20 ejemplos de realidad aumentada en educación. El uso de la tecnología de "realidad aumentada" en la educación moderna

El uso de aumentada realidad" en educación moderna

Hasta la fecha, la tecnología de realidad aumentada se ha generalizado en varios campos: Internet, marketing, turismo, multimedia, ciencia y tecnología.

A pesar de la redacción inusual de la definición, la "Realidad Aumentada" ha entrado en nuestras vidas hace mucho tiempo. La historia de la realidad aumentada tiene alrededor de 20 años desde que Paul Milgrom y Fumio Kushino la describieron como un continuo. La realidad aumentada se presenta como un espacio entre la realidad y la virtualidad, junto con la virtualidad aumentada. La tecnología de realidad aumentada consiste en superponer objetos virtuales sobre una imagen real obtenida a través de un vídeo o webcam. Por ejemplo, durante una retransmisión televisiva de competiciones de atletismo, a los espectadores se les muestra una foto final, una fotografía con líneas que determinan las posiciones de los atletas. Estas líneas son objetos primitivos de la realidad aumentada, ya que aportan información adicional, haciendo más informativa la imagen real.

Tecnología de realidad aumentadano pasa por alto el campo de la educación y es actualmenteusadosuperficialmente en el proceso de estudio de las disciplinas del ciclo natural y matemático, que es una necesidad objetiva y necesaria para el desarrollo de los procesos cognitivos de los estudiantes modernos.La introducción de herramientas modernas de aprendizaje virtual en el sistema educativo es la condición más importante para mejorar el efecto de aprendizaje, que consiste en la interactividad del modelado 3D y el uso del efecto de realidad aumentada. Teniendo a mano un juego de marcadores de papel, podemos en cualquier momento presentar el objeto educativo no solo en volumen, sino también hacer una serie de manipulaciones con él, mirarlo "desde adentro" o en una sección.La relevancia de introducir la tecnología de realidad aumentada en el proceso educativo radica en que el uso de una herramienta tan innovadora sin duda aumentará la motivación de los estudiantes en el estudio de la informática y otras disciplinas, así como incrementará el nivel de asimilación de la información. , sintetizando diversas formas de su presentación. Una gran ventaja de utilizar la tecnología de realidad aumentada es su visibilidad, la integridad de la información y la interactividad.

A pesar de la gran funcionalidad, la tecnología de realidad aumentada es fácil de usar y accesible para una audiencia de usuarios de varias edades, pero requiere nuevos desarrollos y un estudio en profundidad de nuevos problemas. No obstante, con un desarrollo adecuado, esta tecnología es capaz de satisfacer una amplia gama de necesidades educativas y cognitivas de escolares y estudiantes.

Asimismo, la amplia funcionalidad que brinda la tecnología de realidad aumentada también está disponible para el docente. Usando esta tecnología, el maestro puede transmitir el material necesario para estudiar de una forma más interesante y accesible para los estudiantes, construyendo una lección basada en juegos emocionantes, demostraciones y trabajo de laboratorio. Facilidad de uso de virtual 3D-objetos simplifica el proceso de explicar nuevo material. Al mismo tiempo, al dominar la tecnología de realidad aumentada, aumenta el nivel de alfabetización informacional del docente y los estudiantes.

Por ejemplo, estudiar el tema "Arquitectura informática" en una lección de informática y usar en lugar de detalles reales 3D-objetos de realidad aumentada, cada estudiante tiene la oportunidad de familiarizarse con cada dispositivo informático, tener una idea de su estructura tecnológica y características. Para tales clases, el profesor debe tener: listo 3D-modelos desarrollados en el entorno 3DsMaxu otros programas de simulación; cámaras web, controladores de realidad aumentada; programa de reconocimiento de marcadores de realidad aumentada en versiones digitales o analógicas; ayudas de demostración como proyectores, pantallas, pizarras interactivas.

Un ejemplo del uso de la tecnología de Realidad Aumentada son los productos de la empresaINTELIGENTE tecnologías. La tecnología, en este caso, se implementa mediante la síntesis de una pizarra digital interactivaINTELIGENTE, softwareINTELIGENTE computadora portátil, cámaras de documentosINTELIGENTEy un cubo de realidad aumentada. La integración con el software SMART Notebook le permite capturar imágenes y agregarlas inmediatamente a su página de lección digital. Los estudiantes pueden operar animadosObjetos 3D, por ejemplo, un estudiante puede mostrar una imagen 3D utilizando un cubo de realidad aumentada y demostrarlo a la clase desde todos los lados moviendo el cubo frente a la lente de la cámara. La compatibilidad con el software SMART Notebook permite incrustar contenido adicional en archivos de lecciones. Las herramientas de realidad aumentada admiten varios formatos de objetos 3D comunes disponibles en varias bibliotecas de contenido. Así, el uso de la tecnología de Realidad Aumentada mejorará la eficiencia del proceso educativo y aumentará el interés por estudiar las disciplinas del ciclo natural y matemático.

Literatura

1. Inteligente Educación, "Cómo utilizar la realidad aumentada en la educación y la formación del personal" http://www.smart-edu.com/augmented-reality-inlearning.html

El artículo discute ideas y ya ejemplos existentes uso de tecnologías de realidad aumentada y virtual (AR y VR) en la educación. Al comienzo del artículo, se brinda una breve descripción de las tecnologías, se brindan definiciones básicas y se describe la parte técnica. Además, se considera la experiencia existente en el uso de estas tecnologías: aplicaciones, organizaciones, investigación. La última sección ofrece ideas para aplicaciones educativas. A modo de conclusión, se señalan los principales problemas y dificultades que pueden surgir en el proceso de implantación de estas tecnologías.

Butov Román Alexandrovich,
ingeniero, IBRAE RAS, estudiante de posgrado

Grigoriev Igor Sergeevich,
metodista centro de Recursos GBPOU "Vorobyovy Gory"

Descripción general de la tecnología

Realidad virtual y aumentada (VR y AR) son tecnologías modernas y de rápido desarrollo. Su objetivo es expandir el espacio físico de la vida humana con objetos creados con la ayuda de dispositivos y programas digitales, y que tienen el carácter de una imagen (Fig. 1).

La figura 1a muestra la imagen que ve el usuario a través de unas gafas especiales de realidad virtual (en adelante, VR). La imagen se divide en dos imágenes separadas para cada ojo y se distorsiona deliberadamente para dar a los ojos la ilusión de un espacio tridimensional. Si una persona se mueve o simplemente gira la cabeza, el programa automáticamente reconstruye la imagen, lo que crea una sensación de presencia física real. Con la ayuda de controladores (joysticks, etc.), el usuario puede interactuar con los objetos circundantes, por ejemplo, puede levantar una piedra y lanzarla desde una montaña; el modelo físico integrado en el programa calculará el vuelo de esta piedra. , que creará aún más la ilusión de un espacio real.

La figura 1b muestra una aplicación que utiliza tecnologías de realidad aumentada (AR). En esta aplicación, puede colocar imágenes de muebles en la imagen de la cámara del teléfono, pero debido a sus deformaciones, el usuario tiene la impresión de que ve un objeto real ubicado en la habitación. Es importante que en este caso la realidad (sala) se complemente con una silla virtual, y la tecnología correspondiente se llamará realidad aumentada. La creación de realidad aumentada es posible no solo con la ayuda de teléfonos inteligentes, sino también con otros medios técnicos, por ejemplo, a través de gafas especiales. En este caso, la imagen virtual se completa en la superficie de las lentes de las gafas.

Figura a

figura b

Figura 1. Ejemplos de tecnologías de realidad virtual (a) y realidad aumentada (b)

como dispositivos para este momento utilizado: gafas de realidad virtual y aumentada, controladores, auriculares, teléfonos inteligentes, tabletas. Estos dispositivos permiten que una persona vea y escuche objetos digitales (Figura 2). En un futuro cercano, se espera que los guantes de retroalimentación permitan a una persona tocar objetos digitales (Fig. 3).

Figura a

figura b

Figura en

Figura 2. Dispositivos para VR y AR: gafas con auriculares (a), controladores (b), teléfonos inteligentes y tabletas (c)

Figura 3. Prototipo de guante de retroalimentación

Los programas generalmente se crean en las mismas plataformas en las que se desarrollan los juegos de computadora (Unity, Unreal Engine, etc.), utilizando varias herramientas para desarrollar programas de realidad virtual y aumentada (Steam VR, Google VR, Oculus, Windows Mixed Reality, Google ARCore, Apple ARkit, Google Tango, Vuforia, etc.).

Los prototipos de dispositivos y los primeros usos de los términos VR y AR existieron a mediados del siglo XX, pero la terminología moderna se formó a principios de los 90. Para VR de Jaron Lanier, para AR de Caudell, Thomas P. y David W. Mizell.

Debido al rápido desarrollo de la tecnología, la terminología cambia constantemente. Sin embargo, el concepto de un continuum real-virtual (continuum realidad-virtualidad) propuesto en el trabajo de Milgram, Paul, et al.(Milgram, Paul, et al.) sigue vigente hasta el día de hoy y es fundamental para los posteriores. La figura 4 muestra una ilustración para definir el concepto de continuo real-virtual.

Figura 4. Continuo real-virtual.

Todas las tecnologías relacionadas con la expansión de la realidad a través de objetos digitales (quizás no solo digitales) se sitúan entre dos variantes polares de realidades posibles: la realidad (realidad), en la que vivimos, y la realidad virtual (virtual reality, VR). La realidad es la ausencia absoluta de objetos adicionales en el espacio físico, es decir, el propio espacio físico. La realidad virtual es la ausencia absoluta de objetos reales. Muchas de estas tecnologías se denominan realidad mixta (mixed reality, MR). En la práctica, a menudo se divide en subconjuntos. Los dos subconjuntos clásicos son la realidad aumentada (AR) y la virtualidad aumentada (AV). En el primer caso se entiende por tecnologías que complementan la realidad con diversos objetos, en el segundo, complementan la realidad virtual con objetos reales.

Un ejemplo es la tecnología que te sumerge en antigua roma. Si esta tecnología complementa el espacio que te rodea con varios objetos de esa época (espadas, armaduras, jarras de arcilla, templos, arenas), entonces se considerará tecnología AR, pero si te transfieren a ciudad antigua, con su arquitectura, personas, clima, eventos, etc., pero, por ejemplo, las caras de estas personas se transmitirán desde el mundo exterior, entonces esto es tecnología de virtualidad aumentada (en adelante, AV). En el nivel actual de desarrollo, la tecnología AV apenas se usa, pero en el futuro puede volverse mucho más impresionante que AR y VR.

Hablando de pronósticos de desarrollo tecnológico, a menudo se asume que la existencia humana se está desplazando hacia el espacio de la realidad mixta (MR), que ya se observa debido al desarrollo de Internet y los dispositivos móviles. Dentro del continuo virtual-real, los dispositivos móviles pueden considerarse tecnología de realidad aumentada AR, ya que complementan el mundo información adicional visual, sonora y parcialmente táctil. En un cortometraje distópico dirigido por Keiichi Matsuda, muestra el resultado de tal movimiento, que el autor llama hiperrealidad. ¿Puede una persona en la forma en que se encuentra ahora existir en un mundo así? Sigue siendo una pregunta.

Experiencia existente de aplicación en educación.

En la última década, gracias a la disminución del costo de los dispositivos, las tecnologías se han vuelto más accesibles para una amplia gama de usuarios. Lo que, a su vez, condujo a un aumento en la cantidad de programas (aplicaciones) sobre diversos temas. Para VR, estos son principalmente juegos de disparos de 1 persona o grabaciones de cámara de 360 ​​​​grados (saltos de paracaidismo, vistas, vida silvestre, mundo submarino, dinosaurios, etc.), para aplicaciones AR para cambiar las caras de los usuarios, medir las distancias de los objetos del mundo real, varios rompecabezas, así como programas educativos (principalmente en anatomía y astronomía).

Si hablamos de la aplicación en la educación, entonces para la realidad virtual es el estudio de la naturaleza, el trabajo de laboratorio en física, el estudio de los dinosaurios, viajar por los planetas, la astronomía y mucho más. Para AR, este es el estudio de anatomía, química, astronomía.

Las tecnologías VR y AR a menudo se mencionan en los programas de educación inmersiva. Dichos programas incluyen el uso de modernos tecnologías de la información en el proceso de aprendizaje que tiene lugar dentro de varios mundos virtuales y simulaciones, y a menudo en forma de juego. Este tipo de formación ayuda a aumentar la implicación, la comunicación entre los alumnos y el interés por el tema.

Como parte de la investigación académica, se han realizado decenas de trabajos sobre el tema del impacto de las tecnologías de realidad aumentada en el proceso de aprendizaje (la revisión más completa se presenta en uno de los trabajos enumerados en la lista de fuentes -). La revisión notó una mejora en el rendimiento de los estudiantes, la comprensión del material y un aumento en el nivel de motivación. El grado de implicación en el proceso de aprendizaje y el interés por estudiar la materia también es cada vez mayor, el nivel de comunicación entre los alumnos es cada vez mayor.

Los principales problemas a los que se enfrentan los profesores son el tiempo adicional que dedican a descargar aplicaciones, enseñar a los alumnos a utilizarlas, el bajo rendimiento de la geolocalización, a veces la mala calidad de respuesta de los modelos y las dificultades para que los alumnos trabajen en formato AR. En general, todos los problemas están relacionados con la falta de experiencia en el trabajo con AR y la tecnología aún imperfecta. En el futuro, con el desarrollo de la tecnología, estos problemas serán eliminados.

Ideas para la aplicación

Esta sección presenta solo algunas ideas de cómo se pueden utilizar las posibilidades de las tecnologías AR y VR en el campo de la educación.

a) realidad virtual (RV)

La capacidad de esta tecnología para sumergir a una persona en mundo virtual determina la dirección principal para su desarrollo en la educación. Todo lo que no se puede crear en mundo real por razones técnicas, económicas o físicas, se pueden crear en el mundo virtual. La oportunidad de ir donde en realidad es difícil o imposible de visitar. Véase electricidad y campos magnéticos, animales prehistóricos, mundos submarinos, países antiguos, planetas y asteroides. Además, esta tecnología puede abrir algunas cosas de una manera nueva, por ejemplo, la pintura, hay una aplicación que te sumerge en la pintura "Night Cafe" de Van Gogh. Tales aplicaciones pueden abrir la pintura de una nueva manera en la era del cine y los juegos de computadora.

En física, esta tecnología podría permitir trabajos de laboratorio en laboratorios modernos. Por ejemplo, ¿por qué no modelar los más famosos? proyectos de investigación años recientes: un gran colisionador de hadrones o un detector de ondas gravitacionales y realizar trabajos de laboratorio en ellos? Esto mantendrá a los alumnos interesados ​​mostrándoles lo último ciencia, y no bajo la cual estudiaron sus abuelos y bisabuelos (que, por supuesto, también importa).

al estudiar idiomas extranjeros, se logra un gran progreso en el aprendizaje con la comunicación en vivo con el operador. Pero si esa persona es difícil de encontrar o técnicamente difícil de entregar a la audiencia. La realidad virtual ya te permite adentrarte en espacios donde no solo puedes comunicarte, sino también interactuar con otros usuarios. Por ejemplo, puede transferir un grupo de estudio idioma japonés en Rusia y un grupo de estudiantes de idioma ruso en Japón en un espacio donde podían comunicarse y completar tareas. Y para la próxima lección, por ejemplo, con un grupo de España. Tal formato interactivo será de interés para estudiantes de cualquier edad. Llevar a cabo tales reuniones en vivo o incluso mediante videoconferencias no sería tan efectivo, sino más lento y costoso.

En el estudio de la historia, los estudiantes pueden familiarizarse con las exhibiciones tridimensionales de los museos del mundo. Y también con ciudades recreadas, batallas u otros eventos históricos. Por ejemplo, no solo puede recrear la Batalla de Borodino, sino también permitir que los alumnos participen en ella y tomen decisiones propias y colectivas. Por lo tanto, este será un nuevo paso de desarrollo después de la creación del panorama Borodino en Moscú.

En el campo de la geografía desarrollo moderno Las cámaras de 360 ​​grados permiten a los usuarios capturar panoramas y videos tridimensionales. Muchos investigadores, viajeros y simplemente turistas filman mucho material y lo publican en acceso abierto. Este video trata sobre montañas, océanos, vuelos, volcanes, polos. El uso de dicho material en el aula permitirá a los estudiantes ver los rincones más lejanos de nuestro planeta y mantener su interés por viajar.

En biología, la tecnología abre la posibilidad de reducir el tamaño de órganos, células o incluso moléculas de ADN. Las funciones interactivas permiten no solo ver una imagen estática, sino también ver, por ejemplo, el proceso de replicación del ADN.

En el campo de la química, las aplicaciones permiten experimentos peligrosos o costosos. Estudia la estructura de átomos y moléculas. Observar las transformaciones químicas en dinámica.

En el campo de la literatura, uno puede, por ejemplo, visualizar los momentos más brillantes obras de arte. La combinación de material y evento me parece interesante. Por ejemplo, para asistir a un examen en el Tsarskoye Selo Lyceum y ver cómo Pushkin lee "Memorias en Tsarskoye Selo". Por supuesto, la voz del poeta y, lo más importante, esa energía ya no se pueden recrear, pero tal formato permitirá a los estudiantes sentir la atmósfera que prevalecía en ese momento.

b) realidad aumentada (ARKANSAS)

Visualización de superficies algebraicas, tanto de segundo orden como de orden superior. En la fig. 5 muestra superficies algebraicas de segundo orden cuando se muestran usando tecnología AR. El alumno tendrá la oportunidad de estudiar cualitativamente la superficie como un objeto real frente a él, y no en una pantalla de computadora y, especialmente, un libro, así como cambiar los parámetros en tiempo real y ver el resultado. Todo esto debería contribuir a una mejor comprensión de la estructura de las ecuaciones (cambio interactivo de parámetros) y la forma tridimensional de las superficies.

Arroz. 4. Superficies algebraicas de segundo orden

Se pueden crear visualizaciones similares para superficies de orden superior (Fig. 5).

Arroz. 5. Superficies algebraicas de orden mayor que 2: (a) superficie de Clebsch cúbica diagonal, (b) tira de Möbius, (c) botella de Klein

La dirección principal para la aplicación en física es la visualización de las ecuaciones de la física matemática. En este caso, la solución se muestra en forma de proceso físico. El estudiante podrá cambiar dinámicamente los parámetros de la ecuación y ver el efecto de este cambio en el resultado.

La visualización de diagramas de fase, en particular, el diagrama pvt (diagrama de fase) del agua (Fig. 6) parece interesante. El diagrama puede mostrar procesos físicos: procesos isobáricos, isocóricos, isotérmicos, adiabáticos y politrópicos. El estudiante verá una imagen completa del proceso, y no proyecciones en ciertos planos, cambiará interactivamente los puntos de inicio y final del proceso, verá información adicional sobre el proceso (energía liberada/absorbida, parámetros al principio y al final).

Arroz. 6. Diagrama de fase del agua

En química, mapeo orbitales atómicos(Fig. 7) ayudará a comprender y recordar mejor su estructura. La visualización de la estructura de las moléculas (Fig. 8), le permite ver varios enlaces químicos en el espacio.

Arroz. 7. Diagrama de fase del agua

Arroz. 8. Molécula de cafeína

En ingeniería mecánica, visualización de modelos de equipos con la posibilidad de reproducir animaciones que muestren su funcionamiento. Para bombas y turbinas, se puede colocar uno al lado del otro un diagrama de fase de un medio con un proceso físico trazado en él. En la fig. La Figura 9 muestra una instantánea de una aplicación AR que muestra una planta de energía nuclear VVER de 1200 MW. La aplicación muestra las principales estructuras, equipos y anima el movimiento del entorno.

Arroz. 9. Aplicación AR con NPP VVER 1200

conclusiones

Hoy, en la realidad de la educación general masiva, es bastante difícil imaginar el uso de tecnologías de realidad aumentada y virtual. Y no es el componente financiero: conocemos un ejemplo exitoso del ambicioso proyecto "Moscú e-escuela”, dentro del cual dichas tecnologías se utilizan hasta cierto punto. En nuestra opinión, las principales dificultades están relacionadas con:

• La rigidez del programa, que debe ser dominado con éxito por los estudiantes en el marco de la educación general. Si bien las tecnologías de realidad virtual y aumentada tienen un gran potencial para mejorar el rendimiento de los estudiantes, también pueden ser una distracción importante. Los ejemplos del uso de la tecnología indican un aumento en la participación y un aumento en el interés en el proceso de aprendizaje. Algunos investigadores concluyen que estos factores conducen a un mayor rendimiento estudiantil. Sin embargo, en caso de excesivo entusiasmo por la forma en detrimento del contenido, el efecto puede ser revertido.
• El uso de tales tecnologías probablemente puede tener un gran efecto, pero el uso dentro del marco de una lección escolar estándar de 45 minutos conducirá a una violación significativa del programa, ya que el tiempo dedicado a trabajar con material que utiliza estas tecnologías cambiará de alguna manera el Plan de estudios.
• La introducción de tales tecnologías está asociada a varias dificultades de carácter financiero: el alto costo de los equipos, la falta de una gran cantidad de aplicaciones de alta calidad y, en consecuencia, la necesidad de desarrollarlas, poca experiencia en el uso de esta tecnología. entre los docentes que necesitan una mayor formación.
• La modesta cantidad y variedad de aplicaciones existentes que utilizan tecnologías AR y VR, especialmente aquellas creadas específicamente para la educación, es otro “freno”. Para cambiar la situación, por supuesto, se necesita apoyo estatal para tales proyectos, una orden estatal. Crear incluso una pequeña aplicación de realidad virtual, por ejemplo, en el campo de la historia, requiere el trabajo de muchos especialistas: historiadores, artistas, programadores, culturólogos, etc. Dichos recursos se pueden encontrar si hay recursos serios y una solicitud de el Estado o la gran empresa, o en el caso de que se crucen los intereses de distintas partes.

¿Cuáles son las formas de superar estas dificultades? Nuestra tesis principal es que por el momento el uso de las tecnologías de realidad virtual y aumentada es más adecuado en el campo de la educación adicional, que puede servir como conductora de nuevas ideas, no está tan rígidamente estructurada como la educación general.

Ilustremos cómo educación adicional puede superar las dificultades pasando por los puntos anteriores de posibles problemas de adopción de tecnología.

La educación complementaria tiene un sistema de dispositivos mucho más flexible en comparación con la educación general. Programas de varios niveles, distinta duración de las clases, participación de profesores de organizaciones especializadas para empleo a tiempo parcial. Oportunidades de cooperación con empresas industriales especializadas, las universidades le permiten atraer especialistas competentes y también le brindan potencialmente la oportunidad de encontrar formas de resolver problemas relacionados con el equipo necesario. De particular interés es la opción de cooperación con otras organizaciones, por ejemplo, museos, que pueden estar interesados ​​en tales tecnologías. Ya ahora hay excursiones y exposiciones especialmente creadas, donde las posibilidades de AR y VR se utilizan activamente. Entonces, ¿por qué no crear y utilizar un producto de alta tecnología para compartir? Después de todo, pueden incluirse como elementos de programas en muchas áreas de educación adicional.