Концепція освітнього процесу з технологіями XXI століття для формування ключових компетенцій на заняттях із фізики на прикладі роботи мобільного додатку із доповненою реальністю «D

Концепція освітнього процесу з технологіями XXI століття для формування ключових компетенцій на заняттях із фізики на прикладі роботи мобільного додатку із доповненою реальністю «Da Vinci Machines AR».

Пахомова І. М., Мацокін Д.В.

Розроблено мобільний додаток із доповненою реальністю «Da Vinci Machines AR», який містить три моделі: самопідтримуючий міст, гелікоптер і танк Леонардо да Вінчі. Розглянуто деякі ідеї використання додатку в освітньому процесі.

Ключові слова: доповнена реальність. проектна діяльність, інноваційні методи навчання.

Складно буває пояснити непосидючим учням процеси, що незримо відбуваються в навколишньому світі. Діти так влаштовані, що їм необхідно все самим побачити і помацати, щоб зрозуміти нове, задуматися про природу речей і явищ, що відбуваються навколо. Саме тому в навчальному процесі так активно використовуються різноманітні наочні посібники, навчальні фільми та обладнання для проведення дослідів. Але є багато експериментів, які ми не маємо можливості продемонструвати у лабораторії або кабінеті. Тому пропонується розширити традиційні методи навчання, які можна втілити в освітньому процесі за допомогою доповненої реальності (ДР).

Що таке доповнена реальність?

На щастя, сучасні технології дозволяють не тільки скоротити кількість посібників, які порошаться в підсобках заради того, щоб один раз в рік бути використаними в навчальній програмі, але і перетворити демонстрацію навчального матеріалу в захопливе видовище, а то і гру. Саме цією ідеєю і захопилась група STEAM-лабораторії Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна на базі кафедри фізики кристалів.

Мета проекту – це розробка до навчальної програми із фізики (та поза межами програми для проектів) мобільних додатків, які можна завантажувати на планшет або мобільний телефон і використовувати на уроках або у проектах. При використанні додатка не потрібно мати Інтернет підключення. Ключовими зображеннями, на які реагують мобільні додатки можуть бути картинки у робочому зошиті або картинки підручника із фізики. Таким чином можна наповнити розширеними практичними інтерактивними симуляціями 3D об’єктів основні теми із фізики, та «оживити» підручник або робочий зошит. Візуалізація матеріалів шкільного курсу «Фізика» або інтегрованих тем, які можна використовувати у проектній діяльності, сприятиме більшій активності і зацікавленості учнів при вивченні фізики. Можливості доповненої реальності: динамічне представлення інформації, документальне відео, інтерактивні стимулятори (3D моделювання), гіперпосилання для уточнення інформації тощо. Мобільний додаток для "пожвавлення" сторінок друкованого підручника (або робочого зошита) з допомогою технології доповненої реальності завантажується безкоштовно. У цій версії продукту маркерами доповненої реальності є картинки, які можна завантажити за посиланням [2].

Для проведення заняття в інтерактивній формі із доповненою реальністю потрібен лише смартфон або планшет з програмним забезпеченням, а також спеціальні картки-зображення (сторінки підручника або робочого зошита).

Як це працює?

Роздрукуйте маркери – спеціальні картки-зображення на окремих аркушах [2] або придбайте робочий зошит. Встановіть мобільний додаток [1] на мобільний пристрій і запустіть його. Відкрийте робочий зошит на сторінці, яка найбільш зацікавила Вас і наведіть відеокамеру мобільного пристрою на зображення. Додаток розпізнає зображення сторінки в відеопотоці і, в реальному часі, виводить додаткові анімовані тривимірні об'єкти (3D-демонстрацію), відповідно до теми вибраного розділу.

Що можна побачити завдяки мобільному додатку «Винаходи Леонардо»?

Міст Леонардо да Вінчі, який сам себе підтримує (рис. 1). Де і як можна застосувати цю модель? По-перше, при проектній діяльності за темою «Мости» [3-11], по-друге, при створенні віртуального музею або стенду, присвяченому Леонардо та його винаходам. Представлені проекти розроблені англійською мовою, тому можна розробити інтегрований проект із вчителем англійської мови. Проекти [3-8] розраховані на різний вік учнів від початкових до випускних класів.

Рис.1 Доповнена реальність роботи мобільного додатка на прикладі моделі «Міст Леонардо».

Програмний додаток розроблено таким чином, що Ви маєте можливість працювати із двома розташуваннями ключових картинок: горизонтальне розташування (картинка знаходиться на парті) або вертикальне розташування картинки-маркеру (наприклад стенд чи цифрова версія картинки на інтерактивній дошці, екрані тощо). Увага: ключові зображення для горизонтального вертикального розташування різні. Тому треба визначитись, яке розташування ключової картинки Ви будете застосовувати на уроці або у проекті.

Друга модель. Гелікоптер Леонардо. Ця симуляція є інтерактивною та супроводжується звуковим ефектом. Ви маєте змогу натиснути кнопку «Take off» і гелікоптер буда злітати. При досягненні найдальшої точки траєкторії польоту гелікоптера, у Вас з’явиться можливість натиснути кнопку «Landing» і гелікоптер повернеться у початкову точку та здійснить посадку.

Рис.2 Доповнена реальність роботи мобільного додатка на прикладі моделі «Гелікоптер Леонардо».

Третя модель. Танк Леонардо. Модель рухається і робить серію пострілів із звуковим супроводом.

Мобільні додатки із доповненою реальністю дозволяють значно підвищити інтерес сучасних школярів до вивчення природничих наук завдяки застосованим передовим мультимедійним технологіям, що дає можливість «оживити» і представити в наочному вигляді найскладніші теми шкільного курсу фізики з використанням практично будь-якого сучасного комп'ютера, планшета або смартфона. На екрані електронного пристрою, інтерактивній дошці експерименти знаходять новий захоплюючий формат, а учні стають безпосередніми їх учасниками, вивчаючи фізичні процеси і виконуючи завдання в тривимірному вигляді.

Рис.3 Доповнена реальність роботи мобільного додатка на прикладі моделі «Танк Леонардо».

Планується у майбутньому розробити мобільні додатки для різних тем із фізики, які містили б в собі моделі роботи фізичних приладів або симуляцію, яка пояснює фізичне явище. Наприклад: рух чотирьохтактного двигуна внутрішнього згоряння, броунівський рух, дифузія, принцип дії конденсатора, принцип дії простих механізмів тощо. При наведенні камери на ці ключові зображення-картинки на екрані смартфону з'являються 3D об'єкти, що мають ефект зворотного зв'язку (їх можна крутити – об’ємне зображення є можливість роздивитися із будь-якого боку 3D моделі), запускати модельні експерименти.

Переваги використання ДР в освітньому процесі:

візуалізація – полегшує процес запам’ятовування та розвиває абстрактну уяву,

наочність – трьохвимірний підхід дозволяє дослідити прилад або явище у деталях, з різних боків,

цікавість – «живі» картинки на сторінках підручника – це дійсно дивує,

сучасність – оволодіння інноваційними технологіями у освітньому процесі,

увага учнів – ви будете мати увагу своєї аудиторії,

портативні і майже безкоштовні навчальні матеріали – з ДР вам не потрібно вкладати кошти у фізичні матеріали та обладнання,

повний цикл знань – завдяки простому скануванню, учні можуть отримати доступ до моделі, яку важко уявити. Далі, учні можуть отримати доступ до веб-сайтів і отримати додаткову інформацію про модель або фізичне явище. Наприклад, після сканування фотографії, пов'язаної з 3D-гелікоптером Леонардо та переглядом роботи моделі завдяки ДР, учні можуть безпосередньо перейти на веб-сторінку, де більше інформації про Леонардо та його винаходи [11]. Цей досвід створює повний цикл навчання та формує інформаційну компетенцію учнів. Ваші учні будуть навчатися із задоволенням і самостійно вивчати фізичні процеси та зберігати знання протягом більш тривалого періоду

Технологія доповненої реальності формує базові компетенції сучасного учня, вдосконалює освітній процес, піднімає мотивацію учнів щодо вивчання природничих наук та сприяє подальшому розвитку нової української школи.

Список використаних джерел:

1. Мобільний додаток «Винаходи Леонардо» https://play.google.com/store/apps/details?id=com.dmatsokin.vinci1
2. Ключові зображення для роботи мобільного додатку http://kfk.biz.ht/android/Leonardo/images_ukr.html
3. Проектна діяльність «Мости» https://thestemlaboratory.com/straw-bridges/
4. Проектна діяльність «Мости»
5. http://elmers.com/docs/default-source/Lessons/bridges-teaching-guide.pdf?sfvrsn=0
6. http://tryengineering.org/lessons/popsiclebridge.pdf
7. https://expeditionworkshed.org/assets/Bridge_builders_teacher_pack.pdf
8. http://www.pegnl.ca/admin/resources/how-to-bridge.pdf
9. http://ubclts.com/For%20the%20web%202014/Enhanced%20practicum/2013/2nd%20group/Straw%20Bridge%20Lesson%20Plan/Straw%20Bridge%20Lesson%20Plan.pdf
10. https://www.okcareertech.org/educators/cimc/resources/resources-by-title/supplemental-resources-for-tlas/filefolderbridge.pdf
11. https://italy4.me/izvestnye-lyudi/leonardo-da-vinci.html
12.  
13. https://www.lcps.org/cms/lib/VA01000195/Centricity/Domain/5867/BridgeDocs.pdf
14.