Одной из интересных возможностей мобильных устройств является использование и самостоятельное создание средств дополненной реальности.

Дополненная реальность (от англ. “augmented reality, AR” – «расширенная реальность») – это новая технология наложения виртуальной (цифровой) информации на видимый объект. В качестве основы (маркера) может выступать изображение, фотография, схема или другой видимый объект. С помощью специальных программ на основу добавляются виртуальные объекты: ссылки на веб-страницы, видео, текст, графика и 3d-объекты. Дополненная реальность считывается с маркера обычно с помощью цифровых устройств – смартфонов, планшетов или специальных очков или шлема. Проявляющуюся дополнительную информацию также называют аурой.

Дополненная реальность находит весьма широкое применение в области развлечений, рекламы, а также с успехом используется и в образовательной сфере – в обучающих играх. Самым простым примером использования дополненной реальности можно считать сканирование и распознавание QR-кодов, с помощью которых можно зашифровать текстовую информацию, ссылки на веб-страницы и мультимедийный контент в Интернете.

Имея в своём распоряжении и у учащихся в классе мобильные устройства, преподаватель может использовать приложения, использующие средства дополненной реальности, на уроках в начальной и средней школе при изучении некоторых предметов естественнонаучного цикла – географии, биологии, химии и некоторых других.

Существует целый набор мобильных приложений дополненной реальности, которые могут с успехом использоваться в образовательных целях. Рассмотрим некоторые из приложений для устройств на базе операционной системы Android как наиболее распространённых и доступных среди учащихся.

Приложение Google Goggles по фотографии картины выдаёт информацию о ней – название и художника, по упаковке – информацию о товаре, по тексту может выполнить его перевод на другие языки. Это приложение можно использовать при создании образовательных игр и квестов.

Многие приложения (Chromville, Quiver и другие) предназначены для использования детьми дошкольного и младшего школьного возраста, однако, могут использоваться и обучающимися в средней школе. Практически все они построены по одному принципу. На официальном сайте компании производителя пользователю предлагается скачать и распечатать картинки-маркеры, установить приложение на своё устройство и, сканировав маркеры, изучить появляющиеся объекты. Такие объекты могут быть как статическими (неподвижными) картинками и моделями, так и динамическими и интерактивными. Чаще всего, производители предлагают некоторый набор маркеров бесплатно, а за дополнительные картинки необходимо заплатить.

Приложение Chromville предлагает ребёнку раскрасить распечатанную картинку, а затем, сканировав её смартфоном или планшетом, и в зависимости от выбранной картинки, изучить строение человеческого тела, наблюдать анимацию круговорота воды в природе или вырастить виртуальную клубнику.

С помощью приложения Quiver (прежнее название ColAR Mix) можно также анимировать раскрашенные изображения и изучить строение биологической клетки, процесс извержения вулкана.

Интересно, что в этих приложениях (Chromville, Quiver) виртуальный объект получает те цвета, которыми его раскрасили. При внешнем сходстве с играми приложения могут использоваться для изучения окружающего мира, создания проектов межпредметного и мультимедийного характера [2].

Приложения Animal 4D+ и Animal 4D+ Lite при сканировании карточек-маркеров отображают трехмерные изображения животных и позволяют наблюдать за их движениями и издаваемыми звуками. Кроме того, озвучивается также название каждого животного на английском языке.

Программа Space 4D+ того же производителя Octagon Studio позволяет изучать строение солнечной системы, планет и других астрономических объектов.

Приложение Anatomy 4D (фирма-производитель DAQRI) представляет интерес не только для школьников, изучающих анатомию, но и для студентов – биологов или медиков. Виртуальная реальность позволяет изучить строение человеческого тела, состав кровеносной, мышечной, костной и других систем организма. Интерфейс приложения позволяет отобразить или скрыть каждую из них, содержит специфическую медицинскую терминологию [3].

Программа Elements 4D может использоваться на уроках химии, развивать кругозор и дополнять знания учащихся. Это приложение доступно для устройств на базе операционных систем Android и iOS. С помощью мобильного устройства и установленного приложения учащиеся сканируют кубики с маркерами химических элементов и могут получать информацию об их внешнем виде, свойствах и реакциях взаимодействия с другими элементами [4].

Все рассмотренные приложения, кроме использования в естественных науках, могут применяться для тренировки и углубления знаний английского языка, поскольку имеют англоязычный интерфейс и используют англоязычную терминологию и названия.

Несколько большими, чем рассмотренные выше, возможностями обладает приложение LandscapAR augmented reality. В отличие от предыдущих оно позволяет пользователю самому создать маркер дополненной реальности. Пользователь рисует на листе бумаги линии уровня (изолинии) местности. Приложение при сканировании рисунка создаёт виртуальный ландшафт в соответствии с изображёнными горизонталями. Учащиеся могут по плану воссоздать горы и долины, равнины и острова в океане. Таким образом, программу LandscapAR можно не только использовать на уроках географии при изучении соответствующей темы, но и в творческих проектах.

Подобного рода мобильных приложений с использованием средств дополненной реальности существует ещё множество, однако все они только предлагают использовать уже готовые модели и подготовленные маркеры. Больший интерес для будущего педагога представляют средства, которые можно было бы использовать для самостоятельного создания дополненной реальности.

Существуют так называемые браузеры дополненной реальности, среди которых известны являются Layar, Aurasma, Metaio, Wikitude и некоторые другие [5].  Подобные браузеры позволяют сканировать не только картинки, но и пространство вокруг, а маркерами для них являются координаты в пространстве. Сканируя окружающее пространство с помощью подобных браузеров, пользователь по GPS-координатам может получить информацию об объектах, находящихся поблизости: местах, достопримечательностях, организациях, памятниках и т.п. Создатели подобных браузеров нередко предоставляют пользователям создавать собственные метки, которые затем “читаются” этими приложениями.

Одним из наиболее стабильных в работе является приложение Layar. Рассмотрим его возможности подробнее.

Layar работает с готовыми маркерами: если на страницу с текстом, фотографию или картинку нанесена метка Layar (как правило, это относится к рекламной продукции фирмы-производителя), то программа распознаёт её и показывает дополнительную информацию. Программа также может использоваться в качестве сканера QR-кодов.

Интересно, что Layar может сканировать геослои – коллекции маркеров, закреплённых на GPS-координатах в пространстве. Слои могут создаваться как организациями, так и отдельными пользователями и в зависимости от тематики могут содержать информацию о разных объектах, например, исторических памятниках, музеях, театрах и т.п. Создание слоя, содержащего, например, информацию об истории и достопримечательностях родного города, может стать интересным межпредметным внеучебным образовательным проектом [6].

В приложении Layar доступно множество геослоев, среди которых хочется отметить имеющие образовательную ценность слои Wikipedia и Wikimapia.  При включении этих слоёв Layar обнаруживает в окружении пользователя объекты, о которых в интернет-энциклопедии есть информация, и выводит информацию о них поверх изображения [5].

Используя средства официального сайта Layar.com, учитель (или учащийся) может самостоятельно создать проект с использованием дополненной реальности. В качестве маркера используется любая картинка, чертеж или фотография, а в качестве виртуального контента можно добавить ссылки на веб-сайт, видео, картинки и слайд-шоу и многое другое. Такие средства позволят учителю создавать и расширять виртуальную обучающую среду, формировать у учащихся универсальные учебные действия по отбору, компоновке и созданию информации учебного и творческого характера.

Средства разработки дополненной реальности могут использоваться в качестве основы для разработки образовательных проектов и обучающих систем. В таких случаях требуется владение специальными средами разработки и 3D-моделирования, а результаты в дальнейшем могут использоваться в образовательных целях как в школе, так и в высших учебных заведениях [7].

Современный педагог должен знать подобные тенденции развития современных информационных технологий, владеть ими и быть в состоянии грамотно и обоснованно применить их в образовательном процессе. Поэтому знакомство со средствами дополненной реальности и способами их применения на уроке, во внеурочной и проектной деятельности можно включать в содержание дисциплины “Информационные технологии в образовании”, входящей в систему подготовки студентов бакалавриата по направлению “Педагогическое образование” [1].

Одним из способов развития технического творчества является робототехника – область науки и техники, которая предполагает создание автоматизированных технических систем с компьютерным управлением и базируется на знаниях в области механики, электроники и микропроцессорной техники, информатики, программирования.

Образовательная робототехника является одним из направлений, которое способно объединить в себе все школьные предметы (естественно-математический цикл – математика, физика, информатика, биология, химия); реализовать и укрепить межпредметные связи в соответствии с ФГОС; сформировать у обучающихся интерес к инженерно-техническим специальностям и развить познавательную активность [1].

Прикладной характер робототехники позволяет успешно ввести этот раздел в учебный процесс средней школы, а также в систему внеурочной деятельности.

У учащихся 5-7 классов зачастую существует интерес к техническому творчеству и занятиям робототехникой.

В мае 2016 года был проведен педагогический эксперимент, целью которого было выявление степени интереса к техническому творчеству и занятиям робототехникой у младших подростков. В эксперименте приняли участие учащиеся 5, 6 и 7 классов муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Средняя школа № 35» города Смоленска.

В опросе приняли участие 127 учеников: 54 из 5 классов, 31 из 6 классов, 42 из 7 классов. Мальчиков и девочек оказалось примерно поровну – 51,2 и 48,8% соответственно.

Распределение ответов на вопрос о степени увлечения наукой и техникой (от 1 – “не интересно” до 5 – “очень интересно”) оказалось следующим (см. рис.1). В целом число интересующихся наукой и техникой составило порядка 80% опрошенных.

Рис.1. Распределение ответов на вопрос об интересе к науке и технике.

 Образовательная робототехника позволяет не только программировать роботов, но и конструировать собственных, а современные школьники часто имеют опыт использования игровых конструкторов (например, Лего). В опросе 76,4% респондентов отметили, что им нравится конструировать (рис.2).

Рис.2. Ответы на вопрос «Любишь ли ты конструкторы?»

 Почти ¾ учащихся слышали о робототехнике, а количество тех, кто занимался робототехникой или ничего о ней не знают, приблизительно одинаково (см. рис. 3).

Рис.3. Ответы на вопрос о знакомстве с робототехникой.

 Несмотря на то, что приоритеты в выборе профессии у учащихся 5-7 классов часто меняются, было выявлено, что примерно треть учащихся настроены получить техническую профессию.

Рис. 3. Доля желающих получить техническую профессию.

 Несмотря на то, что школьная программа предполагает занятие программированием только в 8-9 классе, 42,5% учащихся уже пробовали заниматься программированием (рис.4).

Рис.4. Доля школьников, самостоятельно занимавшихся программированием.

 Таким образом, на основании результатов опроса можно сделать следующие выводы:

1. учащиеся достаточно информированы о робототехнике;

2. большая часть учащихся 5-7 классов любит заниматься конструированием и имеет интерес к техническому творчеству;

3. значительная часть подростков проявляет склонность к получению профессии, связанной с техникой и программированием.

Можно предположить, что занятия по робототехнике вызовут интерес у подростков и будут весьма востребованы. Следовательно, существует необходимость разработки образовательной программы по курсу образовательной робототехники.

Такой курс мог бы способствовать

• пропедевтике курса информатики и программирования [2];

• развитию навыков проектной и конструкторской деятельности [3], [4];

• формированию метапредметных навыков и универсальных учебных действий в соответствии с новыми ФГОС [5].

Кроме того, важно для организации занятий подобрать техническое обеспечение – конструктор роботизированных устройств.

Существует большое количество робототехнических конструкторов, позволяющих организовать обучение основам технического творчества в школе. Среди них Lego WeDo,  Lego Mindstorms NXT и EV3, Arduino, Fischertechnic, Roborobo. Появляются и новые, в том числе отечественные разработки – Scratchduino, TRIK. Для каждого из них разрабатываются собственные методики и методические материалы, которые требуют сравнительного анализа и обобщения.