; 2) взаимодействует в реальном времени; 3) работает в 3D. [4]
Дополненная реальность (augmented reality) это технологии, позволяющие дополнять изображение реальных объектов с различными объектами компьютерной графики, а также совмещать изображения, полученные от разных источников. В отличие от «виртуальной реальности», которая предполагает полностью искусственный синтезированный мир, дополненная реальность предполагает внедрение синтезированных объектов в естественные видеосцены. В системах картографии и ГИС дополненная реальность находит широкое применение в связи с повсеместным распространением мобильных устройств. [5]
Главный принцип применения данных систем состоит в обнаружении и идентификации необходимых объектов, позволяя пользователю легко ориентироваться в пространстве. Однако необходимо отметить тот факт, что в педагогической практике данным системам уделяется недостаточно пристальное внимание, что является некоторым упущением, так как данные технологии открывают новые возможности, особенно в вопросах пространственных компетенции на уроках истории, географии, биологии, астрономии.
Анализируя и изучая работы по данному вопросу, мы определили, что идея уже получила свою реализацию в сфере образования Канады.
Авторы отталкивались от того, что для многих школьников уроки географии являлись неинтересными. Стартап был создан в г. Торонто под названием: «Fun Maps for Kids» («Весёлые карты для детей»), где географические знания о мире можно было получить через цифровые интерактивные карты. Стартап был создан в 2012 году, Мартином Петржак и Наташей Цеплик идея возникла после их путешествия с трехлетним сыном. [6]
Компания Мартина Петржака и Наташи Цеплик специализируется на создании карт, но не простых, это не те карты, которые можно найти в атласах или учебниках. Целью стало создание интерактивного пособия — карты, взаимодействующие с браузером «дополненной реальности» — «Layar», при помощи которого печатная продукция «оживает» на экранах смартфонов. Сканируя приложением настенную карту, ученики получают доступ к фотографиям, аудиозаписям и анимации, открывая для себя таким образом «сенсорное окно в мир». По словам Петржака, перспективы технологий дополненной реальности высоки: «Наша цель — вдохновлять детей на обучение географии в весёлой, увлекательной, интерактивной форме. Мы хотим предложить детям нечто большее, чем просто карты, мы хотим предложить интерактивные образовательные инструменты». [6]
Компания «Layar», это AR-разработчик, которая всё чаще привлекает внимание СМИ Канады и США. Компания «Reader’s Digest», использовала технологию создания дополненной реальности для анимации обложки журнала. Компания «Glacier Media Group» обещала интегрировать её в печатное издание газеты тиражом полмиллиона в Британской Колумбии.
Генеральный директор «Layar» Квентин Шивернелс обратил внимание на возможности обогащения канадских СМИ с использованием цифровых технологий. «Fun Maps for Kids» являются очень хорошим прецедентом для интерактивного использования печати, в котором дети могут получить доступ к дополнительной информации с помощью смартфона или планшета, — заметил он. Поскольку дети рождаются в цифровую эру смартфонов и планшетов, у интерактивных печатных материалов есть большой потенциал в образовании». [6]
Если учесть растущий спрос на детские приложения в Канаде, скорее всего, в будущем мы увидим больше таких продуктов, как «Fun Maps for Kids». Это может удивить, но дети на самом деле являются одними из крупнейших потребителей мобильных приложений. Согласно результатам опроса Kids Industries, в 2011 году в США и Великобритании родители в среднем приобретали своим чадам одно приложение в двенадцать дней. Популярность детского программного обеспечения, отражает спрос на интерактивные обучающие решения дополненной реальности, которая должна активно реализовываться на протяжении как минимум нескольких следующих лет. [6]
Описанная модель позволяет приступить к новому концептуальному созданию информационных обучающих систем на основе «Дополненной реальности», что позволит с применением современных технологий визуализации информации, взаимодействия с виртуальной моделируемой средой улучшить когнитивные возможности ученика и развивать и пространственно-историческое мышление.
Реализацию данной идеи можно осуществить через использование технологии голографического изображения. С помощью него можно проецировать двух- и трехмерные изображения в воздухе.
Например: в 7 классе при рассмотрении тем. «Каким образом Шелковый путь соединял Восток и Запад?»; «Как китайские и европейские правители относились к морским путешествиям?»; «Какие изменения произошли в мире в результате Великих географических открытий?», где вообще без тематических карт и атласа просто невозможно достижение цели обучения, предлагается указывать направления морских путей, Шелкового пути, географических открытий и. т.д. Ученик может вращать и перемещать на 3D-карте объекты пальцем, двумя пальцами масштабировать, а для получения информации нажать на объект или точку поверхности, где при нажатии полностью будет выходить нужная информация о данном населенном пункте, событии, процессе, исторической личности.
1)Это позволит учащимся более подробно изучать данные темы, а главное развивать навык визуально-пространственного мышления и ориентации. Работа с 3 D картами позволяет закрепить знания и навыки больше, нежели чем закрепление программного материала. Выученный материал может забыться, а навыки останутся.
2)3D-карты позволят выйти за рамки простой работы с историческими картами. Здесь будет учитываться информация географических, этнических, экономических, климатических карт, что подводить к их более широкому пониманию объективной реальности и позволять сформировать целостную картину миру, (учащимся придет осознание того, что исторические события зависели не только от исторических личностей, но и от других факторов, например изменения климатических условии).
3)Работая совместно с учащимися над историческими событиями и процессами, мы имеем возможность не только точно датировать, но и локализовать их, т. е. соотносить с определенным местом. Это возможно сделать при помощи 3D-карты. Локализация исторических событий и явлений содействует правильному пониманию исторического процесса и его закономерностей. Многие события и явления могут быть поняты учащимися только на основе их пространственных взаимоотношений.
4)Многообразие исторического мира. 3D-карта позволяет создать сначала визуальное, а затем насыщаемое историческими знаниями представление о границах в прошлом и настоящем, особенностях природной среды и социальных условий жизни людей в разных частях света. Это служит предпосылкой для осознания исторически сложившегося многообразия человеческого общества, понимания истоков различных систем общественных отношений, этических ценностей и т. д.
5)Позволяет понять концепцию «холизма» создать, целостную картину мира у учащегося.
6)Учителю это позволит не только облегчить работу при изучении материала с учащимися, но и самому более подробно изучить т. к. сами не слишком уверенно работают с картами.
В перспективе эта технология с интеграцией с 3D-моделированием может изменить наше представление о мире. Сейчас эта технология реализуема, но в разработке технически очень сложна. Для создания данной технологий необходимо устройство, которое может считывать движение рук и передавать его компьютеру, что бы имелось возможность управлять 3D-моделью голограммы. Также требуется «среда», в которой будет запускать нужную 3D-модель, и воспроизводить изменения состоянии модели. В качестве датчика жестов руки можно использовать программу «Leap Motion». Данная программа передает информацию в «Three.js», которая в свою очередь будет изменять состояние проекции, в зависимости от переданной информаций.
«Three.js» позволяет создавать 3D-модели всего и воспроизводить его с помощью «WebGL». Для придания трехмерного вида голограмме нужно использовать четырехугольник. Также датчик движения рук можно специальную перчатку с сенсорами. Это может помочь в управлении моделью, потому что с технологией «Leap Motion» нужно будет двигать руками перед датчиком, а с перчаткой эту проблему можно обойти. Так же библиотеку «three.js» можно поменять на другие редакторы 3D-моделей. Хорошей альтернативой может стать программа Cinema 3 D, которая служит для создания кинематографических сцен.
Известно, что для изучения наиболее важна дооперационная стадия и стадия конкретных операций. В стадии конкретных операций ученик может мыслить логически об объектах и событиях, постигает сохранение количества, объема и веса, классифицирует объекты по нескольким признакам и может упорядочивать их в ряды по одному параметру, например величине. Именно в этой стадии ученик изучает новый предмет не только с интересом, но и с большим желанием, особенно в процессе создания различных обучающих игровых ситуаций. Использование систем дополненной реальности для создания тематических карт, направленных на изучение, даст максимальный эффект. [8]
Что нужно для данной разработки:
- Модуль хранения и обработки информации. Модуль представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, построенных на клиент-серверной технологии. Это позволит реализовать удаленную обработку информации и предъявить пониженные требования к производительности клиентского устройства систем дополненной реальности.
- Модуль позиционирования, предназначенный для отслеживания параметров движения пользователя обучающей системы и положения в пространстве относительно виртуализированной сцены.
- Модуль визуализации информации, отображаемой на реальное пространство.
- Модуль аудио-сопровождения модели, предназначенный для реализации голосового интерфейса взаимодействия пользователя и звукового сопровождения процесса обучения.
- Модуль контрольных мероприятий процесса обучения.
Таким образом технологию дополненной реальности в ближайшей перспективе вполне возможно использовать в преподавании не только истории, но других предметов, а эффект от применения будет мультипликативным, что позволить выйти на качественно новый уровень обучения в целом, а навык работы с дополненной реальностью в будущем будет актуальным всегда.
Литература:
- Стратегия 2050 «10 глобальных вызовов».
- Элвин Тоффлер. «Третья волна» М.: ООО «Издательство АСТ, 2004»
- Иванова А. Технологии виртуальной и дополненной реальности: возможности и препятствия применения // Стратегические решения и риск-менеджмент. — 2018. -Вып. 3 (108). — ISSN 2618–947X.
- R. Azuma, A Survey of Augmented Reality Presence: Teleoperators and Virtual Environments, pp. 355–385, August 1997.
- И. В. Бойченко, А. В. Лежанкин // Дополненная реальность: состояние, проблемы и пути решения // Доклады ТУСУРа, № 1 (21), часть 2, 2010 г, стр. 161–162.
- Toronto Startup Makes Geography Fun Using Augmented Reality, https://techvibes.com/2013/02/20/fun-maps-for-kids-2013–02–20
- Evaluating the Benefits of Augmented Reality for Task Localization in Maintenance of an Armored Personnel Carrier Turret / Steve Henderson, Steve Feiner // Proceeding of IEEE International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR '09). — 2009. — P. 135–144.
- Гераськина И. Ю., Гераськин А. С. // Когнитивная педагогическая технология: основные понятия и структура // Москва: Научная цифровая библиотека PORTALUS.RU. Дата обновления: 25 декабря 2010.
- Алексашкина Л. Н., Ворожейкина Н. И. Использование познавательного потенциала исторической карты при изучении школьниками истории. // ПИОШ, 2011, № 9
- https://medium.com/tribalscale/creating-a-real-time-synced-multi-device-ar-app-in-24-hours-4c6c8c37877a
- https://vimeo.com/59377788
- https://github.com/mrdoob/three.js
- https://medium.com/@alxdncn/getting-started-with-the-holoplayer-three-js-library-86bdbeca351
- https://www.igadgetsworld.com/is-3d-hologram-technology-in-iron-man-movie-is-possible-in-reality/
- https://www.youtube.com/watch?v=SyXaVj41xaU
- https://www.youtube.com/watch?v=oU_cVISfdm8
- https://hypervsn.com/
- https://medium.com/@alxdncn/getting-started-with-the-holoplayer-three-js-library-86bdbeca351
- https://www.tribalscale.com/
