Full text
Введение Актуальность представленного исследования обусловлена следующими факторами: 1. Дополненная реальность (Augmented Reality, AR), как инновационная технология в условиях цифровизации общества, стремится к тому, чтобы получить широкое распространение в образовании и стать технологией социального значения [1]. Однако, эта цифровая технология, при всех её несомненных достоинствах и положительном влиянии на научно-техническое развитие, содержит в спектре своих инструментов и дополнительные риски с позиции обеспечения безопасности психологии личности [2]. 2. Информационное образовательное пространство, в контексте вызовов будущего, ориентировано на то, чтобы обучающиеся полученные теоретические знания могли сразу же проверять в ходе активной практической, экспериментальной деятельности [3]. Появляются виртуальные, цифровые лаборатории, где необходима качественная визуализация моделируемых объектов и явлений. Например, после получения сведений по минералогии, учащиеся отправляются в «виртуальный» поход за редкими породами полезных ископаемых или расшифровывают наскальные символы в древних пещерах. Максимальные дидактические возможности в этом плане, как отмечает А. В. Гриншкун [4], предоставляет технология дополненной реальности. Действительно, система образования, как выявлено в работе Д. А. Александрова, В. А. Иванюшиной, Д. Л. Симановского [5], получает уникальные шансы относительно безопасно осуществить химический опыт, совершить погружение, отправиться в космическое путешествие и т. д. Кроме того, расширяются перспективы визуализации процессов, базирующихся на фундаментальных теоретических данных, активизации познания, поддержки реализации принципов наглядности и понимания [6]. В то же время, по справедливому замечанию И. M. Бонсигно [7], невозможно отрицать влияние информационного взаимодействия в виртуальной дополненной среде на психологическое становление личности. Троллинг, аутинг и фрейпинг: всё это новые способы негативного влияния на сознание личности человека. Каждый из этих психологических феноменов, согласно А. Г. Асмолову, М. С. Гусельцевой [8], требует дополнительного изучения в науке и педагогической теории. Таким образом, возникает необходимость соотнести возможные риски и угрозы безопасности личности обучающегося и образовательный потенциал технологии дополненной реальности. Цель работы – исследовать дидактические возможности дополненной реальности с уточнением преимуществ и недостатков в плане формирования безопасной информационной среды взаимодействия для всех участников дидактического процесса. Задачи исследования:  раскрыть сущность феномена «дополненная реальность» в контексте новых требований к системе образования и ориентиров становления цифровой школы;  проанализировать опыт использования ресурсов дополненной реальности и сравнить соответствующие образовательные приложения;  выявить преимущества и недостатки дополненной реальности с позиции обучения, познания и развития личности. Методология и результаты исследования В качестве основного метода исследования применялся системно-деятельностный подход [9]. Система деятельности рассматривается в среде виртуальной коммуникации, поддержанной средствами дополненной реальности: использование педагогом инструментов цифрового сервиса для предоставления материала; применение обучающимися функциональных возможностей технологии в познавательной деятельности; организация взаимодействия педагогов и обучающихся между собой. Для изучения сущности феномена «дополненная реальность» в контексте новых требований к системе образования и ориентиров становления цифровой школы применяются теоретико-методологический анализ и обобщение фундаментальных научных работ по проблеме исследования. В частности, отмечаем, что происходящий в настоящее время процесс цифровизации образования, как обосновывают C. В. Зенкина, T. Н. Суворова, O. П. Панкратова, Л. А. Филиманюк, предъявляет особые требования к совершенствованию методической системы электронного обучения [10]. В арсенале наставников появляются не только интерактивные ресурсы, игровые образовательные платформы, облачные сервисы, но и технологии дополненной и виртуальной реальности [11]. В то же время применение соответствующих программных средств в цифровой школе изменяет не только формы представления и обработки информации, но и сам способ, стиль взаимодействия между участниками информационного процесса. В условиях необходимости обеспечения здоровьесберегающей среды обучения И.В. Роберт [12] обращает внимание на психологические факторы и риски применения новых цифровых технологий в плане поддержки безопасной информационной среды. Н. В. Бусарова, Т. К. Решетина [13] отмечают, что все самые важные знания человек получает через общение: в семье, с друзьями, на работе и т. д. Методологи обучения информатике М. М. Абдуразаков, Д. Д. Гаджиев, Н. В. Гусева, Г. В. Токмазов [14], подчёркивают, что формирование компьютерной грамотности обязательно включает развитие коммуникативных качеств личности средствами ИКТ. Однако, наряду с несомненным дидактическим потенциалом, информационных технологий для обучения, воспитания, развития личности, следует выделить подстерегающую опасность, которую должен видеть и понимать педагог цифровой школы [15]. Активное погружение обучающегося в пространство компьютерных игр, авторитет друзей из Интернета и ценность рейтинга при виртуальном взаимодействии могут стать для личности подростка более весомым аргументом, нежели советы педагогов, родителей, друзей из реального мира. Новые средства дополненной и виртуальной реальности, как аргументируют А. А. Ступин, И. А. Ступин [16], можно и нужно применять для развития коммуникативных качеств личности. Это означает, что развитие информационной среды образовательных учреждений должно предполагать использование новых разработок в области цифровых технологий, таких, например, как VR Thrills: Roller Coaster 360 (Cardboard Game), VR Космос, Second Life, PhysicsPlayground и др. [17]. Их применение, считает Н. С. Чистякова [18], способствует решению проблем поддержки мотивации и вовлечённости обучающихся, активизации познания, включения в совместную работу и контроля посещаемости. Анализ литературы позволяет обоснованно утверждать, что педагогу цифровой школы следует иметь четкое понимание о необходимости адаптации применяемых правил обеспечения информационной безопасности в новые цифровые технологии, в том числе на базе средств дополненной реальности [19]. Дополненная реальность (AugmentedReality, AR) – это среда с прямым или косвенным дополнением физического пространства цифровой информацией в условиях реального времени посредством компьютерных устройств (планшетов, смартфонов, гаджетов и программного обеспечения к ним) [20]. Дополненная реальность, выделяет И. Ш. Шакиров [21], предоставляет как новые возможности для обучения, так и содержит угрозы для безопасности и конфиденциальности, поэтому при включении её инструментов следует продумывать экстренные случаи для мер информационной защиты. Из практики преподавания С. В. Гайсиной [22] можем отметить, что дополненная реальность позволяет увлекательно организовывать изучение достаточно «скучного» для школьника материала: правил, норм, стандартов. Например, неоднократно проводились квесты, игры, заключавшиеся в поисках ответов на стене с помощью мобильного приложения WallaMe. В процессе игры на стены «накладывалась» дополнительная реальность, содержавшая изображения, символы, которые учащиеся искали и расшифровывали. Таким образом, игровой характер изучения способствовал запоминанию и активизации познания. Рассмотрим другие объективные преимущества использования технологии дополненной реальности в дидактическом процессе [23]:  это новая форма для мотивации, развития познавательного интереса, повышения качества обучения за счёт увеличения информационных потоков;  это технология поддержки принципов наглядности, доступности, полноты и интерактивности для формирования образного мышления и пространственного воображения;  это среда для интерактивного взаимодействия с исследуемым явлением. Примеры дополнения реальности: параллельная лицевой цветная линия, показывающая расположение предмета; стрелки с указанием расстояния от места до объекта; «нарисованная» траектория полета снаряда; смешение реальных и вымышленных объектов в компьютерных играх и т. п. Средствами дополненной реальности можно считывать сведения об окружении. Обобщая изученный опыт, заключаем, что: 1. Дополненная реальность – это включение звуковых, видео компонентов в реальный мир посредством компьютерного моделирования. 2. Дополненная реальность позволяет заменить плоское изображение в методических материалах на 3D-модель. 3. Дополненная реальность интегрирует новые данные прямо в реальное физическое пространство. Таким образом, технология дополненной реальности не только геймифицирует, но и обогащает дидактический процесс за счёт описанных преимуществ и факторов. Дополненная реальность привносит в цифровую образовательную среду новые инструменты, порождая уникальный практико-преобразовательский опыт [24]. Виртуальные образы, которые обучающиеся наблюдают непосредственно в школьном кабинете, позволяют сделать учебный материал более наглядным, ярким и доступным для запоминания. Эффективность применения технологии подтверждается практикой и педагогическими экспериментами. Рассмотрим примеры мировой практики использования технологии [25]: 1. Были осуществлены опыты, где для одной группы детей на занятиях применяли наглядный материал с AR, а для второй группы – традиционные средства наглядности. В ходе эксперимента установили, что в той группе, где использовалась дополненная реальность, процент усвоения информации обучающимися приблизился к 90%; улучшилась дисциплина и удавалось удержать внимание практически всей аудитории. В группе с привычными пособиями все показатели были в два и три раза меньше. Одной из причин такого влияния является то, что AR создает эффект присутствия, очень ясно отображает связь между реальным и виртуальным миром, что психологически привлекает человека, активизирует его внимание и восприимчивость к информационной составляющей. 2. В 2006 году студент Массачусетского технологического института (MIT) разработал игру «Оживляя революцию» (Reliving the Revolution), демонстрирующую знаменитую историческую битву при Лексингтоне, – одно из первых вооруженных столкновений между войсками Великобритании и колонистами в Америке. Целью разработки игры была популяризация истории США среди школьников и студентов. В ходе игры участники должны были выяснить, кто сделал первый выстрел в Лексингтоне. Для поиска информации и виртуальных объектов применялись карты, открытые на мобильных устройствах, при помощи которых можно найти интерактивные точки на местности. В этих точках отмечались виртуальные объекты, например, мушкеты, справки о постройках или исторические персоналии. По этим точкам учащиеся получали реальные теоретические знания о ходе событий Американской революции. 3. В игровом пространстве Environmental Detectives (2007) (экологические детективы) осуществляется поиск источника утечки токсичных материалов с помощью ориентирования по карте в мобильном приложении. В игре хранится информация о типах загрязнений и угрозах, которые они несут человеку и природе. Игра объединила школы и университеты: студенты были разработчиками приложения, а школьники – игроками. Два вышеописанных игровых пространства поддерживаются данными о GPS координатах, а среда дополненной реальности воспроизводится в текстовом виде или же в формате изображений. 4. Для повышения познавательного интереса к химии и поддержки получения теоретических сведений о периодической системе Д. И. Менделеева разработана игра «Загадочная таблица». В основе игры лежит детективная история о человеке, потерявшем память. Участники соревнования получают зашифрованные послания в виде трехмерных объектов, привязанных к конкретным элементам. В геймифицированной среде обучающиеся узнают об особенностях различных химических элементов и помогают восстановить память герою. Во всех описанных игровых пространствах дополненная реальность накладывает сгенерированные компьютером визуальные, аудио- и тактильные сигналы на естественное поле зрения человека, слуховой и осязательный фон соответственно. Примерами наложений являются навигационные данные, дистанционное проецирование при выполнении сложных манипуляций. Отдельно выделим негативные факторы воздействия дополненной реальности [26]:  отвлекающий характер. Например, большое количество разнообразной информации, находящейся в поле зрения учащегося, перегружает восприятие и нервную систему;  угрозы хищения данных. Использование программ, реализующих дополненную реальность, с одной стороны, увеличивает скорость обработки информации и активизирует взаимодействие сетевых пользователей, но, с другой стороны, информация, передаваемая через сеть, открывает детали IP-адреса, местоположения, типа устройства, права доступа пользователя и многое другое. Дополненная реальность должна получить доступ к некоторым персональным данным – геолокация, история покупок, финансовые детали, поэтому если злоумышленник воспользуется таким каналом, то последствия будут незамедлительны;  не каждый школьник может себе позволить средства, которые реализуют технологию дополненной реальности. Итак, технологию дополненной реальности в образовательном процессе можно и нужно использовать как вспомогательное средство для повышения наглядности и интерактивности изучаемого предмета, более глубокого погружения в него, проведения виртуальных лабораторных работ. Однако, следует понимать и минимизировать негативные факторы воздействии новых цифровых средств. Для проверки эффективности технологии дополненной реальности на повышение качества образовательных результатов был организован педагогический эксперимент, в котором задействованы 52 обучающихся (35% девушек и 65% юношей) из Кировского областного государственного общеобразовательного автономного учреждения «Гимназия № 1 г. Кирово-Чепецка». В качестве метода статистической обработки используется критерий знаков G. Систематизированное представление по каждому участнику до и после применения технологии AR в учебно-познавательном процессе представлено в Таблице 1. Таблица 1. Обработка результатов эксперимента № уч. Оценка в начале эксперимента Оценка в конце эксперимента Сдвиг № уч. Оценка в начале эксперимента Оценка в конце эксперимента Сдвиг 1 2 3 +1 27 4 5 +1 2 3 4 +1 28 4 5 +1 3 3 4 +1 29 4 5 +1 4 2 2 0 30 4 5 +1 5 4 5 +1 31 4 3 -1 6 5 4 -1 32 4 5 +1 7 2 3 +1 33 2 2 0 8 3 4 +1 34 4 5 +1 9 3 4 +1 35 4 5 +1 10 2 2 0 36 4 5 +1 11 3 4 +1 37 4 5 +1 12 3 4 +1 38 2 2 0 13 3 4 +1 39 4 5 +1 14 3 4 +1 40 4 5 +1 15 3 4 +1 41 5 4 -1 16 3 4 +1 42 3 4 +1 17 5 5 0 43 3 4 +1 18 2 2 0 44 2 2 0 19 5 5 0 45 3 4 +1 20 4 5 +1 46 3 4 +1 21 5 5 0 47 3 4 +1 22 4 5 +1 48 3 4 +1 23 4 5 +1 49 3 4 +1 24 2 2 0 50 2 2 0 25 5 5 0 51 3 4 +1 26 5 5 0 52 2 2 0 По данным таблицы имеем 14 «нулевых» (отбрасываемых) сдвигов, 35 «положительных» (типичных) и 3 отрицательных (нетипичных) сдвига. Расчёт был произведён с помощью онлайн-калькулятора (http://www.infamed.com/stat/s03.html [27]) и с помощью специальных таблиц. Сформулируем гипотезу: H0: сдвиг в повышении качества образовательных результатов после применения технологии дополненной реальности, является случайным. H1: сдвиг в повышении качества образовательных результатов после применения технологии дополненной реальности, неслучаен. Анализируя значения по таблице G знаков, данные онлайн-расчётов, получаем, что для n=35 (по числу «типичных» сдвигов) и вычисленного Gэмп = 3, критического статистического значения из таблиц справедливо следующее: Gemp=3<Gcr=10 (для p=0.01) И Gemp=3<Gcr=12 (для p=0.05). Поскольку Gemp<Gcr, то склоняемся к альтернативной гипотезе H1, т.е. сдвиг в сторону повышения качества образовательных результатов после применения технологии дополненной реальности можно считать неслучайным. Однако, педагогический эксперимент показал, что кроме положительного влияния на познание, учащиеся отмечали резь, сухость в глазах; головные боли; повышенную утомляемость. После продолжительного воздействия дополненной реальности школьники испытывали головокружение. Наблюдались случаи повышенной нервозности, возбудимости. Переключение на другие виды деятельности и школьные предметы происходило трудно, сопровождалось гиперактивностью. Заключение Современная образовательная среда насыщается цифровыми технологиями, в том числе на основе технологий дополненной реальности, которые близки к массовому распространению. Поскольку дополненная реальность наряду с новыми возможностями чревата рисками с точки зрения безопасности и конфиденциальности, при ее использовании необходимо задуматься о применении средств информационной защиты. Проведённый педагогический эксперимент подтвердил несомненные преимущества технологии дополненной реальности для активизации обучения и повышения интереса. Однако, проявились и негативные факторы воздействия на психологический компонент личности школьника (стресс, агрессия, головные боли), увеличение рисков нарушения конфиденциальности и целостности данных. Для многих средства дополненной реальности воспринимались как возможности манипулирования другим объектом, реализации агрессии. В качестве методических рекомендаций педагогам, планирующим включать технологию в дидактический процесс, отметим: необходимость регламентирования времени использования ресурсов AR; чередования видов деятельности, традиционных методов и средств обучения с инновационными; включение физкультминутки и элементов нейрогимнастики; проведение инструктажа обучающихся по безопасной работе с сетевыми и виртуальными ресурсами. Возможности новых цифровых технологий могут переместить обучающегося в новый компьютерный мир: остров, подземелье, планета и др. В рамках виртуального/дополненного мира, может быть игрового или фантасмагорического, педагогу проще взять на себя роль «доброго волшебника», который помогает ученику побеждать демонов, страхи. В виртуальных условиях, проявляя творческий подход, наставник цифровой школы проводит ученика безопасными тропами, помогает ему получать нужную информацию и при этом не попасть в сети мошенников или недоброжелателей. И это психологически весомый аргумент, когда именно через дружеское участие, совет и поддержку в пространстве сети обучающийся получает так необходимую ему информацию о методах и способах защиты. Таким образом, важно не только научить школьников объективной аналитике и оценке информации, поступающей к ним, но и анализу возможных угроз, возникающих при ее использовании. Полученные результаты расширяют и дополняют выводы Дж. Захореч, А. Хаскова, М. Мунк [28] применительно к организации информационного взаимодействия в электронной образовательной среде. Кроме того, удалось подтвердить позицию работ Е. В. Соболевой, А. Н. Соколовой, Н. И. Исуповой, Т. Н. Суворовой [29] относительно дидактических возможностей ресурсов геймификации. Сформулированные рекомендации учитывают дидактический потенциал цифровых ресурсов нового поколения, такие как расширение образовательного контента; поддержка индивидуализации обучения; обогащение видов когнитивной деятельности; вооружение новыми инструментами для познавательной активности и вовлеченности; изменения направлений и интенсивности векторов взаимодействия участников образовательного процесса. Полученные результаты могут быть использованы в научно-методологическом плане для развития дидактических традиций в области формирования информационной культуры личности и цифровой грамотности в целом.