Аннотация

Внеурочная деятельность как одна из составляющих реализации ООП образовательной организации дает педагогу огромный простор для выбора тематики курсов, форм организации занятий и видов деятельности обучающихся. Основываясь на этом положении, нами была разработана программы курса внеурочной деятельности «Дополним настоящее».

Новизна программы заключатся в том, что обе составляющие образования: обучение и воспитание – будут реализовываться при помощи организации проектной деятельности для решений прикладных кейсовых заданий с помощью современных информационных технологий.

Актуальность программы заключается в том, что проектно-исследовательская деятельность учащихся выступает наиболее эффективным инструментом, который отвечает всем необходимым критериям изменения качества подготовки учащихся, повышает мотивацию к обучению, позволяет раскрыть способности и выявить одаренных детей, а также приводит к возможности осознанного выбора будущей специальности.

        Программа построена таких образом, чтобы обучающиеся получили возможность углубить и расширить свои представления и знания в области AR-технологий во время проектирования и разработки программных продуктов для мобильных устройств с элементами дополненной реальности.

Цель программы – формирование уникальных компетенций по работе с AR технологиями и формирование умений их применения в работе над проектами.

Задачи программы:

• погружение участников в проектную деятельность с целью формирования навыков проектирования;
• формирование критического и креативного мышление, развитие коммуникации и навыков кооперации;
• формирование умения к определению понятия дополненной и смешанной реальности, построению выводов об их отличиях от виртуальной реальности;
• формирование умений к выявлению ключевых понятий оптического трекинга;
• формирование основных навыков работы с инструментариями дополненной реальности;
• научить создавать AR-приложения нескольких уровней сложности под различные устройства.

Программа ориентирована на учащихся среднего и старшего школьного возраста 12 — 17 лет (6-11 классы)

При проведении занятий планируется использовать три основные формы работы:

1. демонстрационная форма: обучающиеся слушают объяснения педагога и наблюдают за демонстрационным экраном или экранами компьютеров на ученических рабочих местах.;
2. фронтальная форма: обучающиеся синхронно работают под управлением педагога;
3. самостоятельная форма работы: обучающиеся выполняют индивидуальные задания в течение части занятия или нескольких занятий.
4. командная форма работы: обучающиеся реализуют определенный проект в команде. Педагог выступает в качестве владельца продукта и разрабатывает требования к нему.

Самостоятельная работа будет основана на инженерных проектах, которые будут выполняться индивидуально или в командах под руководством педагога после освоения методик исследований, изучения основ работы с определенными программными и техническими средствами. В ходе выполнения проекта планируется изучать вопросы отдельных тем, которые отличает актуальное прикладное или теоретическое значение. У учащихся формируются навыки самостоятельного поиска и анализа информации, постановки, проведения, обработки и анализа эксперимента.

        Управление командной работой над проектами планируется осуществлять при помощи элементов методологии SCRUM, а именно:

• распределение ролей;
• разбиение задач на подзадачи (спринты);
• проведение небольших совещаний перед каждым занятием, которое организовано в виде командной работы:
• получение и оценка некоторого результата после выполнения каждого спринта.

Распределение изучаемых вопросов в тематическом планирование организовано таким образом, чтобы обучающиеся имели возможность познакомиться и с теоретическими аспектами, и сразу же закрепить знания при работе над проектом. Каждый раздел заканчивается реализацией командного проекта. Наиболее полно тематика курса представлена в Таблице 2.

Учебно-тематический план курса внеурочной деятельности.

Программа «Дополним настоящее» разрабатывалась таким образом, чтобы достичь следующих ожидаемых результатов:

Личностные результаты:

• избирательность восприятия информации;
• возможность оценивать целесообразность своих действий для достижения результата;
• самостоятельность суждений, независимость и нестандартность мышления;
• понимание социальных норм, правил поведения, ролей и форм социальной жизни в группах и сообществах;
• умение строить диалог и сотрудничать с другими обучающимися для достижения поставленных целей.

Метапредметные результаты:

Регулятивные универсальные учебные действия:

• сформированность умения строить последовательность шагов для получения результата при решении задачи;
• сформированность умения вливаться в творческую работу;
• сформированность умение осуществлять промежуточную и итоговую оценку результата свой деятельности;
• способность адекватно воспринимать оценку наставника и других обучающихся;
• сформированность умения вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на основе её оценки и учёта характера сделанных ошибок;
• способность решать задачи творческого типа в жизненных ситуациях;
• умение оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом.

Познавательные универсальные учебные действия:

• умение осуществлять поиск информации;
• умение использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;
• умение ориентироваться в разнообразии способов решения задач;
• умение осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;
• умение проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;
• умение строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;
• умение устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;
• умение моделировать, преобразовывать объект из чувственной формы в пространственно-графические или знаково-символические модели;
• умение синтезировать, составлять целое из частей, в том числе самостоятельно достраивать с восполнением недостающих компонентов.

Коммуникативные универсальные учебные действия:

• умение аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;
• умение выслушивать собеседника и вести диалог;
• способность признавать возможность существования различных точек зрения и право каждого иметь свою;
• умение планировать учебное сотрудничество с наставником и другими обучающимися: определять цели, функции участников, способы взаимодействия;
• умение осуществлять постановку вопросов: инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;
• умение разрешать конфликты: выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация;
• умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;
• владение монологической и диалогической формами речи.

Предметные результаты

В результате освоения программы обучающиеся должны

знать:

• ключевые особенности технологии дополненной реальности;
• принципы работы приложений с элементами дополненной реальности;
• перечень современных устройств, используемых для работы с AR, и их предназначение;
• основной функционал программ для трёхмерного моделирования;
• принципы и способы разработки приложений c элементами дополненной реальности;
• основной функционал программных сред для разработки приложений с дополненной реальностью;
• особенности разработки приложений под мобильные операционные системы
• особенности разработки графических интерфейсов.

уметь:

• настраивать и запускать элементарную систему дополненной реальности;
• устанавливать и тестировать приложения с элементами дополненной реальности;
• формулировать задачу на проектирование исходя из выявленной проблемы;
• пользоваться различными методами генерации идей;
• проектировать несложные 3D-модели методами сплайнового и полигонального моделирования;
• выполнять операции редактирования аудиофайлов;
• выполнять примитивные операции в программных средах для разработки приложений с дополненной реальностью;
• компилировать приложение для мобильных устройств или персональных компьютеров и размещать его для скачивания пользователями;
• разрабатывать графический интерфейс (UX/UI);
• разрабатывать все необходимые графические и видеоматериалы для презентации проекта;
• представлять свой проект.

владеть:

• основной терминологией в области технологии дополненной реальности;
• базовыми навыками трёхмерного моделирования;
• базовыми навыками разработки приложений с элементами дополненной реальности;
• знаниями по принципам работы и особенностям устройств систем дополненной реальности.

Диагностика тех или иных результатов будет проходить в несколько этапов:

1. Вводная диагностика. Будет проводиться как перед началом освоения всей программы в целом, так и перед изучением новой темы или раздела. Диагностика перед началом освоения программы будет направлена на выявление наиболее интересующих тем и оценки готовности обучающихся к освоению программы. Вводный контроль перед началом работы по изучению ногой темы или раздела будет направлен на актуализацию знаний и навыков по уже изученному материалу.
2. Текущая диагностика. Будет организовываться в ходе учебного занятия и в большей степени будет направлена на мониторинг личностных и метапредметных результатов. В качестве основных форм диагностики будут использоваться наблюдение за детьми в процессе работы и саморефлексия обучающихся по результатам самостоятельного выполнения индивидуальных или коллективных проектов.
3. Итоговая диагностика. Проводится по результатам завершения всей программы внеурочной деятельности и основывается на публичной защите проектов. Защита проектов направлена на оценку следующие критериев:

• умение видеть и понимать актуальность проблемы, решаемой при помощи проекта;
• способность использовать в своей работе существующие концепции и идеи решения существующей проблемы;
• умение оценивать реалистичность проекта с точки зрения имеющихся ресурсов;
• умение оценивать реальный эффект, получаемы в результате внедрения данного проекта;
• коммуникативные возможности обучающихся.

Оценка публичной защиты оформляется комиссией в виде оценочных листов, а затем проводится их анализ самими обучающимися при подведении итогов в конце освоения программы.

Пример разработки проекта

Как было сказано выше, разработанная программа внеурочной деятельности разработана таким образом, чтобы большую часть учебного времени уделялась практической деятельность. Практическая составляющая курса включает в себя основные принципы и способы работы с основными инструментами разработки приложений с дополненной реальностью. В данном параграфе мы коснемся лишь разработки приложения без создания контента для него.

В качестве примера рассмотрим проект «AnimalsAR», который был реализован ученицей 10А МБОУ СОШ № 4 г. Лиски Поторочиной Алиной после изучения первого раздела программы курса внеурочной деятельности.

Актуальность проекта заключается в том, что сегодня многие педагоги сталкиваются с проблемой низкого уровня учебной мотивации обучающихся. Для решения этой проблемы была разработана небольшая энциклопедия, которая содержит краткие сведения о различных животных. На каждую страницу был добавлен маркер, на котором, после наведения камеры смартфона под управлением операционной системы Android, должна появляться трехмерная, анимированная модель животного, о котором идет речь на данной странице. Использовать данный продукт планировалось на уроках окружающего мира в начальных классах.

В качестве основного инструмента для реализации проекта была выбрана межплатформенная среда для создания компьютерных игр Unity в совокупности с фреймворком для разработки AR-приложений Vuforia. В качестве SDK для сборки приложения под операционную систему Android используется Android Studio.

Выбор Unity обусловлен прежде всего возможностью компилировать проекты практически под любую платформу и любую операционную системы. Также огромным плюсом является наличие визуальной среды разработки, работающей по принципу Drag&Drop, и модульной системы компонентов. Недостатком данного инструмента является тот факт, что написание скриптов происходит на языке C#, который в школах практически не изучается. Но для простейших проектов понимания особенностей этого языка практически не требуется.

Vuforia – это фреймворк дополненной реальности, обладающий всеми необходимы инструментами для того, чтобы создавать несложные приложения. Данный инструмент позволяет реализовать отслеживание плоских изображений и простых объемных реальных объектов (например, кубических). Vuforia работает с разными видами дополненной реальности, в том числе и с безмаркерной. Платформа поддерживает разработку нативных AR-приложений для iOS и Android, в то же время имея полную совместимость с Unity.

Перед тем как начать работу над приложением необходимо скачать с официального сайта https://store.unity.com/ru установочный файл. Необходимо заметить, что использовать инструмент можно бесплатно, выбрав план Personal (рис. 7), в том случае, если на продуктах, разработанных в Unity, пользователь не зарабатывает более 100 тыс. долларов. Для образовательных целей этот факт не является существенным.

Рис. 7

После нажатия на кнопку «Начать» мы попадаем на страницу, где необходимо подтвердить право на возможность использования Unity. После принятия условий начинает скачиваться установочный файл Unity Hub – средства для установки среды. По завершению скачивания необходимо запустить файл установки. Далее по шагам необходимо принять условия лицензионного соглашения и выбрать требуемый пусть установки.

После запуска Unity Hub необходимо нажать кнопку «Install» чтобы начать установку (рис. 8).

Рис. 8

Для работы с Unity на следующем шаге необходимо создать учетную запись Unity ID. Сделать это достаточно просто. Необходимо указать имя пользователя, адрес электронной почты и пароль, а также согласиться с условиями использования сервисов. После выполнения данных операций, на адрес электронной почты, указанный при регистрации, придет письмо для подтверждения. Также имеется возможность авторизоваться через имеющуюся учетную запись Google или Facebook (рис. 9).

Рис. 9

После установки самого движка необходимо установить дополнительные компоненты, необходимые для дальнейшей работы. В предыдущих версиях Unity имелась возможность установки дополнительных компонентов напрямую из запущенной среды. Начиная с версий 2019 года установка всех компонентов возможна только через Unity Hub. Для этого необходимо открыть меню Install, нажать кнопку Add и отметить пункт Android Bild Support (рис. 10). Далее нажимаем кнопку Next и ждем пока установка завершится.

Рис. 10

После завершения установки всех компонентов необходимо создать и правильно настроить проект. Запускаем Unity и выполняем команду File – Build Settings. В открывшемся окне в разделе Platform выбираем Android, а остальные настройки оставляем без изменений, и нажимаем кнопку Switch Platform (рис. 11).

Рис. 11

В предыдущих версиях Unity Vuforia была установлена по умолчанию. В настоящий момент настройки и компоненты Vuforia добавляются в проект путем установки специального пакета, который можно скачать по ссылке https://developer.vuforia.com/vui/auth/login?url=/downloads/sdk%3Fd%3Dwindows-30-16-10823%26retU. Заметим, что для скачивания описанного пакета необходима учетная запись на портале разработчиков. Подробнее о ее создании будет сказано ниже. После скачивания запускаем файл и настройки автоматически добавляются в проект, открытый в данный момент.

На следующем шаге необходимо получить лицензионный ключ для разрабатываемого приложения, чтобы синхронизировать данные Unity и портала разработчиков, в учетной записи которого хранится база данных меток. Для этого необходимо создать учетную запись на портале разработчиков Vuforia (https://developer.vuforia.com) и в разделе License Manager получить ключ. Для этого необходимо нажать кнопку Get Development Key, указать имя ключа, установить чекбокс как на рисунке 12 и нажать Confirm.

Рис. 12

        Открываем только что созданный ключ и копируем его (рис.13).

Рис. 13

        В Unity выполняем команду Window – Vuforia Configuration и Inspector в поле App License Key вставляем скопированный код (рис. 14).

Рис. 14

Также на портале разработчиков Vuforia необходимо создать базу данных меток, загрузив в нее все изображения, которые планируется в дальнейшем использовать в качестве маркеров. Для этого на портале разработчиков необходимо зайти в раздел Target Manager и нажать кнопку Add Data Base, ввести название базы данных таргетов и установить чекбокс Device и нажать Create (рис. 15).

Рис. 15

Теперь необходимо открыть созданную базу данных и добавить в нее необходимые изображения. В нашем случае в качестве маркеров будут использоваться скриншоты страниц энциклопедии. Стоит отметить, что Vuforia позволяет распознавать маркеры четырех видов: Single Image, Cuboid, Cylinder и 3D Object. Мы будем использовать метки типа Single Image, т. е. двумерные изображения (рис. 16).

Рис. 16

  Получившуюся базу данных нужно скачать, указав, что она была создана для использования с Unity, и перенести в папку Assets в Unity, либо просто кликнув на нее 2 раза. В таком случае база данных автоматически будет инсталлирована в разрабатываемый проект.

Далее необходимо удалить элемент Main Camera из раздела Hierarchy и добавить элемент AR Camera, который, собственно, и позволит распознавать метки (рис. 17).

Рис. 17

Далее добавим аналогичным образом необходимое количество элементов Image Target, которое будет равно количеству созданных ранее меток. По умолчанию объект Image Target выглядит как белый квадрат. Чтобы добавить на Image Target маркер необходимо открыть папку Assets-Editor-Vuforia в разделе Project и просто перетащить метку на соответствующий элемент (рис. 18).

Рис. 18

        Следующим шагом нам нужно прикрепить к метке соответствующую 3D-модель. Модели можно как создать самостоятельно, например в 3DS MAX или Blender, так и скачать уже готовые наборы моделей с анимацией и текстурами. В Unity такие наборы называются префабами или ассетами. Для AR-проектов начального уровня готовых ассетов будет достаточно. Модели прикрепляются простейшим образом: находим нужную модель в папке Assets и перетащить ее на соответствующий Image Target (рис 19).

Рис. 19

Если обратить внимание на рисунок 19, то можно заметить, что модель по сравнению с маркером слишком большая. В этом случае стоит выделить модель и в разделе Inspector отмасштабировать модель таким образом, чтобы она была немного меньше Image Target, как на рисунке 20.

Рис. 20

Аналогичным образом прикрепляем остальные изображения к меткам.

На этом этапе простейший проект можно считать созданным. Осталось лишь скомпилировать установочный apk-файл. Выполняем команду File-Bild and Run, выбираем папку на жестком диске, в которую хотим сохранить наш файл и вводим имя файла. Необходимо заметить, что на данном этапе можно встретиться с ошибкой, которая заключается в том, что Unity не удастся сохранить файл на жесткий диск. В этом случае к компьютеру при помощи USB-кабеля подключается Android-смартфон, и файл сохраняется сразу во внутреннюю память телефона. После запуска apk-файла и завершения установки в меню приложений запускаем приложение, название которого будет совпадать с именем, которое вы дали проекту (в нашем случае Diplom). При наведении камеры на советующие страницы энциклопедии будут отображать необходимые 3D-модели (рис. 21).

Рис. 21

Апробация курса внеурочной деятельности «Дополним настоящее» в 10 классе

Описание базы исследования.

Базой исследования выступила МБОУ СОШ №4 г. Лиски, расположенная по адресу Воронежская область, город Лиски, ул. Советская д.116. Школа является региональной инновационной площадкой по опережающему внедрению ФГОС. В связи с этим в школе имеется лаборатория 3D-моделирования и робототехники, интерактивный класс и фото-видеостудия.  В школе обучаются 799 обучающихся 1-4 классы - 427 обучающихся 5-9 классы – 313 обучающихся, 10-11 классы - 59 учащихся. Школа работает в 1 смену. Старшие классы делятся на профили – физико-математический, гуманитарный, химико-биологический. 

        Цель исследования.

        Получение объективных данных о влиянии изучения технологии дополненной реальности на развитие инновационного компонента цифровой грамотности обучающихся.

        Методология исследования.

В качестве основного метода исследования было выбрано анкетирование, которое проводилось в два этапа: перед началом освоения программы курса внеурочной деятельности и по его окончании.

        Данные первого этапа необходимо считать начальной точкой мониторинга и основой для корректирующих мер в соответствии с планируемыми результатами освоения программы курса внеурочной деятельности.

        Анкета состоит из 8 вопросов, представленных в виде пар, противоположных по смыслу утверждений, которые описывают знания, навыки и личное восприятие в отношении новейших информационных технологий (см. Приложение 2).

        Всем вопросам присваиваются одинаковые весовые коэффициенты, поскольку отсутствуют основания утверждать, что какие-то из используемых вопросов наиболее значимы чем другие.

        Для оценки уровня развития сформированности цифровой грамотности будем использовать так называемый индекс цифровой грамотности (ИЦГ), который будет вычисляться на основании данных, полученных в результате анкетирования следующим образом: по каждому из 8 вопросов вычисляется доля респондентов, выбравших правильные утверждения; значение индекса рассчитывается как среднее арифметическое между долями верно ответивших респондентов по каждому из вопросов.

Заметим, что данная методика позволяет оценить уровень цифровой грамотности экспериментальной группы в целом. С методической точки зрения нас все-таки интересует индивидуальный индекс цифровой грамотности, чтобы иметь возможность прослеживать динамику по каждому обучающемуся. Было принято решение считать индивидуальным показателем цифровой грамотности долю правильно выбранных утверждений каждого обучающего.

Заметим, что расчеты проводились без учета статистической погрешности и реальные данные могут незначительно отличаться от результатов, представленных в работе. Также мы оставляем возможность влияния субъективного восприятия утверждений каждым респондентов, что, в свою очередь, также может сказаться на итоговых результатах.

Описание экспериментальной группы.

        В исследовании приняло участие 12 обучающихся 10А класса, обучающихся на физико-математическом профиле и посещающих курс внеурочной деятельности «Дополним реальность». 10 обучающихся 2003 года рождения, 2 – 2004. В процентном соотношении группа состоит из 60% мальчиков и 40% девочек.

        Результаты исследования.

Распределение долей респондентов, выбравших правильное утверждение по каждому вопросу представлено на рисунке 22.

Рис. 22

Таким образом по формуле (1) получаем, что индекс цифровой грамотности граппы равен:

        Показатель в 66% оказался достаточно низким для экспериментальной группы с учетом ее возрастного критерия. Особое внимание стоит обратить на вопросы №1, №5, №7, №8, по которым доля обучающихся, выбравших правильные утверждения, наименьшая. Данный факт показывает нам, что обучающиеся достаточно критично относятся к технологии дополненной реальности, считая, что ее основное применение – сфера мобильных игр и развлечений, а создание приложений с дополненной реальностью – прерогатива профессиональных программистов. Сделанные выводы были направлены на внесение изменений в содержание программы курса внеурочной деятельности, а именно:

1. Тематика проектов по каждому разделу программы была разработана таким образом, чтобы показать прикладное значение технологии дополненной реальности в сферах, не связанных с развлечениями.
2. Сложность выполнения проекта по первому разделу была значительно снижена, для того чтобы обучающиеся могли получить готовый продукт достаточно быстро.

Говоря о вопросах №7 и №8, причину столь низких показательный удалось выяснить после расчета индивидуального индекса цифровой грамотности с последующей индивидуальной беседы с обучающими с низкими показателями ИЦГ. Результаты представлены на рисунке 23.

Рис. 23

        Как показала беседа, респонденты с низкими показателями ИЦГ все свободное время уделяют своим увлечениям: кто-то спорту, кто-то искусству. Обучающиеся вполне понимают важность информационных технологий в жизни, используют их в достаточной степени для решения каких-либо задач, но их личные интересы достаточно далеки от современных технологий. Данный факт было решен использовать для корректировки тематики итоговых проектов, и подобрать темы таким образом, чтобы они отражали личные интересы каждого обучающегося. Также обучающимся с наиболее низкими показателями уровня инновационного компонента цифровой грамотности во время освоения программы курса предлагалось выполнять мини-проекты не только по дополненной реальности, но и по другим современным технологиям: 3D-печать, BigData, машинное обучение.

        По окончанию освоения программы курса было проведено повторное анкетирование. Его результаты представлены на рисунках 24 и 25.

Рис. 24

Рис. 25

Как видно из диаграмм показатель ИЦГ изменился в положительную сторону и стал равен:

Данный показатель является достаточно высоким. Прирост составил 19,42%. Положительная динамика говорит о благоприятном воздействии изучения дополненной реальности на развитие уровня цифровой грамотности.

Положительная динамика заметна и по индивидуальному индексу цифровой грамотности каждого респондента, за исключением тех, кто показал высокий показатель при первичном анкетировании. В среднем индивидуальный показатель ИЦГ вырос на 21,8%.