Как сделать физику живой

Инновационная образовательная платформа, которую разработали амурские программисты, предназначена для изучения физических явлений. Идея «оживить» физику пришла в голову руководителю лаборатории разработки образовательных технологий дополненной и виртуальной реальности Кириллу Лунёву. Эта лаборатория входит в технопарк Благовещенского педуниверситета. Разработка модуля «Мастерская электрических цепей» происходила в рамках выпускной квалификационной бакалаврской работы Кирилла Лунёва. В итоге проект вышел за рамки просто выпускной работы.

— Мне всегда нравилось заниматься физикой, возиться с проводами, мастерить различные устройства из электронных компонентов, паять, — признается автор и руководитель проекта Кирилл Лунёв. — Я поступил на программиста в БГПУ, а затем устроился техником в технопарк. Тогда закупалось необходимое оборудование — VR-шлемы, контроллеры и различные датчики. Мне необходимо было писать выпускную работу в бакалавриате, и я подумал — почему не сделать обучающий редактор или тренажер, который будет помогать школьникам или студентам изучать физику наглядно? Сначала это была моя бакалаврская работа, а после открытия лаборатории разработки образовательных технологий дополненной и виртуальной реальности проект стал основной разработкой. Уже в рамках лаборатории мы активно работали над улучшением и расширением функционала обучающей платформы, поднимая качество проекта на новый уровень. Мы не стремимся заменить традиционное образование — наша цель его дополнить.

«Наша цель —внедрить нашу платформу в образовательный процесс в учебных заведениях Дальнего Востока, а потом и страны», — говорит Кирилл Лунёв.

С помощью мастерской можно не только изучать физические явления, но и проводить опыты и исследования с использованием виртуальных измерительных приборов. Всё это происходит наглядно и погружает в увлекательную виртуальную реальность. Надев шлем, ученик оказывается в учебной лаборатории, где может собрать электрическую цепь, замкнуть её и наглядно увидеть, как по ней «течёт» ток — неоновыми линиями. Элементы цепей могут выходить из строя при неправильной эксплуатации, как это происходит в реальной жизни. Лампочки, светодиоды и другие элементы выглядят особенно красиво благодаря тому, что разработчики постарались эффект их свечения сделать максимально реалистичным, что добавляет эстетики и усиливает эффект погружения.

— Мы с командой планируем добавить множество интересного функционала, который не только повысит интерес к сборке электрических цепей и схем, но и к физике в целом, — поясняет руководитель проекта.

Перенести в виртуальный мир весь класс

Работать в такой мастерской можно по учебнику, а можно с участием педагога, который сам наденет шлем и окажется рядом с обучающимся в виртуальном пространстве. Изначально в проекте был один участник, затем разработчики внесли в платформу дополнения, и теперь доступен многопользовательский режим. То есть в единой виртуальной среде одновременно может работать большое количество пользователей. Таким образом на уроке физики из обычного помещения в виртуальное можно переместить весь класс или группу.

— Главная особенность «Мастерской электрических цепей» — наглядность. Виртуальное пространство позволяет детально рассмотреть объекты и процессы, которые невозможно или очень сложно наблюдать в реальном мире. Например, протекание тока по проводам, полёт фотонов или взаимодействие радиоволн — всё это можно визуализировать в виртуальной среде для лучшего понимания и усвоения материала, — говорит автор проекта.

Кроме того, интерес к изучению физики с использованием такой платформы гораздо выше, так как по факту проходит в игровой форме. При этом, отмечают разработчики, виртуальная среда даёт возможность проводить занятия и участвовать в них из любой точки мира. Такой формат расширяет доступ к образованию для тех, кто не может посещать учебные заведения лично.

Зрители и жюри высоко оценили разработку

Сначала виртуальную мастерскую опробовали на студентах БГПУ – чтобы понимать, какие моменты требуют доработки. Выставка-конкурс «АмурТехно» стала ещё одной площадкой, на которой авторы смогли проверить свой продукт. Всего в конкурсе приняли участие 62 разработки по трём направлениям — «Космос», «Беспилотные летательные аппараты» и «IT-технологии». В команду проекта «Мастерская электрических цепей» кроме руководителя вошли техники-программисты Иулиания Боголюб, Илья Мицкевич, Андрей Старостин, Артём Крицкий, Жанна Панченко, Александр Барашевский и программист Владислав Милинский.

— Наша цель была в том, чтобы заявить о себе и показать свой продукт. Было интересно выслушать отзывы – даже какую-то критику, чтобы доработать эти моменты.  Мы ещё раз убедились в том, что такой способ изучения интересен: во время «АмурТехно» посетители подходили к нам, пробовали, а потом приходили снова – попробовать ещё раз, — говорит Кирилл Лунёв. —  Конечно, мы очень волновались, ожидая результатов конкурса, эмоции от победы были очень яркими. Также участие в «АмурТехно» дало нам множество знакомств с другими разработчиками и экспертами в нашей области.

У молодых программистов большие планы на развитие своего проекта. Они собираются дальше расширять возможности платформы, участвовать в конкурсах и искать партнёров.

— «Мастерская электрических цепей» — это малая часть большого проекта, который мы планируем реализовать. Наш приоритет — вывести образовательный процесс на новый уровень, поэтому в планах — выйти за рамки электроники. Мы хотим виртуализировать такие разделы физики, как оптика, механика, термодинамика, атомная физика, электромагнетизм и другие. Также идет доработка самого функционала. Например, уже сейчас мы интегрируем в проект технологию отслеживания движений рук. То есть выполнять все действия в виртуальном пространстве можно будет без контроллеров. Это очень удобно, потому что вы можете брать и передвигать предметы своими руками, и упрощает весь процесс, так как не надо объяснять человеку, как пользоваться контроллерами. Такие технологии уже существуют — раньше VR-гарнитуры были очень громоздкими, сейчас всё становится компактным, уже разрабатываются прототипы шлемов в виде обычных очков. Также гарнитуры становятся всё доступнее по цене — то есть внедрение таких технологий вполне можно использовать в образовании.

Именно это и есть конечная цель работы — проект может помогать в обучении в вузах, колледжах и школах.

— Наша цель — сделать качественное образование доступным для всех, внедрить использование нашего продукта в образовательный процесс в учебных заведениях Дальнего Востока, а потом и страны. Чтобы это стало возможным, мы хотим доработать платформу, а также больше заявлять о себе: например, приходить в школы, проводить знакомство с нашей разработкой, обучать преподавателей — как раз планируем сейчас дальнейшую работу. Наша платформа позволяет визуализировать программы по любому учебному предмету — химия, биология, основы безопасности жизнедеятельности и так далее. И такой работой нам очень интересно было бы заняться, — признается Кирилл Лунёв.  

В будущем проект планируют воплотить в смешанной (гибридной) реальности. Кроме того, планируется создать тренажёрный режим для обучения и тренировок в домашних условиях. В этот режим будет интегрирована нейронная сеть, которая будет генерировать домашние задания, проверять их на правильность и оценивать качество выполнения. В зависимости от уровня знаний система будет корректировать учебный план и отслеживать прогресс. Также будет внедрён справочник с подсказками по работе элементов и теории. Планируют программисты разработать версию программы, доступную для персонального компьютера, телефонов или ноутбуков без использования VR-оборудования.

Возрастная категория материалов: 18+