CC BY
1516. Сорокопуд Ю.В., Марайкова Д.Е., Соловьева С.Н., Дубовицкий И.Н. Организация воспитательной работы в процессе досуговой деятельности детей и молодёжи // Мир науки, культуры, образования. 2020. № 3 (82). С. 263-265.
7. Сорокопуд Ю.В., Сиротина С.А. Профессиональная культура педагога как фактор повышения качества образования // Мир науки, культуры, образования. 2020. № 1 (80). С. 187-189.
8. Щербина А.Н. Веб-квест - как инновационная технология в системе реализации ФГОС // Наука и перспективы. - 2016. - №4 - С. 25-31
9. Хромцова Ю.Н. Воспитательная работа на дистанционном обучении // Проблемы и перспективы развития образования: материалы XII Междунар. науч. конф. (г. Краснодар, май 2020 г.). — Краснодар: Новация, 2020. — С. 27-31. — URL: https://moluch.ru/conf/ped/archive/369/15818/ (дата обращения: 22.12.2020).
Педагогика
УДК 378
преподаватель Кургузов Антон Владимирович
Омская академия МВД России (г. Омск); преподаватель Латушкина Валерия Александровна
Омская академия МВД России (г. Омск)
СОВМЕСТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ И ИСКУССТВЕННОГО
ИНТЕЛЛЕКТА В ОБРАЗОВАНИИ
Аннотация. В статье рассматриваются перспективы использования технологий виртуальной и дополненной реальностей в учебном процессе, а также способность их интеграции с технологиями искусственного интеллекта. Рассмотрен вопрос использования этих технологий при заочном или дистанционном формате получения образования. Целью данного исследования было повысить мотивацию обучающихся к учению, а также работе с рекомендованной учебной литературой. Для достижения указанной цели разрабатывается приложение для мобильных устройств на базе операционной системы Android, работа которого описана в данной статье. Идея нашего исследования заключается в создании системы, которая может разнообразить учебный процесс, дополняя рекомендованные учебники интеллектуальными функциями и визуальными эффектами. Для разработки приложения для мобильного устройства использовались языки программирования C# и JavaScript, для серверной части - Python. Для работы системы требуется минимум оборудования: смартфон (с операционной системой Android), сервер и VR-гарнитура (необязательно). Сделан вывод, что для повышения интереса к учебе, а также повышения качества усваиваемого материала целесообразно использование технологий виртуальной реальности и дополненной реальности совместно с элементами технологии искусственного интеллекта.
Ключевые слова: искусственный интеллект, дополненная реальность, виртуальная реальность, образование, дистанционное обучение, учебный процесс, мотивация, учебник, приложение, смартфон.
Annotation. The article discusses the prospects for the use of virtual and augmented reality technologies in the educational process, as well as the ability to integrate them with artificial intelligence technologies. The question of the use of these technologies in the correspondence or distance learning format is considered. The purpose of this study was to increase the motivation of students to learn, as well as to work with the recommended educational literature. To achieve this goal, an application for mobile devices based on the Android operating system is being developed, the operation of which is described in this article. The idea of our research is to create a system that can diversify the educational process, complementing the recommended textbooks with intellectual functions and visual effects. To develop an application for a mobile device, the programming languages C # and JavaScript were used, for the server side - Python. The system requires a minimum of equipment: a smartphone (with the Android operating system), a server and a VR headset (optional). It is concluded that in order to increase interest in learning, as well as to improve the quality of the assimilated material, it is advisable to use virtual reality and augmented reality technologies together with elements of artificial intelligence technology.
Keywords: artificial intelligence, augmented reality, virtual reality, education, distance learning, educational process, motivation, textbook, application, smartphone.
Введение. Основная проблема, с которой сталкиваются студенты сегодня - это снижение интереса к чтению учебников по мере перехода к другим методам электронного обучения. Только 20% студентов фактически используют учебники, в то время как остальные используют информацию, полученную из альтернативных источников, самым популярным из которых является интернет. Несмотря на то, что текстовая информация может быть полезна для заучивания, исследователями было обнаружено, что студенты лучше усваивают информацию с помощью мультимедийного контента. Традиционные приемы методики преподавания в том виде, в каком мы ее понимаем, становятся элементом прошлого. Они становятся все более и более цифровыми, развивающимися технологическими ноу-хау инновациями.
Изложение основного материала статьи. Современный мир развивается огромными темпами. Вычислительная техника постоянно совершенствуется, растет ее производительность. В 60-х прошлого века произошла очередная революция вычислительной техники, которая была связана с появлением компьютеров "третьего поколения". Начался бурный рост использования компьютеров. В 70-х годах появились компьютеры "четвертого поколения". Это был переход на совершенно новые технологии. После этого и до настоящего времени производительность компьютеров также продолжает увеличиваться. За последние пятьдесят лет она увеличилась в сотни тысяч раз. Сейчас компьютеры распространены практически во всех сферах человеческой деятельности. Система высшего образования не представляется возможной без современной вычислительной техники. В тоже время с развитием компьютерной техники развиваются различные технологии, использующие их вычислительные мощности. Виртуальная реальность (далее VR - от английского virtual reality), дополненная реальность (далее AR - от английского augmented reality), искусственный интеллект (далее ИИ) - все эти технологии постепенно интегрируются в повседневную жизнь и в систему образования, в частности [3].
Современные технологии в образовании. Несмотря на то, что технология AR получила популярность из-за появления приложений, реализующих ее на смартфонах и других носимых устройств, первые упоминания о ней относятся к началу 20 века.
AR определяется как сочетание VR и реальной жизни. Разработчики получили возможность создавать приложения, которые синхронизируют графические объекты с объектами реального мира. Благодаря этому пользователи могут взаимодействовать с виртуальными объектами в реальном мире. Несмотря на то, что технологии AR и VR имеют много общего, у них есть ключевое различие - AR дополняет реальность, но не заменяет ее, тогда как VR полностью заменяет текущую среду новой виртуальной.
По мнению экспертов, российский рынок систем AR отстает от мирового на 1-2 год. Тем не менее, в целом рынок уверенно растет: с 2016 по 2018 год совокупный объем продаж в отрасли вырос почти в 5 раз, а количество компаний, занимающихся этой деятельностью, увеличилось с 60 до 200.
Быстрыми темпами развиваются технологии ИИ. Точного определения понятия ИИ до сих пор не существует. Можно выделить некоторые из них.
ИИ - "это наука и технология создания интеллектуальных машин, особенно интеллектуальных компьютерных программ" [10].
ИИ - "это наука об "интеллектуальных агентах", то есть о некотором устройстве или программе, которая воспринимает свою среду и выполняет действия, которые максимизируют ее шансы на успех при достижении какой-то цели" [1].
ИИ - "это научное направление, в рамках которого ставятся и решаются задачи аппаратного или программного моделирования тех видов человеческой деятельности, которые традиционно считаются интеллектуальными" [2].
Существует несколько направлений применения ИИ в образовательном процессе:
- контроль экзаменационного процесса: при дистанционном режиме прохождения аттестации ИИ может установить самостоятельно ли человек сдает экзамен;
- автоматическое оценивание: ИИ самостоятельно оценивает ответы студента, предоставляет индивидуальную обратную связь;
- персонализированное обучение: ИИ адаптирует образовательный процесс к индивидуальной скорости обучения каждого студента и предлагает задания возрастающей сложности;
- адаптивное обучение: ИИ отслеживает индивидуальный прогресс студента, например, если усвоил тему - выдает контрольное задание, не усвоил тему - система оповещает преподавателя о трудностях при понимании материала.
Интеграции виртуальной реальности и искусственного интеллекта. Технологии VR и AR быстро сливаются с технологиями ИИ, однако методические разработки для их использования в образовании прогрессируют медленно. Требуется выработка новых методических решений, которые позволили бы использовать новые педагогические возможности. Эти решения будут должны опираться, в том числе, на самостоятельную работу обучаемых и их совместную работу в группах. Это потребует изменения роли преподавателя, формирования у обучаемых соответствующих способностей, обновленной дисциплины учебной работы.
В 2020 году в связи с проведением мероприятий по противодействию распространения коронавирусной инфекции в России был осуществлен тотальный переход на дистанционный формат обучение. В этих условия ставится вопрос: как осуществлять реализацию дисциплин, для которых необходимо взаимодействие студентов с какими-то предметами, устройствами или оборудованием.
Литературный обзор. AR в настоящее время активно используется во всех дисциплинах начального, среднего и высшего образования для повышения степени успешности обучения и мотивации обучающихся [6, 11]. Фотарис и др. [7] в последнем систематическом обзоре 17 исследований, проведенных за период с 2012 по 2017 год, пришли к выводу, что AR в обучении, возможно, может повлиять на посещаемость студентов, передачу знаний и получение практического цифрового опыта в обучении различным областям.
Крис Литридис [9] и его команда разработали ARTutor. Это платформа, состоящая из инструмента разработки дополненной реальности, который позволяет преподавателям дополнять существующие книги визуальными объектами, а так же мобильного приложения для получения доступа к созданному контенту. Для использования этой программы знаний в области программирования не требуются.
Галина Иванова [8] представила учебник по AR для комбинированного образования, представляющего собой сочетание очного и дистанционного. Назатул [4] усовершенствовал мобильное приложение, которое может стать дополнительным инструментом в получении научных знаний. Это программное обеспечение было разработано для того, чтобы создать универсальный инструмент для студентов.
Материалы и методы. Наше решение позволяет и фактически поощряет студентов использовать учебник наряду с предоставлением аутентичного и концептуально понятного визуально-мультимедийного контента, который включен в существующие учебники с использованием AR и ИИ. Также оно позволяет сохранить привычку студента к чтению.
Идея нашего исследования заключается в разработке системы, которая может разнообразить учебный процесс, дополняя рекомендованные учебники интеллектуальными функциями. Эта система должна быть включена в мобильное приложение для Android. Она состоит из модулей, которые объединены в единое решение для улучшения процесса обучения студентов: модуль AR, модуль VR, модуль распознавания текста, веб-скрапинг, модуль чат-бота, модуль обнаружения объектов.
В модуле AR все содержание учебника используется в качестве реперных маркеров, которые захватываются интерфейсом камеры. Расширенная информация, соответствующая текстовому контенту, захваченному камерой, будет выведена на экран смартфона с помощью AR. Кроме того, различные изображения в учебнике могут быть дополнены видео для расширения возможностей обучения с использованием современных технологий.
В модуле VR процесс обучения можно еще больше упростить и проиллюстрировать, отображая контент на большом экране в виртуальной комнате с помощью гарнитуры VR. Контент будет динамически генерироваться на основе реперного маркера, который был отсканирован при включении интерфейса VR. Также будет виртуальная модель предмета реперного маркера.
Модуль распознавания текста - это модуль, используемый в интерфейсе камеры пользователя. Если пользователь направляет интерфейс камеры на конкретный текст в учебнике. Модуль извлечет текстовое
содержимое изображения и отправит его в модуль веб-скрапинга. Это позволяет пользователю понять значение и контекст слов в учебнике. Для каждого текстового материала, извлеченного из фотографии, человеку предоставляется конкретное описание, которое извлекается из заранее подготовленной базы данных. Если описание не будет найдено, то система, используя алгоритмы искусственного интеллекта, попытается найти ответ в интернете.
Модуль чат-бота предоставляет пользователю виртуального помощника, который может быть использован для получения дополнительной информации по конкретной теме. Запрос в чат-бот можно задать в текстовом виде, а также используя голосовой набор текса.
Модуль обнаружения объектов предоставляет дополнительную функцию, которая может предоставить описание различных объектов или сущностей реального мира, в частности различного оборудования, используемого студентом в учебном процессе. Создается видео объекта со всех сторон, которое затем делится на кадры, чтобы интерфейс камеры мог обнаруживать объект под любым углом или с любой стороны. После того, как объект обнаружен, его описание отображается в приложении.
Rapid Application Development (RAD), концепция организации технологического процесса разработки программных продуктов, ориентированная на максимально быстрое получение качественного результата в условиях сильных ограничений по срокам и бюджету и нечётко определённых требований к продукту, была выбрана в качестве методологии разработки нашего приложения для смартфонов. В RAD есть четыре основных этапа: планирование, проектирование, улучшение и внедрение. В дополнение к этому, сопутствующим программным обеспечением при разработке утилиты были: интегрированная среда разработки Eclipse для улучшения платформы Android с использованием Java, Metaio Software Development Kit для разработки дополненной реальности, GIMP для редактирования изображений.
Для разработки приложения для операционной системы Android использовались языки программирования C# и JavaScript, для серверной части - Python. Общие требования к оборудованию: смартфон, сервер и VR-гарнитура (необязательно).
Выводы. Приложение, которое обсуждается в данной статье, еще находится на стадии разработки, поэтому о результатах его применения в образовательном процессе говорить рано. Также оно нуждается в дальнейшем тестировании, так как представляет собой сложную систему, каждому элементу которой необходима соответствующая оценка. Мы предполагаем, что использование данного программного продукта позволит повысить мотивацию обучающихся к получению новых знаний, добавив элемент интерактивности в работу с литературой и другими учебными материалами. Это приведет к увеличению результативности подготовки будущих специалистов, а также обеспечит развитие студентов в соответствии с современными требованиями к образовательным результатам на основе использования современных технологий, таких как AR и ИИ.
Будущую оценку нашего приложения мы планируем провести в два этапа: оценка технической стороны с точки зрения удобства его использования пользователями и анализ качества полученных ими знаний.
Цель всех этапов оценки - вовлечь обучаемых в опробование всех компонентов приложения, как в очном, так и дистанционном обучении. С помощью этой пробной техники, исследуемые будут разделены на две группы. Результаты данного исследования будут материалом для дальнейшего опубликования.
Таким образом, нами было предложено полезное приложение для образовательных организаций, которое можно использовать в учебном процессе. Оно повышает мотивацию учащихся к изучению дисциплины и не отвлекает от изучения рекомендованной литературы. Предлагаемая идея не требует специальных устройств со специфическим оборудованием. Она может быть реализована с использованием существующей технологии смартфонов с минимальными затратами.
Литература:
1. Рассел С., Норвиг П. Искусственный интеллект. Современный подход. - 2006.
2. Толковый словарь по искусственному интеллекту / Авторы-составители А.Н. Аверкин, М.Г. Гаазе-Рапопорт, Д.А. Поспелов. М.: Радио и связь, 1992. - 256 с.
3. Сухин И.Г. Тенденции в применении цифровых технологий в зарубежном образовании // Современные технологии в мировом научном пространстве. - 2019. - С. 81-87.
4. Abd Majid N.A., Husain N.K. Mobile learning application based on augmented reality for science subject: Isains // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2014. - Т. 9. - №. 9. - С. 1455-1460.
5. Allen J. AI Growing up / J. Allen // AI MAGAZINE. — 1998. — V. 19. — №4. — Р. 13-23.
6. Blum T. et al. mirracle: An augmented reality magic mirror system for anatomy education // 2012 IEEE Virtual Reality Workshops (VRW). - IEEE, 2012. - С. 115-116.
7. Fotaris P. et al. A systematic review of Augmented Reality game-based applications in primary education // Memorias del XI Congreso Europeo en Aprendizaje Basado en el Juego Graz. - 2017. - С. 181-191.
8. Ivanova G., Aliev Y., Ivanov A. Augmented reality. Textbook for future blended education // Proceedings of the International Conference on e-Learning. - 2014. - Т. 14. - С. 130-136.
9. Lytridis C., Tsinakos A., Kazanidis I. ARTutor — an augmented reality platform for interactive distance learning // Education Sciences. - 2018. - Т. 8. - №. 1. - С. 6.
10. McCarthy J. What is artificial intelligence?. - 1998.
11. Rajendran P.S. Gesture Supporting Smart Notice Board Using Augmented Reality // International Conference on Next Generation Computing Technologies. - Springer, Singapore, 2017. - С. 112-123.
