Исследование и проектирование технологии обучения по теме «Исследование методов реализации дополненной реальности, разработка интерактивной системы объектов информационных технологий»

УДК  378.147-322

Исследование и проектирование технологии обучения по теме «Исследование методов реализации дополненной реальности, разработка интерактивной системы объектов информационных технологий»

Карчевска Н.В. Вергелес В.В.

Research and design of technology training on the topic "Study of methods for the implementation of augmented reality, the development of an interactive system of information technology objects"

 Karchevskay N.V. Vergeles V.V.

Аннотация.Раскрываются понятия и принципы проектирования технологий обучения, методы реализации дополненной реальности в обучении и современном обществе во многих сферах человечества, интерактивные системы, использующие дополненную реальность как объекты информационных технологий.

Передача опыта старшими поколениями людей младшим существует с древнейших времен. Накопление человечеством знаний, развитие орудий и способов труда, их усложнение исторически привели к необходимости специально заниматься обучением и воспитанием детей.

Каждое поколение людей решает три важнейшие задачи. Во-первых, освоить опыт предыдущих поколений, во-вторых, обогатить и приумножить этот опыт, и, в-третьих, - передать его следующему поколению. Общественный прогресс стал возможен лишь потому, что каждое новое поколение овладевало опытом предков, обогащало его и передавало своим потомкам.

Новое время, третье тысячелетие, важные события, происходящие в нашей стране, задачи утверждения в жизни российского общества гуманистических и демократических идей, прав и свобод, рыночных отношений, норм жизни правового государства и гражданского общества по-новому, расширенно ставят задачи перед педагогической наукой и практикой[4]. Провозглашение идей не означает их воплощения в жизнь общества и каждого человека. Прошедшие 90-е годы убедительно показали, что люди должны уметь жить, вести себя надлежащим образом в условиях предоставленных свобод. Чтобы жить в условиях демократии, надо, чтобы демократия жила в нас; чтобы жить в условиях морали и справедливости, надо, чтобы мораль и справедливость жили в нас; чтобы жить в условиях права, надо, чтобы право жило в нас. Это ставит серьезные проблемы перед педагогикой, особенно перед педагогикой высшей школы

Целью работы является раскрытие понятия и принцип работ проектирования технологий обучения, методы реализации дополненной реальности в обучении и современном обществе во многих сферах человечества, интерактивные системы, использующие дополненную реальность как объекты информационных технологий.

Постановка задач

-        Проектирование программы профессиональной подготовки бакалавра;

-        Исследование и проектирование технологии обучения;

-        Разработка дидактических материалов к инновационным технологиям обучения;

Исходными данными проекта является характер деятельности специалиста обучаемого, на основе которого определяются стратегические цели обучения, отражаются в образовательно-квалификационных документах, в свою очередь определяют содержание образования специалиста и зависят от условий работы профессионального учебного заведения и уровня базовых знаний тех, кого обучают. Интегрированный характер методической деятельности связан с тем, что она интегрирует дидактическое знания. При этом техническое знание является перед деятельностью, а дидактическое - средство ее осуществления.

Квалификационная характеристика - это государственный документ, на основе которого составляются учебные планы и программы профессиональных учебных заведений. В ней отражены требования производства к содержанию труда работников данной профессии и данного уровня квалификации.

Дидактика (от греч. didaktikós — поучающий, относящийся к обучению), часть педагогики, разрабатывающая теорию образования и обучения, воспитания в процессе обучения.

Термин "дидактика" применялся в педагогических сочинениях уже в 17 в. Я. А. Коменский в "Великой дидактике" (1657) разработал важнейшие вопросы дидактики: содержание образования, дидактические принципы и правила наглядности, последовательности, природосообразности и др., организацию классно-урочной системы. Коменский совершил переворот в сложившейся веками практике обучения, противопоставив средневековой зубрёжке новую систему учебной работы, соответствующую возрастным и психологическими особенностям детей. Дидактические идеи Коменского получили дальнейшее развитие в трудах прогрессивных педагогов 18 и 19 вв. И. Г. Песталоцци, А. Дистервега и др., строивших свою теорию обучения на основе принципа природосообразности, учёта психологического развития учащихся. Большое значение они придавали выработке понятий у детей, развитию их активности и самодеятельности, широкому применению наглядности при обучении. В середине 19 в. выделение дидактики как теории обучения в особую часть педагогики стало общепринятым (кроме Великобритании и США, где термин "Дидактика" не применяется, а теория обучения разрабатывается и излагается главным образом в трудах по педагогической психологии).

Дидактический материал – особый тип учебных пособий, преимущественно наглядных: карты, таблицы, наборы карточек с текстом, цифрами или рисунками, реактивы, растения, животные и т.д., в том числе материалы, созданные на базе информационных технологий, раздаваемых обучающимся для самостоятельной работы на аудиторных занятиях и дома или демонстрируемые педагогом перед всем классом (группой). Использование дидактического материала способствует активизации образовательной деятельности обучающихся, экономии учебного времени.

Чтобы спроектировать дидактические материалы необходимо, опираясь на стратегические и тактические цели обучения, сформулировать оперативные цели; соблюдая их, подобрать учебную и научно-техническую литературу с необходимой информацией по теме.

Оперативная цель обучения должна быть сформулирована в форме знаний и умений, которые необходимо сформировать у будущего специалиста в ходе изучения темы [3].

В процессе обучения происходит планомерное формирование знаний, умений, навыков, а также необходимых свойств личности ученика. Основой такой планомерной передачи знаний служит четко сформулированая цель. Цель должна быть выражена через действия, сгруппированные по уровням усвоения обученными учебного материала, каждый из которых имеет определенные характеристики: условия, результат, критерии оценки.

Согласно современных педагогических теорий, существуют четыре уровня усвоения учебного материала.

Так, на первом уровне обучаемый не только воспринимает информацию, но у него формируется общее представление о предмете деятельности, появляется познавательный интерес. Для этого уровня характерно решение простых задач на нахождение некоего объекта в ряде других, узнавание на слух и по изображению (обозначению) заданных элементов (свойств) и т.д.

Второй уровень характеризует алгоритмический деятельность по памяти или способность воспроизводить и использовать имеющуюся информацию для решения задач по данному алгоритму.

Третий уровень характеризует этап продуктивного действия. На этом уровне ориентировочная основа деятельности усвоена таким образом, что сформированы действия идеализированные и ученик способен выполнить их в уме. Он решает нестандартные задачи в соответствии с конкретной ситуацией и объектов. Переход к этапу умственной деятельности приводит к формированию творческого мышления, одним из составляющих которого является умение решать конструкторские задачи, приводит к формированию новых знаний и ученик делает «открытие для себя». Но он еще не делает ничего нового для общества.

Четвертый уровень характеризует продуктивное действие, выполняемое путем самостоятельного конструирования новой ориентировочной основы деятельности.

Четвертый уровень в подготовке будущего специалиста обязательно будет присутствовать, поскольку согласно курсовой работы научные исследования входят в профессиональные обязанности этого специалиста [6].

Применение экспертных оценок для определения характеристик учащихся

Методы экспертных оценок являются частью обширной области теории принятия решений, а само экспертное оценивание — процедура получения оценки проблемы на основе мнения специалистов (экспертов) с целью последующего принятия решения (выбора).

В случаях чрезвычайной сложности проблемы, ее новизны, недостаточности имеющейся информации, невозможности математической формализации процесса решения приходится обращаться к рекомендациям компетентных специалистов, прекрасно знающих проблему, — к экспертам. Их решение задачи, аргументация, формирование количественных оценок, обработка последних формальными методами получили название метода экспертных оценок.

Существует две группы экспертных оценок:

Индивидуальные оценки основаны на использовании мнения отдельных экспертов, независимых друг от друга.

Коллективные оценки основаны на использовании коллективного мнения экспертов.

Способы измерения объектов

Ранжирование – это расположение объектов в порядке возрастания или убывания какого-либо присущего им свойства. Ранжирование позволяет выбрать из исследуемой совокупности факторов наиболее существенный.

Парное сравнение — это установление предпочтения объектов при сравнении всех возможных пар. Здесь не нужно, как при ранжировании, упорядочивать все объекты, необходимо в каждой из пар выявить более значимый объект или установить их равенство.

Непосредственная оценка. Часто бывает желательным не только упорядочить (ранжировать объекты анализа), но и определить, на сколько один фактор более значим, чем другие. В этом случае диапазон изменения характеристик объекта разбивается на отдельные интервалы, каждому из которых приписывается определенная оценка (балл), например, от 0 до 5. Именно поэтому метод непосредственной оценки иногда именуют также балльным методом.

Анализ результатов экспертных оценок

Для анализа результатов применяются различные методы математической статистики. Причем, они могут комбинироваться и варьироваться в зависимости от типа задачи и необходимого результата.

Формирование обобщенной оценки

Итак, пусть группа экспертов оценила какой-либо объект, тогда xj – оценка j-го эксперта, где m – число экспертов.

Для формирования обобщенной оценки группы экспертов чаще всего используются средние величины. Например, медиана, за которую принимается такая оценка, по отношению к которой число больших оценок равняется числу меньших.

Определение относительных весов объектов

Иногда требуется определить, насколько тот или иной фактор (объект) важен (существенен) с точки зрения какого-либо критерия. В этом случае говорят, что нужно определить вес каждого фактора. Отличается от формирования обобщенной оценки тем, что определяется не общая оценка объекта, а оценка для каждого его признака.

Установление степени согласованности мнений экспертов

В случае участия в опросе нескольких экспертов расхождения в их оценках неизбежны, однако величина этого расхождения имеет важное значение. Групповая оценка может считаться достаточно надежной только при условии хорошей согласованности ответов отдельных специалистов.

Для анализа разброса и согласованности оценок применяются статистические характеристики – меры разброса или статистическая вариация.

Итак, способы вычисления меры разброса:

         Вариационный размах

         Среднее линейное отклонение

         Среднеквадратическое отклонение

Одним из перспективных направлений ИТ-разработок является дополненная реальность. Данная технология - новый способ получения доступа к данным, однако влияние этой технологии на общество может оказаться сравнимым с эффектом от появления Интернета. Глобальная сеть сделала информацию более контекстно-зависимой, то есть определяемой окружающими условиями. Когда огромный массив информации находится в открытом доступе, то становится важным не ее наличие как таковое, а получение необходимых данных, связанных с объектом, в определенный момент времени

Продуктовую экосистему технологии дополненной реальности можно разделить на следующие ключевые элементы:

1.Аппаратные средства, которые обеспечивают технологические возможности создания дополненной реальности. В данную группу входят процессоры, дисплеи, различные датчики, такие как GPS, магнитометры, акселерометры, гироскопы, а также видеокамеры, средства коммуникации на малом расстоянии и другие устройства взаимодействия (ввода/вывода).

2.Браузер - программное обеспечение, задача которого - в режиме реального времени объединять слои информации, получаемые как от датчиков, так и из сети в виде различного контента.

3.Система распознавания - технологии для идентификации объектов и людей в реальном мире, основанные на вычислении данных о геолокации, пространственной ориентации и времени или определении форм, атрибутов и характерных признаков. Таким образом, их можно поделить на локационно-зависимые или объектно-зависимые. При этом объектнозависимое распознавание также может быть реализовано двумя разными способами - при помощи искусственных маркеров или без использования таковых.

4.Контент - содержание, которое отображается в рамках приложения с использованием дополненной реальности. В настоящее время также можно выделить два основных подхода: данные, определяемые объектом, - предполагают определенный индивидуальный обмен информацией между приложением и неким специальным искусственным объектом с контентом, в роли которого могут выступать QR-коды, штрихкоды «расширенные», или открытые, источники информации - предполагают использование контентных агрегаторов или брокеров, к которым обращается приложение дополненной реальности для оперативного поиска и получения стандартно сформатированного контента по запрашиваемому объекту.

С точки зрения взаимодействия с потребителем интерфейсы с использованием дополненной реальности можно разделить на следующие группы:

1.Автономные. Не предполагают взаимодействие с пользователем и служат только для предоставления сопроводительных данных об объекте. Подобные приложения дополненной реальности могут анализировать объекты, находящиеся в поле зрения человека (камеры устройства), и выдавать о них справочную информацию. Например, пользователь рассматривает картину в музее и с помощью приложения дополненной реальности получает дополнительные данные о художнике, о судьбе картины, истории изображенного сюжета и т.п.

2.Интерактивные. Предполагают взаимодействие с пользователем, который может настраивать тип накладываемого дополнительного слоя данных и получать различные ответы по рассматриваемому объекту. Очевидно, что такие системы предполагают наличие устройства ввода данных, в роли которого может выступать сенсорный экран мобильного устройства или другие сенсорные датчики. Примером такого приложения дополненной реальности являются «примерочные», где пользователь взаимодействует с интерфейсом, чтобы выбирать одежду из имеющегося набора и путем наложения слоев получать собственные изображения в различных нарядах.

По степени мобильности можно выделить следующие системы дополненной реальности:

1.Стационарные. Системы этого типа предназначены для работы в одном месте и не предполагают какое-либо перемещение.

2.Мобильные. Их использование подразумевает перемещение в пространстве и работу в динамичном режиме с разными объектами окружающего реального мира.

По реализуемой функциональной ценности для потребителя приложения дополненной реальности можно разделить на следующие пять направлений:

Визуальный поиск. Предполагает подсказки навигационного характера по запросу пользователя. Причем в данном случае речь не идет об уже традиционных дорожных навигаторах, когда пользователю надо переместиться из одной географической точки в другую. В данном случае предполагается расширенный вариант запросов, связанный с поиском конкретного товара или услуги, объекта с запрашиваемыми характеристиками, людей, отзывов и т.п.

Распознавание. Данная реализация дополненной реальности предполагает предоставление контекстной информации об объекте или человеке в поле зрения. Примером подобного приложения может быть распознавание партнера по переговорам и получение дополнительной информации о нем из открытых источников (его профессиональный опыт, компетенции, награды, сфера интересов, увлечения и т.п.).

Человек 2.0 - данный тип приложений дополненной реальности предполагает предоставление пошаговых инструкций для реализации конкретной задачи, например: подбор рецепта, алгоритм приготовления определенного блюда и контроль ингредиентов, дозировки и последовательности. Другим примером могут быть подсказки для ремонта автомобиля с указанием инструментов, точек их приложения и последовательности действий для демонтажа или монтажа агрегатов.

Экран-зеркало / линза. Такой функционал приложения дополненной реальности предполагает наложение виртуальных объектов на изображение окружения реального мира для лучшего представления о пространственных характеристиках виртуального объекта. Примером подобной реализации может быть получение изображения помещения с расставленными предметами мебели из интернет-магазина или каталога традиционной торговой точки. Таким образом, пользователь может увидеть выбираемый товар в условиях его будущего местоположения и лучшим образом определить его позицию без траты физических сил.

Визуализация продукции под контекстные задачи. Данный алгоритм больше подходит для промышленных предприятий для решения инженерных или конструкторских задач. Например, приложение дополненной реальности может показать работу оборудования в конкретных производственных условиях или получить представление о том, как будет двигаться прототип транспортного средства в реальных дорожных условиях.

Выводы Педагогика высшей школы способствует формированию активной творческой личности студентов; разработке новых подходов к овладению знаниями; созданию новых более эффективных средств, методов и форм обучения и воспитания студентов; проектированию развивающих педагогических процессов, организации для обучающихся такой образовательной среды, в которой они раскрывали бы свои способности и в более короткие сроки овладевали бы профессиональной деятельностью.

Key words: psychological schemes, psychological impact, subject of psychological influence

Сведение об авторахВергелес Владислав Валерьевич, студент СУНИГОТ, [e-mail]

Карчевская Наталья Васильевна, канд. пед. наук, доц., зав. каф.социально - экономических и педагогических дисциплин [e-mail]

Литература

1.Громкова, М.Т. Педагогика высшей школы: Учебное пособие / М.Т. Громкова. — М.: ЮНИТИ, 2013. — 447 c.

2.Дивногорцева, С.Ю. Теоретическая педагогика. В 2-х т. Т. 2. Теория обучения. Управление образовательными системами: Учебное пособие / С.Ю. Дивногорцева. — М.: ПСТГУ, 2012. — 262 c.

3.Дьяченко В.К. Организационная структура учебного процесса. — М., 1989. – 286 с.

4.Жуков, Г.Н. Общая и профессиональная педагогика: Учебник / Г.Н. Жуков, П.Г. Матросов. — М.: Альфа-М, НИЦ ИНФРА-М, 2013. — 448 c.

5.Коваленко Е.Э. Методика профессионального обучения. Учебник. – Х.: ЧП «Штрих», 2003. – 480 с.

6.      Педагогика высшей школы: учебное пособие / под общей редакцией О. В. Уваровской. – Сыктывкар: Сыктывкарского госуниверситета, 2013. – 197 с

7.Дополненная реальность - что это такое. [Электронный ресурс]: - URL:  http://venturebiz.ru/informatsionnye-tekhnologii/173-dopolnennaya-realnost (дата обращения 19.05.2019)

8.Мелкозёров Е.А. Перспективы проектов с использованием дополненной реальности в отечественном образовании / Бонч-Осмоловская Т.Б. - Студенческий форум: электрон.научн. журн. 2017. № 8(8). [Электронный ресурс]. - URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/8/22832 (дата обращения: 19.05.2019)

9.Paul Milgram A TAXONOMY OF MIXED REALITY VISUAL DISPLAYS, Department of Industrial Engineering University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada M5S 1A4, 1994. С. 2-13

Reference

1. Gromkova, M.T. Higher School Pedagogy: Study Guide / M.T. Gromkova. - M .: UNITI, 2013. - 447 c.

2. Divnogortseva, S.Yu. Theoretical pedagogy.In 2 t. T. 2.Theory of learning. Management of educational systems: Textbook / S.Yu. Divnogortseva. - M .: PSTU, 2012. - 262 p.

3. Dyachenko V.K. The organizational structure of the educational process. - M., 1989. - 286 p.

4. Zhukov, G.N. General and professional pedagogy: Textbook / G.N. Zhukov, P.G. Sailors. - M .: Alfa-M, SIC INFRA-M, 2013. - 448 c.

5. Kovalenko E.E. Methods of vocational training. Textbook. - H .: PE "Barcode", 2003. - 480 p.

6. Higher school pedagogy: study guide / edited by O. V. Uvarovskaya. - Syktyvkar: Syktyvkar State University, 2013. - 197 seconds

7. Augmented reality - what is it. [Electronic resource]: - URL: http://venturebiz.ru/informatsionnye-tekhnologii/173-dopolnennaya-realnost (appeal date 05/19/2019)

8. Melkozerov E.A. Prospects for projects using augmented reality in the domestic education / Bonch-Osmolovskaya TB - Student forum: electron. scientific journals 2017. No. 8 (8).[Electronic resource]. - URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/8/22832 (access date: 05/19/2019)

9. Paul Milgram A TAXONOMY OF MIXED REALITY VISUAL DISPLAYS, Department of Industrial Engineering University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada M5S 1A4, 1994. P. 2-13.