Современный образовательный ландшафт активно преодолевает границы традиционного класса, интегрируя передовые технологические решения для увеличения продуктивности обучения и роста вовлеченности учеников. Особенно значимыми среди таких новшеств выступают инструменты виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальности, создающие принципиально новые перспективы для преподавателей и обучающихся.

В этом материале мы проанализируем, как аппаратные и программные продукты для AR/VR могут быть внедрены в образовательную программу, приведем практические методики их применения на занятиях по разным предметам и продемонстрируем, каким образом данные инновации способны изменить сам подход к получению знаний.

Аппаратная платформа для внедрения VR и AR

В 2024 году образовательные учреждения могут выбрать из обширного рынка устройств, созданных специально для интеграции технологий дополненной и виртуальной реальности: от гарнитур и манипуляторов до профильного софта и обучающих приложений.

Специализированное оборудование VR и AR для сферы образования позволяет формировать полностью иммерсивную обучающую среду, где учащиеся получают возможность экспериментировать, исследовать и усваивать знания в интерактивном и стимулирующем окружении.

Эти инструменты могут быть задействованы для организации виртуальных экспедиций, интерактивного изучения анатомии, исследования космического пространства и морских глубин, а также для симуляции физических опытов и химических взаимодействий.

Классификация VR-гарнитур

VR-шлемы условно делятся на два основных типа: автономные и проводные.

Автономные гарнитуры выделяются удобством эксплуатации и независимостью, поскольку для их функционирования не нужно подсоединение к компьютеру или смартфону. Это гарантирует пользователю полную свободу перемещения, устраняет необходимость инсталляции драйверов и проблемы аппаратной совместимости. Однако встроенная батарея часто увеличивает общий вес устройства, а производительность может быть ниже из-за ограничений мобильной платформы.

Проводные VR-шлемы обеспечивают наивысший уровень производительности, которая определяется мощностью подключенного персонального компьютера. Благодаря применению внешних базовых станций они предлагают прецизионное отслеживание перемещений рук и корпуса пользователя.

При этом такие шлемы обычно легче, что повышает комфорт при длительном использовании. Однако свобода передвижения пользователя лимитирована длиной кабеля и зоной покрытия базовых станций. Для работы требуется высокопроизводительный ПК или ноутбук, а процесс настройки иногда осложнен потенциальными конфликтами совместимости компонентов.

Для реализации технологий AR и VR на занятиях существует конкретное оборудование; в качестве примера рассмотрим несколько моделей.

Автономный шлем виртуальной реальности HTC VIVE FOCUS 3

Данная VR-гарнитура предлагает высококачественную картинку с разрешением 5K, углом обзора 120° и частотой обновления 90 Гц, что гарантирует яркое и плавное визуальное восприятие. Эргономичный дизайн с равномерным распределением массы обеспечивает комфорт при продолжительном ношении, а беспроводное соединение предоставляет полную свободу действий.

Устройство оснащено двумя LCD-дисплеями, процессором Qualcomm® Snapdragon™ XR2, встроенной памятью 128 ГБ и оперативной памятью 8 ГБ. Система шумоподавляющих микрофонов и высококачественные динамики создают превосходное звуковое сопровождение. Аккумуляторная батарея заряжается через порт USB-C и обеспечивает до 15 часов непрерывной работы, что идеально для продолжительных VR-сеансов.

Встроенная система трекинга точно фиксирует движения пользователя в пространстве размером до 10х10 метров, при этом минимально необходимая площадь для игры стоя составляет всего 1.5х1.5 м.

Контроллеры оборудованы датчиками для точного отслеживания манипуляций и работают до 15 часов без подзарядки.

Гарнитура подходит для использования в сидячем и стоячем положениях, а также для активного перемещения в рекомендованной зоне до 10х10 метров, предоставляя пользователям широкие возможности для погружения в виртуальную среду.

Проводной шлем виртуальной реальности HTC VIVE COSMOS

Эта VR-гарнитура создает исключительный эффект присутствия благодаря объемному звуку 3D, высокому разрешению и продуманной эргономике. Включает технологию Chaperone для безопасного погружения, предотвращающую столкновения с реальными объектами.

Оснащена двумя экранами 3.4" с разрешением 2880 x 1700 пикселей, частотой обновления 90 Гц и полем зрения 110 градусов. Имеет интегрированные стереонаушники и микрофоны, порты USB 3.0 и специальные разъемы для расширения функциональности. Комфортная посадка достигается за счет регулировки межзрачкового расстояния, оголовья и откидной конструкции дисплея.

Контроллеры снабжены гироскопом, акселерометром и другими сенсорами для точного отслеживания движений, обладают набором кнопок и джойстиком, питаются от двух батареек типа АА.

Для активного использования требуется пространство не менее 2 x 1,5 метра, для статичных положений сидя или стоя специальных требований к площади нет. Минимальные системные требования включают процессор Intel Core i5-4590 или AMD FX 8350, видеокарту NVIDIA GTX 970 или AMD R9 290, 4 ГБ оперативной памяти, разъем DisplayPort 1.2, порт USB 3.0 и операционную систему Windows 10 или 11.

Анализ программного обеспечения виртуальной реальности для школьных предметов

Эффективное использование AR и VR в обучении требует не только соответствующего оборудования, но и качественного программного обеспечения, способного раскрыть образовательный потенциал этих технологий.

Внедрение подобных инструментов в учебный процесс создает широкие возможности для их практического применения на различных уроках. Приведем несколько конкретных примеров использования AR и VR в рамках школьных дисциплин.

Публичные выступления

Тренажер для отработки навыков публичных выступлений в конфиденциальной обстановке помогает преодолеть страх перед аудиторией и усовершенствовать ораторское мастерство. Он моделирует атмосферу реального выступления, обеспечивая возможность регулярных тренировок.

Преимущества тренажера

Повышает результативность выступлений. Учащийся погружается в условия, имитирующие реальные, что способствует снижению уровня тревожности.

Консолидирует теорию и практику. Тренажер позволяет проводить многократные репетиции, закрепляя теоретические знания и формируя практические умения.

Принцип работы

Реализована функция импорта презентации для проведения пробного выступления в условиях, максимально приближенных к реальным.

В ходе тренировки в случайном порядке активируются различные отвлекающие факторы, например, телефонный звонок или фоновый шум, что тренирует устойчивость к внешним раздражителям.

Виртуальная аудитория реагирует на качество презентации: проявляет одобрение, внимательно слушает или показывает признаки скуки. По окончании выступления, основываясь на общей реакции, оратор получает виртуальные аплодисменты или конструктивную критику.

Биология

Использование AR оптимально для детального изучения анатомии человека, включая органы и системы, что способствует углубленному пониманию материала. В качестве примера можно рассмотреть программу для ЭВМ «Биология.Цитология».

Для педагогов этот продукт предлагает возможность проведения лабораторных работ по биологии даже при отсутствии в школе микроскопов, исследования клеточной структуры и ее органелл в трехмерном формате, организации терминологических викторин у интерактивной доски для контроля знаний учащихся, а также создания интерактивных занятий с компоновкой клеточных компонентов на доске.

Физика

VR и AR создают безопасную среду для проведения физических экспериментов, позволяя ученикам изучать сложные явления без угрозы для здоровья. Примером такого решения служит программа для ЭВМ «Физика.Сборка цепей» — это комплекс VR-заданий по работе с электрическими цепями.

Виртуальная лаборатория открывает перед учащимися новые возможности в изучении основ электротехники, предлагая уникальный и эффективный формат обучения. Она позволяет в теории освоить принципы сборки электрических цепей, включая особенности параллельного и последовательного соединения, а также правила подключения основных измерительных приборов.

Ученикам будет проще понять и применить на практике закон Ома. Благодаря выполнению практических заданий студенты развивают профессиональную насмотренность, которая помогает оперативно выявлять ошибки и потенциальные неисправности в схемах.

Для преподавателей виртуальная реальность (VR) дает возможность проводить уроки в игровом формате, сочетающем элементы лабораторных работ и решения задач. Это не только стимулирует интерес учащихся к предмету, но и позволяет индивидуализировать отработку навыков для каждого ученика.

VR-комплексы служат эффективным инструментом для тренировки и подготовке к ОГЭ, предлагая безопасное взаимодействие с электричеством без рисков, присущих реальным экспериментам. Кроме того, благодаря простоте и мобильности автономных VR-шлемов, использование таких комплексов удобно и доступно не только в школе, но и для детей на домашнем обучении.

Химия

Виртуальная химическая лаборатория VR Chemistry Lab — это образовательная платформа в области химии, которая использует виртуальную реальность для глубокого погружения в учебный процесс. Она позволяет проводить эксперименты без риска и изучать новые темы через проблемные задания и контроль знаний. Преподаватели могут управлять занятиями и отслеживать прогресс учеников через личный кабинет, а также готовиться к урокам, используя обширную базу знаний.

Разработанная в соответствии с российскими образовательными стандартами по химии, платформа подходит для подготовки к государственной итоговой аттестации и включает более 50 заданий, которые регулярно пополняются. В создании и адаптации задач активно участвуют профессиональные химики и преподаватели.

Платформа поддерживает многоязычный интерфейс для билингвального обучения и предлагает педагогам бесплатные методические пособия. Автоматизированная проверка заданий упрощает контроль учебного процесса.

Продукт прошел апробацию на всероссийском уровне, зарегистрирован в едином реестре российского ПО и получил одобрение Психологического института Российской академии образования.

Подведем итог

Технологии дополненной и виртуальной реальности открывают новые перспективы в образовании, предлагая уникальные возможности для глубокого погружения в учебный материал и интерактивного взаимодействия с ним.

Применение специализированных устройств и программных решений обеспечивает создание интерактивных учебных занятий. Это способствует лучшему пониманию учащимися комплексных тем, а также стимулирует развитие критического мышления и креативности.