Образовательный потенциал дополненной реальности

формации. Студенты-айтишники готовятся к решению проблем практического характера в разных сферах жизнедеятельности человека и общества, что обуславливает необходимость освоения новых алгоритмов и подходов к разработке сложных программных систем на основе устойчивого познавательного интереса студентов к новым знаниям и умениям.

Однако, как показали наши наблюдения, развивать и удерживать познавательный интерес у будущих IT-специалистов – весьма сложная задача. Объясняется это в первую очередь тем, что студенты-айтишники обладают так называемым цифровым сознанием и алгоритмическим складом ума, т. е. мыслят и обрабатывают информацию принципиально иначе, чем их сверстники, обучающиеся на других направлениях подготовки. Они стремятся получать необходимую информацию в режиме реального времени. Им присуще развитие невербального интеллекта, в структуру которого включены способности к конструктивной деятельности, более развитые пространственные представления, формально-логическое мышление, сочетание синтетического и аналитического мышления. Студентам, получающим профессию в сфере информатики и вычислительной техники, нравится параллельный процесс и многозадачность.

Доступ к множеству новых источников информации вооружает студентов новыми средствами ее получения. Будущие IT-специалисты предпочитают графику и мультимедиа, а не текст и бумажные носители информации. Вместо чтения главы из учебника они предпочтут посмотреть видеоурок [2; 3]. Будущие IT-специалисты неотделимы и зависимы от различных видов цифровых технологий, в особенности если учесть, что они сами в скором времени должны будут разрабатывать новые сложные программные системы. Наблюдения показывают, что они в своем большинстве рациональны, мобильны и практико-ори-ентированы: берутся только за то, что пригодится в профессиональной жизни.

Принимая во внимание перечисленные выше особенности познавательного интереса будущих IT-специалистов, преподаватели профильных дисциплин находятся в поиске новых инструментов подачи информации, которые должны увлекать студента, стимулировать познавательный интерес и мотивировать его учиться с удовольствием. При этом перед преподавателями стоят множество разнородных задач, которые необходимо решать с учетом постоянных изменений языко- вых стандартов программирования, многообразия и развития технологий, средств и интегрированных сред разработки, библиотек построения пользовательского интерфейса, различия архитектур и других аспектов в сфере информатики и программной инженерии [5]. В связи с этим преподаватели не ограничиваются «классическим» подходом к подаче учебной информации. Широко используются активные и интерактивные методы обучения, благодаря чему текстовая информация дополняется графиками, логическими схемами, таблицами, формулами, современными средствами публичной демонстрации визуального и звукового характера, элементами анимации, что делает учебный материал более наглядным [4]. Однако наши наблюдения показывают, что даже применение всех вышеназванных подходов зачастую не может увлечь будущих IT-специалистов, а использование двумерных схем и таблиц не облегчает понимание сложных технических терминов и абстрактных понятий, тормозя развитие познавательного интереса.

Принимая во внимание все вышесказанное, считаем целесообразным в качестве инструмента формирования и развития познавательного интереса будущих IT-специалистов рассматривать технологию дополненной реальности, использование которой позволяет построить новую систему взаимодействия студента и информации. В отличие от виртуальной реальности (VR), которая полностью погружает пользователя в синтетическую цифровую среду, сгенерированную компьютером, дополненная реальность (Augmented Reality, AR) поддерживает ощущение присутствия в реальном мире. Эту технологию также называют расширенной, т. к. она дополняет (расширяет) реальный мир информацией в форме текста, графики, аудио в режиме реального времени [7]. Возможность обеспечить взаимодействие вычислительных устройств с физическими объектами отличает дополненную реальность от виртуальной и делает эту технологию лучшим человеко-машинным интерфейсом для решения задачи усиления интеллекта.

Общая схема создания дополненной реальности во всех случаях такова: камера устройства AR снимает изображение реального объекта; программное обеспечение (ПО) устройства проводит идентификацию полученного изображения, выбирает или вычисляет соответствующее изображению визуальное дополнение, объединяет реальное изображение с его дополнением и выводит итоговое изобра-

Основные характеристики технологий виртуальной и дополненной реальности

Критерий	Технология виртуальной реальности (VR)	Технология дополненной реальности (AR)
Взаимодействие пользователя с естественной реальностью	Низкое: пользователи изолированы от реальности и погружены с помощью устройства в полностью цифровую сенсорную вселенную	Высокое: взаимодействие с реальным миром, основанное на цифровой информации, добавленной к тому же миру
Уровень погружения в цифровой опыт	Высокий: подразумевает полное погружение в полностью оцифрованную параллельную реальность	Средний: зависит от цифровой плотности, добавленной к реальности
Устройства визуализации (оборудование)	Смартфон VR-очки Футляр с линзами Трекинговые системы Сенсорные гарнитуры: перчатки, костюмы и др. VR-шлем	Смартфон AR-очки Футляр с линзами
Источник изображения	Компьютерная графика или реальные изображения	Сочетание машинно-генерируемых изображений и объектов реального мира
Перспектива/ракурс	Виртуальные объекты меняют свою позицию и размеры в соответствии с положением	Виртуальные объекты позиционируются на основании положения пользователя в реальном мире
Доступность	Низкая: дорогостоящее оборудование	Высокая: минимальный набор оборудования; легкость распространения через социальные сервисы

Уровни студенческой вовлеченности

Таблица 2

Уровень вовлеченности	Описание	Балл
Отсутствие	Ничего не знаю и не хочу знать	0
Низкий уровень	Практически ничего не знаю, но хотелось бы узнать	1
Ниже среднего	Думаю, что знаю достаточно, но не все понимаю	2
Средний уровень	Владею материалом, понимаю суть и смысл	3
Выше среднего	Владею материалом, понимаю суть. Хочу знать больше	4
Высокий	Позитивно оцениваю свои знания, увлечен учебой	5
Максимальный	Ищу возможность развиваться, нацелен на совершенствование	6

жение на устройство визуализации. Для работы с AR достаточно воспользоваться смартфоном или планшетом и соответствующим ПО. Если объектив видеокамеры направлен на объект, ПО распознает его или по заблаговременно установленному маркеру, или после анализа формы объекта. Распознав объект, ПО подключается к трехмерному цифровому двойнику объекта, размещенному на сервере или в об- лаке. Затем устройство AR загружает необходимую информацию и накладывает ее на изображение объекта. В результате пользователь видит на экране отчасти физическую реальность, отчасти цифровую.

Одной из наиболее важных особенностей дополненной реальности с точки зрения педагогики является то, что она обеспечивает пространство, ориентированное на учащегося и гибкое для возможностей обучения. Учебный процесс может быть освобожден от традиционных помещений, таких как лекционные аудитории и лаборатории, и вместо этого следовать за студентом, где бы он ни находился. Возможности для обучения могут быть предоставлены, например, дома, на рабочем месте, в общественном транспорте ‒ везде, где есть необходимость их использовать и при условии наличия у обучающегося мобильного устройства со специальным программным обеспечением.

Основные определения технологии дополненной реальности, а также некоторые особенности и возможности ее применения рассмотрены в работах Р. Азумы, Ф. Кисино, Т. Кодела, П. Милграма, С.К. Онга, М. Саи-рио, Б. Чэна, М.Л. Юана, и др. [9; 10]. На сегодняшний день проведено относительно небольшое количество научных исследований в области использования технологии дополненной реальности в образовании. Среди ученых, занимающихся данной проблемой, преимущественно зарубежных, следует выделить С. Джохима, Х. Кауфманна, Л.Л. Лопез, Б. Мейера, Т. Нослони [8]. Среди отечественных ученых, чьи исследования в этой области вызывают интерес, следует упомянуть А.С. Конушина, В.В. Гриншкуна и В.Р. Рога-нова [6]. В их работах описываются преимущества использования средств дополненной реальности в образовании, а также предлагаются учебные задания, связанные с применением данной технологии в образовательном процессе. Мы сделали попытку выделить основные характеристики обсуждаемых технологий с целью выявления наиболее предпочтительного варианта применения в образовательном процессе для стимулирования развития познавательного интереса у будущих IT-специалистов (табл. 1.).

На наш взгляд, с точки зрения применимости в образовательном процессе дополненная реальность является более предпочтительным вариантом. Во-первых, не требуется никакого дорогостоящего оборудования, достаточно иметь мобильное устройство с установленным на нем AR-приложением. Следовательно, студент может работать с учебным материалом как на занятиях в аудитории, так и вне ее. Во-вторых, при использовании на занятиях AR студент не отрывается от физической реальности, не испытывает зрительных иллюзий. Пользователь не выходит в третье измерение, поэтому не происходит ни конфликта мозговых программ, ни рассогласования механизмов зрительного восприятия, ни аномаль- ных поведенческих реакций. Таким образом, у студента остается возможность взаимодействия с преподавателем и группой.

Учитывая вышеназванные параметры, в собственных исследованиях мы использовали приложение дополненной реальности, разработанное авторами (бета-версия), как инструмент формирования познавательного интереса у студентов 3-го курса специальности «Информатика и вычислительная техника» при изучении дисциплины «Компьютерные сети». Авторы поставили перед собой задачу понять и проанализировать воздействие технологии дополненной реальности на развитие вовлеченности студентов в учебный процесс. Индекс студенческой вовлеченности (Engagement Rate, ER) – переменная величина, позволяющая оценить состояние интереса к учебному материалу. Степень вовлеченности студентов в учебный процесс была установлена с помощью анкетирования, которое проводилось до и после применения AR-приложения. Уровни вовлеченности, переведенные в числовые значения с присвоением каждому условных баллов, приведены в табл. 2.

В процессе пилотного исследования были представлены описательные данные, основанные на данных порядковой шкалы измерений, полученных из опросников. В рамках экспериментальной обработки применяется тест Уил-коксона для соответствующих образцов, чтобы определить, имеются ли существенные различия между мерами до и после вмешательства. В настоящем исследовании уровень значимости α = 0,05.

Первый шаг в подсчете T-критерия Уил-коксона – вычитание каждого индивидуального значения до из значения после и установление абсолютного значения разности. Поскольку в матрице имеются связанные ранги (одинаковый ранговый номер) 1-го ряда, произведем их переформирование. Переформирование рангов производиться без изменения важности ранга, т. е. между ранговыми номерами должны сохраниться соответствующие соотношения (больше, меньше или равно). Не рекомендуется также ставить ранг выше 1 и ниже значения равного количеству параметров (в нашем случае n = 15).

В качестве нулевой гипотезы (H0) принят тот факт, что показатели после проведения опыта превышают значения показателей до эксперимента, соответственно, H1 ‒ показатели после проведения опыта меньше значений показателей до эксперимента. В табл. 3 представлены исходные и выходные данные,

Исходные и выходные данные

До измерения, t до	После измерения, t	Разность	Абсолютное значение разности	Ранговый номер разности
2	4	2	2	11,5
2	5	3	3	15
4	5	1	1	6
3	5	2	2	11,5
5	6	1	1	6
2	4	2	2	11,5
4	5	1	1	6
4	4	0	0	2
3	3	0	0	2
1	3	2	2	11,5
0	2	2	2	11,5
4	5	1	1	6
4	5	1	1	6
3	5	2	2	11,5
5	5	0	0	2
Сумма				120

абсолютное значение разности, ранговый номер разности.

Сумма по столбцу рангов равна £ = 120. Правильность составления матрицы на основе исчисления контрольной суммы проверяется по формуле:

¹ x_e =

(1 + n ) n = (1 + 15)15 = ₁₂₀

Сумма по столбцу и контрольная сумма равны между собой, следовательно, ранжирование проведено правильно. Отметим, что в таблице отсутствуют направления, которые являются нетипичными, т. е. отрицательными. Таким образом, сумма рангов этих «редких» направлений составляет эмпирическое значе^ние критерия Т эмп : т = I R t = 0 .

По таблице критических значений для Т-критерия Уилкоксона находим значение для n = 15 : т.а = 30 (при p<0,05). Зона значимости в данном случае простирается влево, действительно, если бы «редких», в данном случае положительных, направлений не было совсем, то и сумма их рангов равнялась бы нулю. В данном же случае эмпирическое значение Т попадает в зону значимости: Тэмп<Ткр. Таким образом, гипотеза H0 принимается, показатели после эксперимента превышают значения пока- зателей до применения новых дидактических инструментов. Интерпретировать статистически значимые результаты эксперимента можно следующим образом: дополненная реальность стимулирует познавательный интерес, обеспечивает гораздо более позитивное отношение к учебной дисциплине, процесс обучения становится более привлекательным.

Следует подчеркнуть, что студенты нашли интересным не само применение приложения, хотя это было увлекательно и необычно. Они отметили возросшее желание и интерес к дальнейшему изучению дисциплины. Следовательно, AR-приложение привлекает внимание студентов к материалу, способствует лучшему усвоению знаний; вовлекает студентов в учебный процесс за счет высокой степени интерактивности, что, в свою очередь, повышает качество образования. Мы заметили также, что студенты во время занятия были более склонны к сотрудничеству с сокурсниками и преподавателем.

Таким образом, очевидно, что приложения дополненной реальности имеют огромный образовательный потенциал. Мы убеждены, что в условиях цифровой трансформации образования следует уделить особое внимание применению и развитию этого средства обучения.