Models of using immersive teaching technologies in the practical activity of a teacher of informatics

Abstract

Problem and goal. Virtual, augmented mixed reality and augmented virtuality are becoming integral attributes of the immersive educational environment, disposed to continuous learning and comprehensive development. The relevance of the study of models of using immersive technologies in the activities of a computer science teacher is beyond doubt, because they are the real embodiment of new methodological ideas and approaches. Methodology. In the course of the research, the analysis of models of immersive learning technologies for the practical activities of a computer science teacher was carried out. On its basis, a set of computer tools and equipment has been proposed that allows introducing immersive technologies into educational practice. Results. Methodological recommendations on the use of virtual, augmented and mixed reality technologies both in informatics lessons and after school hours are presented. The key topics of the computer science program, in which it is advisable to use immersive technologies, have been identified. Methodological approaches to the transformation of informatics teaching in the context of digitalization of education have been formulated. Conclusion. The results of the study indicate that immersive learning technologies can be successfully applied both in informatics lessons and outside the classroom. They not only contribute to the immersion of students in an interactive environment, but also increase the interest, motivation and quality of their knowledge. Lessons using immersive technologies open up new opportunities for a computer science teacher for professional growth, methodological and subject self-improvement.

Full Text

Постановка проблемы. В последние годы технологии виртуальной, дополненной и смешанной реальности активно используются в промышленно-производственной сфере. Вместе с тем они не менее интенсивно применяются в образовании [1-15]. Согласно статистике, в 2016 г. в образовательные VR-технологии было инвестировано около 700 млн долл. Эта тенденция сохраняется и сегодня. Что касается нашей страны, то по данным центра НТИ ДВФУ, на российском рынке VR-услуг работают уже около 15 компаний, предлагающий программно-технические продукты для образовательных учреждений. Немалые вложения в перспективные технологии свидетельствуют об их эффективности и востребованности. Благодаря им школьная практика обретает новое качество, а образовательная среда - уникальные инструменты взаимодействия. Выясним, что представляет собой иммерсивная среда обучения и каковы ее дидактические преимущества. Понятие иммерсивности связано с погружением, понимаемым как некий комплекс приемов и методов, основанных на игре, вовлеченности и максимальной фокусировки учащихся. Одна из традиционных методик заключается во «вживании» в учебную среду, предполагающим активное чувственное восприятие, усиленное вербальным, тактильным и сенсорным взаимодействием с изучаемым объектом. Иммерсивные технологии, появившиеся несколько десятилетий назад, постоянно развиваются и совершенствуются. В настоящее время существуют разные их виды. Начнем с виртуальной реальности. Виртуальная реальность - это интерактивная среда, в которой пользователь ощущает ее всеобъемлющее влияние, взаимодействует с разнообразной информацией, получаемой через каналы восприятия. Отличие дополненной реальности от виртуальной в том, что в ней контент цифрового формата накладывается на реальную пользовательскую среду. В смешанной реальности виртуальные объекты не только помещаются в реальную среду, но и непосредственно взаимодействуют с ней. Дополненная виртуальность - это виртуальная реальность, в которой присутствуют реальные объекты. Ее можно назвать видом смешанной реальности. Под иммерсивными технологиями будем понимать совокупность программно-технических средств, способствующих погружению обучающегося в искусственно созданную среду, - виртуальную реальность. Здесь уместно обратиться к понятию образовательной среды. Их, кстати, насчитывают около десятка. Приведем следующее. Образовательная среда - это комплекс информационных, технических, методологических средств и инфраструктурных элементов, формирующих условия для успешной учебной и воспитательной деятельности. Учитывая активное влияние иммерсивных технологий на трансформацию процессов обучения, определим иммерсивную образовательную среду как специальным образом организованную среду, в которой иммерсивные технологии выступают ведущим инструментом организации учебно-познавательной деятельности. Образовательную среду невозможно представить без урока, в котором, как в зеркале, отражаются инструменты и технологии, реализующие поставленные задачи. В современной методической литературе трудно найти разработки уроков, в которых можно было бы оценить роль иммерсивных средств в обучении, а также их место в содержании и структуре занятий. Проблема разработки моделей обучения с использованием иммерсивных технологий заключается не только в определении ее структурных элементов, но и в анализе условий, в которых она может быть реализована. Методы исследования. Среди заключений о дидактических преимуществах иммерсивных технологий стоит выделить мнение Я.Г. Подкосовой, О.О. Варламова, А.В. Остроуха и М.Н. Краснянского [11]. Они считают, что виртуальная реальность открывает уникальные возможности для исследования микроскопических предметов, с одной стороны, и визуализации пространственных связей макроскопических объектов - с другой. Иммерсивные технологии обучения позволяют воспринимать процессы и явления непосредственно органами чувств, причем наглядно и динамично. Например, сложные химические опыты, которые невозможно провести в обычном школьном классе, в виртуальной реальности выглядят естественно и понятно. С помощью технологий виртуальной, смешанной и дополненной реальности можно создавать такие объекты и формы, которых нет в реальном мире. Благодаря этому можно работать с абстрактной информацией и многомерными моделями, ориентированными на любой школьный предмет, в том числе информатику. Анализ применения иммерсивных технологий невозможно провести без уточнения целей обучения информатике в школе. Они заключаются в том, чтобы передать основы фундаментальных знаний науки, прежде всего о процессах преобразования, передачи и использования информации, раскрыть перед учащимися значение информационных процессов в формировании научной картины мира, роль информационных и телекоммуникационных технологий и вычислительной техники в развитии современного общества. В настоящее время глобализация и информатизация общества заставляют взглянуть по-новому на процессы обучения информатике. Это связано с тем, что иммерсивные технологии содержат огромный дидактический потенциал, который должен быть нацелен, прежде всего, на повышение качества знаний учащихся. В то же время пока еще нет сбалансированной и системной методики обучения с использованием технологий виртуальной, дополненной и смешанной реальности. Для того, чтобы определить подходы к обучению информатики с использованием VR-технологий, необходимо исследовать модели, обосновывающие связь содержания, методов его реализации и особенности восприятия учебного материала. Одна из моделей, включающая эти важнейшие компоненты, представлена на рис. 1. Понятие - ключевой элемент содержания любого предмета. Порядок его введения, детализация компонентов и место в школьном курсе должны отвечать целям и задачам обучения. Понятие должно соответствовать разделу программы и учитывать специфику возраста учащегося. Его важно связывать с практическим применением, организацией процесса обучения, приобретением и накоплением познавательного опыта, освоением компьютерных инструментов и технологий. Так, простейшая система дополненной реальности, которая может быть использована на уроке информатики, включает следующие компоненты: бумажные маркеры-рисунки, веб-камеру, программное обеспечение. Веб-камера смартфона считывает маркер, а специальное приложение выводит на экран объект дополненной реальности и отслеживает его перемещения в реальном пространстве. Опыт взаимодействия Понятие Характеристики VR Обучение Характеристики обучающегося Опыт обучения Рис. 1. Модель реализации понятия с помощью VR-технологий An experience interactions Concept VR characteristics Training Student characteristics An experience learning Figure 1. Model of the concept implementation using VR technologies Говоря об особенностях применения иммерсивных технологий в обучении информатике, следует ориентироваться на дидактический дуализм, который проявляется в двух подходах. Первый подразумевает создание объектов и сценариев виртуальной, дополненной или смешанной реальности непосредственно в учебной деятельности. В этом случае модель должна раскрывать суть реализуемой методики, описывающей процесс изучения определенного объекта, предмета или явления. Второй подход связан с построением модели, описывающей иммерсивные технологии как средство обучения, применяемое на уроках или во внеурочной деятельности. Суть двустороннего подхода может быть представлена в виде схемы (рис. 2). Связаны ли эти подходы между собой? Уточним вопрос: можно ли использовать средства виртуальности реальности для разработки сценариев искусственной среды? Вполне возможно. В самом деле, если ученик готовит проект виртуальной реальности, почему бы в качестве средства обучения не использовать одну из иммерсивных технологий. Это развивает познавательную активность, пространственное и логическое мышление учащихся. Трехмерное, анимированное стереоскопическое изображение объектов, передающее объем, размеры, динамику движения, демонстрируемое в реальном пространстве и времени, переносится в виртуальное поле за счет системы позиционирования, функционирующей через специальные датчики. Благодаря компиляции многих технологических решений происходит восприятие виртуальных элементов точно так же, как и реальных. Это - главное дидактическое преимущество иммерсивных технологий. Иммерсивные технологии обучения (VR, AR, MR, AV) Предмет изучения (содержательный компонент) Средство обучения (технологический компонент) Класс, тема, формы учебной деятельной, виды контроля Роль в обучении, место в структуре занятия, особенности реализации Рис. 2. Дидактический дуализм иммерсивных технологий Immersive learning technologies (VR, AR, MR, AV) Study subject (content component) Learning tool (technological component) Class, theme, forms of educational activities, types of control Role in training, place in the structure of the lesson, implementation features Figure 2. Didactic dualism of immersive technologies Среди наиболее распространенных VR-технологий, которые могут быть использованы учителем, конструирование и применение QR-кодов. Она позволяет организовывать индивидуальную и групповую работу как на уроке, так и после него. Ученики могут использовать собственные смартфоны и планшеты в ходе выполнения различных практических заданий. Не менее значимая технология реализуется другим инструментом - приложением HP Reveal. С его помощью формируются ауры изображений. При наведении на них экрана смартфона демонстрируются виртуальные объекты. Это происходит за счет камеры телефона, GPS, акселерометра и других средств идентификации предметов. Одна из наиболее подходящих тем курса информатики, где могут быть использованы иммерсивные технологии, - информационное моделирование. Здесь можно показать эффективность VR-средств для создания различных моделей. Для внеклассной работы следует применять обзорно-исследовательский подход. Его суть заключается в подготовке творческих проектов, посвященных созданию и использованию иммерсивных технологий. Однако наиболее серьезные задачи стоят перед учителем, преподающим в классах с углубленным изучением информатики. К ним можно отнести формирование навыков работы со специальным оборудованием, программным обсечением, получение системных знаний в области программирования. При разработке программы по информатике в нее следует включить следующие темы: «Основы приложения Unity», «Базовые понятия C#», «Основы 3D-моделирования» и др. Стратегия обучения должна заключаться в том, чтобы ученики приобрели прочные навыки конструирования и программирования, развили креативное и системное мышление. Нельзя забывать о том, что процесс обучения будет эффективным, если он обеспечен содержательно-методически и технологически. Это означает, что учебный класс, в котором используются иммерсивные технологии или создаются виртуальные объекты, должен быть оборудован соответствующим образом. Речь идет о VR-шлемах, панорамных камерах, программном обеспечении, библиотеке готовых виртуальных моделей и т. д. В условиях глубокой трансформации образования невозможно не учитывать серьезные процессы обновления содержания и технологий, изучаемых в курсе информатики. В связи с этим нужны новые подходы, направленные на расширение и углубление знаний в этой предметной области. Один из них заключается в формировании прикладных компетенций, необходимых школьнику, которому предстоит жить и работать в совершенно иной социально-культурной и образовательной среде. Результаты и обсуждение. Для формирования иммерсивной среды учителю информатики важно не только использовать современное оборудования, но и моделировать образовательные процессы, применять новые методические подходы и стратегии. Среди наиболее важных тем курса, в которых целесообразно использовать иммерсивные технологии, стоит выделить «Представление и кодирование информации», «Программно-аппаратное обеспечение компьютера», «Алгоритмизация и программирование», «Формализация и моделирование», «Информационные технологии». Разумеется, круг обозначенных тем может быть расширен исходя из образовательных целей и методических предпочтений учителя, а таже условий, в которых осуществляется учебный процесс. При разработке программы курса следует учитывать, что интерактивные мультимедийные технологии стремительно развиваются. Это требует применения новых интерфейсов взаимодействия и конструирования интерактивных образовательных сред. Одним из перспективных направления их изучения и использования являются иммерсивные технологии, которые повышают качество учебного процесса, а также динамичность, последовательность, широкую наглядность и методическое многообразие. Заключение. Обучение в иммерсивной образовательной среде - это современный образовательный тренд, о котором надо не только знать, но и понимать учителю информатики, совершенствуя учебно-методическую деятельность. Педагог должен активно использовать дидактические преимущества новых технологий: полное погружение в материал, фокусировку на учебной проблеме, максимальную вовлеченность в процесс, отвлечение от внешних факторов и обстоятельств, самостоятельное режиссирование виртуального пространства. Цифровая трансформация - важнейшая черта современного образования. Она должна быть в поле зрения учителя информатики. Ему необходимо планировать и осуществлять учебно-познавательную деятельность в условиях широкого внедрения цифровых учебно-методических комплексов, учебных симуляторов, виртуальных лабораторий и VR-модулей. Эти современные средства служат развитию цифровой грамотности учащихся, формированию их информационной культуры и научного мировоззрения.

×

About the authors

Alexey I. Azevich

Moscow City University

Author for correspondence.
Email: azevichai@mgpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8416-2415

Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Department of Informatization of Education

29 Sheremetyevskaya St, Moscow, 127521, Russian Federation

References

  1. Azevich AI. Immersive learning technologies: the space of possibilities. Horizons and risk education in a systemic change and transformation: collection of scientific papers of the XII International Scientific and Practical Conference. Moscow: Mezhdunarodnaya akademiya nauk pedagogicheskogo obrazovaniya Publ.; 2020. p. 227–230. (In Russ.)
  2. Azevich AI. Immersive technology as a means of visualization of educational information. Bulletin of the Moscow City Pedagogical University. Series: Informatics and Informatization of Education. 2020;2(52):35–43. (In Russ.)
  3. Azevich AI. Augmented reality and augmented virtuality as types of immersive technologies. Fundamental problems of teaching mathematics, informatics and informatization of education: collection of abstracts of reports of the International Scientific Conference Dedicated to the 180th Anniversary of Teacher Education in Yelets. Yelets; 2020. p. 116–118. (In Russ.)
  4. Azevich AI. Immersive educational environments: design, construction, use. Informatization of education and methods of electronic learning: digital technologies in education: materials of the IV International Scientific Conference (Krasnoyarsk, 6–9 October 2020) (issue 2). Krasnoyarsk: SFU Publ.; 2020. p. 357–361. (In Russ.)
  5. Azevich AI. Virtual reality as a simulation model. Mathematical modeling and information technologies in education and science: collection of materials of the IX International Scientific and Methodological Conference dedicated to the 75th anniversary of Professor E.Y. Bedajbekova and 35th of school informatics. Almaty: KazNPU imeni Abaya Publ.; 2020. p. 166–171. (In Russ.)
  6. Bazhenova SA. Change in the content of the school course of informatics under the influence of the development of immersive technologies. Informatization of education and methods of electronic learning: digital technologies in education: materials of the IV International Scientific Conference (Krasnoyarsk, 6–9 October 2020) (issue 2). Krasnoyarsk: SFU Publ.; 2020. p. 367–371. (In Russ.)
  7. Grinshkun AV. The possibilities of using augmented reality technologies in teaching informatics to schoolchildren. Bulletin of the Moscow City Pedagogical University. Series: Informatics and Informatization of Education. 2014;3(29):87–93. (In Russ.)
  8. Ivanova AV. Technologies of virtual and augmented reality: opportunities and obstacles of application. Strategic Decisions and Risk Management. 2018;3(108):88–107. (In Russ.)
  9. Eliseeva MA. Topology of media: from augmented reality to augmented reality. Bulletin of the Development of Science and Education. 2019;(2):83–90. (In Russ.)
  10. Milgevskaya EA, Sedyolkin IS, Sedyolkina YS. Innovative technologies in scientific research. High Technologies and Innovations in Science: Collection of the Articles of the International Scientific Conference. Saint Petersburg: GNII “Natsrazvitie” Publ.; 2020. p. 53–58. (In Russ.)
  11. Podkosova YG, Varlamov OO, Ostrouh AV, Krasnyanskij MN. Analysis of prospects for using virtual reality technologies in distance learning. Voprosy Sovremennoj Nauki i Praktiki. 2011;2(33):104–111. (In Russ.)
  12. Selivanov VV, Selivanova LN. Efficiency of using virtual reality in teaching in youth and adult age. Lifelong Education: the XXI century. 2015;1(9):133–152. (In Russ.)
  13. Azevich AI. Virtual reality: educational and methodological aspects. RUDN Journal of Informatization in Education. 2019;16(4):338–350.
  14. Goldman S. The real deal with virtual and augmented reality. Available from: http://www.goldmansachs.com/our-thinking/pages/virtual-and-augmented-reality.html (accessed: 10.12.2020).
  15. Radkowski R. Investigation of visual features for augmented reality assembly assistance. International Conference on Virtual, Augmented and Mixed Reality. Springer; 2015. p. 488–498.

Copyright (c) 2021 Azevich A.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies