CC BY
50Педагогика
УДК 372. 853
кандидат педагогических наук, доцент Кирюхина Наталия Владимировна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга); студент Плеханова Надежда Александровна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Калужский государственный университет имени К.Э. Циолковского» (г. Калуга)
ИММЕРСИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ
Аннотация. В статье рассматриваются возможности использования иммерсивных технологий в обучении физике. Анализируется современная трактовка понятия иммерсивности, прослеживается эволюция иммерсионного подхода в образовании. Описываются характеристические свойства и особенности иммерсивной образовательной среды, определяющие дидактический потенциал виртуальной (VR), дополненной (AR) и смешанной (MR) реальности в предметном обучении. Определены основные направления использования VR/AR-технологий в обучении физике: визуализация и мультисенсорное представление физических объектов, учебный физический эксперимент. Приводится обзор готовых продуктов, предлагаемых отечественными разработчиками, для школ, вузов, центров дополнительного образования. Обсуждается возможность самостоятельного создания школьниками и студентами приложений в виртуальной и дополненной реальности, представляющих собой компьютерные модели исторических парадоксов и мысленных экспериментов в физике. Дается оценка отношения педагогического сообщества к использованию VR/AR-технологий в учебном процессе, перечислены основные факторы, ограничивающие их массовое внедрение.
Ключевые слова: immersive educational environment, teaching physics, virtual and augmented reality technologies.
Annotation. The article discusses the possibilities of immersive technologies in physics teaching. The modern interpretation of the concept of immersiveness is analyzed, the evolution of the immersive approach in education is traced. The characteristic properties and features of the immersive educational environment that determine the didactic potential of virtual (VR), augmented (aR) and mixed (MR) reality in subject learning are described. The main directions of using VR/AR technologies in teaching physics are defined: visualization and multisensory representation of physical objects, educational physical experiment. The review of finished products offered by domestic developers for schools, universities, centers of additional education is given. The possibility of independent creation by schoolchildren and students of applications in virtual and augmented reality, representing computer models of historical paradoxes and thought experiments in physics, is discussed. The assessment of the attitude of the pedagogical community to the use of VR/AR technologies in the educational process is given, the main factors limiting their mass implementation are listed.
Key words: applied orientation of teaching physics, the principle of polytechnic education, natural science literacy, contextual
task.
Введение. Иммерсивные технологии все шире охватывают все сферы человеческой деятельности от индустрии развлечений до военной промышленности. Иммерсивность (от англ. immtrsive - захватывающий, впечатляющий) рассматриваемая как способность создавать эффект присутствия, погружения в искусственно созданную среду. Изначально это свойство не подразумевало возможность симуляции этой среды с помощью компьютерных технологий. Литература, изобразительное искусство, театр, кино с самого начала их появления дают примеры иммерсионного восприятия, погружения в воображаемые или изображаемые миры. В наши дни иммерсивность связывается прежде всего с цифровым контентом, созданным с помощью технологий расширенной реальности, виртуальной (VR), дополненной (AR), смешанной (MR)
За последние несколько лет доступность таких технологий значительно возросла, в том числе, благодаря реализации национального проекта «Образование», федеральных проектов «Цифровая школа», «Цифровая образовательная среда». «Кванториумы», «IT-кубы», «Точки роста», центры дополнительного образования и довузовской подготовки все чаще оснащаются соответствующим оборудованием. В вузах VR-тренажеры и симуляторы используются для отработки практических навыков, там где реальная практика связана с риском или затратами. Создаются лаборатории по разработке программного обеспечения и контента, инициируются образовательные программы по подготовке кадров для работы и исследований в области виртуальной и дополненной реальности.
Использование иммерсивных технологий актуально практически для всех вузовских дисциплин и школьных предметов - от математики до истории. Цель исследования, представленного в данной статье, - определить дидактический потенциал технологий расширенной реальности в обучении физике, оценить состояние, проблемы и перспективы их использования в учебном процессе.
В образовании метод погружения как альтернатива подходу, основанному на убеждении, зародился задолго до компьютерной эры [9]. Примерами могут служить театральная педагогика, методики интенсивного обучения иностранным языкам, основанные на принципах суггестивного воздействия, технологии погружения (культурного, исторического, метапредметного, межпредметного др.). В методике физики наибольшее распространение получила технология эвристического погружения А.В. Хуторского [8], использующая техники вживания, образного и смыслового видения, мысленного моделирования реальности (техника «если бы...»). В настоящее время иммерсивность в педагогике рассматривается как свойство образовательной среды определенного типа. Она создается с помощью технологий, включающих расширенную реальность, но не сводится к ним. Наиболее полная характеристика иммерсивной обучающей среды дана в работах С.В. Сергеева [4]. Иммерсивная среда может быть психологической (полностью субъективная, созданная воображением), физической (воссоздаются реальные условия), виртуальной (компьютерные симуляции). Это предельные случаи, на практике присутствуют их различные комбинации. Такая среда выступает как «системный динамический самоорганизующийся психологический конструкт» [4], имеет признаки искусственного интеллекта, обладает свойствами интерактивности, избыточности, наблюдаемости, конструируемости, насыщенности, пластичности, целостности, мотивогенности. Виртуализация средств обучения актуализирует эти свойства, способствует углублению и усложнению эффекта погружения. Обучающийся оказывается помещенным в созданную с помощью цифровых технологий среду, отображающую искусственный мир, модель некоторой реальной ситуации, деятельность в котором ведет к получению опыта решения познавательных задач.
Изложение основного материала статьи. Использование виртуальной (VR), дополненной (AR) и смешанной (MR) реальности в образовательных целях может рассматриваться как новая ступень эволюции основных принципов дидактики. В первую очередь, это касается ее «золотого правила», принципа наглядности, сформулированного еще Я.А. Коменским:
«все, что только можно, предоставлять для восприятия чувствами». Интерактивность среды раскрывает новые грани деятельностного подхода, позволяет учесть индивидуальные особенности обучающего. Воздействие на мотивационную сферу стимулирует познавательную активность. Характеристическое свойство VR/AR-технологий - способность создавать эффект погружения и функционирования в условиях, которые в реальной жизни невозможны, трудноосуществимы или опасны. В связи с этим можно выделить два основных направления их использования в обучении физике:
- визуализация и мультисенсорное представление физических объектов, процессов, явлений, технических устройств при отсутствии или затрудненности их демонстрации в реальности;
- отработка алгоритмов, формирования навыков учебно-познавательной деятельности в невозможных или труднодоступных в реальности условиях.
Первое направление находит воплощение в AR-продуктах типа «ожившие иллюстрации», 3D-симуляциях, виртуальных экскурсиях. Второе направление - это виртуальные лабораторные работы, практикумы по решению задач, учебные исследования. Оба направления часто используют игровые сценарии при организации пользовательского интерфейса.
Широкое распространение получили продукты дополненной реальности, в котором маркерами выступают страницы учебников. Компания «Увлекательная реальность» представляет мобильное приложение [51, в готовом виде работающее учебником «Физика. 7 класс», авторов Белага В.В., Ломаченков И.А., Панебратцев Ю.А., издательство «Просвещение». В нем представлено 18 анимированных трехмерных моделей-визуализаций физических явлений, процессов, технических устройств (броуновское движение, диффузия, двигатель внутреннего сгорания и др.). Для другого учебника приложение необходимо дорабатывать. Такого рода продукты могут быть созданы с помощью приложение Augment для операционной системы Android, но для этого нужно предварительно создать 3D-модель, например, с помощью программ Blender, Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya, SketchUp [21.
Издательство цифрового образовательного контента «Физикон» предлагает инструментальную платформу для создания образовательных VR/AR-объектов [11 как самостоятельно, с помощью конструктора сценариев, так и с использованием библиотеки готовых объектов. Большим преимуществом является возможность добавлять готовые 3D-объекты, созданные в других программах и создавать сюжеты в виртуальной реальности с помощью конструктора сценариев без глубоких навыков программирования.
Обучающий VR-комплекс для учащихся 8-9 классов для изучения электромагнитных явлений предлагает Центр НТИ Дальневосточного федерального университета [61. Эта разработка позиционируется как инструмент подготовке к ОГЭ по физике. На платформе центра доступно 6 тематических блоков модуля «Физика. Магнетизм» (взаимодействие токов, направление силы Ампера и силы Лоренца, явление электромагнитной индукции, направление индукционного тока). В курсе представлены виртуальные уроки трех типов (интерактивная теория с 3D-визуализацией и виртуальным наставником, практикум по решению задач с подсказками и тренажер по решению задач без подсказок). В 2020-21 годах проводилась масштабная программа апробации комплекса в российских школах нескольких регионов, подтвердившая его эффективность.
Самым распространенным способом использования VR в обучении физике являются виртуальные лабораторные работы. Упоминавшаяся выше компания «Увлекательная реальность» предлагает более 70 демонстраций и 30 лабораторных работ, охватывающих все ключевые разделы курса физики [3]. Предусмотрен как лабораторный практикум, так и индивидуальные практические занятия.
VR-Lessons предлагает комплект лабораторных работ-симуляций для изучения оптических явлений (линзы, законы отражения и преломления, интерференция, дифракция) [15]. Эта компания предлагает также предлагает курс для школьников, начиная с 6 класса, по созданию VR-игр включающий принципы работы игровой физики, настройки света и звука в играх.
Научные симуляции от MEL VR [13], известной не только IT-продуктами, но и как поставщик наборов оборудования и реагентов для реальных экспериментов, соответствуют школьной программе по физике и химии и охватывают широкий диапазон тем: атом, периодическая система, молекулы, изомерия, газовые законы, электростатика, температура. В готовом виде представлено около 50 уроков среди которых есть и лабораторные работы, и визуальные погружения в мир атомов и молекул, и трехмерные демонстрации экспериментов. Материалы обладают значительным потенциалом для выстраивания межпредметных связей физики и химии.
Еще один распространенный формат VR-контента - виртуальные экскурсии. В отличие от лабораторных работ они не предполагают активной работы учащихся, но позволяют получить опыт погружения в необычные миры. Примеры: пространство «Терра Тех» от проекта Atlas VR - цифровой двойник Земли, созданный по космическим снимкам [11], DreamPort - путешествия за пределы Земли, совмещенные с программой школьного курса астрономии [14].
В высшей школе VR/AR-технологии используются чаще всего отработки сложной практики в безопасных условиях. В НИЯУ «МИФИ» создана серия лабораторных работ по курсу «Экспериментальная физика ядерных реакторов», в которых используются виртуальные аналоги двух подкритических стендов: уран-графитовой и уран-водной сборок [12]. Цифровой двойник позволяет не только воспроизводить действия студента во время реального эксперимента, но и расширяет возможности оригинала за счет визуализации физических процессов, протекающих в устройствах [10]. В программе довузовской подготовки Предуниверситария НИЯУ «МИФИ» предусмотрен курс «Создание приложений в виртуальной и дополненной реальности».
В описанных решениях просматриваются все основные преимущества иммерсивных моделей: возможность увидеть невидимое, изменять пространственно-временные масштабы, сфокусироваться на деталях, безопасно работать с опасными объектами или в опасных условиях, и т.д. Однако, нельзя не заметить, что во многих случаях предлагаемые демонстрации носят иллюстративный характер, опыты в VR-лаборатории дублируют реальный натурный эксперимент. Следует принять, что не всегда погружение в виртуальную реальность дает ощутимые преимущества по сравнению с менее затратными средствами наглядности.
На наш взгляд, остается недооценённой возможность представить в VR/AR - формате и один из важнейших методов познания, сыгравший большую роль в развитии физики - мысленный эксперимент. У мысленных и виртуальных экспериментов много общего. И в том и в другом случае на базе наглядных образов создается модель объекта, только в мысленном она подчиняется законам физики и логики, а в виртуальном - реализует заложенный при разработке сценарий. К мысленным экспериментам, как и к виртуальным, прибегают в том случае, когда проведение опыта с натурными объектами невозможно или опасно. В мысленном эксперименте изначально, по определению присутствует иммерсивность, только искусственная среда создается воображением и существует только в человеческом сознании. С появлением технологий виртуальной и дополненной реальности появилась возможность наглядного представления этой среды внешними средствами. Многие мысленные эксперименты тесно связаны с парадоксами физики. Парадоксальность нередко рассматривается как характерная черта физического мышления. Обучение мысленному экспериментированию является
важным инструментом развития теоретического мышления, помогая формировать умения выделять существенное, выстраивать логическую цепь доказательств, давать прогноз. В принципе, мысленный эксперимент - это самодостаточная методологическая процедура, далеко не всегда нуждающаяся в усилении наглядности с помощью современных технологий. Но в ряде случаев, такая поддержка будет уместна и целесообразна:
- объект и среда, создаваемые в мысленном эксперименте, изначально основаны на абстрактных представлениях и нет возможности опереться на чувственный повседневный опыт, то есть уже на этапе знакомства с идеей эксперимента, возможны затруднения с восприятием и пониманием;
- преобразование реальности является способом продемонстрировать специфику мысленного эксперимента, показать проявление парадокса. Таких ситуаций особенно много в статистической физике, квантовой механике, теории относительности. Можно привести несколько исторических мысленных экспериментов, имеющих форму парадоксов, которые можно предложить в качестве сценариев для моделирования с использованием виртуальной и дополненной реальности: «Демон Максвелла», «тепловая смерть Вселенной», «микроскоп Гейзенберга», «лифт Эйнштейна», «поезд Эйнштейна». Интерактивная демонстрационная модель «Демон Максвелла» была создана в рамках курсовой работы в КГУ им. К.Э. Циолковского помощью программной среды Unreal Engine 4.21. Она может использоваться при изучении второго закона термодинамики в школе и в вузе.
Наиболее масштабная апробация VR/AR-продуктов для школ была проведена по инициативе Дальневосточного федерального университета (Центр НТИ ДВФУ) и министерства просвещения РФ в 2020-2021 годах. По итогам сделан вывод, что процесс внедрения их в массовую практику находится на начальной стадии [71. Педагоги положительно оценивают протестированные продукты. Главным достоинством 46% участников назвали положительное отношение обучающихся. Наибольшую ценность связывают с возможностью учета индивидуальных особенностей учащихся и повышением познавательной мотивации. В то же время значительная часть опрошенных не видит необходимости использовать VR/AR на занятиях регулярно. К основным барьерам, ограничивающим массовое применение VR/AR-технологий в образовании, относятся:
- высокая стоимость оборудования и технического обслуживания;
- отсутствие квалифицированного персонала, способного обеспечить техническую поддержку;
- ограничения санитарных правил и норм, регламентирующих образовательный процесс;
- нехватка качественного контента, соответствующего конкретным образовательным задачам;
- отсутствие методического сопровождения программных продуктов;
- недостаточная готовность педагогов к использованию этих технологий на занятиях;
- существенные временные затраты на обучение навыкам работы оборудованием и программным обеспечением.
Несмотря на это, эксперты оптимистично оценивают перспективы VR и AR в образовании. Перечисленные барьеры
преодолимы и можно предполагать, что со временем расширенная реальность станет ещё одним привычным и доступным образовательным инструментом.
Выводы:
1. Эффект присутствия, наглядность, безопасность, вовлеченность, фокусировка на деталях, которые в реальной жизни недоступны органам чувств - главные преимущества цифровых иммерсивных технологий, определяющие их эксклюзивный дидактический потенциал.
2. Основные направления использования технологий виртуальной и дополненной реальности в обучении физике: визуализация и мультисенсорное представление физических объектов, учебный физический эксперимент в невозможных или труднодоступных в реальности условиях.
3. К настоящему времени создано достаточно много технологических решений в сфере VR/AR-технологий, которые могут найти применение в обучении физике в общеобразовательной и высшей школе. Имеется арсенал готовых продуктов, предлагаемых отечественными разработчиками, для школ, вузов, центров дополнительного образования. Реализуется возможность самостоятельного создания школьниками и студентами приложений в виртуальной и дополненной реальности.
4. Педагогическое сообщество положительно оценивает дидактический потенциал технологий расширенной реальности при условии, что они используется по мере необходимости, как форма дополнительной активности, не заменяя полностью другие форматы. От иммерсивных технологий ожидается такой результат, который не может быть достигнут при их отсутствии.
Литература:
1. Инструментальная платформа для создания образовательного VR/AR-контента // ФИЗИКОН: [сайт]. - URL: https://physicon.ru/platforma-oblako-znanij/vr-ar-kontent (дата обращения: 26.03.2023)
2. Каштанова, Е.Н. Технология дополненной реальности в процессе изучения физики / Е.Н. Каштанова // АНИ: педагогика и психология. -2021. - №2 (35). - С. 166-169
3. Образовательный комплекс по физике «Увлекательная реальность» / Увлекательная реальность: [сайт]. - URL: https://funreality.ru/lp/ (дата обращения: 26.03.2023)
4. Сергеев, С Ф. Обучающие и профессиональные иммерсивные среды / С.Ф. Сергеев. - М.: Народное образование, 2009. - 432 с.
5. Учебник физики с дополненной реальностью // Увлекательная реальность: [сайт]. - URL: https://funreality.ru/product/ar_textbook/ (дата обращения: 26.03.2023)
6. Физика. Комплекс для подготовки учащихся 8-9 классов по темам магнетизма и электромагнитной индукции // VR/AR Центр НТИ ДВФУ: [сайт]. - URL: https://edu.vmti.ru/physics(дата обращения: 26.03.2023)
7. Хукаленко, Ю.С. Иммерсивные технологии в школьном образовании: по итогам всероссийской программы апробации / Ю.С. Хукаленко, П.С. Бажина, Д.И. Земцов // ПНиО. - 2022. - №3(57). - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/immersivnye-tehnologii-v-shkolnom-obrazovanii-po-itogam-vserossiyskoy-programmy-aprobatsii (дата обращения: 26.03.2023)
8. Хуторской, А.В. Увлекательная физика: Сборник заданий и опытов для школьников и абитуриентов / А.В. Хуторской, Л.И. Хуторская. - М.: АРКТИ, 2001. - 193 с.
9. Чупина, В.А. Иммерсивность: трактовка и развитие понятия в педагогике / В.А. Чупина // Инновации в профессиональном и профессионально-педагогическом образовании: материалы 23-й Международной научно-практической конференции, 24-25 апреля 2018 г., г. Екатеринбург. - Екатеринбург: Издательство РГППУ, 2018. - С. 488-493
10. Ядерная физика и VR: как в МИФИ нам удалось подружить современную науку, технологии и образовательный процесс / Хабр: [сайт|. - URL: https://habr.com/ru/post/583878 (дата обращения: 26.03.2023)
11. Atlas VR - цифровой двойник Земли, созданный по космическим снимкам // Терра Тех. Российские космические системы: [сайт]. - URL: https://terratech.ru/services/atlas-vr/(дата обращения: 26.03.2023)
12. Development of a virtual analogue of uranium-graphite subcritical assembly and visualization of the neutron flux distribution in virtual reality / P. Kiryukhin, A. Scherbakov, P. Pugachev, V. Romanenko, D. Khomyalov, G. Tikhomirov, E. Zadeba // Procedia Computer Science. - №169 (2020). - P. 192-197
13. MEL VR Science Simulations // MEL Science: [сайт]. - URL: https://melscience.com/US-en/vr/ (дата обращения: 26.03.2023)
14. VR-курс: Астрономия для школьников // DreamPort: [сайт]. - URL: https://dreamport.pro/project/vr-course-astronomy/ (дата обращения: 26.03.2023)
15. VR-Lessons. Каталог симуляций // VR-Lessons: [сайт]. - URL: https://www.vrlessons.ru/simulations (дата обращения: 26.03.2023)
Педагогика
УДК 378
преподаватель Кислова Оксана Николаевна
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина» (г. Нижний Новгород); старший преподаватель, кандидат педагогических наук Сизова Ольга Алексеевна Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина» (г. Нижний Новгород); доцент, кандидат искусствоведения Карнаухова Вероника Александровна Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина» (г. Нижний Новгород)
СОВРЕМЕННЫЕ ФОРМЫ РАБОТЫ С ФОЛЬКЛОРНЫМ МАТЕРИАЛОМ В СИСТЕМЕ ВЫСШЕГО
ОБРАЗОВАНИЯ
Аннотация. В статье рассматриваются актуальные формы работы с фольклорным материалом в системе образования, этапы развития фольклорного движения и изменение подходов к работе с фольклором в современном творческом и образовательном пространствах. Обозначены новые стилевые направления в фольклоре. Отражены формы изучения народного творчества в Мининском университете и Санкт-Петербургской консерватории. В заключении сформулирован вывод, что формы работы с фольклорным материалом находят отражение в различных программах освоения культурного исходного источника, что может быть как в работе ансамблей, так и в сфере освоения образовательных программ, которые составляются для развития народного творчества и изучения фольклора.
Ключевые слова: фольклор, педагогическая деятельность, фольклорное движение, народное творчество, Мининский университет.
Annotation. The article discusses the current forms of work with folklore material in the education system, the stages of development of the folklore movement and changing approaches to work with folklore in modern creative and educational spaces. New stylistic directions in folklore are designated. The forms of studying folk art at Mininsky University and the St. Petersburg Conservatory are reflected. In conclusion, the conclusion is formulated that the forms of work with folklore material are reflected in various programs for the development of a cultural source, which can be both in the work of ensembles and in the field of the development of educational programs that are compiled for the development of folk art and the study of folklore.
Key words: folklore, pedagogical activity, folklore movement, folk art, Minin University.
Введение. Фольклорный материал на сегодняшний день представляет собой актуальный объект современного изучения культуры и культурного наследия. Представляется важным обратить внимание на то, что современное фольклорное движение не имеет точной даты его начала и датируется, примерно 1980-ми гг. с момента появления студии Дмитрия Покровского, откуда стали выходить лидеры фольклорных групп, а в регионах стали появляться последователи. В Нижегородском регионе начало фольклорного связано с именем профессора Нижегородской консерватории, фольклориста-собирателя, исследователя, кандидата искусствоведения Н.Д. Бордюг. В начале 90-х гг. ею был организован учебный фольклорный коллектив «Истоки», которой занимался фиксацией и трансляцией фольклорных традиций и обычаев региона в сценическом воплощении.
Интерес к фольклору - любопытный процесс изучения развития творчества народов и населения определенных регионов и географических пространств. Некоторые исследователи стремились изучать источники появления фольклорного материала, другие пытались объяснить этнокультурные изменения современного мира. Важным этапом развития данного явления стало появление этномузыкологии в ряде образовательных учреждений высшего профессионального музыкального образования. Музыкальному фольклору уделялось особое место в научно-исследовательской деятельности, внимательное отношение к нему создавало почву для развития активного интереса к культуре.
Интерес и поддержка развития интереса к народному творчеству находится в плоскости изучения и освоения культурных основ титульной народности и народов, исторически проживающих на определенной территории. Даже состав титульной народности крайне разнообразен. Влияние в разных регионах традиционных творческих основ и веяний вносит в титульное культурное наследие региональное и местническое разнообразие. Необходимость разграничения народного, национального и националистического в значительной степени формирует потребность в поддержке развития форм фольклорного творчества в современности. Однако важно подчеркнуть, что интерес к данному виду творчества и самовыражения индивидуален и носит ограниченный характер среди определенных творческих групп и коллективов.
Изложение основного материала статьи. Прежде всего, для определения форм работы с фольклорным материалом стоит отметить, что целевые группы работы с данным материалом в значительной степени могут отличаться. Если в период зарождения фольклорного движения это были профессиональные коллективы, ансамбли, то на современном этапе работа с фольклорным материалом перешла в пространство образования и образовательной среды.
Существует несколько подходов к пониманию проблематики использования различных форм в народном творчестве. Прежде всего, стоит отметить подходы ансамблей и профессиональных коллективов к освоению народных традиций:
• целеполагания (какие цели положены в основу деятельности коллектива);
• знания и глубины понимания сущности народной культуры, ее форм и закономерностей; владения источниками;
• выбора методов работы.
