CC BY
33ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ПРОЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИКЛАДНЫХ ПРОЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛЬНОЙ
И ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ
EXPERIENCE IN IMPLEMENTING PROJECT-BASED LEARNING BASED ON THE EXAMPLE OF IMPLEMENTING APPLIED PROJECTS USING VIRTUAL AND AUGMENTED REALITY TECHNOLOGIES
УДК 004
Сырых Ольга Анатольевна
старший преподаватель кафедры «Информационные системы», ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет», Россия, г. Севастополь sirih@mail.ru
Дымченко Ирина Вячеславовна
старший преподаватель кафедры «Информационные системы»,
ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет»
Россия, г. Севастополь
ivdymchenko@sevsu.ru
Кузнецов Сергей Александрович
старший преподаватель кафедры «Информационные системы», ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» Россия, г. Севастополь sakuznetsov@sevsu.ru
Syrykh Olga A.,
senior lecturer of the Department of Information Systems, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Sevastopol State University» Dymchenko Irina V.,
senior lecturer of the Department of Information Systems, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Sevastopol State University» Kuznetsov Sergey A.
senior lecturer of the Department of Information Systems, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Sevastopol State University»
АННОТАЦИЯ
В статье описан опыт внедрения проектно-ориентированного подхода в образовательный процесс кафедры "Информационные системы" ФГАОУ ВО Севастопольский университет. Приводятся преимущества использования проектного подхода при подготовке студентов. Описан опыт ведения проектной деятельности с участием преподавателей и студентов в проектах прикладного характера городского и всероссийского уровня, приведены продуктовые, методические и практические результаты, полученные в результате их реализации.
ANNOTATION
The article describes the experience of implementing a project-oriented approach in the educational process of the Department of "Information Systems" of Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education Sevastopol State University. The advantages of using the project approach in preparing students are given. The experience of conducting project activities with the participation of teachers and students in applied projects of a city and national level is described, product, methodological and practical results obtained as a result of their implementation are presented.
Ключевые слова: проект, дополненная реальность, виртуальная реальность, проектный подход
Keywords: project, project approach, augmented reality, virtual reality
Введение.
В настоящее время возрастают и меняются требования к профессионально-квалификационным характеристикам, которые
предъявляют работодатели к выпускникам ВУЗов. На данном этапе компаниям необходимы работники, которые не просто имеют теоретические знания в предметной области, но и умеющие выполнять реальные проекты, добиваться результата, решать нестандартные задачи, быстро и правильно принимать решения, уметь работать в командах и т.д.
Работодатель при приеме работника на работу обращает внимание на опыт участия в реальных проектах, какие результаты были получены, какую выполнял роль в проектах. Для компаний важно взять на работу человека,
который способен не только что-то делать, но и способен учиться и быстро разбираться в поставленной задаче, проявлять самостоятельность и брать ответственность, умеющий создавать и внедрять инновационные технологии и разработки.
В такой ситуации возникает вопрос, где может получить такой опыт выпускник ВУЗа.
Классические занятия, проводимые в университете (лекции, практические и лабораторные) не в полной мере дают возможность получить такой опыт, и больше нацелены на освоение методов работы и на получение известного результата известным путем. Поэтому связующим звеном между практической и теоретической подготовкой обучающихся может являться технология проектно-ориентированного обучения, которая включает в себя не только образовательный процесс, но и оказывает влияние на развитие личности студентов и освоение ими так называемых гибких навыков (soft skills): коммуникативные навыки, навыки самоорганизации, креативные навыки, умение работать с информацией, стрессоустойчивость и т.д.
При проектно-ориентированном обучении требуемые компетенции достигаются посредством приобретения необходимых навыков и знаний во время выполнения командных проектов.
Проект - совокупность действий, ограниченная во времени и имеющая целью создание некоторого уникального продукта [1].
К студенческим проектам предъявляется ряд требований:
1. Наличие проблемы или задачи, соответствующей вызовам времени или наличие заказа на результат проекта.
2. При решении задачи обучающиеся должны пройти весь жизненный цикл проекта.
3. Необходимо найти оригинальное решение
4. Уровень результата должен соответствовать требованиям заказчика, если таковые существуют, или требованиям профессионального сообщества [2].
В проектной деятельности студенты образуют команды для решения конкретной задачи. Руководит командой наставник, который управляет процессом, мотивирует, организует и вместе с обучающимися исследует поставленные цели. Исходя из поставленных задач, уровня знаний и направления подготовки студентов выбирается вид проекта. Организация проектно-ориентированной деятельности зависит от типа проекта и выделяют следующие виды проектов [3]: исследовательский, игровой, практико-ориентированный, творческий и телекоммуникационный.
Общая схема реализации проекта может включать следующие этапы [4]:
1. выбор темы;
2. разработка и организация плана проекта;
3. осуществление запланированной проектной деятельности;
4. презентация проекта;
5. оценка и анализ результатов.
1. Проектная деятельность на кафедре "Информационные системы"
На кафедре "Информационные системы" ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет" проектный подход внедряется как в виде специальных дисциплин [5] так и в деятельности инициативной проектной группы.
Основу проектной группы составляют преподаватели и студенты кафедры "Информационные системы", а также студенты, обучающиеся на других кафедрах. Все студенты разделены на группы по направлениям деятельности: графический дизайн, 3D-моделирование, web-дизайн и web-разработка, разработка мобильных приложений, разработка приложений с AR-реальностью и разработка приложений с VR-реальностью. У каждой группы есть наставники - студенты старших курсов, которые мотивируют ребят на самостоятельное получение знаний, необходимых для дальнейшего участия в проектах.
Основной целью работы проектной группы является выполнение проектов для решения актуальных проблем в интересах кафедры, университета и города Севастополь. Благодаря этому студенты и преподаватели получают ценный опыт организации и выполнения работ в прикладных проектах на всех этапах их реализации.
Благодаря специализации и оснащению кафедры "Информационные системы", основное направление выполняемых проектов -это программные разработки с использованием современных информационных и геоинформационных технологий, а также уникального оборудования. Поддержку в реализации проектов оказывали Севастопольский государственный университет, городские общественные организации и Правительство г. Севастополь.
2. Проект "Севастопольские истории. Малахов курган".
Первым прикладным проектом, в котором участвовали студенты вместе
с преподавателями была разработка мобильного приложения с дополненной реальностью "Севастопольские истории. Малахов курган". Выполнялся
данный проект в сотрудничестве с Государственным музеем героической обороны и освобождения Севастополя при поддержке Правительства города Севастополя в 2018 году в рамках внутреннего гранта СевГУ [6].
Основной целью данного проекта была разработка мобильного приложения, которое представляет гид-путеводитель по территории Малахова кургана с применением технологии дополненной реальности и 3D-моделирования.
Была сформирована группа проекта, в которую вошли 3 преподавателя кафедры и 5 студентов разных курсов.
Следующим этапом в реализации проекта стала постановка задач, решение которых приведет к поставленной цели. Таким образом объектом исследования стали программные решения для мобильных устройств, использующие технологию дополненной реальности и методы создания 3D-контента, и были сформулированы следующие задачи:
• сбор и анализ информации по памятникам внешней экспозиции Мемориального комплекса памятников обороны города в 1854-1855 гг., 1941— 1944 гг. «Малахов курган»
• создание банка цифровых двойников объектов культурного наследия (реалистичных 3D-моделей)
• разработка инструмента (мобильного приложения), использующего технологию дополненной реальности и созданные 3D-модели.
Сразу после определения задач произошло распределение ролей и заданий между участниками команды, таким образом команда разделилась на 3 рабочие группы по решению одной из задач и в каждой подгруппе был преподаватель-наставник, ответственный за выполнение задачи. В процессе работы групп была декомпозирована основная задача каждой группы на подзадачи. Преподавателем обеспечивалось планирование и контроль за своевременным исполнением подзадач студентами в каждой группе и проведение регулярных собраний с обсуждением полученных результатов.
Первая подгруппа выполнила огромную работу по сбору информации, изучению исторических документов, так же их зоной ответственности стало общение с представителями Государственного музея героической обороны и освобождения Севастополя. В результате был составлен текстовый и визуальный контент, который хранится в "Библиотеке" приложения, составлен и записан аудиогид, который позволяет проводить аудио сопровождение пользователей. Также студенты этой подгруппы занимались разработкой дизайна приложения, маркеров для дополненной реальности и
получили соответствующие навыки работы в графических редакторах Adobe Illustrator и Adobe Photoshop (коммерческие продукты).
Вторая подгруппа занималась созданием SD-контента. Ими были изучены два метода создания SD-моделей: метод лазерного сканирования и метод фотограмметрии. Ребятами этой подгруппы были получены навыки работы с системой наземного лазерного сканирования (НЛС) Stonex X300. Обработка данных осуществлялась в программных продуктах Stonex Reconstructor (коммерческий продукт), MeshLab, CloudCompare (свободные продукты). При изучении метода фотограмметрии студенты изучили принципы фотографирования объектов для последующего воссоздания их трехмерных моделей. Для обработки фотографий и построения текстурированных моделей в проекте использовался программный продукт Agisoft Photoscan (коммерческий продукт с учебной версией).
Третья группа работала над созданием архитектуры и программированием мобильного приложения с применением технологии дополненной реальности. Для разработки использовались такие инструменты как платформа дополненной реальности Vuforia и кроссплатформенный движок Unity3D.
Таким образом, продуктовым результатом проекта стало мобильное приложение «Севастопольские истории. Малахов курган» разработанное под платформу Android, а также коллекция из 18-и реалистичных 3D моделей объектов внешней экспозиции Мемориального комплекса памятников обороны города в 1854-1855 гг., 1941-1944 гг. «Малахов курган». Кроме того, были созданы и отработаны методики создания SD-моделей объектов культурного наследия.
Представление результата - прототипа мобильного приложения произошло на открытии Мемориального комплекса «Малахов курган» после реконструкции 6 ноября 2018 г. и 29 ноября 2018 года на Молодежном фестивале науки и инноваций, который ежегодно организуется Севастопольским государственным университетом.
Защита проекта состоялась перед экспертной комиссией на защите внутренних грантов СевГУ.
По итогам выполнения проекта были поданы документы для регистрации авторского права на мобильное приложение «Севастопольские истории. Малахов курган».
3. Проект "Цифровая реконструкция сельской усадьбы Хоры Херсонеса"
Второй проект стал результатом тесного сотрудничества между Севастопольским государственным университетом и государственным историко-археологическим музей-заповедник «Херсонес Таврический» (г. Севастополь). В рамках этого сотрудничества члены проектной группы приняли участие в летней междисциплинарной студенческой школе "Херсонес 2.0" в июле 2019 года, в результате которой были отработаны методики междисциплинарного взаимодействия студентов, преподавателей и специалистов при проведении археологических исследований. Целью школы было внедрение информационных технологий в широкую археологию. Участниками школы были студенты кафедры "Информационные системы" и кафедры "История", археологи и историки, руководили школой преподаватели кафедры "Информационные системы" и специалисты археологи.
За время участия в школе были проведены работы по реконструкции объектов культурного наследия с применением VR-технологий, использованы геоинформационные технологии: точное позиционирование, наземное лазерное сканирование и геоинформационное моделирование, 3D-моделирование при создании цифровых копий археологических находок и объектов культурного наследия.
Полученный опыт лег в основу проекта - "Цифровая реконструкция сельской усадьбы Хоры Херсонеса античного периода и развитие технологии использования цифровых моделей объектов культурного наследия в VR-приложениях (приложениях виртуальной реальности)", который был поддержан внутренним грантом Севастопольского государственного университета.
Целью данного проекта являлась разработка приложения виртуального тура с применением технологии виртуальной реальности по сельской усадьбе хоры Херсонеса античного периода с созданием трехмерного контента.
Были определены основные задачи реализации проекта:
• сбор и обработка информации о быте жителей Херсонеса античного периода
• создание трехмерных моделей строений и предметов быта
• создание дизайна приложения и сцен виртуального тура
• разработка приложения с применением технологии виртуальной реальности.
Преподаватели контролировали работу студентов при выполнении задач в трех рабочих группах и обеспечивали взаимодействие между ними и проведение регулярных собраний с подведением итогов.
В ходе работы первой группы были изучены литературные источники и публикации, из которых были получены представления о том, как выглядели предметы, а также получены чертежи и фотографии остатков строений усадеб наделов №9 и №25 Хоры Херсонеса. Этой группой студентов выполнялись также создание дизайна и разработка дизайна сцен виртуального тура с учетом исторической достоверности. Кроме этого, были организованы экскурсии для всех участников проекта в музей-заповедник «Херсонес Таврический» для посещения экспозиций археологических находок и получения дополнительной информации об устройстве быта древних жителей этого поселения. Также проводились консультации со специалистами археологами и историками. Студенты ознакомились с рядом исторических документов и археологических отчетов, тем самым повысили свои знания в предметной области.
Вторая группа занималась созданием BD-моделей объектов. Работа над созданием моделей выполнялась для объектов, которые сохранились до наших дней с применением аппаратных комплексов (система наземного лазерного сканирования, BD-сканер, фотоаппаратура), а также с использованием специального программного обеспечения обработки. Восстановление моделей разрушенных строений выполнялось по чертежам и по фотографиям. Студенты смогли освоить и усовершенствовать свои навыки при работе с таким оборудованием как НЛС Stonex X300, GNSS-приемники точного позиционирования, BD-сканер с применением структурированного света Einscan-SE. Также были при выполнении задач студентами были выполнены масштабные работы по фотографированию объектов для последующего создания моделей фотограмметрическим методом и усовершенствованы навыки при работе с программным обеспечением для создания BD-моделей Blender (свободное программное обеспечение) и Agisoft Photoscan (коммерческий продукт с учебной версией). При выполнении этих задач проекта были применены методики создания BD-моделей при помощи фотограмметрии, полученные в результате выполнения проекта «Севастопольские истории. Малахов курган», а также опробована новая методика с применением BD-сканера.
Группа разработчиков программного обеспечения занималась проектированием архитектуры приложения виртуального тура, созданием сцен приложения и программированием взаимодействия пользователя с объектами в виртуальной реальности в среде разработки Unity для платформы HTC Vive. В ходе работы над проектом студенты освоили и получили навыки
разработки с такими инструментами разработки VR-приложений как SteamVR, OpenVR SDK, VRTK [7].
В результате выполнения проекта получены следующие результаты:
• разработано программное приложение с виртуальной реальностью «Сельская усадьба Хоры Херсонеса античного периода».;
• создана коллекция из 20 реалистичных 3D моделей архитектурных сооружений и моделей предметов быта Хоры Херсонеса периода античности.
Прототип программного приложения «Сельская усадьба Хоры Херсонеса античного периода» был представлен на II Молодежном фестивале науки и инноваций 21 декабря 2019 г. на базе ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет".
Подготовлены документы для регистрации авторского права на приложение «Виртуальный тур по сельской усадьбе Хоры Херсонеса античного периода».
4. Проект "Народы арктики VR"
Команда проекта "Народы Арктики VR" сформировалась, после выбора кейса на "Профстажировки 2.0" - это платформа, позволяющая осуществлять взаимодействие студента образовательной организации и работодателя.
Городской краеведческий музей Лабытнанги (ЯНАО), разместил на платформе задачу, разработать контент для инсталляции "Жилище Чум" под очки виртуальной реальности.
В состав команды вошли студенты, которые обладали навыками: 2D-дизайна, 3D-моделирования (Blender) и разработки в среде Unreal Engine. После интервьюирования заказчика, в команду было решено пригласить еще одного участника, который занялся созданием сценария.
Выполнение задачи было решено разбить на два этапа. На первом этапе создана VR-инсталляция, демонстрирующая вид и устройство зимнего стойбища северного народа ханты. На втором этапе, который реализуется в настоящее время - команда предложила показать внутреннее убранство чума в виртуальной реальности.
Управление проектом осуществляется по гибридной методологии Agile и Waterfall. Уже на первом этапе, создан MVP (минимальный жизнеспособный продукт).
В ходе выполнения проектов особое внимание уделяется образовательным запросам.
Развитие проектного обучения на кафедре "Информационные системы" идет через поиск, апробацию и применение наилучших проектно-образовательных практик.
В настоящее время 5 команд кафедры участвуют в проектно-образовательном интенсиве от Университета 2035. В рамках данного интенсива в качестве эксперимента роль наставников выполняют не только преподаватели, но и студенты старших курсов, имеющие опыт проектной деятельности. Команды реализуют проекты: "Мобильный путеводитель по береговым батареям г.Севастополя с технологиями AR и 3D-визуализации" который является продолжением проекта Севастопольские истории, "Народы Арктики VR" (VR-инсталляция "В чуме народа ханты"), "Разработка программного решения с технологией дополненной реальности для обеспечения качества специальных технологических процессов (АК технопро)" , "Разработка сайта конференции EDU Крым" и "Приложение для Точки кипения СевГУ"
Заключение.
Исходя из полученного опыта были выявлены преимущества внедрения проектно-ориентированного обучения в образовательный процесс:
1. при реализации проекта студенты активно участвуют в процессе;
2. студенты самостоятельно находят и осваивают необходимые знания и навыки;
3. в групповых проектах ребята приобретают навыки работы в команде: адаптация, совместное творчество, умение взаимодействовать, делегировать полномочия, преодолевать разногласия, достигать коллективных результатов и др;
4. студенты учатся организовывать и реализовывать проекты, составлять и вести документацию по проектам;
5. получают навыки коммуникации с преподавателями и работодателями;
6. к концу обучения в ВУЗе студенты могут сформировать портфолио реализованных проектов.
Были отмечены также и ряд трудностей с которыми встречаются преподаватели и студенты:
1. возникают сложности с поиском реальных актуальных проектов;
2. невозможность согласовать расписания студентов и преподавателей;
3. существует вероятность отсутствия мотивации студентов для участия в проекте.
Таким образом, несмотря на встречающиеся трудности, главным преимуществом проектно-ориентированной деятельности является ее межпредметный характер и приближенность к будущей профессиональной
деятельности студентов, внедрение проектного обучения в учебный процесс в
ВУЗах является актуальным и эффективным.
Литература
1. Архангельский Г.А. Глоссарий терминов тайм-менеджмента. URL: http://improvement.ru/glossary/. (Дата обращения: 25.05.2020)
2. Проектное обучение. практики внедрения в университетах. Под ред. Л.А. Евстартовой, Н.В. Исаевой, О.В. Лешукова М.: Издательский дом НИУ ВШЭ - 2018 - 152 с.
3. Полат Е.С. . Метод проектов. История и теория вопроса. URL: http ://cio spbappo .narod.ru/ege/do cs2/proj ects. htm (Дата обращения: 25.05.2020)
4. Бтемирова Р. И. Метод проектов в условиях современного высшего образования URL: https://docplayer.ru/61805573-Metod-proektov-v-usloviyah-sovremennogo-vysshego-obrazovaniya.html (Дата обращения: 25.05.2020)
5. Сырых О.А., Дымченко И.В., Шумейко И.П. Проектный подход в обучении геоинформационным технологиям // Перспективные направления развития отечественных информационных технологий материалы IV межрегиональной научно-практической конфе-ренции. Севастопольский государственный университет; науч. ред. Б.В. Соколов. - г. Севастополь: СевГУ, 2018. - С. 297-298.
6. Дымченко И.В., Кузнецов С.А., Сырых О.А. Создание BD-контента и разработка мобильного приложения с технологией дополненной реальности для музейной экспозиции «Малахова кургана» // Информатизация образования и науки. - 2019. - № 2 (42). - С. 47-66.
7. Дымченко И.В., Кузнецов С.А., Сырых О.А. Бланк Ф.А. Использование межплатформенной среды разработки Unity-3D и технологии виртуальной реальности для создания VR-туров по объектам культурного наследия //Научно-образовательный журнал для студентов и преподавателей "StudNet". М: «Электронная наука», - №3/2020г.
Literature
1. Arkhangelsk G. A. Glossary of time management terms. URL: http://improvement.ru/glossary/. (Date accessed: 25.05.2020)
2. Project-based learning. implementation practices in universities. Edited by L. A. Evstartova, N. V. Isaeva, O. V. Leshukova M.: Publishing house of THE higher school of Economics - 2018-152 p.
3. Polat E. S. Method of projects. History and theory of the issue. URL: http://ciospbappo.narod.ru/ege/docs2/projects.htm (date accessed: 25.05.2020)
4. Btemirova R. I. Method of projects in the conditions of modern higher education URL: https://docplayer.ru/61805573-Metod-proektov-v-usloviyah-sovremennogo-vysshego-obrazovaniya.html (accessed: 25.05.2020)
5. Syrykh O. A., Dymchenko I. V., Shumeyko I. P. Project approach in training geoinformation technologies / / Perspective directions of development of domestic information technologies materials of the IV interregional scientific and practical conference. Sevastopol state University; scientific ed. B. V. Sokolov. - Sevastopol: Sevsu, 2018. - Pp. 297-298.
6. Dymchenko I. V., Kuznetsov S. A., Syrykh O. A. Creating 3D content and developing a mobile application with augmented reality technology for the Museum exhibition "Malakhov Kurgan" / / Informatization of education and science. - 2019. - № 2 (42). - Pp. 47-66.
7. Dymchenko I. V., Kuznetsov S. A., Syrykh O. A. Blank F. A. Using the cross-platform development environment Unity-3D and virtual reality technology to create VR tours of cultural heritage sites //Scientific and educational magazine for students and teachers "StudNet". M: "Electronic science", - №3/2020g.
